在全球气候变暖以及国际能源结构转型的背景下,我国能源系统的未来发展面临着巨大的需求平衡压力和节能减排压力,为实现区域综合能源的协调利用,需要对冷、热、电、气等多类异质能源进行多能互补,实现能源的协同耦合,进而提高能源利用效率。在能源改革和综合能源服务不断创新的推动下,区域综合能源系统(Regional Integrated Energy System,RIES)为多种能源的耦合互补与能源的梯级利用带来新的解决途径,已成为当今能源系统发展的主要方向。区域综合能源系统规划是其经济稳定发展的基础,直接关系到系统的经济性、环保性和可靠性,是区域综合能源系统建立之初急需解决的重要问题。然而,如何在满足可靠性以及安全性约束的情况下实现区域综合能源系统的合理容量配置已然成为人们关注的焦点。因此,有必要对区域综合能源系统进行容量规划和运行优化研究,构建基于能源成本与环境成本的区域综合能源系统双层优化模型,并对系统容量规划方案的精确性以及可靠性进行检验,保障区域综合能源系统的经济高效运行。本文的研究内容主要包括三个部分。第一,分析了区域综合能源系统规划及运行优化基础理论。该研究内容包括三个部分:首先,建立了一个较为完整的区域综合能源系统基本架构;其次,重点对区域综合能源系统中的主要设备的工作原理及数学模型进行分析,并对设备的变工况特性进行相应的研究;最后,分析了区域综合能源系统运行优化特征,区域综合能源系统规划及运行优化关键技术以及多目标优化基础理论。第二,构建了区域综合能源系统双层优化模型。该研究内容包括四个部分:首先,根据区域综合能源系统规划优化关键技术,构建了基于能源成本与环境成本的区域综合能源系统上层容量规划模型;其次,根据区域综合能源系统运行特征,构建了下层区域综合能源系统运行优化模型;再次,根据所研究问题的特征和双层优化模型特点,介绍了双层优化模型的求解方法;最后,基于系统规划技术和运行特征设计了区域综合能源双层优化流程。第三,选取典型区域综合能源系统工程进行仿真分析。该研究内容包括三个部分:首先,以系统经济成本以及环境成本最小化为目标,对系统容量配置进行优化,得到系统的多组容量配置方案;其次,以系统运行成本最小化为目标,对系统的各规划方案对应的运行状态进行仿真;最后,根据下层各方案的运行成本、天然气消耗量、污染物排放量和负荷供给能力,对上层规划方案进行比较,最终确定最佳容量配置方案,得出系统设备类型、设备容量、设备数量和总投资。