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作为未来能源互联网的基本单元与组织形式，综合能源微网是以风、光、天然气等各类分布式能源的多能互补与集成优化为基础，通过多种能源形式的变换、存储和优化配置实现多种可再生能源(Renewable Energy Sources，RESs)的就地消纳与多能源供需的基本平衡，并支持与公共电力／天然气网络灵活互动且相对独立运行的新型一体化能源局域网。高比例波动性风光资源是一种过程能源，不可存储、不易控制，在不同时间尺度、不同空间范围，呈现不同的波动特性，从而成为系统不确定性的主要来源，给系统多能源实时平衡和高效经济运行带来了问题和挑战。
本文在国家自然科学基金面上项目“风光沼综合能源微网的多能耦合机理及分布式群级协同调度研究”(51877072)、湖湘青年英才计划(2019RS2018)、湖南省战略性新兴产业科技攻关项目“园区能源互联网能效管理系统关键技术研发及其产业化”(2017GK4028)和湖南省研究生科研创新项目(CX20188166)等项目资助下，分别从综合能源微网多能互补建模和协同运行两个层面开展研究，研究内容涵盖了综合能源微网的耦合建模和特性分析，以及多微网互联运行的综合潮流优化、能源／通信资源共享和交易机制设计，形成了较为完备的综合能源微网的基本建模研究方法和优化运行理论，取得的成果主要有：
1．提出了一种含多种可再生能源互补接入的综合能源微网模型，来提升微网对风光波动性可再生能源的消纳利用和经济性。首先基于沼气池发酵的多能热交换模型对沼气产气量的温增效应进行建模，分析风光波动性能源供热对沼气能生产与储存的物理特性，在此基础上考虑不同能源的品位互补转化特性，通过能源枢纽调度原理形成了风光沼对热电气多能流的能量变换／转移耦合矩阵，来描述风-光-生物质能源输入对热-电-气多能输出互补互济的最优分配与转化关系；以耦合矩阵作为核心思想构建多能互补耦合供能的多能流路由调度模型，滚动优化求解各能源生产、转换、存储和消费单元的调度指令，实现冷热气电的综合高效利用，满足负荷侧不同能源的多元需求并提供高质量及多样性的供能可靠性服务，为特殊区域供能问题提供了一套可行又经济高效的解决方案。
2．提出了一种基于电转氨气(Power-to-Ammonia，P2A)储能技术的高比例波动性可再生能源的高效消纳和综合能源供应方法。首先基于电容一电阻热物理网络对P2A反应的热电化学效应进行建模，分析风光波动性能源供热对氨气合成与储存的热电化学机理和物理特性，在此基础上定性和定量地分析了P2A电化学储能的短期-长期退化过程，考虑P2A储能的经济性以及氨气能在电-热-氨多能互补循环耦合供能过程的灵活性和可调度性，将氨气作为一种核心过渡储能物质，提出基于新能源转氨的多能源综合供应模型，充分利用氮气-氨气循环转化的灵活性以及与风光波动性能源间的时空互补特性来提高新能源的消纳水平，为消纳大规模波动性可再生能源提供新的途径和思路。
3．针对多个异构可再生能源微网的多主体互联运行问题，提出了一种分布式多主体的多能互补管理框架，把每个微网看作一个自治主体，以单微网耦合矩阵为核心元素构建多微网多能流耦合矩阵来描述多微网内部风一光一生物质能源输入对热一电一气多能输出互补互济的最优分配与转化关系，基于状态变量的变换方法将多微网调度问题分解为单个微网内部的多能协调问题和互联微网之间的多能共享问题，采用拉格朗日对偶理论将多微网多调度主体问题分解为局部和复杂度较低的微网子问题，将一个全局优化目标分解为若干个相互独立的局部优化目标，在若干个可相互通信的节点上进行分布式求解，从而获得一种信息交换量最小的分布式随机最优调度方案。
4．提出了考虑多能互补耦合供能和网络安全约束的电热气互联多微网系统分布式潮流优化模型及其高效求解方法。针对互联系统中电、热、气等不同能流形式供需网络的传输特性及其区域自治特性，考虑不同能源的品位互补耦合转化特性，以能源枢纽为微网节点建立电热气互联多微网系统一般性拓扑结构以及多能流潮流优化模型；然后采用混合整数二阶锥规划(Mixed Integer Second-Order Cone Programming，MISOCP)松弛来处理多能源耦合矩阵和能量网络中的非凸性和非线性，在此基础上开发了一种全分布式一致性交替方向乘子法(Alternating Direction Method Of Multipliers，ADMM)，引入全局一致性变量来分解协调不同能流形式的能量网络并采用增广拉格朗日松弛理论来处理这一类能源耦合约束，从而将原始的集中式潮流优化问题分解为多个能源枢纽的节点决策自治子问题，通过有限地交换一致性信息来迭代地达到全局最优。
5．提出多微网互联系统能源-通信资源交易框架，来协调微网间的信息一能量-金钱流以实现系统多资源的综合高效利用。首先建模各个子微网通信资源和多能源生产、转换、存储和消费单元的运行特征，考虑地理分布的各微网内部供需双侧所配置的能源-通信资源容量／类别，基于纳什讨价还价理论来建立包括能源／通信决策交互、信息交互规则、成本／收益目标等交易机制，形成考虑各主体交易过程中利益冲突的多微网能源-通信交易模型；进一步将所形成的纳什讨价还价问题分解为两个子问题，即社会多资源分配子问题和交易收益共享子问题，最后开发了一种只需有限能源／通信信息交换的全分布式ADMM，将多微网能源一通信资源交易问题分解为各个微网自身决策的子问题，分布式地求解得到最优的能源一通信交易策略。
