长期以来，港口因为其巨大的经济拉动力成为世界各个国家沿海地区经济发展的重要因素。目前，港口正处于能源转型发展的关键时期。一方面，随着全球海运贸易量持续上升，港口生产能耗不断增大，传统的港口能源系统难以支撑港口经济贸易的高速发展；另一方面，靠港船舶和临港企业生产生活使用化石燃料燃烧，其所排放的气体对港口及其周围环境造成了严重的污染。为此，各国政府和组织机构都在努力推进港口能源转型，力求建设智慧化、绿色化港口能源系统。
　　基于上述背景，本文提出了港口综合能源系统（integrated port energy system，IPES）机理模型，并结合综合需求响应（integrated demand response，IDR），对IPES在不同场景下的规划、运行和评估等问题进行研究，为港口能源系统转型发展提供解决方案。本文所开展的具体研究工作如下：
　　(1)提出了IPES的基本架构并建立了包含能量生产、转换、存储单元的多能流港口能量枢纽（energy hub，EH）模型和多类型IDR模型，为后文研究奠定了基础。其次，针对IDR项目中用户基线负荷（customer baseline load，CBL）预测，提出了考虑用户不同用电模式的差异化 CBL 预测方法。根据实际用户数据，采用回归分析得到了不同类型用电模式用户适用的计算和调整方法。最后，通过和传统预测方法作对比，结果表明了该方法在提高CBL预测的简洁性、准确性和稳定性方面的优势。
　　(2)建立了船舶岸电的成本效益模型，研究了包括散货船、游轮船和集装箱船三种不同类船舶使用岸电的效益和岸电价格、靠港时间之间的关系，并计算得出确保船东收益的最优岸电价格和最少靠港时间。其次，基于上述的经济性分析和船舶到港规律，建立包含三类船舶的靠港时刻、靠港时长和岸电功率等特征参数模型，采用蒙特卡洛模拟对船舶使用岸电日负荷进行仿真，并分析在不同电价场景下的算例仿真结果。
　　(3)基于机理模型和负荷仿真结果，建立了一种计及IDR的港口EH随机规划模型。该模型以CBL预测值为随机变量，构建了考虑IDR响应量不确定性的机会约束和包括多能流平衡的确定性约束，通过优化EH设备容量和输出功率、IDR调用量等控制变量，使得港口EH优化配置总成本最小。仿真算例分析了不同场景下港口EH优化配置和多项费用结果，并讨论典型日下港口EH的调度运行情况以及不同IDR的类型和不确定性对优化结果的影响，验证了本文所提方法的有效性。
　　(4)为进一步推进IPES的研究，将港口单一港区扩展到港口多港区。提出了考虑能源互联（energy interconnection，EI）的多港区综合能源系统协同规划方法，以解决各港区能源系统独立规划导致的运行经济效益欠缺、能源利用效率低等问题。建立了 EI 网络简化模型并基于此构建了多区域 IPES 协同优化的混合整数非线性规划模型，并对其进行转化、求解。仿真算例表明了EI可缓解多区域IPES中能量输出与峰谷负载需求之间的失配等问题，有效提升港口整体能源系统的经济性并实现了跨港区间的风电消纳。最后，通过灵敏度分析研究了港口能源市场价格变化、船舶使用岸电的不确定性对多港区协同规划结果的影响。
　　(5)对港口能源系统规划方案的进行评估，从3E（能效、经济、环境）维度构建港口综合效益评估的多层级指标体系和相应的子指标集，并结合港口实际情况提出3E各子指标的计算方法。采用层次分析（analytic hierarchy process，AHP）-模糊综合评价法对不同规划方案下的港口能源系统进行综合评估。最后，通过将不同方案评估结果进行对比，分析了本文所提 IPES 在 3E 具体指标方面的优势，并同时验证了所建立的港口3E综合评估体系的有效性和适用性，可为港口能源系统规划建设提供指导建议。