高比例可再生能源的广泛接入从根本上改变了传统电力系统的运行与控制方式。电力系统学科亟需解决的一项关键科学与技术问题是如何在分布式可再生能源和用能负荷的多重不确定性环境下,以更加安全可靠、经济有效、环境友好的方式实现能量从生产、传输到使用的全环节优化配置。随着分布式热电联产机组、电动热泵、空调等分布式能量转换设备在配电系统和微电网中的广泛应用,电力系统和供热系统、供冷系统的能量转换和信息交互日益频繁,逐渐形成以主动配电系统为核心的区域综合能源系统。区域综合能源系统扩大了电力系统的运行控制边界,为提高能量转化利用效率、实现分布式可再生能源有效消纳提供了可行路径。然而,区域综合能源系统的理论研究和工程实践仍处于起步阶段。一方面,电力、热力系统网络潮流为非线性非凸模型,多能源系统耦合机理复杂,显著增加了区域综合能源系统的建模难度;另一方面,分布式可再生能源的固有不确定性给多能源系统协同运行带来严峻挑战,传统能源系统彼此独立的运行方式也不利于实现调控成本和可再生能源消纳的全局最优。为此,本文从考虑非线性网络潮流的区域综合能源系统建模出发,进而研究考虑热网储能特性的区域综合能源系统运行灵活性评估方法,并按照电-电热-电热冷气的递进顺序,研究考虑多重不确定性的区域综合能源系统协同优化运行方法,为区域综合能源系统的可靠、高效运行提供方法借鉴。主要工作和创新点包括:(1)提出了考虑非线性网络潮流的区域综合能源系统建模方法。基于Z-bus矩阵构建配电系统线性化电力潮流模型,建立了基于简化热力动态模型和约束松弛的电-热综合能源系统凸优化模型,并开发了基于动态双变量分割的自适应逼近算法,提高模型松弛质量和求解效率,降低综合能源系统运行策略的运行成本。所提出的区域综合能源系统建模方法能够有效平衡计算精度和计算效率,在满足建模精度的前提下,显著提高区域综合能源系统运行优化模型的可求解性和可扩展性。(2)提出了考虑热网储能特性的区域综合能源系统运行灵活性评估方法。基于供热系统不同的运行模式,如变供热流量模式、变供热温度模式等,建立了考虑供热管网储热特性的等效热储能模型,评估热电联合调度中供热管网能够提供的功率支撑和能量支撑,并采用基于序列线性规划的热电联合调度近似求解算法进行计算分析。所提出的区域综合能源系统运行灵活性评估方法克服了传统方法仿真计算量大的缺点,直接量化分析供热系统慢动态、高时延特性对电力系统运行产生的影响,实现供热系统应对功率扰动的灵活调度能力的事前快速评估。(3)提出了考虑不确定性的主动配电系统随机运行优化方法。针对可再生能源和电力负荷的多重不确定性,建立了考虑多元分布式可控资源的主动配电系统多时间尺度随机模型预测控制框架。构建了含电压机会约束的主动配电系统在线随机滚动优化调度模型,在保证电压合格率等概率型指标的前提下,降低硬约束带来的优化算法保守性。基于简化Z-bus灵敏度矩阵和序列线性规划方法,提出了基于随机滚动优化框架的主动配电系统运行优化方法。所提方法能够协调分布式灵活控制资源,解决含高比例可再生能源主动配电系统在线安全与高效运行的难题。(4)提出了基于扩展扰动不变集的电-热综合能源系统高效鲁棒运行优化方法。针对可再生能源发电功率和电、热多能负荷的区间不确定性,提出了基于集合分析、计算几何和运筹优化的热电鲁棒联合调度高效算法。基于扩展的扰动不变集理论和约束紧缩加速算法,在不引入任何辅助变量和辅助约束的前提下,实现含不确定性变量鲁棒优化模型到确定性优化模型的转换,在保证算法鲁棒性的同时提高鲁棒优化模型的在线求解效率。引入budget不确定集合改进约束紧缩加速算法,实现鲁棒优化算法保守度的灵活调节。所提方法实现外界功率扰动下电-热综合能源系统的在线鲁棒运行,并显著提升鲁棒优化算法的可扩展性和求解效率。(5)提出了基于混合随机区间优化的微能源网多能协同优化运行方法。该方法采用基于凸组合的不确定运行域表征设备能效参数和运行状态的区间不确定性,采用概率密度函数和场景法表征可再生能源和多能负荷的概率不确定性,能够同时分析系统内外部异构多重不确定性对微能源系统运行策略产生的影响。开发了基于场景的两阶段混合随机区间优化模型求解算法,将不确定性的概率和区间信息同步传递至运行策略的优化结果。所提方法能够有效量化分析多重不确定性对微能源网多能协同运行策略产生的影响,并根据运行人员的风险偏好事前制定适应的运行计划。