本文在国家自然科学基金面上项目“风光沼综合能源微网的多能耦合机理及分布式群级协同调度研究”(51877072)、湖湘青年英才计划(2019RS2018)、湖南省战略性新兴产业科技攻关项目“园区能源互联网能效管理系统关键技术研发及其产业化”(2017GK4028)和湖南省研究生科研创新项目(CX20188166)等项目资助下，分别从综合能源微网多能互补建模和协同运行两个层面开展研究，研究内容涵盖了综合能源微网的耦合建模和特性分析，以及多微网互联运行的综合潮流优化、能源／通信资源共享和交易机制设计，形成了较为完备的综合能源微网的基本建模研究方法和优化运行理论，取得的成果主要有：
1．提出了一种含多种可再生能源互补接入的综合能源微网模型，来提升微网对风光波动性可再生能源的消纳利用和经济性。首先基于沼气池发酵的多能热交换模型对沼气产气量的温增效应进行建模，分析风光波动性能源供热对沼气能生产与储存的物理特性，在此基础上考虑不同能源的品位互补转化特性，通过能源枢纽调度原理形成了风光沼对热电气多能流的能量变换／转移耦合矩阵，来描述风-光-生物质能源输入对热-电-气多能输出互补互济的最优分配与转化关系；以耦合矩阵作为核心思想构建多能互补耦合供能的多能流路由调度模型，滚动优化求解各能源生产、转换、存储和消费单元的调度指令，实现冷热气电的综合高效利用，满足负荷侧不同能源的多元需求并提供高质量及多样性的供能可靠性服务，为特殊区域供能问题提供了一套可行又经济高效的解决方案。
2．提出了一种基于电转氨气(Power-to-Ammonia，P2A)储能技术的高比例波动性可再生能源的高效消纳和综合能源供应方法。首先基于电容一电阻热物理网络对P2A反应的热电化学效应进行建模，分析风光波动性能源供热对氨气合成与储存的热电化学机理和物理特性，在此基础上定性和定量地分析了P2A电化学储能的短期-长期退化过程，考虑P2A储能的经济性以及氨气能在电-热-氨多能互补循环耦合供能过程的灵活性和可调度性，将氨气作为一种核心过渡储能物质，提出基于新能源转氨的多能源综合供应模型，充分利用氮气-氨气循环转化的灵活性以及与风光波动性能源间的时空互补特性来提高新能源的消纳水平，为消纳大规模波动性可再生能源提供新的途径和思路。
3．针对多个异构可再生能源微网的多主体互联运行问题，提出了一种分布式多主体的多能互补管理框架，把每个微网看作一个自治主体，以单微网耦合矩阵为核心元素构建多微网多能流耦合矩阵来描述多微网内部风一光一生物质能源输入对热一电一气多能输出互补互济的最优分配与转化关系，基于状态变量的变换方法将多微网调度问题分解为单个微网内部的多能协调问题和互联微网之间的多能共享问题，采用拉格朗日对偶理论将多微网多调度主体问题分解为局部和复杂度较低的微网子问题，将一个全局优化目标分解为若干个相互独立的局部优化目标，在若干个可相互通信的节点上进行分布式求解，从而获得一种信息交换量最小的分布式随机最优调度方案。
4．提出了考虑多能互补耦合供能和网络安全约束的电热气互联多微网系统分布式潮流优化模型及其高效求解方法。针对互联系统中电、热、气等不同能流形式供需网络的传输特性及其区域自治特性，考虑不同能源的品位互补耦合转化特性，以能源枢纽为微网节点建立电热气互联多微网系统一般性拓扑结构以及多能流潮流优化模型；然后采用混合整数二阶锥规划(Mixed Integer Second-Order Cone Programming，MISOCP)松弛来处理多能源耦合矩阵和能量网络中的非凸性和非线性，在此基础上开发了一种全分布式一致性交替方向乘子法(Alternating Direction Method Of Multipliers，ADMM)，引入全局一致性变量来分解协调不同能流形式的能量网络并采用增广拉格朗日松弛理论来处理这一类能源耦合约束，从而将原始的集中式潮流优化问题分解为多个能源枢纽的节点决策自治子问题，通过有限地交换一致性信息来迭代地达到全局最优。
5．提出多微网互联系统能源-通信资源交易框架，来协调微网间的信息一能量-金钱流以实现系统多资源的综合高效利用。首先建模各个子微网通信资源和多能源生产、转换、存储和消费单元的运行特征，考虑地理分布的各微网内部供需双侧所配置的能源-通信资源容量／类别，基于纳什讨价还价理论来建立包括能源／通信决策交互、信息交互规则、成本／收益目标等交易机制，形成考虑各主体交易过程中利益冲突的多微网能源-通信交易模型；进一步将所形成的纳什讨价还价问题分解为两个子问题，即社会多资源分配子问题和交易收益共享子问题，最后开发了一种只需有限能源／通信信息交换的全分布式ADMM，将多微网能源一通信资源交易问题分解为各个微网自身决策的子问题，分布式地求解得到最优的能源一通信交易策略。