随着页岩革命带来的天然气价格大幅降低和涡轮技术的突破,燃气发电在电力系统中的地位愈来愈重要,电力系统与天然气系统之间的耦合程度也日益紧密。同时,以风电为主的可再生能源大规模并网,要求电力系统具有更加充足的灵活性资源以提高风电利用率。燃气发电机的快速响应能力可以为电力系统提供充足的灵活性资源,为解决风电的消纳问题提出新的解决思路。然而,燃气发电机的快速响应能力导致管道输气量的变化愈加频繁,为推动能源市场的发展,促进能源市场的协同运行,趋于与电力市场同步的天然气市场改革已成为一种被广泛认同的能源市场改革趋势。在上述研究背景下,如何利用燃气发电机的快速响应能力解决风电等可再生能源的消纳问题以及燃气发电机在新的能源市场环境下的竞价策略研究具有重要意义,故本文展开了如下工作:1)首先阐述燃气-蒸汽联合循环机组复杂的运行特性,并引入模式转移矩阵,构建基于模式模型的燃气-蒸汽联合循环机组运行模型。然后以燃气-蒸汽联合循环机组作为电力和天然气系统的耦合元件,建立计及备用调度和天然气传输约束的含高比例风电电力系统的机组组合模型,充分发掘燃气-蒸汽联合循环机组的快速响应能力以解决风电的消纳问题。最后,采用凹凸过程算法将天然气网络中非凸的Weymouth方程转化为带有惩罚项的二阶锥约束,并将所提机组组合模型转化为迭代的混合整数二阶锥规划。2)建立燃气机组在电-气综合能源市场中的双层竞价策略模型。首先,以最大化燃气机组收益为上层模型提出一种燃气机组在电-气综合能源市场中的策略性报价方法。然后,基于节点边际价格理论,分别建立同步出清的电力市场模型和天然气市场模型作为下层模型。最后,将下层模型的KKT条件作为上层模型的约束条件,并采用big-M法将所提双层竞价策略模型转换为单层混合整数二阶锥规划问题。3)采用一个由修改的IEEE5节点电力系统与7节点天然气系统组成的5-7节点电-气综合能源系统作为算例,分别对计及备用调度和天然气传输约束的含高比例风电电力系统的机组组合问题和燃气机组在电-气综合能源市场中的双层竞价策略问题进行优化分析。算例结果表明,本文所提机组组合模型能够保证在天然气网络供气量充足的基础上,提高电力系统对风电的利用率并降低系统的运行成本;同时,本文所提双层竞价策略模型在新的能源市场环境中表现出更强的适应力,保证燃气机组在更复杂的电-气综合能源市场中做出最优决策。最后,分别以24-14节点电-气综合能源系统和118-14节点电-气综合能源系统进一步验证本文所提模型在较大规模的系统中的实用性与计算效率。