近年来,为满足配网负荷需求,提升供电可靠性、经济性,以及响应低碳经济的要求,用户侧建设了大量分布式发电、储能、需求响应资源。在国家政策扶持下,掌握各类用户侧资源资产或运营权的利益主体正在形成;然而,随着分布式资源补贴逐年下降,用户侧利益主体收益渠道单一,投资回收周期长的问题开始呈现。各利益主体迫切需要进入电力现货市场谋求收益。然而在市场机制上,用户侧各类利益主体所拥有的分布式能源规模小,无法参与电力市场竞价;在技术上,过去分布式能源“安装即忘记”的建设模式,以及可再生能源出力的波动性和不确定性,为用户侧利益主体参与市场带来了困难。为此,虚拟电厂的概念被提出。虚拟电厂可以广泛聚合用户侧各利益主体的资源,形成多能互补,并且增大规模,参与电力现货市场来谋求收益,并为电网提供需求响应等支持。国家电网公司近年来大力建设电力物联网,并且着重推进虚拟电厂应用场景的研究和实践。先进的传感器、计量、边缘计算、智能电网等技术为这一模式提供了保障。本文应用区间优化对不确定性建模,建立价格制定者型虚拟电厂交易策略模型,优化了在多个市场主体博弈下的虚拟电厂收益,并且设计用户侧交易机制,得到用户侧利益主体经联盟博弈能够形成的虚拟电厂形式。主要研究内容和成果如下:首先,针对不确定性建模问题,本文应用区间优化,构建了虚拟电厂合约和日前市场综合交易策略优化模型。由于聚合了多种灵活性资源,虚拟电厂具有灵活的可调容量及爬坡区间。因此,本文采用区间数表示不确定量和可调范围,并且采用基于悲观度的区间优化方法优化虚拟电厂交易策略,评估虚拟电厂可调容量区间及爬坡区间等灵活性性能。相对于广泛使用的随机场景生成方法,区间优化方法减轻了计算量,不需要对不确定量的概率分布函数进行假设。基于不同的市场价格、决策者对风险接受程度,虚拟电厂的合约和日前市场购售电量得到了优化,其调度灵活性可合理评估。其次,针对广泛聚合后虚拟电厂对市场出清价格的影响能力,本文构建了价格制定者型虚拟电厂交易策略双层优化模型。模型上层包含基于区间优化的交易偏差平抑机制,实现用户侧资源协调调度;下层优化日前市场出清。通过Karush-Kuhn-Tucker条件,模型转化为单层的均衡约束数学规划问题,并经过线性化后求解。通过优化协调可控资源,交易偏差平抑机制有效减少了可再生能源出力不确定性的影响,优化收益。再次,针对存在多个策略型市场主体的日前市场,本文构建了含虚拟电厂的市场均衡模型。各个市场主体的交易策略优化模型一起构成了带均衡约束的均衡问题。通过采用强稳定条件等方法,计算得到发电商收益最大化和社会效益最大化下的市场均衡,由此得到虚拟电厂在市场均衡下的收益。结果显示随着用户侧资源聚合形成更大规模的虚拟电厂,虚拟电厂对日前市场出清的影响将不能忽略。最后,针对收益分配以及用户侧利益主体联盟博弈形成虚拟电厂的问题,本文首先设计了基于Shapley值的区间收益分配机制,计算得到各个用户侧利益主体的悲观度收益。结果显示用户侧利益主体通过聚合成为虚拟电厂获得总收益高于单独参与市场时的收益之和,并且得到不同利益主体加入虚拟电厂后对总收益不确定性和中点的边际贡献。考虑到Shapley值假设条件在实际应用中的问题,本文基于用户侧利益主体的特点提出了用户侧动态联盟博弈交易机制,并包含基于发电量和不确定性的分配机制。这一机制允许各利益主体不限次数地改变联盟策略直到形成稳定的联盟状态。算例通过联盟博弈中有效关系、占优关系和偏好关系分析,求得用户侧利益主体博弈形成的虚拟电厂形式。综上所述,本文系统地研究了用户侧利益主体聚合形成虚拟电厂的交易策略、收益分配和聚合形成的问题。用户侧利益主体通过聚合成为虚拟电厂参与市场的模式可以优化用户侧资源调控,在市场博弈中呈现竞争力,由此增加收益。本研究为这一模式提供了实现机制。