在环保危机与能源枯竭的双重压力下,可再生能源产业得到了快速发展,并网规模不断扩大。随着可再生能源渗透率的逐渐提高,其出力的不确定性与波动性给电力系统的安全稳定运行带来巨大影响。灵活性指的是电力系统应对功率波动的能力。传统电力系统运行导则在制定调度运行计划时往往仅考虑当前时段的负荷预测信息,忽略了相邻时段间功率波动情况,所给出的调度方案在高比例波动性电源并网情况下导致系统在实时运行时灵活性不足,危及系统的安全可靠运行。灵活性的理念为解决含大规模可再生能源电力系统的运行优化问题提供了一个新的思路。为此,本文针对电力系统运行灵活性问题开展了以下几个方面的研究:准确掌握可再生能源出力的波动性与不确定性对研究大规模可再生能源并网对系统运行造成的影响具有重要意义。为此,本文综合考虑可再生能源出力相关性、不确定性和波动性,建立可再生能源出力波动性模型;将可再生能源出力波动定义为相邻时刻间的功率差,并在大量历史数据分析的基础上提出了兼顾时空相关性的可再生能源出力波动模型。首先,由历史数据统计分析可再生能源出力波动性特征,以及相关性对波动特性的影响。分析结果表明,可再生能源出力相关性对其波动特性有显著影响,建模时必需予以考虑。然后引入计及相关性的通用生成函数方法计算可再生能源电站总出力波动条件概率分布;进一步结合预测序列和误差信息,建立可再生能源的时序出力波动的概率模型。最后进行仿真验证,结果表明所提模型综合考虑预测和历史数据信息,能够较好地还原可再生能源出力的波动特征,研究成果为后续其他研究提供了模型基础。针对可再生能源并网后系统所需调节能力的量化问题,提出了一种计及灵活性的备用决策及相应的日前发电-备用双层决策方法。在上层规划中,将下层决策建立的备用和灵活性的关系转化为约束,并根据预测负荷与风电出力制定日前机组组合(Unit Commitment,UC)方案。下层模型以上层UC方案为边界条件,综合考虑机组强迫停运率、负荷及风电的不确定性与波动性,并采用通用生成函数方法计算系统功率波动概率模型,建立备用与灵活性之间的量化关系;然后根据灵活性要求对上层UC方案可提供的备用容量进行校验,不符合则修正上层UC模型后重新求解。算例分析的结果表明所提备用决策方法能够充分反映系统内功率波动情况,所制定的发电-备用协调调度方案在满足负荷需求的基础上,能够保证系统拥有足够的灵活性。为了克服常规调度模型难以充分考虑实时平衡过程中相邻时段间功率波动的问题,综合协调系统内灵活性资源分配,在上述研究基础上进一步提出了可再生能源电力系统灵活性优化调度方法。首先,引入风险价值理论评估系统净负荷爬坡风险,由计及可再生能源电站相关性的系统净负荷爬坡概率模型量化系统运行灵活性需求;然后以灵活性服务成本和常规机组运行成本最小为目标,并将灵活性需求转化为约束条件,考虑网络传输约束,建立灵活性调度模型。算例分析结果表明,灵活性调度模型充分考虑了连续功率平衡过程中的波动性,比传统调度方法适应含可再生能源电力系统;灵活性调度方案能够协调灵活性资源,实现了系统运行经济性与灵活性的兼顾。在含可再生能源电力系统运行灵活性评估方面,提出了一套针对调度方案的运行灵活性评估指标及方法。具体包含节点上/下灵活性裕度、节点上/下灵活性不足概率和节点上/下灵活性不足电量六个指标;并引入改进连续潮流方法综合考虑网络传输约束、常规机组调节能力约束、节点电压约束,求解系统可承受的节点净负荷上下限,从而得到灵活性裕度;然后借助节点净负荷波动概率模型计算其余灵活性指标。算例分析结果表明,所提指标能够详细刻画节点灵活性情况,包括灵活性的方向及大小,以及潜在的失负荷或弃风、弃光电量;并帮助调度运行人精准识别运行灵活性薄弱环节。所提指标和方法为灵活性资源的优化配置提供了理论依据。