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当前，国内外对自能源系统的概念、物理架构及相关模型已经进行了较为深入的研究，但已有研究大多是针对某一特定/假定的区域能源系统进行建模，对自能源系统中各类典型物理设备及其数学模型并未进行系统性的梳理和总结。同时，自能源系统存在多种形式的能源子系统，其内部设备结构不同，系统属性、功能和运行特点也有着很大的差别。而且传统的建模仿真技术、运行优化策略、控制和保护技术已经难以解决多结构、多层次、多模态、多时空、非线性的自能源系统所遇到的各种问题。
目前现有的研究，较多是关于电-气耦合的网络建模。如张义斌等对电力-天然气混合系统进行了分析与优化，且侧重于对混合系统中的天然气网络各元件与管网建立其数学模型，并提出了一种混合负荷的统一求解方法；孙秋野等也对电-气混合系统进行了稳态分析，但与张义斌不同的是，它将温度列入了天然气网络的状态变量之中；Liu等分析的是电-热耦合的网络，不仅针对电网和热网建立了稳态模型，还针对热电联产机组、热泵和电锅炉等电-热耦合单元进行建模，提出了一种分立求解法来对电-热耦合系统进行多能流分析，并且与统一求解法的结果进行对比以分析二者优劣；孙秋野等最先开始分析电力网络、天然气网络及热力网络三者结合的综合能源系统，并考虑了循环泵、燃气锅炉、燃气轮机、电动压缩机等耦合单元；王英瑞等提出了电-气-热耦合系统的多能流求解法，基于统一能路理论，针对天然气网络与供热网络，提出了相适应的潮流计算方法；陈彬彬等和孙秋野等基于电路理论中“场”到“路”的推演方法论，提出了综合能源系统的统一能路理论；陈彬彬等还基任务于统一能路理论，提出了相适应的潮流计算方法；胡旌伟等对能源互联网信息-物理-能源-经济系统建模的同时，给予了自能源系统的动态模型，但模型较小，无法展示信息能源系统全貌，不具有普适性。
为了解决上述问题，本章从静态模型和动态模型两方面出发。在静态模型方面研究了节点模型和支路模型。其中，节点模型根据各个节点处的功率平衡条件建立模型，并加入了多种耦合设备，实现自能源系统的多能协同。支路模型以各个支路为模型，类比电路模型、借鉴电路分析理论，以电路模型为基础，在一定前提条件下建立自能源网络的支路静态模型。在动态模型方面，引入了微型燃气轮机作为耦合设备，建立了自能源系统整体状态空间模型。同时，为了响应国家“碳达峰，碳中和”的号召，建立了自能源系统的碳排放流模型，为自能源系统发展低碳/零碳提供了理论模型。
其次，虽然自能源系统的模型能够准确地描述系统的动态行为，但模型维数可能会达到成千上万维，分析和控制策略制定过程的计算耗时往往难以估计。这就造成了目前一些先进、有效但又复杂的分析控制方法仅在小规模电力系统中得到很好的应用，却无法适应大规模系统。为提高自能源系统模型应用的便捷性，采用降阶方法对自能源系统建模中获得的动态方程进行降阶，用一个简单、低维度的动态系统模型来代替复杂、高维度的动态系统模型并保留原有系统的重要特征，以满足现代自能源系统安全稳定分析和实用性需求。
本章中采用了Krylov子空间模型降阶方法。此方法是模型降阶中的一类基本方法，通常采用所构造的标准列正交向量基对原始系统进行降阶。相对于平衡截断降阶方法，Krylov子空间模型降阶方法算法稳定、实现简单，能够保持原始系统一定数量的矩，并且Krylov子空间模型降阶方法可以广泛应用于非线性系统。而平衡截断降价方法仅限应用于线性系统，而且在面对高维系统时，计算量巨大，难以得到较为准确的结果。
本章最后对降阶结果进行了仿真验证，实现了自能源系统的降阶处理，并验证了建立的自能源系统动态模型的正确性。