化石能源因长期、大量利用而面临自身储量日益枯竭和环境污染不断加重的双重压力,以风力、光伏为代表的分布式可再生能源技术及装备的迅猛发展为转变能源消费方式、实现能源转型升级提供了新思路、新途径。针对分布式可再生能源量大面广、能量密度低、管控难度大、弃风弃光现象时有发生的难题,能源互联网(Energy Internet,EI)应运而生,它综合能源网和互联网的先进技术、理念,以传统能源骨干网、输配网为基础,着重对能源网络的中、低压输配端进行升级改造,致力于实现能源流、信息流的端对端双向流动,并通过信息、物理层面的深度融合,实现大规模分布式可再生能源经济高效地“就地利用、就近消纳、跨层交互、跨区输配、即插即用、需则可用”。基于能源局域网(Energy Local Area Network,ELAN)、多能源局域网的网内网外协同优化、跨层分区联合经济调度等是能源互联网系统能量管理领域中的前沿热点问题,旨在根据源、网、荷、储等内部节点和邻域/非邻域能源局域网之间的互联匹配关系,实现实时供需平衡、可再生能源利用最大化及系统运行费用与收益差值最小化的能量管控目标。针对该类问题,本文提出了基于分层递阶的能源互联网系统能量管理架构,在此基础上构建了能源局域网网内、网外协同优化模型和多能源局域网跨层分区能量调度与协同优化模型,并将大规模决策变量优化的理论、方法引入到问题的求解过程中,主要工作具体总结如下:(1)结合能源互联网系统能量管理的节点类型、连接关系及交互规则,提出并构建了基于分层递阶的能源互联网系统能量管理框架。首先,按照“分层分区、区内自治、区间协同”的优化策略并考虑各互联节点在组成结构、功能作用等方面的差异性,将能源互联网系统自下而上分为局域供需管控层、区域集中调度层和广域需求匹配层,并分别对各层的结构、功能、运行模式等进行了详细介绍;其次,设计了考虑大规模决策变量优化的能源互联网系统能量管理问题的分层决策框架;最后,给出了基于分层递阶的能源互联网系统能量管理整体解决方案。(2)研究并提出了适用于能源互联网系统能量管理的大规模决策变量优化方法,重点剖析了基于合作协同演化(Cooperative Co-evolution,CC)算法框架下的大规模决策变量分组问题,提出了改进的差分分组(Improved Differential Grouping,Imp_εDG)方法,并验证了该方法在分组效率、质量及嵌入到基于合作协同演化算法框架中求解大规模决策变量优化(Large Scale Global Optimization,LSGO)问题的优越性。首先,指出计算误差是导致差分分组结果不准确的主要原因,并据此提出了用于剔除计算误差的差分分组矩阵;其次,利用差分分组矩阵准确识别出可分变量、直接/间接不可分变量,并将其分至对应的子空间;再次,考虑到分组后仍存在决策变量个数较多的高维子空间,故将这些高维子空间中的变量进一步划分至维度更小的子空间,以提高求解器的求解效率与求解质量;最后,将采用Imp_εDG分组方法得到的分组结果嵌入到基于合作协同的演化算法框架,验证了本文所提方法的信度和效度。(3)描述和分析了考虑多源-荷-储协同优化的能源局域网网内、网外协同优化问题,提出了经简化后的能源局域网系统能量管理与优化调度结构,并在此基础上构建了适用于网内、网外各可调度单元协同优化的数学模型。首先,系统介绍了能量管控过程中涉及的主要单元及其交互过程;其次,以系统运行费用与收益差值最小化为优化目标,构建了综合网内、网外各可调度单元的功率-费用模型,并给出其在产能充足、匮乏两种运况下的优化调度策略;最后,设计了有/无需求响应、有/无同级直连能源局域网模式下的三种优化调度方案,并采用考虑大规模决策变量优化的协同演化算法对不同调度策略下的各优化方案进行优化求解、比较分析。试验结果表明:在无法通过自协调实现自平衡的情况下,考虑能源局域网优先与其邻域/非邻域能源局域网就近进行能量交互后,如有必要再与公用电网进行能量交互的模式比其直接与公用电网进行能量交互的模式具有更大优势。(4)针对包括多能源局域网集群、大规模产能/用能集群的能源互联网系统能量管理问题,提出了多能源局域网跨层、分区的能量调度与协同优化策略,并验证了该策略的可行性、有效性。首先,系统阐述了能源互联网模式下多能源局域网系统能量管理与协同优化问题,并依次给出了多能源局域网跨层、分区能量调度与协同优化的6种典型运行场景;其次,考虑分层分区后各节点间的差异性和交互关系,系统地构建了能源互联网各层能量管理与优化模型;再次,分阶段给出并介绍了适用于联网模式下能源互联网系统各层能量协同管控过程与优化方法;最后,采用由18个能源局域网组成的能源互联网系统对本文所提的模型、方法进行验证,试验结果表明本文所提方法能够快速准确、经济高效地实现多能源局域网跨层跨区能量联合调度,并能给出具体、合理的能量输配方案。