随着化石能源的日益枯竭与环境问题的日益严峻,提高能源综合利用效率、降低污染气体排放、发展高效、清洁、可持续的新型能源系统,已成为能源领域的必然选择。综合能源系统（Integrated energy systems,IESs）以电力系统为核心,融合燃气、热力等多种能源,依托联产设备、能量转换设备和可再生能源等相关技术的不断革新,可实现多种能源生产、输配、利用、存储等多环节的高度协同。IESs在提高能源利用效率与促进可再生能源消纳等方面具有巨大优势,因此得到了学术界与工业界的广泛关注。与传统独立型能源系统相比,IESs具有如下优点:1)可实现多种能源系统的联合分析与控制,有效提高系统运行的安全性与稳定性;2)可实现异质能流系统的协同规划与运行,有效降低能源生产成本、污染物排放等,带来独立规划与运行时无法达到的经济与环境效益;3)气、热等能源系统可为电力系统的运行提供可观的灵活性,促进可再生能源消纳,助力高比例可再生能源电力系统的发展。然而,IESs中多能流动态特性复杂,时间尺度差异显著,多能流耦合呈现高维强非凸特性,且系统运行环境复杂,因此在建模与协同运行方面存在诸多挑战。本文立足于电热IESs的安全经济运行问题,系统地分析了能流物理特性、运行调控需求与复杂运行环境,从分析与计算两个方面总结了IESs运行调控所面临的核心挑战。基于此,从热惯性建模和电热协同优化算法两个层面开展了一系列研究,为电热IESs的建模与运行优化提供系统性的理论支撑与技术支持。本文主要研究内容总结如下:1)IESs热惯性高分辨率建模。针对热网及建筑物中的热惯性动态过程,系统地分析了热惯性动态误差对IESs运行调控的影响。基于此,构建了可量化热惯性动态误差影响的关键指标,提出了基于“运行决策-仿真评估”框架的热惯性时间分辨率选择流程。进一步,为了实现电热能流的精确协同,提出了IESs高精度运行优化方法,保证系统运行在高效、经济的范围内。该工作为IESs热惯性的高精度建模与运行优化提供了一个通用的框架。2)IESs热惯性聚合模型。针对IESs热惯性分析与优化问题,提出了热网等值模型与热负荷同步响应模型,进一步构建了热惯性聚合模型。其次,对模型进行扩展,提出了等值热电池模型,揭示了热惯性储能能力的物理本质。再次,对模型性质进行了剖析与证明,提出了几个关键定理,证明了模型的通用性与可扩展性,同时为模型应用于分析与优化问题提供理论支撑。仿真结果表明,所提出的模型极大地降低了IESs运行优化问题的计算量。该工作为热网与建筑物提供了一个具有简洁的数学形式与清晰的物理含义的、且可直接揭示供热系统输入-输出-内部状态关系的数学模型,为IESs的分析、规划与运行提供了良好的模型基础。3)基于凸优化的IESs电-热-水协同运行优化。针对IESs的电-热-水协同运行问题,建立了包含非线性约束与二次等式约束的高维非凸协同运行优化模型,提出了基于模型重构与凸松弛的二阶锥松弛模型。为恢复原始非凸模型的可行解,构建了罚函数模型,基于基于凸凹过程（Convex-concave procedure）法提出了可行解恢复算法。进一步,为提高算法的收敛性能,构造了增强模型,通过模型迭代求解快速获得原始非凸模型的局部最优解。最后,详细分析了模型间的关系与算法的收敛性能。本工作所提出的方法为IESs电-热-水协同运行问题提供了算法基础。4)考虑鲁棒热舒适度控制的不确定环境下IESs运行优化。针对IESs运行过程中所面临的复杂不确定因素,对与热舒适度相关的不确定因素及与电力系统运行相关的不确定因素分别进行了分析与建模。针对不确定性因素预测信息的阶段性特点,提出了IESs两阶段自适应鲁棒运行优化模型,对系统运行的安全性、经济性与用户热舒适度的鲁棒性进行协同优化。针对模型求解问题,提出了基于采样的近似方法,将模型转换为min-max-min问题,并采用Column-and-Constraint Generation方法进行求解。本工作在IESs运行决策问题中嵌入了鲁棒用户热舒适度控制策略,为多类型不确定因素下的IESs运行决策问题提供了有效的解决方案。