环境污染、气候变化等世界性的难题和能源安全等国家战略需求都对能源供应保障体系提出了更高的要求。随着用户对能源可靠性和舒适度的要求越来越高,传统的单一能源系统无法很好的满足用户的要求。为了进一步提高能源利用率,缓解能源危机和环境污染等问题,突破传统能源体系结构和行业壁垒,研究可促进多种能源协调运行的电热综合能源系统成为一种有效的途径。电热综合能源系统通过利用热力与电力的互补特性,从而减少对单一能源系统的压力,实现电力与热力的错峰调节,从而全面提高各个能源系统的可靠性。另一方面,越来越多的国家意识到电力市场给电力行业注入的活力和竞争,促使电力行业深化改革,应用更多的创新成果,将会显著的提高企业效益。由于燃气型联供设备的广泛应用,电力和热力在生产、传输、销售等方面的耦合不断加深,鉴于电力市场给电力行业带来积极影响,北欧国家已然开始在热力生产行业引入竞争,逐渐开放热力市场。由于热电联产机组容量在我国北方地区占相当大的比例,在未来如何建立健康的电热联合市场机制是一个具有前瞻性和挑战性的工作。基于上述背景,本文针对电热综合能源系统的优化运行和电热联合市场开展了深入的研究,具体工作内容如下:1)考虑热网延时和建筑热惯性的电热联合优化调度方法:考虑到电力与热力传输方式和时间上的巨大差异,构建了一个考虑传输延时、节点压力和传输损耗的热网模型。为了实现分区热平衡,充分利用建筑热惯性,建立了考虑维护结构热损耗、冷风渗透热损耗和冷风侵入热损耗的建筑物热模型。在电热综合能源系统的运行策略方面,提出了应对不确定因素的实时误差校正优化运行策略。其中预测模块利用自回归模型构建状态方程,通过卡尔曼滤波实现对负荷以及可再生能源的预测。反馈校正模块用残差修正后的GM(1,1)模型预测误差,再进行数值逼近处理,以设备最小调整量为目标,在确保设备运行安全和系统运行安全的前提下,重新调整设备的出力,提高电热综合能源系统对风电出力和负荷的跟踪能力。2)基于双层规划考虑双边利益的电热综合能源优化调度方法:为了更好的考虑用户在能源消费中的利益,构建了可考虑能源生产商和能源用户双边利益的双层规划模型。考虑到燃气轮机需要上游天然气稳定可靠的供应,建立了以电力、热力、天然气系统安全稳定运行为约束条件,以能源生产商利润最大化为目标函数的上层优化模型。为充分利用建筑热惯性,通过构建热力学建筑聚合模型,将传统的热负荷由单一标量转换为热需求区间来提升电热联产机组的运行灵活性,以用户的采暖费用最低为目标函数,构建了下层优化模型。用KKT条件将原问题转化为具有均衡约束的数学规划问题,并用大M法处理互补约束,最终将双层规划问题转化为单层混合整数线性规划问题处理。3)多利益主体在电热联合市场中的两阶段博弈研究:为了分析理性能源生产者和消费者在市场环境下的经济行为,首先构建了一个由能源供应商、电热联合交易中心和消费者组成的电热联合市场框架。独立的电热联合交易中心负责汇总和发布信息,使消费者之间以及消费者与能源供应商之间无需直接通信。在充分考虑消费者热舒适度和能源偏好的前提下,建立了消费者对能源价格的响应机制。对消费者博弈和能源供应商博弈的纳什均衡点存在性和唯一性给出了严格的数学证明,推导出了纳什均衡解存在且唯一的充分条件,有助于其他学者构建一个有效的两阶段纳什博弈模型。为了保障博弈参与者的隐私,提出的基于梯度投影法的分布式算法有效求解了该模型,并基于Lipschitz连续证明了算法的收敛性。4)基于广义纳什均衡理论的电热联合市场多轮报价研究:在已构建的电热联合市场框架的基础上,利用广义纳什均衡理论充分考虑了能源供应商设备的运行约束,模拟了电热联合市场中能源供应商的多轮报价过程。基于混合需求响应,通过构建消费者效益最大化模型,求解得到消费者随能源价格变化的最优购能策略的解析解。针对能源供应商构建了广义纳什均衡博弈模型,给出了广义纳什均衡解存在且唯一的充分条件,并进行了严格的数学证明。为了保障博弈参与者的隐私,提出了基于增广拉格朗日乘子法的分布式算法,对含有隐私参数的独立优化问题分布式求解,通过对乘子的更新模拟了不完全竞争市场环境下的多轮报价过程,并分析了热电联产机组的热电比对博弈结果的影响以及参数对算法收敛性的影响。