综合能源系统利用不同能源之间的转换来提高系统对可再生能源的消纳,可通过能源的合理优化来提高能源的利用效率,构造更加稳定清洁的能源系统,可以提高能量供应的可靠性、经济性和环保性。因此,本文针对综合能源系统协同优化展开了研究。为了研究综合能源系统的供能高效性和灵活性,本文先研究了适用的模型建立方法和系统运行方法。针对小型区域型能源系统中因传统的热电联产“以热定电”运行方式导致的弃风问题,本文提出一种考虑风电消纳和运行经济效益的综合能源系统“源-网-荷-储”协同优化运行方法。在源侧通过热泵和储能设备解耦热电联产的“以热定电”运行约束,在网侧构建了稳态电-热潮流,在负荷侧考虑了综合需求响应,提升系统的风电消纳空间。系统以总运行成本最小为目标,考虑了能量平衡、稳态电-热潮流和机组出力等约束条件,构建了考虑风电消纳的综合能源系统“源-网-荷-储”优化运行模型。并采用由包含风机的33节点电网和8节点热网构成的综合能源系统验证所提方法的正确性和有效性。通过多场景仿真结果表明,该方法可有效提升风电的消纳空间和系统的经济效益。在此基础上,针对因大规模大容量的风机接入容易给系统安全稳定运行带来风险、风电无法完全消纳的情况,本文引入了碳捕集与电转气协同技术和碳交易模型,提出了考虑碳捕集和电转气协同优化的多能流综合能源系统运行方法。构建了一个包含风电、电转气的电力网络、热力网络和天然气网络紧密耦合的多能流综合能源系统,考虑了风电的消纳和碳交易,建立了电-热-气稳态潮流模型,以系统综合经济运行最优为目标构建了多能流能源系统优化运行模型。本文采用修改后的IEEE39节点电力系统、6节点热力网络和20节点天然气网络耦合系统进行建模分析,并通过分段线性化的方法将系统模型简化进行求解。通过算例验证所提优化方法的正确性,并且本文的研究成果已应用到某省电网公司的科技项目中。