能源与环境系统与人类的生产、生活密不可分,在能源消耗日益增长,环境形势日益严峻的今天,积极开展能源消费转型升级已迫在眉睫。多能互补集成系统能够让各种形式能源之间优势互补,使整个能源利用系统在能源消耗、经济成本和环境效益等多方面性能均得到提高。本文构建了同时包含经济效益和环境效益的多目标优化模型,基于粒子群优化算法对同时包含燃煤、燃气-蒸汽联合循环的多热源互补热电联产系统开展源网协同优化调度,并对太阳能接入条件下的互补热电联产系统进行集成方式优化设计。基于联立模块的建模思想,对燃煤、燃气互补热电联产系统进行合理的模块划分,给出各模块的全工况机理模型,相比于传统的能耗曲线法,基于机理的模型可以更全面的反映各单元设备在变工况条件下的性能特性、系统中各子模块之间的组合工况特性。在Matlab/Simulink仿真平台中建立了仿真模型,并以上海化工区多热源互补热电联产系统的实际运行数据验证了模型的准确性。提出包含能源消耗、经济成本和环境效益的多目标优化模型并将供热管网蒸汽流动安全性作为约束条件。采用粒子群算法进行源网协同优化调度求解,引入动态目标法约束处理机制处理管网约束条件求解的复杂性,构建了用于多能互补热电联产系统优化的动态多目标函数。提出多热源优化调度的分层级优化方法并用于上海化工区负荷优化调度,以Pareto解的形式表示出了热源间的优化调度结果,决策者可以根据不同的经济和环境需求从中选择符合自己偏好的最优解。对漕泾热电厂内一段时间热电负荷进行优化分配,可使得总燃气耗量节约0.75%左右,证明了所提优化方法的合理性和实用性。针对本文所研究的燃煤-天然气互补热电联产系统中燃煤机组发电煤耗较高的现状,结合燃煤机组机理模型,引入太阳能辅助热源,对太阳能-燃煤互补热电联产系统进行集成方式和运行策略的优化设计。槽式太阳能辅助热源以并联给水加热器、减少回热抽汽的方式进行集成,仿真结果表明,辅助热源集成位置处压力等级越高,则其所取代的抽汽做功能力越强,系统发电效率提升越大,但同时集热器集热效率却越低,据此本文给出了考虑集热效率时的各集成方式光电转化效率特性曲线并提出了基于分阶段切换集成方式的优化运行策略。以能源平均成本作为目标函数,优化后发现,根据太阳辐射条件将辅助系统在不同加热器之间分阶段切换运行相比集成方式固定的运行模式具有更低的能源平均成本,且能源平均成本随太阳能集热器面积的增大呈现先减小后增大的趋势。