目前人类社会正处于“能源时代”,人们从来没有像今天如此重视能源的可持续发展,世界范围内能源形势的热点问题更是备受关注。太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能等可再生能源的开发利用均需通过以电网为骨干网的能源系统传输到千家万户。为此,可再生能源的发电、并网等方面的科研工作早已迅速展开,特别是随着智能电网技术的日益发展,新能源发电、并网技术已成为世界各国电力、能源科研工作者的重点研究课题。然而,从整个能源体系来说,从风、光、化石资源等一次能源到终端的冷、热、电等能源形式,有众多的转换途径。要实现全社会综合节能减排的目标,必须对从一次能源到终端能源的整个能源系统进行综合的优化,而不是仅关注其中的某一个环节。因此,本文主要对以电网为骨干网的综合能源系统的优化运行及其决策算法进行了研究。在研究对象和研究方法上,由浅及深地做了以下四个方面的研究:(1)本文建立水-火电联合优化调度模型,通过旋转备用约束确保系统运行的可靠性。并提出基于自主学习的群搜索算法求解该模型,在保证算法全局搜索性能的前提下,有效地提高算法的局部搜索效率,加快算法的收敛速度。仿真结果表明,所建立的水-火电联合优化调度模型能有效提高系统运行的可靠性。另一方面,通过与现有算法对比分析,验证所提出算法在解决水-火电联合优化调度问题的有效性。(2)本文建立以电网为骨干网的综合能源系统,各类新能源通过分布式冷热联供站接入电网,满足除电负荷外的,热负荷、冷负荷需求的协调调度模型。为协调配合电网的优化运行,提高系统运行的可靠性,所提出模型还考虑分布式冷热联供站的储热、储冷功能。为验证该模型的可行性,分别对模型的并网运行方式和离网运行方式进行仿真分析。结果表明,该模型能有效配合电网的日常调度,有助于提高电网的运行可靠性,起到削峰填谷的作用,还能有效降低电网的运行成本。(3)随着大量分布式能源、冷热联供系统接入电网,传统电网已转变为大规模的综合能源系统。针对大规模综合能源系统接入各类冷热联供系统,配合电网络中传统机组,供应冷、热、电不同负荷需求的优化运行问题,本文提出基于多目标优化和多属性决策的优化运行策略,分别考虑电网络和分布式冷热联供站的运行目标,建立综合能源系统的多目标优化模型,并采用基于自适应协方差和Lévy flights的多目标群搜索优化算法对该模型进行求解,获得帕累托前沿。同时引入基于证据推理的决策方法,考虑不同指标间的权重关系,并量化处理决策者认知的不确定性,最终可通过科学计算选取一个优化运行解,为综合能源系统的优化运行提供参考。(4)伴随着分布式能源、冷热联供系统接入电网,已有的天然气网络也将通过不同的能源转换装置与电网络连接,组成含电-气网络及各式分布式能源、冷热联供系统接入的更复杂的综合能源系统。针对电-气网络联合优化运行的问题,本文建立电-气网络联合运行的优化模型,提出考虑电网络和气网络联合运行利益冲突性的协调优化策略。该策略的目的是平等对待不同网络主体间的利益矛盾,将电网络和气网络的运行目标进行协调优化,引入基于多属性决策分析的区间证据推理方法,考虑双方网络各自的运行指标要求,提出基于区间证据推理的综合能源系统决策框架,分析不同网络主体间的相关性。仿真结果表明,该协调优化策略能有效处理不同网络主体间的利益关系,提高网络间联合运行的协同性。