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随着全球能源资源愈发紧缺以及环境污染日益严重，调整能源结构、提高能源利用效率，以及保护环境等问题引起世界各个国家的高度重视。我国传统的大电网输配线能源损失和环境污染较大，相比之下，建立在终端用户附近的分布式能源系统(Distributed Energy System, DES)具有能源损耗低、环境污染小，以及能源利用率高等优点。天然气冷热电联供(Combined Cooling, Heating, and Power, CCHP)系统作为DES的一种，因其对低品位余热实现了有效的利用，以及我国对天然气使用的大力提倡，近几十年得到了蓬勃发展。因此，对CCHP系统的优化研究是我国能源消费领域的重要课题。
针对现实中CCHP系统为建筑集群、建筑楼宇、工业制造厂供能时，考虑不确定因素、碳排放政策，以及分时电价等因素的影响，探讨CCHP系统与蓄能装置、地源热泵，以及电动汽车等协作运营时的优化问题。从经济、环境，以及能源的角度出发，运用随机规划等运筹学方法构建数学规划模型，并采用相应的算法进行求解。论文主要研究内容及成果总结如下：
(1)研究了随机能源需求的建筑集群CCHP系统协作运营决策优化问题。考虑到建筑楼宇的能源需求随着季节、温度等因素的变动，而不能被准确预测，因此采用随机规划的方法刻画不确定因素。以最小化每个建筑楼宇总费用为目标，构建了协作模式下的两阶段多目标随机规划模型。并采用权重加权法和Benders多割平面算法进行求解。研究结果表明：1)建筑集群协作共享CCHP系统，相比于非协作模式，具有更低的总费用；2)采用两阶段随机规划模型处理不确定性能源需求是有必要和价值的。
(2)研究了随机环境下引入蓄能装置的建筑集群CCHP系统协作决策优化问题。蓄能装置可以实现削峰填谷的效果，能够有效缓解建筑集群共享CCHP系统中的供需不匹配问题。考虑到不同随机因素的影响，提出构建两阶段多目标随机规划模型，以获得最优能源调度方案以及最低总费用。采用线性松弛和Benders分解算法进行求解该随机规划模型。研究表明：1)能源价格不确定相比于能源需求不确定，对供能系统最优运营成本影响更大；2)两类随机因素对建筑集群供能系统最优成本具有累积影响的效果。
(3)研究了碳税政策下考虑需求不确定的CCHP-GSHP系统协作决策优化问题。CCHP系统和地源热泵系统(Ground Source Heat Pump , GSHP)耦合为建筑楼宇供能，可以显著提高系统的性能。考虑到决策者往往对风险具有不同的偏好，提出采用机会约束的方法刻画随机的能源需求。以总成本最小、初始能源消耗量最少，以及二氧化碳排放量最低为目标函数，构建随机机会约束规划模型。将办公楼、仓库、餐馆和酒店作为研究对象，实验结果表明：1)当可靠性水平增大时，4类建筑楼宇的经济、能源，以及环境指标都呈现增大的趋势；2)当碳税价格增大时，4类建筑楼宇的成本都呈现增大的趋势，碳排放量呈现减少的趋势，其中酒店的排放量减少幅度最大。
(4)研究了分时电价下CCHP系统和电动汽车以及制造厂协作运营决策优化问题。针对工业制造厂工人将拥有的电动汽车停放在停车场时，电动汽车的集中充电行为加重电网负荷的过载现象，提出电动汽车接入制造厂的概念，研究了CCHP系统、电动汽车，以及制造厂之间协作运营时的优化问题。以最小化总成本为目标，构建混合整数非线性数学模型，并采用粒子群算法进行求解。实验结果表明，协作模式相比于非协作模式：1)一班制冬季一天和夏季一天最优总成本分别节省了22.84%和34.81%，两班制冬季一天和夏季一天最优总成本分别节省了16.73%和29.96%；2)各自最优方案所对应的初始能源消耗量以及碳排放量平均降低了22%和23%。
本文的主要创新点归纳为以下几个方面：
(1)研究了随机因素影响下，建筑集群协作共享CCHP系统的优化问题。提出了协作运营模式，并构建了两阶段多目标随机规划模型，进而采用Benders多割平面算法进行求解。数值实验验证了所提出模型和算法的有效性。
(2)建筑集群协作共享CCHP系统和蓄能装置的优化问题中，考虑了不同随机因素的影响。构建了两阶段多目标随机规划模型，并采用线性松弛方法和Benders分解进行求解。
(3)考虑决策者具有不同风险偏好，研究了碳税政策下建筑楼宇CCHP-GSHP系统协作决策优化问题。构建了机会约束随机规划模型，并通过案例分析验证了协作模式在经济、能源，以及环境方面的优势。
(4)针对CCHP系统、电动汽车，以及工业制造厂之间的能源优化问题，提出了能源协作共享模式，以缓解大量电动汽车充电行为引起的电网负荷过载问题。构建了协作模式下的混合整数非线性规划模型，并采用改进的粒子群算法进行求解。
