随着社会经济不断发展,能源需求不断增长,化石能源被大量开采和消耗,由此引发的能源枯竭和环境污染问题日益凸显。为提高多种能源的综合利用效率和促进可再生能源发电的消纳,气电综合能源系统开始得到发展并受到重视。天然气系统与电力系统两种异质供能网络间的深度耦合一方面提高了能源供应的灵活性和利用效率,但另一方面也带来了运行层面的多重不确定性和复杂性,对整个系统的安全可靠性水平产生了重大影响。因此对气电综合能源系统开展耦合特性建模,设备可靠性模型构建和概率风险评估,实现系统薄弱环节辨识,对于开展针对性的风险预防和风险管理,保障系统安全可靠运行至关重要。由于涉及气-电系统之间的双向复杂耦合以及天然气系统内在的高度非线性特性,传统电力系统概率风险评估方法难以直接移植到气电综合能源系统中,为此本文计及气-电系统间的能源互补和双向耦合、气网元件高度非线性运行特性、气网管道漏气故障模式以及压气站多重故障模式,开展了气电综合能源系统概率风险评估,主要工作总结如下:（1）针对现有气电综合能源系统的概率风险评估研究尚未考虑气网元件内在的高度非线性运行特性,例如储气库注采气速率与工作气含量间的非线性关系,天然气管存带来的管道气流滞后效应等,提出一种计及气网元件高度非线性特性的气电综合能源系统概率风险评估模型。在该模型中,对气网元件的各类高度非线性特性进行了详细分析并建模,包括储气库中最大可注采能力与当前工作气含量之间的非线性关系,管道气流时延非线性特性,压缩机耗气量和压缩比间的非线性关系。考虑气网元件高度非线性特性使所提模型更符合实际,但也导致能流分析计算的收敛性变差。为此提出基于松弛思想的自适应牛顿算法以改善能流分析计算的收敛性,并提高了计算分析速度。相比于单独的电力系统,气电综合能源系统有助于改善各子系统（电力子系统和天然气子系统）的可靠性和有效缓解因风电间歇性及强波动性带来的消纳问题。此外,为量化气电综合能源系统的风险水平及风电消纳能力,将弃风电量引入了所提广义负荷最优削减模型中,并定义了与弃风电量和广义负荷削减相关的年风险指标。（2）针对现有气电综合能源系统的概率风险评估研究仅使用简单两状态天然气管道模型,忽略了天然气管道的多种漏气故障模式及故障间的相互转移特性,提出了一种天然气管道四状态马尔可夫转移模型,并将该模型纳入气电综合能源系统概率风险评估框架中。针对气网管道故障统计数据通常只给出管道故障频率而不是故障转移率这一问题,论文通过马尔可夫模型和频率持续时间法,推导出求解故障转移率的非线性方程。为模拟管道漏气故障对气电综合能源系统风险水平的影响,本文提出虚拟气负荷概念（将泄露的天然气看作等效气负荷）,随机抽样确定的漏气地点被视为新增的虚拟气负荷节点,导致气网拓扑结构的随机改变,为此提出一种考虑管道漏气故障模式后随机拓扑变化的系统网络模型。（3）针对现有气电综合能源系统的概率风险评估研究采用简单两状态压气站模型,未考虑压气站中含有多台压缩机且压缩机间具有复杂拓扑连接,为此在压气站各种可能故障模式深入分析基础上建立了压气站多模式停运模型,并将该模型纳入气电综合能源系统概率风险评估框架。所提的压气站模型包括:用于表示因部分或全部压缩机随机故障导致压气站降额运行的四状态马尔可夫状态转移模型;用于表示由于漏气故障或其他关键元件故障导致整个压气站紧急停运的独立两状态共模故障模型;以及用于表示因供电中断导致电驱式压气站停运的供电两状态模型。此外现有气电综合能源系统概率风险研究忽略了压气站旁路系统,而重要压气站通常配有故障旁路系统,它可有效缓解压气站故障停运导致的上下游管道气流中断情况,本文将压气站旁路系统引入所提气电综合能源系统概率风险评估中,并分析了其对系统风险的影响。（4）针对计及气网元件高度非线性特性后带来的气电综合能源系统概率风险评估仿真效率低的问题,提出一种多重时序序列交叉熵算法。由于管存和储气设施的作用会使气电综合能源系统会出现故障延迟效应,即气网上游发生故障导致供气中断时,下游管网中的管存和储气设施可以在短时间内保证下游负荷不中断。为模拟气电综合能源系统的故障延迟效应并实现快速风险评估,本文提出多重时序序列交叉熵算法,该算法是所提多重时序序列算法与序贯交叉熵算法的有机结合:多重时序序列算法是非序贯法和序贯法的组合,它将非序贯法得到的元件状态在一定时间尺度内序贯演进形成时序序列,以模拟元件状态随时间的转移变化进而考虑气电综合能源系统中的故障延迟效应;此外序贯交叉熵算法被用到系统状态时序序列中以实现重要序列的抽样进而提高模拟效率。