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促进可再生能源发电消纳的用户侧典型资源需求响应策略

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促进可再生能源发电消纳的用户侧典型资源需求响应策略

作者：蒋晨威浙江大学

学位级别：硕士

随着能源转型进程的不断推进,在供能侧主要表现为可再生能源接入电力系统比例的持续提高,在用能侧主要表现为用户终端消费中用电比例与需求响应潜力的显著提升。在此背景下,如何制定合理有效的需求响应策略,以充分发挥用户侧典型需求响... 详细信息

随着能源转型进程的不断推进,在供能侧主要表现为可再生能源接入电力系统比例的持续提高,在用能侧主要表现为用户终端消费中用电比例与需求响应潜力的显著提升。在此背景下,如何制定合理有效的需求响应策略,以充分发挥用户侧典型需求响应资源的可调度潜力,从而经济、高效地进行可再生能源的就地消纳,已然成为了问题的关键与研究的重点。综上所述,本论文在用户需求响应潜力评估分析的基础上,重点选取了工业大用户、商业园区用户和数据中心作为典型用户侧资源进行需求响应策略研究,并主要关注了以下两个方面:1)着重分析了在需求响应过程中存在的用户用能偏好、用能舒适度,以及对于可接受价格和可调度时段的差异化响应;2)充分引导了用户需求响应行为优先应对可再生能源的就地消纳,以实现用户经济与环保效益的双提升。本文主要工作如下:分析了工业大用户、商业园区用户、居民用户以及数据中心用户的需求响应特点。在此基础上,提出了考虑用户行为特点、用能情况、经济水平和环保效益的需求响应潜力评估指标体系,并采用了G1法（序关系分析法）和熵权法结合的主客观权重计算方法。最后,通过算例分析,验证所提出指标体系的有效性,实现了高潜力、高价值用户的评估与筛选,为后续章节进一步探究具体用户的需求响应策略提供前提与基础。提出了考虑用户偏好与可再生能源消纳的工业大用户需求响应策略。首先,建立了一种考虑用户偏好的改进状态任务网络（State Task Network,STN）模型,在描述工业大用户生产过程的基础上,设计了用户对于不同类型生产设备及其运行状态的偏好模型。接着,以最小化用户总用电成本和最大程度满足用户偏好为目标,提出了一种考虑可再生能源发电消纳的工业大用户需求响应策略,并考虑了相关设备的运行操作约束。最后,针对某一实际工业用户进行算例分析,验证了方法的有效性,并进一步分析了所提出策略对于提升用户经济与环保效益的积极作用。提出了考虑可再生能源出力不确定性的商业园区用户需求响应策略。首先,分析了商业园区用户各类用电设备的负荷特性与需求响应特性。接着,采用基于拉丁超立方采样（Latin Hypercube Sampling,LHS）的场景生成技术与基于Kantorovich Distance（KD）的forward场景削减技术形成了考虑可再生能源出力偏差的日前预测结果。然后,以最小化用户总用电成本为目标函数,并考虑用户用能满意度与需求响应限制条件,形成了用户的整体需求响应策略。最后,针对某一商业园区用户进行算例分析,探究了所提出策略对于降低用户用能费用、提高可再生能源就地消纳率的作用,并进一步分析商业园区用户中不同设备的需求响应特点。提出了考虑可再生能源发电消纳的数据中心用户需求响应与最优定价策略。首先,建立了数据中心的基本运行框架与数学模型,并考虑了下层用户对于可接受价格与可调度时段的差异化响应,建立了描述用户价格敏感性与时间敏感性的需求响应模型。接着,提出了数据中心与下层用户的双层优化问题,在上层以数据中心利润最大化为目标,通过制定分时数据服务价格,提出了数据中心的最优定价策略;在下层以用户数据服务费用最小化为目标,考虑了用户差异化的需求响应行为,并将响应后的用户需求反馈给上层。然后,利用Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件和强对偶定理将下层问题进行转化与求解。最后,针对某一数据中心用户进行算例分析,验证了所提出分时数据服务价格机制对于降低数据中心能源成本和增加可再生能源消纳的有益作用,并进一步对分时数据服务价格的档位数量进行了敏感性分析。最后对论文的研究工作做了全面的总结,并对研究工作的不足和该领域未来的研究方向提出了建议。

