传统能源网络中的电力系统和天然气系统等公用能源基础设施大多是独立规划、运行的,随着电力系统的重构及去中心化思想的引导,分布式能源系统得到了大力应用。在分布式能源的发展过程中,逐渐出现了同一地理位置上的多种能源交汇的能源枢纽共同满足用户多种负荷需求。在低碳政策的引导下,风能、光伏能等可再生能源大量接入分布式能源枢纽中。多重不确定性给系统的运行控制带来了挑战,使得制定能源枢纽经济、低碳、高效的运行方案具有重要的研究意义。本文以气-电综合能源微网中的能源枢纽为基本研究单元,负荷侧考虑冷热电多种能源的供应。结合能源枢纽在气-电网络中的效率特点,充分考虑可再生能源及冷热电负荷的不确定性及低碳政策对成本、效率等运行目标的影响,进行了市场环境下的气-电协同运行优化。主要研究内容如下:以能源枢纽作为综合能源微网中的基本研究单元,建立了能源枢纽中的能源转换模型及能源枢纽构成的综合能源网络模型。基于能源枢纽各种转换元件及储能元件的模型形成了能量转换耦合矩阵;进一步由能量转换耦合矩阵导出了能源枢纽构成的综合能源网络模型,以节点功率平衡和潮流约束对电力网络和天然气网络进行了建模;最后,提出了单能源枢纽和综合能源微网的优化问题,并分析了综合能源微网中气-电协调的潜在价值。分析了综合能源微网中不同角色的能源枢纽运行模式变化时的效率。效率分析时选取了三类典型能源枢纽,即以气-电联合供应的冷热电联供系统作为生产消费型模型,高效气-电转换的联合循环燃气发电机组和气-电分离供能系统分别作为生产型和消费型模型。运行模式按能源选择方式分为电能供应模式、气能供应模式和混合能供应模式,按该方式分类利于能源枢纽在气-电网络中切换时快速做出决策。在效率分析时通过简化模型对不同冷热电负荷场景下的效率进行了比较,为后文分析市场条件、能源政策和运行目标变化时能源枢纽的性能提供基础。建立了气-电综合能源微网中能源枢纽在负荷不确定性扰动下的鲁棒优化运行模型,结合能源网络的切换选取了的电能供应模式、气能供应模式和混合能供应模式进行分析比较。先由最小-最大后悔度准则和对偶优化理论构建了拉格朗日两阶段松弛求解模型,将原问题转化为内层的候选最大后悔度优化问题和外层的松弛最小化问题;再采用基于模拟退火的改进粒子群优化算法进行求解;通过仿真计算验证了模型的有效性并进一步分析了决策保守程度、预测精度水平、能源价格水平和负荷的季节性特点四个因素对优化结果的影响,为多能源枢纽构成的气-电综合能源微网运行优化提供了条件。构建了包含可再生能源发电设备的能源枢纽在低碳政策下的多目标协调优化运行模型,选取运行成本和效率作为多目标优化。依据碳税价格将排放量转换为经济目标,与一次能源消耗成本共同构成经济目标;以能源枢纽的输出-输入能量比作为效率目标。可再生能源补贴制度考虑定价方式下的入网补贴制和定量方式下的配额制,其中配额制下引入了可交易绿证作为可再生能源发电成本的补偿。通过帕累托优化分析了不同补贴制度对于能源枢纽的成本、效率的影响,该分析结果可作为运行决策人员不同运行目标下的决策依据。针对综合能源微网中由运营商制定能源价格以及能源枢纽依据价格采取相应用能策略的结构特点,建立了基于斯塔克尔伯格博弈的主从博弈模型。微电网运营商作为博弈主导方,以实现自身利润最大化为目标,能源枢纽作为跟随方则以效用最大化为目标,通过证明得出了该博弈可行解的存在性和唯一性。在达到博弈均衡后,对于可再生能源和负荷不确定性影响,采用基于排队论的李雅普诺夫优化方法,将不确定扰动转换为能量需求累积序列。通过最小化李雅普诺夫漂移来稳定序列,设置加罚权重来约束成本。由于李雅普诺夫优化对不确定扰动只需要给出扰动范围而无需具体分布参数,极大的简化了求解过程,并且通过调整权重能够协调稳定性和经济性,由仿真计算验证了该方法的可行性和有效性。