本发明公开了一种基于多目标模型预测控制的区域综合能源系统分层优化运行方法，包括设置区域综合能源系统调度周期内可再生能源消纳能力及综合能效最大为上层目标函数，设置运行成本、用能成本最小为下层目标函数；在各调度周期内，分别对区域综合能源系统中的分布式风、光输出功率及负荷进行预测，并基于系统实时状态进行预测误差校正以获得预测值；基于调度约束条件、上层目标函数、下层目标函数和预测值，采用模型预测控制方法进行在线滚动分层优化调度求解，获得滚动优化求解结果，输出区域综合能源系统一个调度时段内调度计划。本发明能够满足系统在线调整需求，制定出分层优化调度方案，实现区域综合能源系统分层优化运行。