大规模发展风电已成为电力系统应对能源危机和环境恶化的重要举措之一。尽管利用具有可再生特性的风能发电,具有清洁无污染、运行成本低等诸多优点,但自然风所具有的随机、波动等特性导致风电功率具有较高的不确定性,难以预测。具有高不确定性的风电并入电网,在带来丰富的绿色能源的同时势必会对电网运行产生很多不利影响；而备用作为保障电网运行安全与可靠的有效措施,同样也会受到较大影响。为实现系统有效经济地利用风电资源,分析和解决含风电系统的备用问题势在必行。本文以电力系统风险分析和数学优化理论为基础,依据风电输出功率及风电功率预测在各时间尺度下的特性,分析了风电并网对系统各类备用的不同影响,在此基础上对含风电系统备用的优化获取、容量确定与获取的联合优化及备用的费用分摊,开展了细致而深入的研究：为解决含风电系统中发电侧备用不足或经济性不佳的问题,提出利用需求侧可中断负荷配合发电侧备用的备用获取方式。对“等效负荷”预测误差概率密度分布的分析表明,高不确定性风电并网后需增加的备用容量为小概率备用需求；针对该特性,提出采用需求侧的高赔偿方式可中断负荷与发电侧备用共同应对这部分增量需求的策略,在风电输出功率不大的情况下,可解决发电侧备用不足的问题,同时还可提高系统的经济性。进一步分析表明,随着风电输出功率的持续增加,仅依靠发电侧备用和高赔偿可中断负荷解决增加的备用需求,其经济收益将逐渐降低,甚至丧失其优势。为此,提出了一种采用低电价与高赔偿两种可中断负荷共同配合发电侧备用的备用获取方式,基于风险管理的原理,以备用购买成本最小为目标函数,确定三者的最优配比。在保持系统可靠性不变的前提下,这一方式在经济上明显优于仅从发电侧备用获取备用的方式。针对系统高风电输出功率情况下的备用容量确定问题,基于对系统备用需求与供给的分析,提出了备用容量确定与获取的联合优化方法。通过分析各种不确定性因素对系统备用需求的影响,获得了含风电系统的备用需求曲线；由于不同类型备用的成本对备用调用频率的敏感度不同,提出将系统备用需求曲线做分段处理,依据不同段备用的调用概率不同的特性,对每段备用的供给者进行最优选择。从而,基于成本效益分析的方法,在确定系统最优备用容量的同时,获得备用的最优获取方式。理论分析和算例验证均表明,本文的联合优化方法,不仅可解决含风电系统只依靠发电侧备用所固有的经济性不佳问题,同时,由于将系统的可靠性以备用效益的方式作为备用社会成本的一部分来体现,故还兼顾了系统运行的可靠性和经济性,并使两者均有显著提高。作为非盈利机构,电力调度中心需要将为保证电网运行安全稳定性所购买备用的相关费用,分摊给引起这些备用的责任方或备用设置的获益者。对于含风电的电力系统,本文采用按责分摊备用费用的分摊原则,将风电作为引起备用的责任方之一参与费用的分摊。针对两种费用产生机制的不同,提出两部制的分摊方式：在备用容量中,因处于不同位置的容量对风险各方的价值并不相同,基于此提出对备用容量费用按照不同位置进行分段分摊；而每次引起备用实际调用的原因均不相同,提出电量费用应由实际引起功率不平衡的责任方承担,以体现公平性。算例分析表明,备用容量费用分段式分摊的方式,可更加精细化地明确引起备用需求的责任,而备用电量费用的事后分摊方式,同样体现了按责分摊原则,且可避免传统分摊方式中存在的备用不调用则费用无法分摊的问题。本文分摊方法可有效地给予有益激励,使各责任方减少对系统备用的需求,从而可引导备用资源进行更为高效的配置。上述研究表明,可中断负荷作为系统备用支持,与发电侧备用相互配合的备用获取方式,可有效解决含风电系统中发电侧备用不足或经济性不佳的问题,且经济性优势明显；系统备用容量确定与获取的联合优化方法,在保证含风电系统可靠性的基础上,实现了提高经济性的目的；两部制按责分摊备用费用的方法,可为系统中备用的各责任方提供有效激励,从而实现减少备用需求的目标。上述备用相关问题的解决,可有效提高系统接纳风电的能力,从而实现在大规模应用绿色可再生能源的同时,提高系统运行的稳定性和经济性。