传统化石能源日益枯竭，资源紧缺、环境污染等问题日益加剧，提高能源的利用效率，大规模利用分布式可再生能源，建立绿色、高效、可持续的能源利用体系是能源领域变革的必由之路。本文面向能源互联网节能减排、促进可再生能源消纳的理念，研究多能源系统的建模及协同优化。全文充分计及分布式可再生能源，在优化中综合考虑电、气、热三大主要能源系统，实现能源互联网多能源间的深度耦合，从多个方面分析了系统的综合效益。文章首次提出了多能源系统的(火用)分析思想，对传统方法进行了改进，使之对系统优化更具实际意义。具体研究内容如下:
　　(1)对能源互联网的多能源系统进行了数学建模。引入能量枢纽模型，将多能源系统视为由若干能量枢纽和能源传输网络组成的系统。为此，分别对能量枢纽以及能源互联网中的三大主要能源传输网络即电力网络、天然气网络以及集中供热网络进行了数学建模，为多能源系统的优化提供了重要基础。
　　(2)研究电—气—热多能源系统的协同优化。类比电力系统的等微增率准则，推导出多能源系统的最优经济调度法则。在此基础上，根据实际建设情况，从两方面分析了多能源系统的优化:多能源协同优化规划与多能源协同优化运行。充分考虑了各能源传输网络的物理结构与运行机理，在规划层面提出一种综合考虑装置选型与定容的规划方法，在运行层面计及气体排放效应，研究电—气—热混合能源系统协同优化调度与风电消纳分析，并初涉了热力网络传输的慢时间尺度特性。所提出的模型与方法具有通用性以及可拓展性。
　　(3)随着可再生能源占比的提高，其波动性、间歇性对电网运行的影响日益显著，现有的储能系统难以满足新能源消纳的需求。电转气技术是近年来兴起的与分布式可再生能源紧密结合的新型储能技术，而其在多能源系统中的作用有待研究。为此，文章提出了一种融合电转气技术的电—气—热多能源系统优化调度模型，实现了电—气网络间由单向能量流动至双向能量流动的转变，针对由此增加的系统结构复杂度，文章将适应性较强的无模型强化学习算法与多智能体相结合，从多个角度分析了电转气技术在多能源系统中的作用。
　　(4)考虑到传统能量度量与评估方法的弊端，从“(火用)”的角度对多能源系统进行研究并与传统能量方法进行了对比。改进了传统的(火用)分析方法，充分考虑分布式可再生能源出力，兼顾系统能源供应侧的能源结构以及能源消费侧的能量利用程度，为多能源系统的优化提供了一个全新的视角。