为应对严峻的环境污染形势,促进能源供给侧结构性改革,未来我国电力供应方式将朝着清洁型、分散型的趋势发展。电力体制改革的不断深化也带动电力工业从供应侧单方面管理向供需双侧全方面管理而转变。随着能源互联网技术的发展,分布式电源、需求响应、电动汽车等需求侧资源参与电力系统规划将成为电力工业的发展趋势。但这些分布式能源的运行出力具有不可控性,其并网运行会影响电力系统的安全稳定。虚拟电厂能够通过控制系统将分散在发电侧与负荷侧的分布式能源进行有效聚集,提高系统的供电稳定性,促进清洁能源消纳,实现电力工业节能减排。该论文在电力市场化建设的背景下,基于多种分布式电源、储能系统和需求响应资源的技术特性,构建了不同类型虚拟电厂参与电力系统运行的优化调度模型,并从宏观层面模拟分析了不同能源政策对虚拟电厂发展所产生的影响。论文的主要研究工作如下:第一,对虚拟电厂的内涵、主要构成及技术特征进行了研究;总结了德国、欧盟、美国等发达国家的虚拟电厂发展经验及存在的差异;基于国际经验,本文提出了我国在市场环境中发展虚拟电厂的商业模式,包括基于需求响应虚拟电厂的市场交易模式,基于电力共享池的虚拟电厂售电模式和基于能源互联网技术的虚拟电厂发展模式。第二,阐述了需求响应虚拟电厂的内涵与分类,介绍了价格型和激励型两种需求响应虚拟电厂参与市场交易的互补关系;分析了在多级电力市场交易中,价格型需求响应虚拟电厂的运行机制及营销策略。峰谷分时电价是实施价格型需求响应虚拟电厂的重要策略。本文设计了基于峰谷分时电价的虚拟电厂运行策略,以系统煤耗量最小,峰谷差最小和用户的用电满意度最优为优化目标,构建了基于峰谷分时电价的虚拟电厂经济调度模型,并采用模糊层次分析法将多目标优化模型转化为单目标优化模型。仿真结果表明所构建的模型具有可行性,售电公司采取峰谷分时电价后,系统煤耗量和峰谷差均降低,但用户电费支出略有上升。第三,构建了包含多种分布式电源、储能系统和需求响应资源的综合型虚拟电厂,基于各种分布式能源的出力特性和运行成本与收益,由简到繁,逐步设计了计及不确定性因素与环境价值的虚拟电厂内部优化调度模型。首先在确定场景下以虚拟电厂运行收益最大化为目标,建立了优化调度模型;继而基于随机规划理论与场景分析法,建立了计及风光不确定性虚拟电厂优化调度模型;最后,考虑虚拟电厂环境价值,建立以系统运行收益最大和环境成本与价值损失最小为优化目标的虚拟电厂随机优化调度模型。仿真结果表明在优化目标中考虑环境价值后,虚拟电厂的环境污染治理费用和环境价值损失会明显下降,而风光出力的不确定性不仅会影响虚拟电厂的运营收益,还会由于外购电量的增加而使得环境治理费用和环境价值损失增加。第四,构建了虚拟电厂与传统电厂间双层优化调度模型。首先,在中长期市场和现货市场环境下构建了传统发电厂日前经济调度模型。然后,基于双层优化理论建立了虚拟电厂与传统发电厂间的双层经济调度模型,其中上层以系统调度成本最小为目标,建立了虚拟电厂与传统火电厂间的经济调度模型;下层以虚拟电厂运行成本最小为目标,生成各虚拟电厂内部的运行调度计划。继而,将用户负荷的不确定性和虚拟电厂中风光出力的不确定性考虑进来,建立了双层随机经济调度模型。最后,在上、下层模型中加入环境成本最小的优化目标,形成多目标双层随机经济调度模型。本章由简到繁,基于传统经济调度模型逐步建立了计及不确定性因素与环境价值的双层随机经济环境调度模型。最后以某地区的电力系统作为分析对象,通过仿真分析验证了本章所构建模型的可行性和适用性。第五,建立了虚拟电厂发展的系统动力学模型。首先,基于系统动力学理论阐述了此次建模目的,设定了建模边界,分析了关键影响因素;根据虚拟电厂的系统发展特点,将该系统划分为电力供需、虚拟电厂投资运营与资源环境三个子系统;分析了系统内部及各子系统之间的相互影响关系,设计了虚拟电厂发展系统内各影响因素之间的因果关系图;继而建立了虚拟电厂发展的复杂系统动力学模型,并设定各子系统变量之间的方程关系式及关键变量的参数值。第六,基于国家能源政策,设定情景对影响虚拟电厂发展的能源政策进行了仿真分析。首先基于A地区的经济社会与电力行业的历史数据,通过回归系数法与算数平均值法确定了初始参数值,并对模型的有效性进行了检验。其次对相关能源政策进行了梳理,设计了基准情景、基本政策情景和综合政策情景。再次对不同情景下虚拟电厂的发展趋势进行了仿真模拟,结果发现三种政策情景下A地区的虚拟电厂发电量、装机容量、利润均呈增长态势,且研发投入资金的不断积累将显著降低其发电成本,提高发电效率;虚拟电厂的快速发展也将显著减少该地区二氧化碳排放量和煤炭消耗量。通过仿真结果的对比分析发现,在综合情景下虚拟电厂获得了较快发展,且A地区的清洁能源占比、电力行业二氧化碳排放量和装机容量也达到了政策目标设定值。最后,提出了促进我国各地区虚拟电厂快速发展的政策建议。