在全球能源系统向智慧、低碳转型的背景下,多能互补协同、能量与信息交互融合等特点使得传统从供给侧出发的城市能源系统已不再适用。而新一代的综合城市能源系统将能够同时满足城市居民与建筑实时的冷、热、电与气等多种能源需求。本研究以优化城市能源结构为出发点,聚焦城市综合能源系统优化与评价这一关键科学议题,基于系统建模与数学规划方法,从多个角度对城市能源系统的规划设计与分析评价方法展开研究,探索城市综合能源的最佳设计方案与运行模式,本文主要内容如下:首先,界定研究的范畴,综述国内外相关研究的最新进展。在此基础上,采用模块化思想,“自底向上”搭建包括常用能量转换设备的城市综合能源系统模型,总结梳理常用的目标函数,并归纳城市能源系统的评价指标。其次,对城市能源系统进行多目标优化,探究不同目标之间的权衡关系及其对系统的影响,对比分析优中选优的后验决策算法,寻求最适合的多目标优化与决策方法。进一步提出主、客观相结合的多指标综合评价方法,并探索实现城市能源系统多目标优化与多指标综合评价的协同方法及路径。再次,利用合作博弈思想,研究邻域级综合能源系统各建筑之间利益的公平分配问题。在此基础上,进一步扩大建模对象至区域级,提出分层处理的方法,在考虑多重参数不确定的情况下,寻求大规模综合能源网络建模精度与求解速度之间的平衡。最后,针对复杂系统中各类能源技术的贡献评价问题,提出“系统价值”评价法,探讨个体能源技术在整体系统架构下的评价机制。将结构性不确定度引入综合能源系统规划,提出一种“技术组合约束”法,探究不同技术对系统优化设计的影响域,为决策者评估各类不同技术提供新的思路。综上,本文针对城市综合能源系统的优化与评价问题展开多角度研究,相关研究可为综合能源系统的规划与城市的可持续发展提供科学依据与方法。