近年来，随着能源危机的加剧以及生态环境的日益恶化，能源高效利用逐渐成为社会关注的焦点。传统能源系统在运行分析时，往往忽略了各能源间的耦合关系，未能充分发挥不同能源的互补效应。综合能源系统(Integrated Energy System，IES)由于其多能耦合的特点，可以实现电、热、天然气等能源的综合利用，从而最大化的发挥能源的协同作用和互补效益，提高能源的综合利用效率。但IES优化运行的相关研究仍处于初期阶段，关于其内部耦合关系尚缺乏定量分析，同时在优化运行时，往往忽略了系统的网络结构，从而难以准确分析IES运行时的潮流状态及系统安全性。针对上述问题，本文对IES的相关内容进行了以下研究:
　　提出了能源结构配比(Energy Structure Ratio，ESR)以及能源耦合度(Energy Coupling Degree，ECD)等定义用于IES运行时耦合性的定量分析，并利用相关定义建立了以成本为目标的IES优化运行模型，该模型充分考虑了供能单元的输入输出特性以及运行约束。仿真结果表明，多能源耦合可以在一定耦合性区间内降低系统的运行成本，提高系统运行的经济性;同时给出了IES运行成本与系统内部各能源间耦合性的映射关系。
　　针对IES运行时由多能源耦合带来的优化求解困难，提出一种基于拉格朗日松弛的IES分层优化方法，将IES综合能源优化问题解耦为电、热、天然气协同优化优化问题。上层优化问题实现拉格朗日乘子向量求解，下层优化问题实现各供能单元电、热、天然气输入输出功率求解，同时在上层问题求解中，采用改进的自适应次梯度方法求解修正步长，改良了迭代初期的振荡以及迭代后期的收敛缓慢现象，提高了IES优化问题的求解效率。
　　提出一种IES混合潮流的解耦计算方法，采用Newton-Raphson算法对电力、热力以及天然气系统潮流进行迭代求解，给出了各能源系统潮流计算时状态变量的修正方程及雅可比矩阵的推导过程。针对热力系统潮流计算过程同时包含水力和热力模型的问题，提出可同时求解水力与热力模型的整体潮流计算方法。给出了混合潮流计算过程中，连接各能源系统潮流的耦合供能单元的处理方法，同时给出了混合潮流的迭代计算流程。
　　建立了IES运行时的网络安全约束，提出一种考虑IES网络安全性的静态安全分析方法。仿真结果表明，汁及网络安全的IES优化运行，增强了系统内各能源间的耦合关系，虽然会降低系统运行的经济性，但却能保证系统运行时的安全性，更加符合IES的实际运行情况。同时通过对某时刻IES系统潮流的静态安全校验，发现由于能源间耦合关系的影响，扰动带来的安全性影响会在不同能源系统间发生传递，这在IES优化运行时是必须加以考虑的。