随着能源紧张和环境污染,促进能源可持续性的综合能源系统（Integrated energy system,IES）应运而生。IES是一个复杂的多源供应系统,其中包括电力、天然气和冷（热）供应,IES根据能源之间的相互关系和互补性,有机地协调和优化系统中能源的生产、传输、转换、储存和消费,实现经济、安全、灵活的供应效果。本文的内容及研究成果如下:首先,介绍了IES能量管理系统的结构体系和功能,分析了能源生产的原理和不同类型的微源的运行特点,并建立了微源的数学模型。然后在场景分析的基础上分析风能和光伏发电的不确定性,并从场景生成和场景削减两个方面进行介绍。采用拉丁超立方抽样对场景进行生成,从而获取大量风能和光伏的出力集合;场景削减则是对已获取的样本进行过滤,获得由几个典型场景组成的场景集,并说明了如何通过改进k-means聚类算法来进行场景削减的过程。基于某地区的历史风光数据,通过上述方法刻画风光出力的不确定性。其次,针对综合能源系统低碳经济运行问题,提出了一种考虑综合需求响应（Integrated demand response,IDR）和阶梯式碳交易机制的IES日前优化运行策略。以系统运行成本、环境治理费用和功率波动成本最优为目标,构建了一种多目标优化调度模型。为探讨IES低碳特性、综合需求响应特性以及能效水平,制定了不同的方案进行对比研究,同时,对碳捕集和电转气（Power-to-gas,P2G）等设备进行了场景分析,最后调用CPLEX求解器对优化模型进行求解。算例分析结果表明,IDR与碳交易机制可以有效地引导IES提高系统的能源效率、提高关键设备利用率、降低运营成本,验证了所提模型及算法的有效性。再次,结合余热发电设备（Organic rankine cycle,ORC）和负荷需求响应特性,提出一种考虑源-荷灵活双响应运行模式和新型降碳机制相结合的综合能源系统多时间尺度优化调度策略,通过日内优化对日前计划的修正,获得更加符合实际运行的出力计划。首先,结合负荷需求响应特性,引入余热发电模型,构建源-荷灵活双响应运行策略模型。其次,提出一种新能源-碳捕集结合的新型碳捕集运行模式,引导新能源参与碳捕集设备运行,在降低系统碳排放量的同时,提升可再生能源消纳水平,并基于模型预测控制（Model predictive control,MPC）优化控制算法进行求解。结果表明,该策略在兼顾经济性和鲁棒性的基础上充分发挥了各设备运行优势,通过案例研究验证了所提模型与算法的有效性。最后,对本文所做的研究工作进行了总结,可以为综合能源系统优化调度和需求侧管理提供解决方案,从而降低系统运营成本,提高能源供应的可靠性。