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据联合国开发署统计,截止2015年,全球仍有10亿人口未能获得清洁、稳定的生活炊事燃料和电力能源供应。综合能源微网,作为微电网新兴的衍生形式,优化集成和多能互补多种分布式清洁能源,如风能、太阳能、生物质能等,成为满足特定用户、特定地区对能源供应的多样性、经济性、清洁性、安全性等不同需求的关键手段。面向这些特定地区构建综合能源微网,需要因地制宜实施传统能源与当地丰富的风能、太阳能、地热能、生物质能等清洁能源的协同开发利用,优化配置各清洁能源的最佳容量,实现清洁能源就地消纳,满足用户多能需求。本文针对农村、山区、海岛等供能基础设施建设相对滞后,远离电网或天然气网的偏远地区,以当地广泛存在的生物质能—沼气为核心,利用沼气可再生能源消纳机制与太阳能等其他清洁能源互补集成,分别构建用户级、区域级不同形式的综合能源微网,形成了较为完备的以沼气为气源的综合能源微网的协同规划与优化运行理论方法。本文的主要工作总结如下:1.提出一种基于规模化沼气工程（Large-scaled Biogas Plant,LBP）可再生能源消纳机制的电力交易模型,提升系统对可再生能源就地消纳能力。首先,基于沼气发酵的温敏特性,提出沼气池内微生物发酵热动力模型,建立沼气产气量与温度的稳态近似关系;进而,分析太阳能等波动性能源对LBP供热提升沼气产量的物理特性,对“电能-化学能（气体）-电能”能量转换的类电池特性过程进行建模,研究其消纳可再生能源波动性和实现负荷时空平移的机理。由此,提出一种同时考虑光伏（Photovoltaics,PV）、LBP、需求响应负荷聚合商（Demand Response Aggregator,DRA）参与配电网系统支撑服务的双层电力交易模型,同时优化社会福利及DRA收益。该模型通过Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件和强对偶理论转换为单层均衡约束数学规划问题并求解。最后,分析配电网在不同PV渗透率水平时,LBP接入对配电网运营商（Distribution System Operator,DSO）、DRA的经济性和系统调度影响。LBP类电池特性的提出有助于保障高比例可再生能源接入的电力系统的稳定、可靠运行等问题,提高可再生能源的就地消纳能力。2.根据LBP可再生能源消纳机制,提出太阳能-沼气互补特性以及一种以户用沼气池（Anaerobic Digester,AD）为核心的离网型用户级光-沼互补综合能源微网优化配置方法。首先,利用能源枢纽（Energy Hub,EH）概念形成光-沼综合能源微网的能量变换矩阵,描述输入侧太阳能、生物质能源与输出侧热、电、气之间的能量变换关系;其次,根据EH基本结构,建立以微网投资成本最小为目标函数的两阶段优化配置模型,确定微网中各组件的最优配置容量,满足用户热,电和沼气三种用能需求。针对大规模场景问题带来的收敛速度过慢等问题,采用基于场景的Benders分解方法将原问题划分为主、子问题,依次迭代求解;最终,通过与现有发电技术相对比,分析光-沼互补特性对系统调度和平准化发电成本（Levelized Cost of Energy,LCOE）的影响,评估所提出的离网型用户级光-沼综合能源微网的经济优势,为特定地区的供能短缺问题提供了一套经济适用的解决方案。3.针对生物质能产业的运营管理严重依赖于周边生物质原料的连续供应的问题,提出一种以集中型沼气工程（Centralized Biogas Plant,CBP）为气源,计及生物质原料供应网的区域级电-气综合能源微网多阶段扩展规划方法。首先,分析配电网,沼气管网和生物质原料供应网的物理特性,提出了三网耦合的基本特性;并针对生物质原料供应网建模,衡量生物质原料资源分布对规划结果的影响;通过所提出生物质原料供应网的电-沼气协同规划模型,依次在规划年限内分别决策CBP和分布式燃气机组（Distributed Generator,DG）的最优选址,配电网的拓展线路计划和沼气管网合理布局以及其相应的最佳投运时间;该模型同时考虑负荷需求和生物质原料供应能力随规划进程推进将持续变化的问题,提出一种含不可预测约束的多阶段扩展规划模型,使规划决策过程可根据逐年预测情况进行灵活调整。该规划模型充分考虑了生物质能源采集、运输、生产的特殊性,实现了区域生物质原料供应能力与负荷需求的供需平衡,使规划结果更加合理、可靠。4.基于以LBP为气源的区域级电-气网络协同规划理论,提出一种考虑生物质混合能流的多电-沼气综合能源微网的规划评估模型。首先,根据单一和混合生物质发酵技术的基本特点,提出不同生物质原料在运输网络中形成生物质混合能流的基本概念,建立满足生物质混合能流最优配比约束的生物质原料供应网模型及决策策略;其次,根据不同类型生物质原料地理位置分布特性,提出了生物质原料供应网、区域沼气管网、配电网三网协同规划模型,根据该区域配电网结构,配套规划该区域内相应的沼气管网布局、DG投建数目和地址、LBP数目、规模、选址和类型。最后,以实际网架为例,分别提出建设不同数目LBP的规划方案,提出对应的评估指标对比分析不同规划方案的经济效益和生态效益。在实际生产生活中,规划结果可有效指导LBP运营企业在规划投资区域供能系统时准确评估自身的盈利能力和生态效益。