关键词：需求响应策略可再生能源发电消纳工业大用户商业园区用户数据中心

基于全局温度调整的中央空调需求响应策略与评价方法

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电力需求侧管理 2022年第3期24卷 35-40,47页

作者：赵建立赵本源顾兆雄张沛超郭雁国网上海市电力公司上海200030 电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海200240

商业楼宇中央空调系统是一类重要的需求响应资源。针对夏季削峰应用,提出了3种基于全局温度调整的中央空调需求响应策略,并设计了互动能力和考虑工作效率损失的用户净收益等两个评价指标。为精准预测中央空调的需求响应能力,采用EnergyP... 详细信息

商业楼宇中央空调系统是一类重要的需求响应资源。针对夏季削峰应用,提出了3种基于全局温度调整的中央空调需求响应策略,并设计了互动能力和考虑工作效率损失的用户净收益等两个评价指标。为精准预测中央空调的需求响应能力,采用EnergyPlus物理建模方法构建能耗预测模型。通过对上海市某商业楼宇建模仿真可知:3种策略能够在保证用户舒适度的前提下为电网提供不同的互动能力;利用考虑工作效率损失的用户需求响应收益模型,电网可以分析不同补偿价格对于中央空调用户的激励作用,同时用户可选择最佳需求响应策略和最优互动功率进行响应,以实现收益最大化。

关键词：中央空调全局温度调整需求响应策略工作效率舒适度

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智能小区居民负荷需求响应策略研究

智能小区居民负荷需求响应策略研究

作者：白纯湖南大学

学位级别：硕士

智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向。需求响应是智能电网框架下的重要互动资源,随着智能电网技术的发展,需求侧用户可以更加方便地参与需求响应。智能小区作为智能电网的重要组成部分,是智能电网关键技术实施和推广的工程... 详细信息

智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向。需求响应是智能电网框架下的重要互动资源,随着智能电网技术的发展,需求侧用户可以更加方便地参与需求响应。智能小区作为智能电网的重要组成部分,是智能电网关键技术实施和推广的工程主体。为了提高智能小区对可再生能源的利用能力,削弱分布式电源反向入网的负面影响以及减小智能小区大量电动汽车充电和大功率家电集中工作造成的负荷高峰,本文对智能小区居民负荷需求响应策略进行了研究。研究旨在提出合理的负荷需求响应策略改善居民用电负荷曲线,获取较好的经济效益和环境效益,最终实现小区居民与电网之间的真正互动。为了达到研究目的,本文开展了以下具体工作。首先,通过居民负荷的需求响应特性,将居民负荷分为不可控负荷,可转移负荷,可中断负荷三类,分别建立数学模型。选取可转移负荷,可中断负荷作为需求响应策略的研究对象。其次,针对促进智能小区分布式电源就地利用的目的,提出对居民可转移负荷进行日前调度的需求响应策略。通过负荷转移模型得到需求响应后居民的用电负荷曲线,采用改进的粒子群优化算法计算需求响应的最优负荷转移结果。针对新能源小区算例,对小区居民负荷参与需求响应结果进行仿真分析,并根据分时电价计算了居民参与需求响应后产生的收益。第三,针对削减智能小区高峰负荷的目的,提出了可转移负荷、可中断负荷实时参与的需求响应策略。首先建立了典型的电器设备——空调、热水器、电动汽车的需求响应模型,并根据设备的运行状态建立了用户舒适度模型。根据电器设备不同的优先级处理方式,提出了基于居民设定优先级的需求响应策略和基于动态计算优先级的需求响应策略。对不同算例进行仿真分析,最后,计算居民参与需求响应后产生的收益。仿真结果表明,本研究提出的促进分布式电源就地利用的需求响应策略和削峰目标下考虑用户舒适度的需求响应策略能够有效地提高智能小区对可再生能源的利用能力和减小小区用电高峰负荷。居民负荷参与需求响应,在不影响用户用电体验的前提下,协助维持了电网的安全稳定运行,体现了智能小区绿色、高效、安全的特征以及智能电网灵活、互动的内涵。

