电力与能源系统的发展呈现出两端并进的态势,一是发输电侧大规模电力系统的进一步扩展,二是配网侧综合能源系统的逐步构建。发输电侧电力系统和配网侧综合能源系统的优化调度问题是电力与能源系统优化运行和能量管理的基本内容,也是值得深入研究的重点难题。其中,大规模电力系统机组组合问题和综合能源系统优化调度问题是两大关键技术问题,且基于交流潮流约束建模将更为准确。它们在数学上具有相似的特征,均是一类含0-1变量的混合整数非线性规划(Mixed Integer Nonlinear Programming,MINLP)问题,其高效求解面临重大挑战。因此,本文针对这类问题展开了系统研究。先是提出了一种新的分解算法,以降低MINLP问题的求解复杂度,提高计算效率。然后将求解0-1变量MINLP问题的经典分支定界算法以一种新的形式应用于优化调度问题中,加速求解。另外,在建模上考虑了非线性的交流潮流约束,模型更为精确,且将动态化建模思想运用到优化调度问题中,考虑了连续负荷轨迹,并利用一种快速求解方法进行计算。本文具体研究内容及创新性成果概述如下:首先,提出一种交流潮流约束机组组合问题的部分代理割方法,并实施并行计算以加速求解。通过构建可分离整数变量的机组组合问题模型,部分代理割方法将连续变量划分为线性变量和非线性变量两类,并将原机组组合问题分解为混合整数线性规划主问题和非线性规划子问题实施迭代求解。为了提高求解效率,在保留了线性变量的主问题中引入近似交流潮流约束,建立起适用于交流潮流约束机组组合问题的改进部分代理割方法,使得主问题可行域更紧,从而减少迭代次数。针对大规模问题,进一步对子问题采用内点法构建修正方程的对角加边矩阵结构,实施并行计算策略,缩短计算时间。通过两个IEEE测试系统和一个实际739节点系统的仿真,验证了改进部分代理割方法求解交流潮流约束机组组合问题的有效性,且结合并行计算显著提高了大规模问题的求解效率。其次,提出一种交流潮流约束机组组合问题的半连续变量模型,以加速分支定界方法的求解。不同于常规机组组合问题模型中通常采用0-1变量表示机组开关状态的方式,建立了一种新的基于发电机组有功出力这一半连续变量的机组组合模型。该模型无需额外引入表示开关状态的二进制变量,直接采用半连续变量描述机组的启停与切换状态,整个新模型的改写除了极少量且较为精确的近似外,遵循了原二进制变量模型的逻辑关系。从而减少了变量数,简化了分支寻优空间,可改善计算性能。在两个IEEE测试系统和一个实际739节点系统中对比了基于二进制变量的交流潮流约束机组组合模型,验证了半连续变量机组组合模型的有效性,能显著降低计算时间,提高求解效率。接着,提出一种考虑连续负荷轨迹的交流潮流约束机组组合动态化模型及快速求解方法。先解释了考虑连续负荷轨迹与不考虑连续轨迹即采用阶梯化负荷曲线的机组组合问题的差异与影响。再从动态优化的角度,引入微分方程,将考虑负荷连续轨迹的机组组合问题构建为一类新的混合整数动态优化问题,可为机组提供平滑的调度出力曲线。由于其求解非常困难,本文先采用针对二进制变量的凸化松弛方法将混合整数动态优化模型转变成连续的动态优化模型,降低问题的复杂度,再借助Radau排列法将其转变为非线性规划问题求解。通过对三个IEEE测试系统的算例仿真,对比了基于阶梯状负荷曲线模型的调度结果,动态优化模型得到的机组出力曲线没有骤升骤降,更为平滑,且验证了所提算法计算效率更高,在规模较大的系统中表现出了良好的适用性。最后,考虑网络约束,提出含需求响应的综合能源系统优化调度混合整数二阶锥模型及部分代理割方法。先建立了考虑电网和热网网络约束的综合能源系统优化调度模型,并考虑了更细致的储能切换次数限制等约束,以延伸设备使用寿命实现可持续调度,整个模型是一类混合整数非线性规划问题。在求解时,对配网潮流模型进行了二阶锥松弛,并对含绝对值计算的约束进行线性改写,将模型转换成混合整数二阶锥规划模型,从而可保障收敛性,直接调用求解器求解。在此基础上,提出了针对此问题的部分代理割方法,可以进一步提高模型的计算效率,改善大规模问题的求解。基于两个修正的实际综合能源系统进行了算例仿真,分析了网络约束对该优化调度问题的重要影响,验证了适用于此问题的部分代理割方法的有效性,可以在较短计算时间内提供质量良好的解,且在大规模测试系统中效果显著。