用户能源系统是靠近用户侧的一种微型多能源系统,作为能源互联网的末端网络,可实现可再生能源的广泛接入。随着能源互联网和用户终端智能设备的发展,用户能源系统中多类异质能源呈现强耦合互补特征,供需双侧具有多元互动的特性,但可再生能源的随机性、波动性问题和供需双侧的多元互动模式也增加了系统规划设计与运行的复杂性和不确定性。在新一代能源互联网环境中,如何优化用户能源系统各机组、设备的容量配置和运行策略是提高能源利用率和实现系统绿色、经济、可靠运行的关键。本文以用户能源系统为研究对象,围绕系统的多能互补、供需协同、可再生能源消纳及不确定性等问题,对用户能源系统容量配置、运行策略进行研究,主要研究工作如下:(1)用户能源系统中含气电冷热等多种能量流,能量流之间耦合关系复杂,为分析系统能量流之间的耦合关系,建立了各子系统中关键机组、设备的功率模型,并研究了两种分析系统能量流的建模方法。第一种方法以系统中电能流和热能流为研究对象,建立电能流和热能流集线器,通过电、热能流集线器对电能流和热能流的汇集与分配作用,可简化系统能量流的分析。第二种方法为基于能量枢纽模型,提出一种采用分层的方法将系统内部分为能源分配层和能源转换层,可清晰化能量流之间的关系,而通过层与层之间的级联关系可快速建立能量流耦合矩阵。这两种能量流建模方法为后续用户能源系统容量配置与运行提供基础。(2)针对独立的用户能源系统,建立了基于能量流的供电、供热可靠性指标,考虑到用户能源系统中多能源之间的互补特征,提出考虑多能互补、促进可再生能源消纳和提高能源利用率的运行策略,并建立考虑系统投资费用、一次能源消耗、二氧化碳排放、供能可靠性的综合评价指标的用户能源系统容量优化配置模型。所提的面向多能互补的用户能源系统容量配置优化方法充分发挥了系统中源-源、源-荷和电-热等互补的作用,在保证系统供能可靠性前提下,促进了可再生能源消纳,并提高了系统配置的经济性。(3)基于用户能源系统中气、电、冷、热等不同形式能源间的耦合互补、互替、互动关系,将综合需求响应机制引入到其容量配置、运行优化模型中,建立了综合需求响应资源参与系统内、外互动的模式和模型,并建立考虑供需双侧协同的用户能量枢纽容量配置双层优化模型。上层模型优化用户能量枢纽中各机组、设备的容量,下层模型优化系统在不同季节典型日的运行策略。上下二层通过改进粒子群算法和混合整数线性规划方法求解。综合需求响应的实施可实现负荷的削峰填谷,促进可再生能源消纳和提高系统规划、运行的经济性。(4)针对用户能源系统消纳可再生能源的问题,分析了可再生能源消纳的主要措施及可再生能源的不确定性对系统规划、运行的影响,建立了考虑可再生能源消纳的用户能源系统容量配置的两阶段可调节鲁棒优化模型。第一阶段考虑了可再生能源消纳,以系统经济性为目标,优化系统在最劣场景下各主要机组、设备的容量配置。第二阶段考虑了可再生能源发电的不确定性,搜寻系统最劣场景和优化最劣场景下的运行策略。利用强对偶理论和列约束生成算法(C&CG)对min-max-min结构的鲁棒优化问题进行转化和求解,该算法可快速、有效求解两阶段鲁棒优化模型。分析可再生能源消纳的措施及成本对系统可再生能源消纳和经济性的影响,为决策者提供合适的决策建议。(5)进一步考虑了用户能源系统供需双侧的不确定性,基于用户能源系统中综合需求响应的灵活互动、互补特征,将综合需求响应机制引入到系统多阶段调度中,构建了考虑综合需求响应的用户能源系统日前调度-日内调控的两阶段鲁棒-随机调度优化模型。模型日前阶段考虑了概率最劣场景,确定日前调度阶段中各发电及制热机组、储能设备等的输出功率和综合需求响应资源的互动模式、响应容量及时间等。日内阶段基于日前阶段的优化结果,搜寻系统概率最劣场景,并确定系统在概率最劣场景下的调控方案。通过综合需求响应资源参与系统多阶段的调度,提高了综合需求响应互动的灵活性,提高了系统的经济性和自给能力,而鲁棒-随机优化模型可提高系统抵御供需双侧不确定风险的能力,其寻找的概率最劣场景具有较强的鲁棒性和有效性。