本发明涉及能源规划技术领域，提供一种综合能源互补发电系统及优化方法。所述系统包括风电机组、光伏机组、抽水蓄能电站、蓄电池储能电站以及控制中心，还包括制氢装置；控制中心部署双层规划模型，双层规划模型包括相互耦合的上层优化模型和下层优化模型，上层优化模型以系统全生命周期成本最小为目标，下层优化模型以系统调度周期内效益最大为目标，通过将上层优化模型和下层优化模型转化为相应的约束条件，对双层规划模型进行迭代求解，得到风电机组、光伏机组、抽水蓄能电站、蓄电池储能电站以及制氢装置的运行和容量配置的最优解。本发明解决了风光水储多能互补发电系统的容量配置优化问题和协调优化运行问题。