综合能源系统的发展有效避免了传统独立供能系统分散、能源浪费等弊端,可以满足用能端的多元需求、实现能源的梯级利用、提高用能效率和有效减少污染物排放。在实际应用中,构建因地制宜的综合能源系统对我国实现能源转型和减少碳排放具有重大意义。本文提出了一种结合能源集线器法和瞬态模拟的建模方法以及基于全年供能周期内供需动态平衡的多目标优化方法,同时开发了一种综合能源系统瞬态模拟与优化软件,为综合能源系统的建模和优化提供了一种方法。通过两个案例分析,为实际工程中综合能源系统运行模式的选取和系统配置的优化设计提供了参考,同时验证了本文理论方法的合理性及所开发软件的实用性。主要开展了以下研究:首先,构建了一种综合能源系统通用模型及各组成部分数学模型。利用能源集线器的建模方法描述了综合能源系统能量的输入、分配、转化、存储和供应过程。根据各类能源设备的能量输出形式和使用特点构建了包含不同能源转换设备的瞬态仿真模型——燃气三联供子系统、热电联产子系统、供热子系统、供冷子系统和供电子系统。其次,建立了以费用年值节约率、一次能源节约率和环境污染物影子成本节约率的加权和为优化目标函数的多目标优化模型,提出了一种避免加权系数选取的主观性影响优化结果的方法,在基于TRNSYS瞬态模拟的基础上利用Hooke—Jeeves算法目标函数进行求解,从而实现综合能源系统的优化。然后,借助MATLAB、TRNSYS平台开发了综合能源系统瞬态模拟与优化软件。软件实现了模拟多能源系统瞬态运行过程、对综合能源系统设备配比及其运行策略进行计算和优化,对综合能源系统的构建、设计、优化和评价提供了高效的计算工具和理论指导。最后,通过案例分析了综合能源系统运行模式对系统性能的影响以及系统的优化设计过程。案例分析发现,综合能源系统的运行模式是影响系统性能的重要因素之一,若采用电跟随模式,电负荷较大时会造成较多热量浪费,采用热跟随模式,热负荷较大时上网电量增多,系统收入增加;如果冷热负荷相差较大,则应该在冬夏季采取不同的运行模式以使系统达到较优的运行状态。对综合能源系同的设备配置进行优化可以显著提高综合能源系统的性能,在案例二中,优化后的综合能源系统与传统分供式系统及土壤源热泵系统相比在经济、节能和环境效益三方面均具有明显优势,其中,环境效益最为明显。相对于分供系统和单独的土壤源热泵系统,氮氧化物减排率分别高达314.5%和311.8%,二氧化碳减排率分别为153.8%和158%,费用年值节约率分别为3.2%和18.3%,一次能源节约率分别为83.7%和73%。