本文首先从系统工程的观点对分布式冷热电联产系统的超结构进行了分析，从整体上将联产系统分为外部能源供应子系统、能量转换子系统和能量利用子系统三个子系统。基于能量系统三环节模型和对能量系统中流的认识，建立了分布式冷热电联产系统的静态结构模型(组元和流对象模型)和动态结构模型(流结构模型)。在集成建模基础上，提出了分布式冷热电联产系统优化设计的基本思想和主要任务。 提出了从多角度对分布式冷热电联产系统进行综合评价的方法。基于对联产系统多组元设备和多参考结构的认识，分别从局部和整体的角度对分布式冷热电联产系统进行了评价，并提出了相关的评价指标，给出了相关的分析结论和建议。在获得能源用户典型的能源需求前提下，分布式冷热电联产系统的优化设计应该考虑两个层面的优化：设计层面和运行层面(基于典型日负荷工况)。以此提出了联产系统优化设计的层次分解方法，即在不同的层面对不同的决策变量分别优化，通过两个层面之间的数据传递和逻辑关系最终完成系统的优化设计方案。 基于给定的联产系统拓扑结构和典型日负荷工况，建立了联产系统运行层面的多目标混合整数非线性规划模型，该模型同时考虑了蓄冷、蓄热和燃机进气冷却多种负荷平衡装置，并给出了相应的求解策略。结合一个联产系统项目，对系统在能源、经济和环境多目标条件下的优化运行策略进行了研究，并对蓄能和进气冷却在联产系统中的实际负荷调节能力进行了分析。 在优化设计层面，提出了专家经验和数学规划相结合的优化设计实施策略。建立了联产系统优化设计的多目标规划模型。结合一个实际的能源用户、能源价格、气象参数等外部条件，对燃气轮机联产系统在能源、经济和环境多目标条件下的优化设计方案进行了研究，分析了不同单目标权值组合下的优化方案，分析了分时电价和蓄冷装置在优化方案下对寿命周期内能源、经济和环境数据的影响。进一步考虑了燃气内燃机的优化设计方案，并与燃气轮机优化方案进行了比较，给出了相关结论。 分析了分布式冷热电联产系统中的不确定性因素，建立了在不确定能量需求条件下的优化设计模型，并给出了相应的求解策略。结合一具体实例对不确定能量需求下的优化设计方案进行了分析。