提高能源利用效率与增加能源消费中可再生能源的占比是推进碳中和战略的两条重要途径。区域综合能源系统（Integrated Energy System,IES）通过对自身能量生产、转换、存储、消费等多个环节进行统一协调规划和调度,实现大规模可再生能源的消纳与能源的高效利用。因此,已成为落实我国碳中和战略的重要能源利用形式,也必将在构建“清洁低碳,安全高效”的现代能源体系中扮演重要角色。然而,区域IES面临输入侧可再生能源与需求侧负荷的多重不确定性干扰,极易导致自身供需失衡,继而致使其可再生能源消纳、经济性、碳减排等性能急剧下降,偏离其设计的初衷。针对上述的问题,本文以区域IES为研究对象,从融合源-荷双侧多重不确定性运行优化的两阶段规划角度来开展研究,以实现在保障供需协调下提升规划系统运行性能的最终目的。首先,针对如何表征多重不确定性的关键性问题,采用拉丁超立方抽样和基于Wasserstein测度的场景缩减技术,建立随机分层场景生成方法以刻画参数在时间维度上的不确定性特征。基于此,兼顾区域IES的多属性评价,提出上层规划设计与下层多不确定性最优运行的两阶段多目标随机规划方法。结合ε-限制法、改进样本均值近似、Benders分解以及模糊多目标决策,给出此随机规划模型的求解方法。研究案例显示:此随机规划方法与传统年逐时优化之间的最大目标变化率仅为7.2%,并且求解时间节约率达到97.71%,证明此随机规划方法的可靠性和大幅度节约求解时间的优势。其次,针对随机规划中难以考虑极端供需失衡的问题,基于随机分层场景生成方法和鲁棒不确定性集,建立同时考虑参数时间维度不确定性特征与极端供需失衡场景的场景-区间不确定性模型。基于此,对两阶段多目标随机规划方法进一步扩展,提出计及极端供需失衡下深度耦合多重不确定性特征的混合随机鲁棒优化方法,并且结合ε-限制法、列约束生成法与模糊多目标决策,给出其对应的求解方法。通过案例对比分析,验证该两阶段多目标混合随机鲁棒优化方法的可行性与可扩展性,并且该方法能生成不同极端供需失衡程度下保证区域IES供需协调且综合性能优越的容量配置结构。再次,针对灵活性不足导致区域IES供需失衡和可再生能源丢弃的问题,从可运行域的角度分析其本质机理,并采用多种设备拓展系统的结构以提高其灵活调节能力。基于灵活性提升机理,提出考虑设备变工况特性的两阶段拓展规划模型以平衡性能提升与额外成本之间的矛盾,并确定拓展设备的最优容量。同时采用分段线性逼近与Big-M方法处理变工况导致的非线性约束,给出拓展规划模型的线性求解方法。通过案例分析,确定在最小总成本与最大可再生能源消纳额度下各种拓展设备的最优容量和拓展系统的最优运行性能,据此得出各种设备集成在促进可再生能源消纳与提升经济性能方面的特征。最后,针对挖掘灵活性资源来提升区域IES供需协调性的问题,创新性地将柔性电负荷与热负荷的调控引入到结构拓展规划,提出多柔性负荷参与调控的两阶段拓展规划模型。以某工业园区的区域IES为例,对比分析耦合与未耦合柔性负荷调控下的最优运行结果与拓展规划结果,得出柔性热负荷和电负荷的调控机理与协同效用,发现柔性负荷调控与结构拓展之间协同限制机理。综上所述,本文在解决供需失衡的研究过程中,形成一系列区域IES供需协调规划方法和灵活性提升理论,这为区域IES的规划设计与灵活性拓展提供了科学建设的方法与理论支撑。