城市天然气管网是城市的公共设施,已经成为社会稳定、经济发展的基础条件。目前国内外的天然气公司发展迅速,管网覆盖面与日俱增,用户种类日益繁多,用户数量突飞猛进,天然气的依赖越来越强。随着天然气行业的快速发展,天然气资源的严重不足和各行各业对天然气日益增强的依赖已经在部分城市造成气荒。根据资源在时间和空间的稀缺性、产品成本的复杂性以及调峰过程的差异性,研究不同时段不同用户的天然气价格,科学调控资源的配置关系,合理协调相关主体的利益是缓解城市气荒,促进燃气产业健康发展的一个紧迫问题。论文通过调查天然气终端消费市场现状,从系统科学和经济学的角度,在天然气分时价格(Time-of-use Pricing, TOU)调控下,分析天然气的需求价格弹性和用户的消费心理,采用基于智能体建模与仿真方法(Agent-Based Modeling and Simulation, ABMS)和智能算法,建立天然气终端消费市场仿真和优化模型,模拟价格随时间变化时城市燃气用户的响应强度,进而动态表现整个复杂经济系统的涌现特征。论文的主要研究内容如下(1)天然气分时定价多智能体系统模型研究。首先对天然气分时定价的对象、实施原则和控制措施进行了分析,然后城市燃气管网结构和天然气终端消费市场特点,抽象出天然气终端消费市场的核心利益主体,建立天然气分时定价多智能体系统模型。根据ABMS理论与方法,明确系统内部包含的Agents,以及Agents之间的协调作用。(2)基于需求响应的天然气分时定价仿真研究。由于不同用户类型的天然气价值不同,必须考虑多种需求响应方式建立多智能体仿真模型,论文主要考虑工业、居民两类典型用户,分别采用基于价格弹性、消费心理的需求响应规则,建立多智能体仿真模型,模拟天然气峰谷分时价格下系统各个利益主体的演化特点,为天然气分时定价政策提供政策评估。(3)基于智能算法的天然气分时定价下优化研究。根据仿真模型,把系统转换为多目标优化模型,并采用GA-Pareto混合算法,对分时定价系统进行优化计算,寻找一组最优峰谷分时价格,为天然气分时定价政策决策支持。天然气分时定价仿真分析表明：居民用户是造成燃气管网系统不稳定的主要因素,工业用户是燃气公司的获益来源,在实施分时定价后,居民用户的用气习惯和方式一般难以调整,对价格变化的响应强度难以确定,而工业用户由于其用气成本较大,对分时定价有不同程度的响应,最终会导致燃气公司收益下降,适当的时候,政府可以给予燃气公司一定的补贴,加大其实施峰谷分时定价政策的积极性。同时,天然气分时定价优化研究表明：不同类型用户在不同需求响应模型下,存在一个最优的峰平谷价格比例,使得系统目标最优。论文研究结果可以为天然气定价政策评估和决策支持提供实验数据。