电力网络是人类文明从机械时代迈入电气时代最具代表性的标志。电力网络由发电设备,传输设备,配用设备等组成,向用电方提供安全稳定的电力来源。然而随着电力设备的老化、电力需求的日益增长及新能源技术的发展,可靠、稳定、高效的电网技术成为研究热点。智能电网(Smart Grid),被学术界和工业界认为是有效解决现有挑战的下一代电网技术解决方案。智能电网将会配备通信设施和实时测量设施,提高电网的可靠性、稳定性、效率,同时能够预防、应对电网内部以及外部的危机。智能电网将有效处理电力运输及调度过程中的不确定性,提供新型清洁能源,优化配用电网系统并提升电力供应的质量和可靠性,更加主动地预测和管理电网操作中的不可预测事件,降低电网运行风险。在未来的智能电网,能量优化管理问题是一项核心关键技术和前沿研究课题。先进量测技术和智能配用电网通信设施的引入促使智能电网变革为一个闭环反馈可控系统。在此硬件设施基础上设计优化控制算法将有效改善电力网络的能量使用效率、可靠性和稳定性。根据智能配用电网体系内个体之间是否实时交互,可以将能量优化管理问题分为宏观层面和微观层面。值得注意的是,作为信息物理系统的典型范例,智能配用电网面临信息融合后带来的安全问题。本文结合该方向的最新研究成果,以智能配用电网能量优化管理的关键技术研究为主要内容。首先,本文简要回顾智能配用电网能量优化管理问题的相关研究背景、概述和国内外研究现状。本文的主要贡献包括以下几个方面：1.研究了家庭用户用电设备调度问题,考虑在智能电网背景下针对实时电价的预测具有不确定性。家庭用户用电设备的负载调度应该考虑到用户舒适度以及对不确定实时价格的鲁棒性。首先根据用电设备的特性进行建模,然后构建考虑到用户舒适度和鲁棒性的目标函数,最终问题被构造成为一个混合整数二次优化问题。通过整数松弛将整数变量转换为连续变量,然后用内点法解出二次优化问题,最终将一些连续变量近似为整数变量,得到次优解,并给出次优解和最优解之间差距的证明。此外还给出一个迭代学习算法,获取用户的用电习惯和决定用电费用和满意度之间的权重因子。2.研究了智能楼宇中的会议调度问题。在智能楼宇中,对所举办的会议进行调度使得用电费用达到最小。首先针对会议的特点以及实际情况进行建模,考虑到启动电量(将房间温度调整到舒适程度的额外电量),构造目标函数。该问题为一个混合整数线性规划问题,可通过优化工具解决。为了降低计算复杂度,本文设计了一个基于评分排序的方法,对每个会议分别进行调度安排,最终得到次优解。仿真结果证明该算法能够使得楼宇的用电费用减低28.5%,且计算时间大幅减少。3.研究了多家供电公司场景下的需求侧响应管理策略。未来的电力市场是开放的,允许多方竞争。该问题给出的场景即是多家供电公司向一个居民小区供电,各家供电公司可以自由选择价格和产量。居民小区用户也可根据市场价格和市场供应选择供电公司和用电量。本文采用了两层博弈模型,其中非合作博弈用于建模供电公司之间的交互和策略选择,演化博弈用户建模居民小区的策略选择。最终设计分布式算法,使供电公司和居民用户分别收敛到Nash平衡点和演化博弈平衡点。仿真结果表明该算法可有效降低用电需求的峰值平均值比。4.研究了不可靠无线通信对于需求侧响应管理的影响以及设计抗拥塞攻击算法。在智能配用电网背景下,采用通用需求侧响应管理模型,其中家庭用户和分布式控制中心的通信通过无线通信实现,家庭用户可以在多条无线信道选择一个信道进行通信,同时攻击者会选择一个信道对其进行拥塞攻击,能量管理中心无法成功接收家庭用户的需求信息,将对其需求进行估计。并证明不可靠通信将降低需求侧响应管理的全局效益。此外,还提出一种基于后悔度匹配的抗拥塞攻击算法,提高网络对抗拥塞攻击的性能,并使网络攻击对于需求侧响应管理的效益影响达到最小。最后对全文进行了总结,并对进一步的研究工作进行了展望。