关键词：智能电网智能小区居民负荷需求响应策略分布式电源粒子群算法

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面向负荷聚合商的需求响应资源调控策略研究

面向负荷聚合商的需求响应资源调控策略研究

作者：蒋浩然东南大学

学位级别：硕士

在电力市场化环境下,负荷聚合商是一个处于系统运营商和零售客户之间的“协调”角色,可基于全流程技术方法评估中小用户的调控价值,实现离散化资源的高效整合,对于推动智慧用能,促进电力行业及经济社会的可持续发展起到积极作用。负荷... 详细信息

在电力市场化环境下,负荷聚合商是一个处于系统运营商和零售客户之间的“协调”角色,可基于全流程技术方法评估中小用户的调控价值,实现离散化资源的高效整合,对于推动智慧用能,促进电力行业及经济社会的可持续发展起到积极作用。负荷聚合商在代表管控的电力用户参与市场竞争时,市场的波动性以及用户侧的不确定性对其效益目标的实现带来了负面影响,而需求响应机制的科学设计是其开展经营业务和降低运营风险的基础。我国当前仍处于电力体制改革的探索期,以负荷聚合商为研究对象,进一步探究其在市场架构下的需求响应资源调控策略具有重要意义。总体而言,本文的研究重点在于,如何综合考量用户的用电行为、参与意愿、响应容量、激励成本以及电力市场价格的变化等多方面因素,制定适应不同客户群的差异化激励政策,以降低负荷聚合商面临的市场风险,实现自身经济效益最大化的目标。具体工作包括以下方面:(1)从负荷聚合商的相关概念入手,归纳了其业务范围和各类型资源的基本特征。在此基础上,从主能量市场竞标、辅助服务市场竞标和售电业务应对市场电价波动三个角度,总结和对比了负荷聚合商实施需求响应的典型场景,并分析了影响其决策的基本要素,包括用户侧电价机制、市场电价预测以及用户基线负荷预测等。(2)提出了用户基本情况、用电行为特征以及需求响应参与意愿三个维度的居民用户用电行为画像的构建方法,建立了反映用户负荷曲线典型特征的定量化指标,给出了各项指标的详细计算公式以及基层指标权重的客观分配方法。然后,进一步提出了基于优劣解距离法的需求响应目标用户优选流程,算例分析得到某地区样本用户的综合评价指标,由高到低排序完成目标用户库的构建。在此基础上,总结了迭代自组织数据分析算法的原理和计算步骤,并基于该算法对综合评价结果位居前列的居民用户基线负荷进行了聚类分析。(3)计及用户侧的不确定性和不同用户差异化的舒适度要求,综合考量经济性效益和舒适度影响两方面,应用随机规划理论建立了下层理性用户响应模型,并在此基础上,提出了以综合效益最大化为目标的上层负荷聚合商决策模型。上下层之间传递变量完成信息交互,形成了应对市场电价波动的日前需求响应策略双层优化模型。然后,给出了差分进化(differential evolution,DE)算法的计算公式和迭代流程。通过算例仿真,分析了不同类别居民用户响应行为的差异,基于DE算法求解出各类用户单位负荷削减量的最优经济补偿金额。同时,对负荷聚合商在实施需求响应前后的成本及收益情况进行核算,并最终通过灵敏度分析,验证了模型在关键参数变化时的稳定性。

关键词：电力市场负荷聚合商用户行为分析需求响应策略双层优化

基于改进多目标灰狼算法与智能软开关的主动配电网重构研究

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基于改进多目标灰狼算法与智能软开关的主动配电网重构研究

作者：张钧郑州大学

学位级别：硕士

现如今,可再生能源逐渐被发掘利用,能源并网技术不断得到改进,可自主协调控制的主动配电网也被广泛应用。传统电子设备的调控能力不足以满足可再生能源与负荷波动实时优化的要求,智能软开关(Soft open point,SOP)是一种可以对功率进行... 详细信息

