能源是人类生存与发展的基础,是国民经济的命脉。提高多种能源综合利用率、减少污染排放已成为我国建设清洁、低碳、安全、高效现代能源体系的核心问题。为打破传统供能系统单独规划、单独设计与独立运行的既有模式,处理不同能源类型之间的耦合关系,进而提高能效,区域综合能源系统应运而生。区域综合能源系统就是根据某一区域内的能源结构和能源禀赋,优化配置各种能源资源,同时结合余热利用、热泵、储能等先进技术,充分利用高、低品位能源,为区域内用户提供热、电等产品的技术解决方案。本文以区域综合能源系统为主要研究对象,针对区域综合能源系统电热耦合设备稳态模型建立、多时间尺度的需求预测、热负荷的时滞性模型以及灵活性优化运行等问题进行深入研究。本论文具体研究工作如下:（1）从源-网-荷各环节构建了全方位多时空尺度的区域综合能源系统灵活性模型。源侧建立了包含运行约束的CHP电热耦合模型,网侧建立了考虑安全约束的区域综合能源系统与外电网交换功率模型,荷侧研究了热泵、电锅炉模型,提出并建立了热负荷时滞性模型。（2）针对复杂影响因素下区域综合能源系统月度用电量预测易受随机因素扰动的问题,提出基于时间序列特征分解的月度用电量预测模型。利用时间序列分解方法将用电量数据分解为季节分量、趋势分量与随机分量,根据各分量随时间变化的特性,分别采用向量自回归模型、最小二乘支持向量回归与平均值法进行预测,各分量预测结果的投影重构值作为月度用电量的预测值。所提方法考虑了季节拐点与区域经济因素对月度用电量的影响。通过实例分析,验证所提方法对提高区域综合能源系统月售电量预测精度的有效性。（3）针对区域综合能源系统日用电量预测问题中典型日与温度因素对预测模型的影响,提出一种基于变分模态分解（Variational mode decomposition,VMD）分解与长短期记忆网络的（Long short term memory,LSTM）的日用电量预测模型,所提方法以VMD+LSTM的组合作为用电量预测模型的框架,通过VMD将用电量序列分解为若干子模态,通过贝叶斯优化算法分别确定用电量序列与典型日和温度与之间的非线性映射关系,并根据相关性对原序列进行拓展,利用LSTM对子序列进行预测。通过实例分析,验证所提方法对提高区域综合能源系统日用电量预测精度的有效性。（4）针对弃风严重现象,提出一种面向弃风消纳的区域综合能源系统灵活性优化运行模型,建立了包含热电机组、电锅炉、热泵、储热及用户需求响应的多种灵活性模型,以减少运行成本、弃风成本、购电成本等综合成本为目标,考虑了外电网的安全约束,针对各种灵活性及其组合,设立一年四季多种场景,将各种灵活性选项与风电场、热电机组协同优化,实现综合能源系统灵活性优化运行,结合实际算例研究各种灵活性选项的潜在优点及对弃风消纳的影响。结果表明该模型对于提升系统灵活性、提高风电消纳率具有非常好的效果。