城市居民建筑空间利用率高,适用于高密度城市化地区,是我国城市的主要建筑形式之一。城市居民建筑具有独特的用能模式,一方面,城市居民建筑具有较高的用能密度而集成可再生能源的潜力不足,因此,其低碳转型尤为困难,也是我国实现“2030碳达峰、2060碳中和”战略目标所面临的重要挑战。另一方面,城市居民建筑的不确定性多能需求往往具有明显的峰谷效应,进一步增大了能源系统的局部供需矛盾,给城市电网的稳定性带来了一定风险。研究发现,城市居民建筑能够通过需求响应主动地参与电网的供需匹配,作为重要的灵活性来源之一,对提高电网的稳定性、经济性和安全性具有重要意义。因此,基于以上背景,本论文以城市居民建筑的多能需求为研究对象,展开了不确定性模拟与灵活性研究。论文的主要工作内容如下:（1）开展了城市居民建筑低碳转型方案的研究。针对多能需求密度高,峰谷效应明显,分布式可再生能源系统安装面积受限的建筑形式,提出了低碳转型方案。首先,通过从节能方法、可再生能源集成与智能能源管理三种途径进行梳理,综合分析了政策、管理、市场以及技术因素对城市居民建筑低碳转型的影响,揭示了低碳转型进程中城市居民建筑部门与电力部门、集中供热部门间的互动关系以及协同式的发展机理。在此基础上,总结了该部门低碳转型中存在的脱碳化、分散化与数字化趋势,从多部门的角度为城市居民建筑的不确定性及灵活性分析提供了全新的视角。结果表明,低碳场景下,城市居民建筑具有巨大的灵活性潜力,有助于构建多中心城市能源系统,从而加强系统安全性、弹性和可生存性。本研究提出的低碳转型方案对具有高密度城市化模式的发展中国家具有指导作用。（2）开展了城市居民用能的不确定性模拟研究。首先,从空间与能量耦合的角度出发,将城市居民建筑群抽象为多部门耦合的多能系统,提出了城市胞格网络的概念,并构建了基于多主体的不确定性模拟与灵活性调度框架,适用于胞格系统的多能流分析,亦保留了各部门单独的设计,提供了探索多系统协同优化的可拓展性。其次,基于该框架,建立了基于多主体的居民活动链模型和出行链模型,并分别定义了居民在家停留时的十六类居家行为以及电动汽车与七类出行目的相关的出行行为。结果表明,所提方法能够获得高解析度随机行为序列,对居民行为的时间、空间分布特征均有很好的代表性,且相比既有文献大大提高了模拟精度。最后,针对城市微气候及其他影响城市居民建筑多能需求的不确定性因素,开展了模型构建研究,进一步完善了城市居民多能需求的不确定性模拟的理论基础。本方法具有良好的通用性,可推广到其他类型建筑的不确定性多能需求模拟,其行为模式提取方法可应用于其他具有相同结构的数据集。（3）开展了城市居民多能需求的不确定性与灵活性评估研究。首先,基于多重不确定性建立了城市居民建筑多能需求模型,包括基于居民活动链的多主体家用电器电负荷模型,基于出行链的多主体电动汽车充电负荷模型,基于城市微气候模型与内热源模型的建筑温控负荷模型,并改进了均方根误差指标来量化评价多能需求的不确定性。其次,将城市居民建筑负荷分为可转移、可中断、可削减三类柔性负荷和按需、基础两类刚性负荷,并针对性地提出了最大转移时间、可调度时长和温度偏移度的灵活性指标以量化柔性负荷的灵活性,考虑到电动汽车到电网技术,针对电动汽车将指标细化为充电与放电两类。最后,提出了理论等效可调节功率和理论等效可调节容量作为灵活性评估的指标。结果表明,本方法能够有效模拟异质性多能需求的时空间分布,在不确定性与灵活性评估方面,可削减负荷的潜力最大,可转移负荷次之,可中断负荷最小,随着电动汽车渗透率的持续上升,未来,可中断负荷的不确定性与灵活性均会有明显提升。（4）开展了城市居民需求响应策略与柔性负荷调度优化研究。首先,建立了量化评价柔性负荷灵活性的指标体系,包括等效储能容量、等效储能充放电效率、等效充放电功率与等效储能荷电状态。其次,提出了基于价格的需求响应下的个体柔性负荷的居民自调度策略,针对个体柔性负荷的等效储能系统构建了灵活性约束,算例对不同居民经济敏感性下的个体柔性负荷灵活性与居民效益进行了分析和评估。最后,针对基于计划的需求响应下的聚合柔性负荷集中式调度问题,提出了基于等效聚合算法的聚合柔性负荷集中式调度优化模型,以及基于松弛度算法的个体负荷分散控制模型。结果表明了本方法的有效性,节省了计算资源,能够解决连续时间序列上的可转移负荷和可削减负荷以及非连续时间序列上的可中断负荷的集中式调度优化问题。