天然气为核心的冷热电联供系统是实现终端用能、多能异质供能优化的典型综合能源供给方式。中俄东线天然气管道从黑龙江省黑河市入境,途经黑龙江、吉林、内蒙古、辽宁等多省,为我国东北地区提供了天然气资源有效补充。天然气冷热电联供系统在北京以南地区已经多有示范和应用,但是如何进一步提高其经济性是尚需解决的问题。在国家煤改气、双碳目标的要求下,如何在低品位热能供热需求达到50%的高寒地区实现满足经济性要求的天然气冷热电联供是行业研究热点也是亟待解决的问题。本文建立了典型高寒地区天然气冷热电联供系统模型,并进行了系统优化和运行经济性、预报分析。主要完成了如下工作:首先,对三种典型天然气冷热电联供系统进行了分析,建立了燃气轮机、内燃机、高参数小型蒸汽锅炉设备和包含余热回收装置、补燃装置的系统数学模型。通过热力学特性分析,获得了热电转换、余热利用、蒸汽参数等对系统外供冷、热、电需求能效变化规律,给出了不同系统的配置方案建议。其次,以哈尔滨地区气候条件为背景,以使用面积为10000平方米的住宅为研究对象,采用负荷指标法对全年不同季节、典型日、典型用户的冷、热、电需求进行了分析。冬季的用户热负荷与电负荷最大比值为12,而夏季的冷负荷与电负荷最大比值为4.5,热、冷、电需求差异显著。按不同能量的负荷需求,对独立的燃气轮机系统、内燃机系统、蒸汽锅炉系统运行经济性进行了研究,分别给出了冷热负荷占比不同时,主机设备选型建议。将网购电价、天然气价格变化作为影响因素,对冬、夏两季典型日运行方案进行了对比分析,其中组合形式费用为176.6万元,分别较三种单一设备的子系统费用节约10.7%、7.8%、18.3%。研究了多能量输入条件下,冷热电系统仿真和优化运行方法,获得了冬、夏典型日成本、天然气价格影响临界曲线。采用BP神经网络算法进行仿真预测验证,对三个典型系统预测值与真实值进行了比对,误差在1%～2%之间,确认了方法的合理性。论文给出的冷热电联供系统主要设备选型、建模、系统建模、求解及优化分析方法、BP神经网络预测仿真方法等,可以应用于高寒地区天然气冷热电联供系统规划和运行调度优化,对多能异质综合能源系统构建有较好的理论支撑作用。