近年来,分布式电源大量接入电网,在用户侧为电网提供了一定支撑服务,也提供了清洁多样的能量来源。但分布式电源容量小且数目众多,难以被电网调度部门统一调控;而以风能、光伏等为发电类型的分布式电源出力具有不确定性。因此,能够对分布式电源进行统一管理、充分利用、平抑风险的虚拟电厂技术受到了日益增多的关注。本文着眼于虚拟电厂技术,引入不确定规划和风险管理理论的新方法,针对虚拟电厂面对的不确定因素和内部的可调节能力,分别对虚拟电厂在电网给定电价下的购售电问题、电能和旋转备用联合优化问题、短期日前市场中竞价策略问题、中长期合约市场中合约签订策略问题、虚拟电厂对电网旋转备用贡献分析等多个问题进行研究和探讨,力求对虚拟电厂的运营、与电网交互方面能有所突破。本文主要研究内容和成果如下:针对虚拟电厂对多种随机因素风险管理需求,引入了考虑决策者主观风险厌恶度的谱风险指标。谱风险理论通过建立谱函数量化决策者对不同损失的厌恶程度,选取场景树方法模拟虚拟电厂中随机变量在未来的可能取值,利用随机优化求解谱风险指标。建立了虚拟电厂在分时电价模式下优化收益并降低出力偏差的调度计划模型。和传统的标准差、风险价值、条件风险价值等传统风险指标相比,谱风险指标细化了决策者对不同损失的厌恶程度,能够求解出更符合决策者主观心理的调度计划。针对虚拟电厂收益最大化和风险最小化的多目标需求,首先提出了虚拟电厂经济资本的概念,并利用条件在险现金流风险指标评价运营过程中的现金流短缺风险。随后,利用风险调整资本收益率指标建立一种具有经济学含义的收益-风险平衡关系,便于决策者更好地确定风险和收益的折中。最后,提出了考虑风险调整资本收益率阈值约束的虚拟电厂优化调度模型;提出了考虑风险调整资本收益率阈值约束的购售电和旋转备用联合优化模型;提出了以最大化风险调整资本收益率为目标的虚拟电厂竞价策略,实现虚拟电厂收益和风险的多目标优化。针对传统随机优化中随机变量概率分布难以精确预测的缺点,引入区间优化方法建立了虚拟电厂短期日前竞价策略和中期合约模型。区间优化方法只考虑随机变量可能取值的区间,而忽略了具体的概率分布,更加容易精确预测。此外,区间优化还可以求解并优化虚拟电厂的收益区间。根据决策者对收益风险的厌恶程度不同,建立了考虑决策者悲观度的区间数排序方法,从而求解决策者最满意的收益区间。针对可再生能源、虚拟电厂未来对电网的影响逐渐增强,建立基于可靠性约束的电网经济调度模型评估虚拟电厂入网后对电网的总旋转备用需求的影响。模型考虑了传统机组故障、可再生能源出力、虚拟电厂购售电等随机因素以及它们之间的相关性,优化调度机组出力和旋转备用,在满足失负荷概率约束下实现成本最小。随后利用风险贡献度理论,评估虚拟电厂等风险源对电网总旋转备用的贡献程度,提出了基于风险贡献度的电网旋转备用成本分摊方法。该方法要求各随机因素根据对电网安全的影响程度承担相应的旋转备用费用,从而从经济性上引导风险源降低其对电网总风险的影响;也对比分析了分布式电源分别在独立运营和组建虚拟电厂时对电网旋转备用的贡献程度,从而论证虚拟电厂整合分布式电源的意义。本文从虚拟电厂市场模式和风险管理两方面入手,重点讨论了虚拟电厂面临内部负荷和出力不确定性以及外部电价不确定性时,如何增加收益、量化风险、平抑风险和细分风险等问题。决策者根据市场模式和不确定环境的不同,可以灵活采用本文中的模型和方法确定虚拟电厂的最优调度和竞价策略。