2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表了正式讲话,明确提出碳中和、碳达峰战略目标。新能源微网聚合风、光等可再生新能源、耦合各类分布式供能机组,具有灵活、低碳、清洁、高效等特征,是提高清洁能源消纳、改善能源供应结构,助力碳达峰、碳中和目标实现的关键力量,将迎来较快发展。然而,一方面,当前我国新能源微网建设仍处于示范和试点阶段,面向不同用能场景、不同用户群体的新能源微网基本系统构成、运行模式有待进一步完善和明晰,另一方面,相对于稳定的大电网而言,新能源微网具有系统耦合复杂性、机组出力间歇性、用能负荷多样性等特征,对运行优化提出了更高的要求,因此,如何考虑供需特征,针对不同典型用能场景开展多能协同系统结构设计,经济高效优化运行新能源微网系统,提高新能源微网能源利用率,增强新能源微网可持续发展能力,成为了当前新能源微网领域研究的热点。基于此,本文的主要研究内容如下:（1）开展了新能源微网基础理论、实践与能量建模分析。首先,梳理了新能源微网定义,分析了新能源微网类型;其次,从国内和国外两个角度,分析和总结了当前新能源微网的实践;最后,围绕能源供能、能源转换以及能源存储开展了新能源微网系统建模,分析了能源之间的流动关系,为本文后续研究奠定了理论、实践和建模基础。（2）研究了新能源微网多能协同配置及典型场景运行模式。首先,从出力特性、能源品类和和应用场景维度设计了新能源微网多能协同配置模式,为考虑场景特征的新能源微网典型应用场景差异化运行模式研究奠定配置模式基础;其次,以城市园区、新型农村和偏远孤岛三个典型应用场景为划分,设计了具有场景区域特征和供需特征的差异化新能源微网差异化运行模式,为本文后续研究奠定了系统配置和运行模式参考。（3）构建了城市园区新能源微网多能协同运行优化模型。首先,构建了耦合热电气多能源类型的城市园区新能源微网多能协同系统,以综合电热价格型需求响应为依托,设计了城市园区用户参与新能源微网内部优化模型,在此基础上,开展了与外部能源网络的主从博弈分析;其次,以外部能源网络为市场领导者,以城市园区新能源微网运营商为市场跟随者,构建了考虑清洁能源不确定性的城市新能源微网与外部能源网络的主从博弈运行优化模型;然后,针对清洁能源不确定性,构建了包含清洁能源场景生成与删减的不确定性的处理算法,针对主从博弈运行优化模型,构建了基于粒子群算法的均衡解求解算法;最后,选取中国北方某省一工业园区为研究背景,设置了多情景运行优化方案,进行了多情景运行优化研究,研究结果表明:城市园区新能源微网实施内部优化,对园区系统内部而言,能够有效提升内部供需匹配性、提升内部能源消纳量,协同满足更多内部需求,具有较好的经济与环境效益,对外部能源网络而言,受城市园区新能源微网内部系统电、热价格调整的影响,外部能源网络在约束范围内也调整了其售热和售电价,但园区内部受参与外部能源市场交易量降低的影响,园区净收益仍呈现增加趋势。（4）构建了新型农村新能源微网多能协同运行优化模型。首先,面向农村产业和农村生活,构建了耦合生物质、屋顶光伏等具有农村地区特色的分布式农村产业清洁能源系统和分布式农村家庭清洁能源系统,并引入储能聚合商,对农村新能源微网多能协同系统进行整体设计,在此基础上,构建了低碳化量化模型,以量化新能源微网系统对农村地区碳减排作用;其次,充分考虑不同用能场景下投资主体的诉求,以农村产业清洁能源系统收益最大和农村家庭清洁能源系统成本最低,分别构建了不考虑清洁能源不确定性的常规型运行优化模型和考虑清洁能源不确定性的鲁棒随机运行优化模型;最后,选取河南某农村为研究背景,以低碳化水平为重要评估点,设置了多情景多情景运行优化方案,开展多情景优化研究,研究结果表明:本章构建的新型农村新能源微网系统能够有效降低农村用能成本,提高农村地区低碳化水平,但对于分布式农村产业清洁能源系统,受供需匹配性不高、夏季日农业灌溉负荷高等因素影响,需充分考虑需求响应,引导用户转移负荷需求,以提高低碳化水平;引入鲁棒随机优化,系统为规避清洁能源出力风险,降低了清洁能源供能,供能商需根据实际情况,合理设置鲁棒系数,避免过度响应,增加用户成本;储能聚合商作为灵活性备用资源,在参与初期,应注重从电价等角度给予一定优惠,提高其盈利水平。（5）构建了偏远孤岛新能源微网多能协同运行优化模型。首先,构建了耦合光热电站等具有偏远地区特色的偏远新能源微网,从供需双侧开展了不确定性分析与建模;其次,构建了上层传递负荷转移方案,下层传递机组优化调度方案的助推“源-荷”充分联动的双层运行优化模型;然后,构建了包含场景生成和随机约束的双层不确定性处理方法和基于改进遗传算法的双层运行优化模型求解算法;最后,选取中国某西北某偏远地区为研究背景,设置了多情景运行优化方案,进行了多情景运行优化研究,研究结果表明:本章提出的双层不确定性处理模型,能够有效降低由清洁能源出力不确定性带来的供能偏差量,提高孤岛新能源微网运行的安全性和供能的有效性;本章提出的双层优化模型,能够实现“源-荷”双向互动,有效降低切负荷率;但若仍然存在切负荷,可增加机组装机容量,实现进一步降低切负荷量,但会在不同程度上提高清洁能源弃能,可进一步考虑实施多类型需求响应或增加能源转换机组,提高能源利用率。（6）构建了新能源微网多能协同合作主体效益分配模型。首先,梳理了新能源微网多能协同内部和外部合作主体,分析了多能协同产生的增量效益;其次,在研究多能协同合作主体效益分配角色定位的基础上,基于合作博弈Shapley值法构建了基础合作主体效益分配模型,然后,通过进一步引入两种改进因素:实际风险承担和实际联盟贡献,对基本Shapley值法进行了综合改进;最后,分别基于本文第四章、第五章及第六章的多能系统运行优化结果作为案例背景,进行了合作主体效益分配,研究结果表明:本章所建的效益分配模型能够有效应用于新能源微网内部主体、内外部主体等多种合作主体之间的效益分配,提高合作联盟效益分配满意度。