以煤炭等化石能源为主的能源供给与消费模式,凸显了单一能源结构带来的能源与环境问题。与此同时,随着全球气温变暖、空气污染加重以及居住环境恶化等问题,更加凸显了能源供给侧与消费侧改革的迫切性。近年来,综合能源系统的开发和利用迅猛推进,随之发展的电转气(powertogas,P2G)技术,促进了气电综合能源系统调度运行的灵活性,为消纳风电、光伏等可再生能源间歇性发电提供了一种新途径,也为本文的研究奠定了方向,考虑不确定性风电接入下,P2G技术参与气电综合能源系统运行优化及综合效益评价将是一个重点研究问题。具体研究内容如下所述:第一,梳理了气电综合能源系统相关理论,厘清系统的基本元件及功能,对比气电子系统的差异性;其次,基于电转甲烷技术、P2G联产功能特性和储能特性三个层面,系统地梳理了 P2G技术的基本理论并考虑风电出力不确定性,以及考虑风电出力的不确定性,引入条件风险价值(conditional value at risk,CVaR)思想,进一步量化了弃风风险及提出系统容量备用成本;最后,剖析气电综合能源系统内外部效益,有效界定了系统产生经济效益、环境效益和社会效益的主要内容,为后续研究奠定理论基础。第二,构建了风电不确定下P2G参与气电综合能源系统多目标协同优化运行模型。在P2G碳捕捉效应、气电耦合效应、容量备用成本低等功能特征基础上,设计四个优化目标,包括系统运行成本、天然气系统消纳率、碳减排总量和容量备用成本,基于电力系统、天然气系统、热能系统以及耦合元件多角度,明确模型的约束条件;其次,为降低最优解陷入局部最优可能性,借助线性转化方法实现混合整数线性规划转化并采用Sigmoid函数作为模糊隶属度函数,对多目标进行模糊处理,为后续章节提供了方法支撑。第三,选取10节点电力系统与6节点天然气系统作为仿真算例,设置了多种情景,算例结果表明,P2G设备接入后,对系统整体、电力系统和天然气系统均有优化作用,具备有效降低弃风率、实现电负荷进行“削峰填谷”、提升碳减排效益、降低备用容量成本等作用,提高了系统的综合效益;其次,通过敏感性分析,明确天然气负荷增加量、风电渗透率和P2G容量配置等参数变化均会引起系统运行状态和运行结果变化;最后,通过调整风电出力的置信水平,拟合置信水平与系统调度目标的非线性关系,拟合结果表明,风电出力不确定性水平将间接影响系统优化调度结果,证明了本文研究不确定性风电出力条件下系统多目标协同优化运行模型的必要性。最后,构建了气电综合能源系统综合效益评价模型,沿着规划、供给、设备运行、配电以及终端用户,设计了气电综合能源系统气电综合能源系统综合效益评价指标体系;通过主客观结合指标赋权方法,明确了各个指标的权重;并运用物元可拓思想改进了理想解排序模型,建立了气电综合能源系统综合效益评价模型;算例结果表明,相较于其他能源系统而言,P2G设备参与调度并提供容量备用的气电综合能源系统的综合效益评价结果最优,为综合能源系统调度优化和相关产业发展提供了参考依据。