现如今,可再生能源逐渐被发掘利用,能源并网技术不断得到改进,可自主协调控制的主动配电网也被广泛应用。传统电子设备的调控能力不足以满足可再生能源与负荷波动实时优化的要求,智能软开关(Soft open point,SOP)是一种可以对功率进行实时调节的智能配电设备,它的出现改变了配电网的传统供电方式,减少了传统开关机械性开断而引起的供电事故,提高了配电网的灵活性和可靠性。因此,本文对基于SOP的主动配电网重构问题进行研究。为提高灰狼算法对重构问题的解决效率,本文针对标准灰狼算法中因搜索能力不足而易陷入局部最优的问题进行改进,将粒子群小生境技术中的竞争共享机制加入到标准灰狼算法中,得到一种新的智能算法—基于小生境技术的改进多目标灰狼算法,并通过利用多目标测试函数对改进后的灰狼算法进行测试,结果表明改进多目标灰狼算法不易陷入局部最优且求解结果与真实的帕累托前沿基本一致,最后以改进后的算法对重构目标进行求解验证。为实现减小配电网电压波动、降低线路损耗、连续调节系统潮流分布的目的,本文提出了一种基于SOP的主动配电网重构策略,以降低网损与减小电压偏差为最终优化目标建立主动配电网时序优化模型,并利用改进多目标灰狼算法对多目标问题以及非线性约束问题进行求解。最后在IEEE33节点算例系统中进行仿真处理,仿真结果表明:在主动配电网中利用SOP取代传统联络开关可以有效地改善配电网中网损与电压情况。为考虑储能系统以及需求响应策略减小负荷峰谷差、提高配电网经济运行的能力,本文将SOP与储能系统相结合,加入价格型需求响应模型,提出配电网中基于智能储能软开关与需求响应联合优化策略,并引入投资成本变化量与电压偏差二者乘积的用户满意度模型,以用户满意度与网损成本、SOP使用成本联合作为优化目标。最后在节点算例系统中进行仿真,结果证明综合考虑需求响应与智能储能软开关联合的优化模型对配电网的优化效果更佳。

关键词：智能软开关改进多目标灰狼算法主动配电网重构储能系统需求响应策略

双碳目标下数据中心与配电网运行协同优化研究

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双碳目标下数据中心与配电网运行协同优化研究

作者：马万震华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

双碳目标推进了我国能源转型的进程,同时也推动了以清洁能源为主体的新型电力系统建设进程。配电网作为负荷用户和风光电源之间的重要纽带,承担着传输电能的关键任务,然而以风光为主的清洁能源电源大规模并网对配电网的稳定运行带来了... 详细信息

