资源短缺、环境污染以及气候变化等问题的日益严峻,使人类可持续发展受到严重挑战,能源转型迫在眉睫。而能源互联网作为新一代能源体系,已成为推动能源转型的关键。其以电力系统为核心、各能源网络互联互通、可再生能源高效消纳以及分布式能源即插即用的架构体系对电网运行与控制提出了更高的要求,传统电网已无法适应能源互联网的发展。交直流混联的网络拓扑结构、电力电子化的单元组成形式将成为面向能源互联网新一代电力系统最为显著的两个特征。针对上述变化,本文重点从上层优化运行方法与下层控制策略两个方面研究了交直流混联系统的能量管理方法。针对上层的优化运行方法问题,从广域与区域两个层面分别构建近实时阶段的最优潮流与日前阶段的机组组合两个时间尺度的优化模型,保证系统经济高效运行;针对下层控制策略问题,分别研究了适用于不同场景的两种能量路由器拓扑以及相应的控制策略,保障局域子网系统的安全稳定。具体研究内容如下:(1)为实现广域范围内资源的优化配置以及区域能源网络的互联互通,研究了面向广域能源网的模块化多电平换流器型多端直流输电系统最优潮流问题,提出了一种基于改进向量估计粒子群算法的多目标最优潮流优化方法。首先建立分层控制和优化体系,换流站级采用斜率控制以稳定直流电压及平衡有功功率,系统级考虑线损和电压不平衡度建立最优潮流优化模型。在兼顾系统稳定和功率平衡等约束的同时,加入换流站N-1约束,通过对系统进行潮流优化得到换流站控制目标参考值,最终实现系统的优化运行。针对等式约束和不等式约束条件处理问题,提出了一种基于动态调整罚函数的方法以提高算法的收敛性。最后通过仿真验证了所提算法的有效性。(2)为实现区域能源网内灵活互动资源的充分挖掘并提高系统运行经济性,研究了考虑高比例电动汽车(Electric Vehicle,EV)与风电接入的交直流混联系统机组组合优化策略。针对高比例EV接入电网时,常规量化模型难以解决大规模决策变量导致的运算效率低下的问题,提出一种由下至上的方法来描述集群EV的灵活性。首先,计及车主行为及EV电池的物理特性,通过刻画功率、电能边界建立单位EV功率可行域模型。然后,对边界进行闵氏求和建立一种虚拟电池模型用于表征集群EV的功率可行域。最后将所提模型应用于机组组合问题,算例结果验证了其有效性,表明计及EV的调度灵活性进行风/车协同参与机组组合的优化策略可有效促进风电消纳并降低系统运行成本。(3)研究适用于构建局域子网的模块化多电平换流器型能量路由器拓扑及其虚拟惯性控制策略。首先分析了所提能量路由器的拓扑结构,并分输入级、隔离级、输出级建立数学模型。对输入级采用虚拟同步电机控制,可以有效降低功率波动时能量路由器对上级电网的冲击,增强了系统的惯性特性。然后对直流系统的惯性控制原理进行分析,并以输出级直流端口连接电动汽车为例,提出一种基于改进下垂控制的虚拟惯性控制策略,通过对充放电功率的动态控制,使其能够响应直流母线电压的变化提供惯性功率支撑,提高了直流母线的电压稳定性,使局域子网内部呈现柔性。同时研究了直流端口提供辅助调频服务的控制策略。仿真结果验证了所提拓扑以及控制策略的可靠性和有效性。(4)针对现有能量路由器拓扑结构的不足,在上一章研究基础上提出一种适用于多电压等级交直流系统混联的新型能量路由器。首先分析所提新型能量路由器的拓扑结构,并针对不同部分提出相应的控制方法。输入级为MMC结构,对其施以虚拟同步电机控制,增强了系统惯性。隔离级由双主动全桥模块经输入串联输出串联与输入串联输出并联混联构建,实现不同电压等级交直流系统的网域互联和电气隔离。输出级功率灵活调节,使下级电网可通过能量路由器为上级电网提供功率支撑,参与其一次调频。然后,通过建立能量路由器平均值模型,研究一种适用于所提新型拓扑的功率协调控制方法,在满足输出级各端口功率需求的同时保证系统的稳定运行。最后通过仿真算例验证了所提新型能量路由器拓扑及控制策略的可靠性和有效性。