海上油气平台这类远离海岸、环境复杂以及需要电、热、气、水等多种能量和物质供给的工程,形成了一个较为完整的独立的综合能源系统,由于这类系统容量一般在几MW至几十MW之间,可称之为微型综合能源系统或海上油气平台微能系统。海上油气平台正向多平台协同、集群开发和多能利用等模式发展,现有的规划方法已不能满足海上油气平台对经济性、环保性与稳定性的追求。目前海上油气平台供能系统规划存在以下问题:(1)能源利用形式单一,仅有高温余热回收,能效低;(2)仅以经济性为追求,废气任意排放,污染严重;(3)伴生气产量不稳定,使供需难平衡;(4)少储气储电设备,能源调度灵活性不足。为改善海上油气平台能源利用效率低与污染严重的规划现状,克服不确定性与灵活性的规划难点,本文借鉴区域综合能源系统规划的相关研究成果,结合海上油气平台自身的运行特点,引入目前海上油气、舰船工程领域所认可的新型设备、节能减排装置与方法,构建一种强调多能互补、余热梯级利用、电-热-气耦合的海上油气平台微能系统。在此基础上,考虑了生产工艺系统不确定性对其规划的影响,构建了统筹经济和环保效益的海上油气平台微能系统多目标规划模型,并提出算法进行求解。本文的具体研究内容包括:(1)总结了国内外区域综合能源系统与海上综合能源系统的研究现状,介绍了区域综合能源系统规划方法的研究情况,阐述了海上综合能源系统的应用前景,以及本课题的主要任务。(2)具体描绘了海上油气平台的基本结构,引入目前海洋工程领域所认可的能源转换设备、节能减排装置与方法构建了海上油气平台微能系统。针对平台生产工艺系统与供能系统紧密耦合关系,提出一种广义能量和物质流模型,详细介绍了广义能量和物质流模型建模的基本特性、建模流程与建模条件,为分析海上油气平台微能系统的能量转换分配关系与不确定性分析奠定了基础。(3)针对海上油气平台余热利用效率低、伴生气排空浪费、碳排放量大等规划现状,从综合能源规划的角度,根据能量集线器的思想,建立了一种强调多能协调互补、电-热-CO2耦合的多能流分析模型,并构建了以总成本与C02排放量最小为目标,包含电、热、天然气网络平衡等条件为约束的海上油气平台微能系统多目标规划模型,采用NSGAⅡ算法求解模型,获得Pareto优化集,再结合海洋工程设计的相关规范定义最优规划方案。通过对实际海上油气平台进行算例分析,验证所提的规划模型与方法与传统规划方法相比,具有更好的经济性与环保性。(4)针对海上油气平台能量系统与生产系统紧密耦合关系,基于广义能量-物质流模型,定量描述供能系统与生产工艺系统的能量物质转化关系,以及二者输入端与输出端的耦合互动关系。考虑生产工艺系统运行的不确定性对微能系统规划的影响,建立考虑供能系统与生产工艺系统相关性的多目标随机规划模型,并采用NSGAⅢ算法结合Monte Carlo模拟进行求解。通过中国渤海某海上油气平台算例仿真验证了本文所提模型与方法的有效性与可行性。(5)针对海上油气平台伴生气生产不稳定,少储气储电设备,供需不平衡的现状,考虑生产工艺系统对海上微能系统规划的双重不确定性影响,建立了一种气-电联合储能的海上微能系统模型。其中,伴生气产量的大幅增减波动由伴生气存储库调节;伴生气产量不确定性与其他因素引起的设备出力与负荷等环节的小幅波动由电能存储系统调控。为降低预测误差带来的经济损失,基于双重不确定性理论较全面的考虑伴生气产量与电热负荷的不确定性,建立海上油气平台微能系统的模糊随机规划模型,并采用模糊随机-NSGAⅡ算法进行求解,最后通过渤海某海上油气平台算例仿真,验证了所提模型和方法的可行性和有效性。