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工业革命之后，能源短缺与环境污染成为人类社会发展面临的两大困局。传统粗放型用能模式难以为继，促使人们逐渐把目光转移到可再生能源(renewable energy source， RES)开发、可持续性建设上来。在此背景下，微电网(microgrid，MG)技术应运而生，相关示范工程也不断落成、投运。此外，能源互联网理念的推广，赋予了MG新的时代内涵，使其由单一电能向“以电为核心，冷热电气协调互补”过渡，朝着多能集成的综合能源利用平台转变。MG广域互联、多能协同已成为传统微网融入能源变革浪潮、拓展自身应用价值的主要演进方向。
本文围绕微网多能互补这条主线，从基础模型、调度方法、协控策略三方面逐层推进MG优化运行研究：首先，立足于冷、热、电、气能流分析，以能流物理载体和能流耦合关系为切入点，建立多能互补MG(multi-energy complementary microgrid，MECMG)数学模型；其次，从微网集群和单一微网两个层面出发，提出MG动态优化调度方法，实现能量协同管理与微网有序运行；最后，面向源荷随机场景与电-气互联场景，研究MG协调控制策略，为微网调度运行提供理论指引。具体工作如下：
1）计及燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机、电转气等典型供能设备，提出了“以电为核心，涵盖电-热、电-冷、电-气全场景能源交互”的多能互补微网结构，重点分析了能源生产、转化、存储三类设备的对外输出功率特性，并建立了基于Distflow支路潮流、Weymouth方程的电网、气网稳态传输模型；此外，采用能源集线器(energy hub， EH)抽象描述多能源系统输入-输出耦合关系，结合所提 MECMG 结构，研究了考虑修正EH的多能互补微网能量耦合模型；
2）适应MG集群化、泛能化的演进趋势，对微电网群(microgrid cluster，MGC)，建立了基于多代理系统的 MGC 三层互动架构，利用各代理的协调配合促进发电设备、所属微网、所在集群三者间的交互，同时，考虑到单一尺度时间分辨率低、预测误差大、优化结果差，提出了“日前计划-日内滚动-实时调整”的MGC多时间尺度电能优化方案；对MECMG，提出了反映经济性、安全性、高效性的多维运行指标，并基于能源集线器概念，建立了清晰刻画多能耦合关系的 MECMG 多目标优化模型，采用隶属度函数将各指标处理为满意度，结合线性加权求和法，使原问题转化成单目标优化问题；
3）针对细分场景下MG的调控需求，在随机场景部分，基于风光、负荷的概率分布函数，采用拉丁超立方采样、同步回代削减法生成MG典型不确定场景，结合随机规划理论，建立了微网场景法优化模型，并针对场景法优化结果的适应性问题，提出极限场景概念，进一步研究了基于极限场景法的MG鲁棒优化方案；在互联场景部分，计及多能源系统的信息安全问题，引入分散式调度理念，阐述了交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers，ADMM)的数学原理，在此基础上，分析电-气系统互联边界的解耦、迭代机理，提出了基于 ADMM 的电-气 MG 分散优化模型，并采用二阶锥松弛、增量分段线性化技术处理模型中的非凸、非线性约束。
本文围绕微网多能互补这条主线，从基础模型、调度方法、协控策略三方面逐层推进MG优化运行研究：首先，立足于冷、热、电、气能流分析，以能流物理载体和能流耦合关系为切入点，建立多能互补MG(multi-energy complementary microgrid，MECMG)数学模型；其次，从微网集群和单一微网两个层面出发，提出MG动态优化调度方法，实现能量协同管理与微网有序运行；最后，面向源荷随机场景与电-气互联场景，研究MG协调控制策略，为微网调度运行提供理论指引。具体工作如下：
1）计及燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机、电转气等典型供能设备，提出了“以电为核心，涵盖电-热、电-冷、电-气全场景能源交互”的多能互补微网结构，重点分析了能源生产、转化、存储三类设备的对外输出功率特性，并建立了基于Distflow支路潮流、Weymouth方程的电网、气网稳态传输模型；此外，采用能源集线器(energy hub， EH)抽象描述多能源系统输入-输出耦合关系，结合所提 MECMG 结构，研究了考虑修正EH的多能互补微网能量耦合模型；
2）适应MG集群化、泛能化的演进趋势，对微电网群(microgrid cluster，MGC)，建立了基于多代理系统的 MGC 三层互动架构，利用各代理的协调配合促进发电设备、所属微网、所在集群三者间的交互，同时，考虑到单一尺度时间分辨率低、预测误差大、优化结果差，提出了“日前计划-日内滚动-实时调整”的MGC多时间尺度电能优化方案；对MECMG，提出了反映经济性、安全性、高效性的多维运行指标，并基于能源集线器概念，建立了清晰刻画多能耦合关系的 MECMG 多目标优化模型，采用隶属度函数将各指标处理为满意度，结合线性加权求和法，使原问题转化成单目标优化问题；
3）针对细分场景下MG的调控需求，在随机场景部分，基于风光、负荷的概率分布函数，采用拉丁超立方采样、同步回代削减法生成MG典型不确定场景，结合随机规划理论，建立了微网场景法优化模型，并针对场景法优化结果的适应性问题，提出极限场景概念，进一步研究了基于极限场景法的MG鲁棒优化方案；在互联场景部分，计及多能源系统的信息安全问题，引入分散式调度理念，阐述了交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers，ADMM)的数学原理，在此基础上，分析电-气系统互联边界的解耦、迭代机理，提出了基于 ADMM 的电-气 MG 分散优化模型，并采用二阶锥松弛、增量分段线性化技术处理模型中的非凸、非线性约束。