本文综合运用运筹学、精确算法和启发式算法等理论方法，对不确定因素、碳税政策，以及分时电价下，CCHP系统为建筑集群、建筑楼宇以及工业制造厂供能时的协作运营决策优化问题进行了系统的研究。本文的研究工作丰富了运筹学和管理科学的理论研究成果，为决策者作出最优的能源调度方案提供了借鉴和参考。
论文的最后指出了CCHP系统优化问题的后续研究，以及有待于进一步深入开展的一些研究方向，比如考虑其它碳排放政策对供能系统协作运营优化问题的影响等。
针对现实中CCHP系统为建筑集群、建筑楼宇、工业制造厂供能时，考虑不确定因素、碳排放政策，以及分时电价等因素的影响，探讨CCHP系统与蓄能装置、地源热泵，以及电动汽车等协作运营时的优化问题。从经济、环境，以及能源的角度出发，运用随机规划等运筹学方法构建数学规划模型，并采用相应的算法进行求解。论文主要研究内容及成果总结如下：
(1)研究了随机能源需求的建筑集群CCHP系统协作运营决策优化问题。考虑到建筑楼宇的能源需求随着季节、温度等因素的变动，而不能被准确预测，因此采用随机规划的方法刻画不确定因素。以最小化每个建筑楼宇总费用为目标，构建了协作模式下的两阶段多目标随机规划模型。并采用权重加权法和Benders多割平面算法进行求解。研究结果表明：1)建筑集群协作共享CCHP系统，相比于非协作模式，具有更低的总费用；2)采用两阶段随机规划模型处理不确定性能源需求是有必要和价值的。
(2)研究了随机环境下引入蓄能装置的建筑集群CCHP系统协作决策优化问题。蓄能装置可以实现削峰填谷的效果，能够有效缓解建筑集群共享CCHP系统中的供需不匹配问题。考虑到不同随机因素的影响，提出构建两阶段多目标随机规划模型，以获得最优能源调度方案以及最低总费用。采用线性松弛和Benders分解算法进行求解该随机规划模型。研究表明：1)能源价格不确定相比于能源需求不确定，对供能系统最优运营成本影响更大；2)两类随机因素对建筑集群供能系统最优成本具有累积影响的效果。
(3)研究了碳税政策下考虑需求不确定的CCHP-GSHP系统协作决策优化问题。CCHP系统和地源热泵系统(Ground Source Heat Pump , GSHP)耦合为建筑楼宇供能，可以显著提高系统的性能。考虑到决策者往往对风险具有不同的偏好，提出采用机会约束的方法刻画随机的能源需求。以总成本最小、初始能源消耗量最少，以及二氧化碳排放量最低为目标函数，构建随机机会约束规划模型。将办公楼、仓库、餐馆和酒店作为研究对象，实验结果表明：1)当可靠性水平增大时，4类建筑楼宇的经济、能源，以及环境指标都呈现增大的趋势；2)当碳税价格增大时，4类建筑楼宇的成本都呈现增大的趋势，碳排放量呈现减少的趋势，其中酒店的排放量减少幅度最大。
(4)研究了分时电价下CCHP系统和电动汽车以及制造厂协作运营决策优化问题。针对工业制造厂工人将拥有的电动汽车停放在停车场时，电动汽车的集中充电行为加重电网负荷的过载现象，提出电动汽车接入制造厂的概念，研究了CCHP系统、电动汽车，以及制造厂之间协作运营时的优化问题。以最小化总成本为目标，构建混合整数非线性数学模型，并采用粒子群算法进行求解。实验结果表明，协作模式相比于非协作模式：1)一班制冬季一天和夏季一天最优总成本分别节省了22.84%和34.81%，两班制冬季一天和夏季一天最优总成本分别节省了16.73%和29.96%；2)各自最优方案所对应的初始能源消耗量以及碳排放量平均降低了22%和23%。
本文的主要创新点归纳为以下几个方面：
(1)研究了随机因素影响下，建筑集群协作共享CCHP系统的优化问题。提出了协作运营模式，并构建了两阶段多目标随机规划模型，进而采用Benders多割平面算法进行求解。数值实验验证了所提出模型和算法的有效性。
(2)建筑集群协作共享CCHP系统和蓄能装置的优化问题中，考虑了不同随机因素的影响。构建了两阶段多目标随机规划模型，并采用线性松弛方法和Benders分解进行求解。
(3)考虑决策者具有不同风险偏好，研究了碳税政策下建筑楼宇CCHP-GSHP系统协作决策优化问题。构建了机会约束随机规划模型，并通过案例分析验证了协作模式在经济、能源，以及环境方面的优势。
(4)针对CCHP系统、电动汽车，以及工业制造厂之间的能源优化问题，提出了能源协作共享模式，以缓解大量电动汽车充电行为引起的电网负荷过载问题。构建了协作模式下的混合整数非线性规划模型，并采用改进的粒子群算法进行求解。
本文综合运用运筹学、精确算法和启发式算法等理论方法，对不确定因素、碳税政策，以及分时电价下，CCHP系统为建筑集群、建筑楼宇以及工业制造厂供能时的协作运营决策优化问题进行了系统的研究。本文的研究工作丰富了运筹学和管理科学的理论研究成果，为决策者作出最优的能源调度方案提供了借鉴和参考。
论文的最后指出了CCHP系统优化问题的后续研究，以及有待于进一步深入开展的一些研究方向，比如考虑其它碳排放政策对供能系统协作运营优化问题的影响等。