2021年3月15日，中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議指出，“十四五”是碳達(dá)峰的關(guān)鍵期、窗口期，要構(gòu)建清潔、低碳、安全、高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。
我國(guó)能源的碳排放量占總排放量的近90%，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年我國(guó)碳排放大約是103億噸，其中，煤炭、石油、天然氣的合計(jì)碳排放為95億噸。電力行業(yè)碳排放占全國(guó)碳排放總量的40%，中國(guó)“雙碳”目標(biāo)的提出，為能源轉(zhuǎn)型提出了更為緊迫明晰的時(shí)間表。電力行業(yè)是減碳的主力軍，任務(wù)重、責(zé)任大。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和終端用能結(jié)構(gòu)變化將繼續(xù)拉升中國(guó)的用電量，要確保電力系統(tǒng)安全平穩(wěn)供應(yīng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)深度減排，發(fā)展可再生能源是根本，提高能源效率是關(guān)鍵，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是核心技術(shù)支撐。
新型電力系統(tǒng)概念情景
以2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的背景設(shè)定來(lái)設(shè)想以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的概念情景。基于實(shí)現(xiàn)碳中和的要求，能源供給側(cè)應(yīng)實(shí)現(xiàn)脫碳，清潔能源成為主力能源，化石能源逐步退出，尤其是光伏、風(fēng)電將成為新增能源主力軍；終端電能消費(fèi)大幅度提升，到2060年，電能占終端能源消費(fèi)比例將達(dá)到70%左右。除了以電能作為直接能源外，目前尚未使用或者大規(guī)模使用電力的工業(yè)等領(lǐng)域?qū)V泛使用電能，如鐵路電氣化水平大幅提高，電動(dòng)汽車更加普及，通過(guò)電爐煉鋼等等。電能除了直接使用，還可間接制造能源，即電能的多元化轉(zhuǎn)換（Electric power-to-X），例如通過(guò)電解水制氫，用于交通、工業(yè)，用能呈現(xiàn)泛電氣化趨勢(shì)。在泛電氣化背景下，電能在能源消費(fèi)中占比將達(dá)90%（直接利用+間接利用）左右。
2060年實(shí)現(xiàn)碳中和情景下的新型電力系統(tǒng)中，從電源形態(tài)來(lái)看，裝機(jī)和發(fā)電量以可再生能源為主。相比現(xiàn)在，火電將大幅減少，風(fēng)電、光伏大幅增加，核電、生物質(zhì)發(fā)電也明顯上升，發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘考s100億千瓦，其中風(fēng)光裝機(jī)總?cè)萘考s為90億千瓦，火電裝機(jī)約為5億千瓦，水電裝機(jī)約為4.5億千瓦，核電裝機(jī)約為3億千瓦，其他能源裝機(jī)約為2億千瓦。風(fēng)光發(fā)電量約為15萬(wàn)億千瓦時(shí)。
從電網(wǎng)形態(tài)來(lái)看，高滲透率接入新能源將深刻改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的形態(tài)、特性和機(jī)理。配電網(wǎng)將與分布式電源協(xié)同發(fā)展，新型電力系統(tǒng)的電網(wǎng)將以“大電網(wǎng)+主動(dòng)配電網(wǎng)+微電網(wǎng)”的形態(tài)呈現(xiàn)，電力系統(tǒng)柔性可控，透明是新型電力系統(tǒng)的主要特征。系統(tǒng)可以“無(wú)條件”地接受新能源，由于系統(tǒng)裝機(jī)容量、發(fā)電量顯著增加，因此擁有“無(wú)限大”的功率、“無(wú)限多”的能量，系統(tǒng)的安全穩(wěn)定依靠功率的動(dòng)態(tài)平衡和能量的動(dòng)態(tài)平衡。
新型電力系統(tǒng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的特征差異
動(dòng)態(tài)特征
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)間常數(shù)大（秒-分鐘級(jí)），“慢速”的系統(tǒng)機(jī)電特性，穩(wěn)定性高。新型電力系統(tǒng)中，由于電力電子具有弱慣性特點(diǎn)，其動(dòng)作時(shí)間常數(shù)?。ㄎ⒚爰?jí)），頻域分布廣，波動(dòng)性和隨機(jī)性強(qiáng)。
安全穩(wěn)定理論
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)由機(jī)電同步過(guò)程表征，模型等效，是基于機(jī)電轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的穩(wěn)定理論。新型電力系統(tǒng)則是數(shù)據(jù)同步過(guò)程，由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，基于數(shù)字化的信息與物理系統(tǒng)融合，其電力系統(tǒng)安全理論是基于“電力+算力”的系統(tǒng)平衡理論。
系統(tǒng)規(guī)模特征
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是集中式的，電源單體規(guī)模大，數(shù)量較少；新型電力系統(tǒng)是分布式的，電源單體規(guī)模小，數(shù)量龐大。
系統(tǒng)形態(tài)和生態(tài)
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)面向功能、界限分明，以模型和預(yù)測(cè)為核心的仿真系統(tǒng)面向集中式架構(gòu)，存在功能割裂、信息封閉、技術(shù)受限的問(wèn)題。新型電力系統(tǒng)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”融合變換，“能量和信息”交織互動(dòng)，基于全局的數(shù)據(jù)是電力系統(tǒng)研究的紐帶和基礎(chǔ)。
