能源是国家发展的重要物质基础,随着化石能源的不断开采,化石能源在本世纪将面临枯竭,能源短缺问题已经引起学术界和工业界的深度关注。为了缓解紧张的能源供需关系,下一代能源系统将广泛使用清洁能源,增加能源供应。可再生能源分布广,适用于小规模分散利用,这会催生大量小型微网。但是可再生能源出力随机性导致微网能源利用困难。因此能源系统需要利用分布式节点能源的互补特性,辅助微网进行调节,提高能源利用率。但是微网不会在损失自身效用的情况下协助其他微网。所以能源系统需要依靠能源协作提供经济刺激方案,激励分布式微网参与能源协作,促使微网有效利用可再生能源,提高能源利用率。综上能源系统的设计就需要考虑到微网本地能源管理与微网间协作策略。因此本文着重于微网的能源规划与能源网络的协作策略研究,取得了有效的研究成果:在第一个工作中,为了解决各种能源之间相互不能利用的问题,提升多能源的利用效率,增加微网经济效益,我们设计了多能源管理与交易方案。由于可再生能源出力和用户需求具有随机性,传统方法利用可再生能源出力的概率函数进行本地能源管理,但是各个微网的可再生能源出力和用户需求情况各不相同,控制中心难以准确预测所有微网可再生能源出力情况。所以我们采用了基于李雅普诺夫优化本地能源规划算法。本地能源规划算法可以在无法获得参数概率分布函数的情况下,通过优化函数获取一个最优解。其次,在系统中存在大量分布式微网。为了有效利用分布式微网可再生能源出力的互补性,我们需要设置合理的交易机制激励微网加入能源协作。微网同时是能源生产方和消耗方,在交易中存在双重身份。传统能源交易方案无法有效利用微网产销一体的特性。所以我们设计了基于复式拍卖的能源交易算法,用以激励微网加入能源协作,以此提高能源利用率。通过能源协作算法也可以保证微网无法通过欺诈行为获取额外经济效用。我们通过理论分析和实际数据,证明了协作可以利用能源互补性,提高能源利用率。由于可再生能源出力的随机性,微网供需状况有较大的不确定性。由于较高的储能量可以有效帮助微网应对未来可能的能源短缺情况,在未来能源协作供需状况不明朗的情况下,微网会选择储存能源,而不会加入能源协作。为了进一步激励微网加入协作,提高能源利用率,能源协作也需要确保微网在未来拥有足够的能源应对可能的能源短缺,所以我们引入拆借理论,设计拆借交易模型。能源拆借算法利用能源租借方案规避了能源市场供需和价格不确定的问题,并提供提供经济和信用奖励,刺激微网参与能源协作,利用违约机制,避免微网租借能源过程中出现违约的状况。综合各种机制,能源拆借可以起类似于储能装置的作用。最后我们利用实际数据证明了能源拆借可以有效利用可再生能源,提高能源利用率。