随着乡村振兴战略的实施和智慧农业的快速发展,乡村地区的能源需求与日俱增,而乡村地区传统的能源供应主要来自于乡村电网和化石能源,乡村电网相对薄弱,化石能源对环境污染大、利用效率低。综合能源系统（Integrated Energy System,IES）将多种能源进行联合规划、协同运行,能够提高供电的可靠性和能源的利用效率并减少排放。然而,现有关于IES运行和规划的研究主要针对城市地区,乡村地区与城市地区在源、荷上均存在明显差异。基于该背景,本文提出乡村综合能源系统（Integrated Rural Energy System,IRES）优化框架,并从典型智慧农业负荷建模、IRES优化运行以及IRES规划三个方面开展研究,从而丰富IES研究的理论基础,为乡村能源系统的转型和发展提供参考。首先,针对温室大棚和肉鸡养殖场两种典型智慧农业负荷进行能耗建模,为IRES的运行和规划提供模型基础。对于温室大棚,通过温室热能流分析和太阳辐射计算建立其热负荷模型;利用光饱和点曲线和农业钠灯特性参数建立其电负荷模型。对于肉鸡养殖场,基于鸡舍的等效热参数电路和肉鸡的热辐射推导其热负荷模型;根据鸡舍的通风需求和风扇的特性参数建立其电负荷模型。通过算例仿真对智慧农业负荷的能耗特性进行分析,结果表明:温室热负荷的日变化表现为双峰的形态,由室内温度设定值变化引起温室热负荷的变化量不受环境温度的影响;鸡舍热负荷的日变化呈现出与环境温度相反的趋势,通风速率变化引起鸡舍热负荷的变化量与环境温度呈线性关系。其次,在建立乡村负荷、沼气池以及能源网络等IRES元件模型的基础上,提出IRES分布鲁棒机会约束调度模型。该模型的目标函数为沼气生产成本、净购电成本以及设备运维成本之和,约束条件包括考虑风电和居民生活用电负荷预测误差不确定性的分布鲁棒机会约束以及能源网络、能源转换和能源存储设备的确定性运行约束。利用Kullback-Leibler散度建立随机变量分布的不确定集,并基于Bernstein近似理论将分布鲁棒机会约束模型转换为能够直接求解的确定性优化模型。将模型应用于IRES算例,结果表明:相较于机会约束规划和鲁棒优化方法,分布鲁棒优化更好地平衡了调度结果的鲁棒性和经济性;相较于对乡村生活和农业生产独立供能的方案,将二者进行协同调度具有更好的经济性,其运行成本降低9.03%。接着,建立了考虑负荷灵活性的IRES调度模型,以进一步提高IRES运行的经济性。根据作物的积温理论建立温室热负荷灵活性模型;根据动物福利对鸡舍通风的弹性要求建立鸡舍热负荷灵活性模型。利用最差条件风险价值（Worst-case Conditional Value at Risk,WCVa R）评估实时调度成本,构建以能源生产成本、需求响应激励成本以及基于WCVa R的实时调度成本之和为目标函数,并考虑乡村负荷灵活性约束、WCVa R相关约束以及其他元件运行约束的调度模型。将模型应用于IRES算例,结果表明:利用乡村负荷的灵活性能够提高系统运行经济性,当同时考虑各类负荷的灵活性时,系统的运行成本降低10.70%;随机变量的扰动向量反映了随机变量分布的不确定度,随着扰动量增大,实时调度成本也随之增大。最后,根据设备变工况效率提出动态能量枢纽（Dynamic Energy Hub,DEH）模型,并基于DEH建立了计及设备工况变化的IRES双层规划模型。该模型上层为规划模型,以年度投资成本和运维成本为目标函数,在安装容量的约束下确定设备的最优类型和容量;下层为运行模型,以年度运行成本为优化目标,在满足功率平衡约束和设备运行约束,并计及乡村负荷灵活性的情形下确定已选设备的最优运行方案。对模型进行线性化处理,并基于Benders分解将双层模型分解为一个规划主问题和多个场景的运行子问题后再进行迭代求解。将模型应用于IRES算例,结果表明:基于传统能量枢纽（Energy Hub,EH）的规划结果中,设备运行的平均负载率与预设值相差很大,基于DEH的规划结果更准确;当计及乡村负荷的灵活性时,规划成本降低5.56%。