負(fù)荷側(cè)格局和用戶
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)負(fù)荷可預(yù)測(cè)、可計(jì)劃，相對(duì)穩(wěn)定，用戶是電力消費(fèi)者。新型電力系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)包括新能源和儲(chǔ)能，負(fù)荷側(cè)從單純的消費(fèi)者轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;生產(chǎn)者+消費(fèi)者”，負(fù)荷不確定性強(qiáng)，用戶全方位融入電力系統(tǒng)。
系統(tǒng)安全
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)確定性強(qiáng)，功能單一，易控制。新型電力系統(tǒng)不確定因素多，功能復(fù)雜，需要構(gòu)建系統(tǒng)和元件的新型網(wǎng)絡(luò)安全體系。
電力系統(tǒng)架構(gòu)
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是大電網(wǎng)、同步電網(wǎng)，新型電力系統(tǒng)下能源電力趨于一體化和泛電氣化，電網(wǎng)形態(tài)為“大電網(wǎng)+主動(dòng)配電網(wǎng)+微電網(wǎng)”。
新型電力系統(tǒng)的技術(shù)要素
新型電力系統(tǒng)是信息技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)、控制理論和控制技術(shù)、運(yùn)籌學(xué)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等與電力系統(tǒng)的深度融合。
系統(tǒng)的信息化、數(shù)字化、智能化
新型電力系統(tǒng)中配置的小微智能傳感器及其傳感網(wǎng)絡(luò)無(wú)處不在，這是構(gòu)建含泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施；先進(jìn)通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、人工智能技術(shù)等在電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，將實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自由（無(wú)限、海量）數(shù)據(jù)采集、自由數(shù)據(jù)獲取、自由智能分析。設(shè)備的智能化特征明顯，并擁有強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)。因此，新型電力系統(tǒng)可以不完全依賴電網(wǎng)模型，而是在海量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過(guò)大數(shù)據(jù)和計(jì)算技術(shù)，透過(guò)數(shù)據(jù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能運(yùn)行。
透明是新型電力系統(tǒng)的主要特征，系統(tǒng)可見可知可控?；谕该麟娋W(wǎng)，社會(huì)各方能夠廣泛深入?yún)⑴c電力生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)等各個(gè)環(huán)節(jié)，協(xié)同促進(jìn)能源電力的安全高效、綠色低碳發(fā)展。透明電網(wǎng)基于廣泛應(yīng)用小微智能傳感器、智能設(shè)備、智能二次系統(tǒng)，并構(gòu)建強(qiáng)大的軟件平臺(tái)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)，數(shù)據(jù)可采集、狀態(tài)可監(jiān)控、程序可優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)透明、運(yùn)行狀態(tài)透明、市場(chǎng)信息透明。
首先，打造透明電網(wǎng)的關(guān)鍵在于信息，而信息需要通過(guò)小微智能傳感器來(lái)捕集。目前電網(wǎng)中使用的傳感器存在尺寸大、安裝不便、校準(zhǔn)困難、價(jià)格高等問(wèn)題，難以滿足新型電力系統(tǒng)智能化、透明化、市場(chǎng)化、物聯(lián)化的發(fā)展需求。而小微智能傳感器的體積大幅減小，具有高度集成化特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)自取能，功率可低至微瓦級(jí)，具有無(wú)線傳輸?shù)碾p向通信功能，且便于安裝，一貼即用，價(jià)格低廉，可滿足按需配置的要求。在電網(wǎng)中廣泛安裝小微智能傳感器，可讓電力系統(tǒng)的電源、網(wǎng)絡(luò)、儲(chǔ)能等各個(gè)環(huán)節(jié)充分展示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)、安全狀態(tài)等信息全面深度透明。
其次，要應(yīng)用智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化。智能電氣設(shè)備是傳統(tǒng)電氣設(shè)備與智能元素、電力電子器件等的融合-協(xié)同增效的組合，它不僅僅是功能性的，而是設(shè)備功能與智能信息的結(jié)合體，具有可見可知、靈活可控的特點(diǎn)。其設(shè)備要素包含狀態(tài)可感知可預(yù)測(cè)、智能材料、嵌入智能元件、參數(shù)可調(diào)可控、行為智能化等。
第三，要打造強(qiáng)大的軟件平臺(tái)。這一軟件平臺(tái)可體現(xiàn)數(shù)字之間的關(guān)系，將海量的小微傳感器數(shù)據(jù)、智能設(shè)備的數(shù)據(jù)等組織起來(lái)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式有分布式和集中制，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的軟件分析、計(jì)算等。