双碳目标推进了我国能源转型的进程,同时也推动了以清洁能源为主体的新型电力系统建设进程。配电网作为负荷用户和风光电源之间的重要纽带,承担着传输电能的关键任务,然而以风光为主的清洁能源电源大规模并网对配电网的稳定运行带来了严峻的挑战。数据中心(Internet Data Center,IDC)是用于存储、处理和管理大量数据和计算资源的设施,灵活的网络负载任务分配方式使数据中心具备优质的需求响应(Demand Response,DR)潜力。通过合理地调用数据中心需求响应资源可以解决由于风光电源出力的不确定性导致的供需不平衡的问题,同时能有效地缓解配电网运行压力、降低系统运行成本,从而促进可再生能源的消纳,为实现双碳目标提供保障。因此,本文以数据中心为研究对象,挖掘考虑网络负载任务时延的数据中心需求响应潜力,研究双碳目标下数据中心与配电网协同优化的关系。本文的主要工作成果如下:本文以前人的研究为基础,梳理分析了当前数据中心的基本架构、运行特点、能耗特性以及双碳目标下数据中心和配电网的发展路径以及二者的协同关系;进而从数据中心的需求响应潜力出发,构建了以网络负载任务时延能力为基础的数据中心能耗模型,分析网络负载任务时延与数据中心负荷变化的内在联系;并以最大化数据中心净利润为目标构建了考虑网络负载任务时延的数据中心需求响应潜力测算模型;给出运用遗传算法求解模型的流程,为协同配电网优化调度提供基础。基于数据中心需求响应潜力测算的研究上,本文研究了数据中心与配电网运行的协同关系;以最小化配电网运行成本为目标构建考虑数据中心需求响应的配电网优化调度模型,并给出运用粒子群算法的求解流程。为了验证模型的有效性,本文对所构建的两个优化模型分别进行算例仿真分析。首先,对于数据中心需求响应潜力测算,通过设定不同的需求响应补贴策略来分析数据中心需求响应潜力与需求响应补贴策略之间的关系。结果表明,补贴时段内补贴价格相同或递增的补贴策略不能很好地满足负载任务时延的要求,本文提出的补贴价格随响应容量增加而减少的阶梯型需求响应补贴策略能使网络负载实现理想的转移。其次,对于考虑数据中心需求响应的配电网运行优化研究,通过设定不同的场景来探究调用数据中心需求响应潜力和弃风弃光惩罚对配电网运行成本以及清洁能源消纳率的影响。结果表明,在没有弃风弃光惩罚的场景下,由于用于补贴数据中心需求响应成本过高,为满足系统的经济效益不会优先调用数据中心负荷;在考虑弃风弃光的惩罚场景下,调用数据中心柔性负荷资源会能在降低配电网运行成本的同时提高系统内风光电能的消纳率。

关键词：数据中心网络负载时延需求响应潜力配电网优化需求响应策略

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计及补偿电价农村空气源热泵优化控制策略

中国农业大学学报 2020年第12期25卷 142-150页

作者：张新鹤蒋利民黄伟刘强董彦君刘珂苏娟杜松怀中国电力科学研究院有限公司北京100192 国家电网浙江省电力有限公司杭州310007 中国农业大学信息与电气工程学院北京100083

针对我国北方农村地区电采暖用户数量显著增加导致的农村电网负荷季节性增长问题,在集中控制居民电采暖负荷参与电网调峰的场景下,以用户每日用电费用最小为目标,结合考虑各用户的温度需求、室外温度、分时电价和补偿电价信息为农村地... 详细信息

针对我国北方农村地区电采暖用户数量显著增加导致的农村电网负荷季节性增长问题,在集中控制居民电采暖负荷参与电网调峰的场景下,以用户每日用电费用最小为目标,结合考虑各用户的温度需求、室外温度、分时电价和补偿电价信息为农村地区广泛使用的电采暖设备—空气源热泵建立优化控制模型,提出优化控制策略。以北京市"煤改电"地区典型电采暖用户作为算例对提出的空气源热泵优化控制策略进行验证,结果表明:1)对空气源热泵实施优化控制在降低用户用电费用、充分满足用户舒适度的同时,可以实现削峰填谷;2)设置补偿电价可以起到激励空气源热泵用户主动参与优化控制策略的作用,不同的补偿电价对削峰填谷效果的影响不同。

关键词：煤改电空气源热泵需求响应策略电网调峰

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计及需求响应和热电联产的多微电网联盟优化调度方法

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智慧电力 2021年第6期49卷 107-115页

作者：黄柯蒙刘继春四川大学电气工程学院四川成都610065

面对新一轮电力改革的持续推进,使得具有相同利益诉求的微电网主体考虑区域合作联盟形式以降低市场化风险。而为实现联盟内各微电网更高的收益以及运营经济性,搭建了含多种分布式资源的联盟系统架构,从而构建了多微电网日前优化的合作... 详细信息

面对新一轮电力改革的持续推进,使得具有相同利益诉求的微电网主体考虑区域合作联盟形式以降低市场化风险。而为实现联盟内各微电网更高的收益以及运营经济性,搭建了含多种分布式资源的联盟系统架构,从而构建了多微电网日前优化的合作博弈模型。所提模型以最小化联盟运营成本为目标并采用分时调度策略,对包含储能、热电联产机组等多种分布式资源的运行状态实时决策。此外,合作模型中充分考虑需求响应机制和分时电价以实现微电网内部可转移负荷的实时优化调度。最后,采用Shapley算法依据联盟内各微电网成员对总体运营成本的边际贡献进行公平有效分摊。对包含3个微电网的联盟进行仿真分析表明,相比于单独交易策略,所提合作博弈模式下各微电网主体的经济效益均得到提升。

