区域能源互联网是一个能源与信息深度融合的分布式复杂系统。若不同能源系统单独规划、独立运行,彼此间缺乏协调性,会导致能源利用率低、自愈能力弱、系统安全可靠性低等问题。因此,科学合理的规划方法和运行策略,对于分布式多能源系统的全局效率和经济性至关重要。由于分布式多能源系统的系统规划与运行优化是一个大规模的混合整数非线性优化问题,采用集中方式难以求解。可再生能源发电功率和负荷需求功率的不确定性以及随机性,增加了问题的复杂度。因此,本文根据能源传输损耗和源荷互补特性,基于分解协调思想实现不同形式能源与负荷的合理分区以及网络重构的协同规划。在此基础上,根据优化目标的不同时空解耦特性,开展分布式分层优化控制策略的研究,降低多能源系统运行优化的复杂度和耦合性,并针对可再生能源发电和负荷需求功率预测误差及其随机因素产生的调度偏差,引入滚动时域优化思想进行修正。本文主要研究内容及创新工作如下:1)针对分布式能源和负荷具有数量多、容量小、分布广、时变性等特点,为实现不同能源基础设施的合理配置,减少能源的远距离传输损耗,创新性提出基于能源传输损耗和源荷互补特性的聚类分区优化模型。同时,优化改进传统k-means求解算法,通过聚类中心数的预先确定以及初始聚类中心的优化选取,实现大规模分布式能源和负荷的合理分区,以及能量枢纽的优化选址。2)在大规模分布式能源和负荷实现合理分区的基础上,针对区域内分布式能源和负荷的互联以及区域间的网络互联问题,提出基于改进最小生成树的分布式能源网络重构方法,实现区域能源网内的星-枝状拓扑规划以及区域能源网间的网状拓扑规划,以建设一个经济可靠的能源互联网络。3)进一步考虑区域能源互联网的运行优化问题,为适应分布式能源的即插即用性,解决多源、多荷、多态运行模式下,区域能源互联网的多能互补和需求响应问题,提出区域能源互联网对等自主的分布式分层运行优化策略。根据优化目标的时间解耦特性,在较长时间尺度的日前调度引入代表能量分配的可变调度因子对能量枢纽模型进行优化,实现多能源经济优化调度。考虑可再生能源发电和负荷功率预测误差,提出基于模型预测控制的日内优化调度,通过日前/日内调度一致性权重,保证储能长时间尺度参与系统能量平衡的能力。针对较短时间尺度,反应电能质量的静态电压偏差和功率实时优化分配问题,创新性提出计及储能SOC的电压/电流双补偿型分布式自适应下垂控制,实现电压偏差调节和电流分配精度调节。根据优化目标的空间解耦特性和不同区域能源网的信息隐私问题,以及能源传输的实时性和异步性,创新性提出一种基于撮合交易竞价机制的分布式能量路由控制方法。通过采用最短路径算法的智能型电能路由器为特定的能源交易方选取最小网损路径,实现端到端的电能传输以及阻塞管理。4)为验证所提出的运行优化控制策略的效果,采用半实物仿真技术对分布式多能源系统的运行优化进行研究,提出并应用缩放方法来解决实物装置的容量或功率等级与仿真对象不匹配的问题。通过搭建半实物仿真平台,验证并展示了部分运行优化控制策略的效果。