在“双碳”目标背景下,分布式综合能源系统正在向小型化和灵活化转型。虽然通过多元结构和综合需求响应改变系统结构和逐时设备出力可提升三联供系统的灵活性和可靠性,但是这也给系统设备容量优化带来了挑战。探究多元结构以及综合需求响应对系统设备容量和经济性的作用机制可为三联供系统的优化设计提供指导。本研究首先建立了多元结构（包括多原动机和多子系统方案）三联供系统框架,即采用多台小容量原动机或多个三联供子系统进行供能,并设计基于程序优化的多原动机分配方式以及基于平滑用户负荷曲线的用户分组方案,采用考虑规模效应的燃气轮机物理模型和经济模型,以系统经济性年成本为优化目标,通过含有“轮盘赌+精英解策略”的改进遗传算法构建三联供系统设备容量优化模型。其次,在以电定热和以热定电策略下分别对常规和不同多元结构的三联供系统进行设备容量优化,并对设备容量和年成本优化结果及其原因进行分析。最后,本研究提出了基于多能互补的综合需求响应运行策略,分析其对系统设备容量和年成本优化结果的影响。本研究以某高校16幢建筑物为研究对象,为满足其8760小时冷热电三种用能需求开展案例分析。结果表明,燃气轮机容量总和由用户需求平均值和方差共同决定:用户需求的方差越小,燃气轮机新增容量可延长的供能时间越长,即新增容量带来的边际成本降低量增加,燃气轮机容量位于平均值上方,反之则位于平均值下方。在多原动机条件下,需求年持续负荷曲线形状不变,因此燃气轮机容量总和不变。由于每台燃气轮机容量减小,热电比增加,余热量增加,燃气锅炉和电制冷机补充供能下降,容量减小,天然气成本和购电成本下降。虽然燃气轮机容量减小,单位投资成本上升使得设备成本上升,但是运行成本降低,年成本下降。本研究以平滑需求较大的冷需求曲线为目标进行负荷分组,因此子系统的电需求方差增大,燃气轮机新增容量带来的边际成本降低量减小,容量总和下降;等效热需求（冷需求和热需求均由燃气轮机的烟气余热满足）的方差减小,但是子系统中燃气轮机容量减小、热电比增加,仅需较小的燃气轮机容量即可满足需求,因此容量总和下降。虽然采用多子系统时能量无法在各子系统之间交互,部分设备优化容量冗余,以及燃气轮机单位投资成本上升使得设备投资上升,但是运行成本降低量超过设备投资的增加量,年成本下降。本研究提出了余能经济利用、谷电停机以及两者组合共三种综合需求响应策略。在余能经济利用策略下,需求年持续负荷曲线形状不变,因此燃气轮机和余热锅炉容量未明显变化。电价峰值余热优先供冷,吸收式制冷机和燃气锅炉供能上升,容量增大,天然气成本增加,电制冷机供能下降,购电成本下降,单位供冷成本下降量大于单位供热成本上升量;其余时间余热优先供热,电制冷机供能上升,容量增大,购电成本增加,燃气锅炉供能下降,天然气成本下降,单位供热成本下降量大于单位供冷成本上升量,年成本下降。在谷电停机策略下,年持续负荷曲线由电价峰值和平值期间较大的用户负荷构成,因此燃气轮机、余热锅炉和吸收式制冷机容量增大;电价谷值期间,热能和冷能仅由燃气锅炉和电制冷机提供,因此其容量显著增大,购电成本增加,燃气轮机停机,天然气成本下降,虽然设备投资成本由于设备容量增大有所上升,但谷电期间电价较低,增加的购电成本小于下降的天然气成本,同时系统变动成本下降,年成本下降。两者组合策略综合了不同策略的特点,年成本为三者之中最低。