关键词：微电网需求响应策略热电联产合作博弈

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考虑抽水蓄能和需求响应的微能源网随机优化调度

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考虑抽水蓄能和需求响应的微能源网随机优化调度

作者：马亦卓华中科技大学

学位级别：硕士

随着国内外能源领域的快速发展,能源需求的不断增加以及愈发严重的环境污染问题成为当今社会亟待解决的巨大挑战。然而,目前的能源模式和消费结构并不能满足我国的可持续发展要求。因此,提高能源利用率以及降低有害气体排放是改善我国... 详细信息

随着国内外能源领域的快速发展,能源需求的不断增加以及愈发严重的环境污染问题成为当今社会亟待解决的巨大挑战。然而,目前的能源模式和消费结构并不能满足我国的可持续发展要求。因此,提高能源利用率以及降低有害气体排放是改善我国能源现状的重要途径。近年来,基于冷热电联产系统的微能源网概念的提出为解决我国能源问题提供了新思路。相对于传统微电网,它不仅可以提高能源利用率,还可以实现能源的梯级利用以平衡不断增长的能源需求与可持续发展之间的矛盾。并且,抽水蓄能以其生命周期成本低,对环境友好等优点,为其在沿海地区微能源网的应用提供了可能。为提高经济性,进一步提高能源利用率并促进可持续发展,本文对考虑抽水蓄能和需求响应的微能源网优化调度进行了研究,主要的研究内容如下:(1)介绍了微能源网的概念和结构,详细阐述了含抽水蓄能微能源网的供能结构,建立了基于能源集线器模型的微能源网数学模型。能源集线器可以反映系统内冷热电等多种能量的输入、转化、储存、传输和输出等流动过程。然后,对微能源网中离网和并网两种运行模式分别进行了介绍对比。最后研究了微能源网中各个分布式微源的运行特性,并根据其运行特性对光伏电池、风电机组、燃气轮机、辅助锅炉、电制冷机、吸收式制冷机、抽水蓄能机组、冷储能装置以及热储能装置的数学模型进行精细化建模。(2)综合考虑微能源网优化调度中的不确定性参数,分析产生不确定性的原因,为每个不确定性参数选取合适的概率分布函数模型,利用拉丁超立方抽样法和k-means聚类法生成若干个典型场景,在不失代表性的前提下大大降低了模型计算时间。为了降低运行成本以及提高系统稳定性,提出了基于价格和基于激励的需求响应策略。由于抽水蓄能机组的生命周期成本明显低于蓄电池,本文选择抽水蓄能机组作为电储能,以运行成本最小和排放量最小作为调度目标,建立了考虑抽水蓄能和需求响应的微能源网随机优化调度模型。微能源网优化调度的耦合特性决定了模型是一个多目标和多约束的非线性规划问题,因此,本文提出了一种多目标人工羊群算法求解该调度模型,并与传统优化算法进行比较证明该算法的优越性和有效性。(3)选取沿海地区某居民微能源网系统为研究对象,分别求解:并网条件下考虑基于价格的需求响应策略,并网条件下不考虑需求响应策略,离网条件下考虑基于价格和激励的需求响应策略,三种典型案例的优化调度模型。案例结果表明:在并网条件下,实施基于价格的需求响应策略有效地降低了运行成本和气体排放量,储能也起到了降低负荷曲线和提高系统的作用;在离网条件下,实施基于价格和激励的需求响应策略在降低运行成本的前提下满足了用户的用电需求;通过对各案例之间的对比证明了所提出的优化调度模型的有效性和可行性,为考虑抽水蓄能的微能源网的经济稳定运行提供了理论依据。

关键词：微能源网冷热电联产抽水蓄能需求响应策略场景分析多能互补智能优化算法多目标优化