随着世界各国能源危机和环境问题的日益加重,过去的能源利用方式与系统结构已经很难适用,开发可再生清洁能源、提高资源的高效利用,从而达到能源结构转型的目的迫在眉睫。在一定的区域范围内,将传统的电气系统,天然气系统,热网系统以及其他分布式能源系统进行协调管理,通过搭建综合能源系统,使得电、气、热、太阳能等多种能源之间实现协调优化,从而提高了系统的运行效率与安全性。本文以建立的能源集线器模型为中心,综合考虑综合能源系统间各部分网络之间的相互联系,并详细分析了其耦合特性,主要内容如下:1)研究了电/气/热能源结构框架下,对电网、气网以及两网的连接枢纽等进行了数学建模,并在不同的运行条件下,详细分析了能源系统的设备与运行特性;2)研究了综合能源系统中的电气网络、天然气网络的综合能源系统网络潮流模型,并通过能源集线器模型,构建了一种/气/热综合能源系统的最优潮流模型。通过对综合能源系统耦合环节(冷热电连供系统)的分析,建立了以综合能源系统总运行成本最小,联络线交换功率以及合能源系统网损最小为目标的综合能源系统优化调度模型,且在优化求解过程中,针对这三个目标函数,将诸多的因素考虑在内,给出了相关的约束条件,通过进行算例仿真,利用快速非支配排序的多目标遗传算法(NSGA-II),保证系统能够在文章所提模型下可以稳定运行。3)针对电、气、热能源系统结构中的换热网络进行优化改造。利用超结构建模思想,建立以年度总费用最小化为目标的混合整数非线性规划模型,再应用遗传算法进行优化求解,最后通过案例分析,验证了本章模型和方法的可行性;4)研究天然气运输管道网络系统并对其进行优化,通过采用超结构建模的方式,应用合整数非线性规划(MINLP)的方法来刻画该问题并通过编程求解。