随着化石能源的日渐枯竭,以及其燃烧所导致的环境污染,打破传统的各种能源系统的独立供能模式,提高电能、热能等不同能源之间的互联程度,增强能源整体利用效率,实现能源与环境的可持续发展被提上日程。综合能源系统可将多种不同形式的能量进行耦合并对其进行协同规划,提高系统的能量综合利用效率,此外,由于各种形式能量需求可由多条路径进行供应,且相互之间可进行转换,综合能源系统可提高能量供应的可靠性。论文主要开展了以下几个方面的工作:首先,梳理了综合能源系统的基本概念及结构;总结了综合能源系统的发展现状,重点分析了综合能源系统中多个能源站协同优化及可靠性研究现状。其次,针对单个综合能源系统的抽象模型——能量枢纽,进行了基于图论的矩阵建模,得到了具有普适性的线性化能量枢纽模型。从系统灵活性的角度,将综合能源系统中的常用设备及组合进行分析,得到了电热联产、电热泵与储热装置耦合的高效可控拓扑,并提出“临界电价”概念及其运行调控策略。最后结合热系统的热惯性及用户舒适度,优化出某冬季典型日的各设备的电出力及热出力。再次,针对多个综合能源网络,因多个能量枢纽之间存在不可忽略的能源网络,故本章先研究了电、气、热系统的网络模型,并且将气网的暂态模型线性化。建立了多个区域综合能源系统的供应商及能量枢纽收益模型,创新性地设计了基于双层分布式算法的Nash-Stackelberg博弈模型,同时满足了能量枢纽与能源供应商之间的主从博弈,以及能源供应商之间的非合作博弈,实现了多个综合能源系统的协同运行。最后,针对综合能源系统的可靠性做了相关研究。首先整理了可靠性评估指标,包括传统配电网、天然气网络、耦合元件等,提出了拓扑完整度和失效级联影响度等适用于综合能源系统的可靠性指标;利用顺序蒙特卡洛法对3个标准系统组成的电-热-气综合能源系统案例进行了可靠性评估,分析4 了各指标的原因以及影响因素,为后续的综合能源系统可靠性的研究打下基础。