随着分布式可再生能源发电系统和电动汽车的规模化发展,本地层面上的微电网、充/换电站、智能楼宇等多种先进的智能用电集成系统和区域层面上的聚合系统已经成为用户侧用电系统的重要发展趋势,是实现用户侧本地资源分布式接入智能电网、区域内多智能用电集成系统间的协同管理及与电网友好互动的主要系统架构,是在用户侧实现高效节能减排的关键环节。本文围绕多种类型智能用电集成系统的自治能量管理优化问题和区域聚合系统的协同能量管理优化问题展开研究,主要创新工作如下:(1)分析了电动汽车的充电行为特性,以初始SOC(State of Charge,荷电状态)、目标SOC、起始充电时间和终止充电时间为参数,建立了电动汽车充电可行域模型,并在模型基础上提出了基于可调整系数的电动汽车分类方法;分析并量化了系统中可能出现的四种随机事件,提出了基于事件触发状态机模型的协同增效能量管理运行框架;根据建立的电动汽车充电可行域模型、分类方法及光伏出力特性,以满足充电需求和促进光伏就地消纳为原则,提出了一种基于机理规则的充电功率分配策略。(2)分析了换电站内电池更换过程和充电过程各自的工作模式和特性,研究了二者间的内在联系,并建立了机理模型;在机理模型基础上,根据光伏发电系统出力和未来换电需求预测结果,以换电服务质量、光伏就地消纳率和经济收益作为评价指标,提出了换电站内电池充电功率分配策略;分析了不同换电需求预测误差对充电策略的影响,并提出了增加电池储备的方法消除预测误差的影响;针对充电过程中的功率波动问题,提出了采用梯次利用电池平抑功率波动的方法。(3)分析了固态变压器的架构及优势,引入固态变压器作为光伏充电站的集成架构,实现了光伏发电系统与电动汽车充电设施间的有机集成。分析了光伏充电站的能量调节特性,建立了光伏充电站参与辅助调频服务的调节能力模型和能量域模型,研究了光伏充电站参与调频服务的功率分配策略。设计了实验平台对提出的集成架构和能量管理策略进行了性能验证。(4)分析了日前优化的全局寻优特性和实时优化的调节特性,基于实时滚动线性规划方法,建立了同时具备全局优化和实时调整能力的智能用电集成系统自动需求响应模型;分析了实时电价的变化规律特性,建立了基于K均值聚类算法的动态电价向量生成模型,为自动需求响应模型提供全局的电价信息;为了避免大规模集中用电行为对电网电压幅值水平的带来的不利影响,建立融合电压幅值调节因子的未来用电需求域模型,可以根据电压水平有效地限制充电负荷;针对建立的自动需求响应模型,研究了基于原-对偶可行路径跟踪法的优化模型求解方法。(5)自上而下地分析了聚合模式下聚合商和子系统的角色和交互特性,提出了聚合系统分布式协同需求响应框架,分别建立了聚合商和子系统的收益模型;分析了各子系统的用电特性、需求响应目标及约束,在分布式协同框架下,建立了聚合系统的两阶段自动需求响应模型;分析了聚合系统内部各子系统间的协作机理,研究了聚合系统内部的定价机制和分布式协同需求响应的实现策略。