鏡像/數(shù)字孿生電網(wǎng)的算力、算法、基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用
打造軟件平臺(tái)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是構(gòu)建鏡像/數(shù)字孿生電網(wǎng)。隨著新能源大規(guī)模接入，電力系統(tǒng)將越來(lái)越復(fù)雜。為了更好地進(jìn)行系統(tǒng)預(yù)測(cè)和系統(tǒng)規(guī)劃，我們?cè)O(shè)想通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)，基于傳感器建立起物理電網(wǎng)系統(tǒng)在數(shù)字空間的鏡像。鏡像系統(tǒng)和真實(shí)物理系統(tǒng)基本信息完全相同，并隨著物理電網(wǎng)的變化持續(xù)更新；基于數(shù)字孿生電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物理電網(wǎng)的全面感知和預(yù)測(cè)，為電網(wǎng)提高調(diào)度運(yùn)行決策的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。
建設(shè)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)發(fā)展需求的算力規(guī)模，包括通用算力、專用算力、超級(jí)算力；建設(shè)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的通用算法，包含機(jī)器視覺(jué)、語(yǔ)音語(yǔ)義、大數(shù)據(jù)處理等；建設(shè)專用算法，包含新型電力系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理、認(rèn)知技術(shù)、協(xié)同技術(shù)、控制技術(shù)等，以滿足新型電力系統(tǒng)的新能源預(yù)測(cè)/監(jiān)控、電網(wǎng)規(guī)劃、電力電量平衡、頻率控制，以及“雙碳”目標(biāo)下各場(chǎng)景的應(yīng)用需求。
建設(shè)電網(wǎng)透明化所需要的基礎(chǔ)設(shè)施，包括基于全域傳感的實(shí)時(shí)測(cè)量體系，建設(shè)云平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，全面支撐新型電力系統(tǒng)“可觀、可測(cè)、可控”。
在2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的情景設(shè)置下，新型電力系統(tǒng)高效運(yùn)作，開展數(shù)據(jù)產(chǎn)品研發(fā)和服務(wù)孵化，如可實(shí)現(xiàn)調(diào)度運(yùn)行自動(dòng)導(dǎo)航與決策、智能分析與決策、數(shù)據(jù)信息的智能搜索與智能推送、調(diào)度任務(wù)的智能提醒、調(diào)度操作任務(wù)的自動(dòng)生成、智能安全防誤等在內(nèi)的調(diào)度全過(guò)程智能運(yùn)行。以車用導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)類比，車用導(dǎo)航系統(tǒng)可以全方位展示道路交通情況狀態(tài)，并伴隨智能語(yǔ)音提示。當(dāng)然，電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度是一個(gè)復(fù)雜得多的系統(tǒng)，但在數(shù)字和信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)下，未來(lái)電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行導(dǎo)航?jīng)Q策，完成智能調(diào)度決策、電網(wǎng)安全域辨識(shí)與控制、直流故障辨識(shí)與決策、多道防線協(xié)調(diào)控制與多能互補(bǔ)協(xié)調(diào)等，同時(shí)，還可以通過(guò)數(shù)字孿生系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)和透明的發(fā)電預(yù)測(cè)、負(fù)荷預(yù)測(cè)與辨識(shí)。
綜上，新型電力系統(tǒng)是將現(xiàn)代傳感技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、智能技術(shù)等融入電網(wǎng)所構(gòu)建的新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有“電磁態(tài)+數(shù)字態(tài)”的新型形態(tài)，“電網(wǎng)+互聯(lián)網(wǎng)”的新型網(wǎng)絡(luò)，“電力+算力”的新型能力。以軟件定義電網(wǎng)、電力系統(tǒng)，以輕資產(chǎn)應(yīng)對(duì)重資產(chǎn)投入，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航?jīng)Q策。新型電力系統(tǒng)將有效承載新能源大規(guī)模安全、可靠、高效接入，打破傳統(tǒng)電網(wǎng)物理和產(chǎn)業(yè)邊界，向社會(huì)各領(lǐng)域全面滲透。
當(dāng)前，能源電力發(fā)展正處于落實(shí)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵期和窗口期，堅(jiān)定不移地大力發(fā)展可再生能源是能源脫碳的前提，也是實(shí)現(xiàn)碳中和的必然路徑。減碳必須要有政策性安排和支持，其中一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題在于用地問(wèn)題。由于風(fēng)電、光伏等可再生能源有效容量低，要滿足未來(lái)用電需求增長(zhǎng)，需要占用大量土地資源，如果不能有效協(xié)調(diào)可再生能源的發(fā)展與生態(tài)環(huán)保、國(guó)土空間規(guī)劃等方面的銜接，將成為制約能源轉(zhuǎn)型的瓶頸之一。
要持續(xù)增強(qiáng)電力系統(tǒng)的靈活性和調(diào)節(jié)能力。抽水蓄能是儲(chǔ)能市場(chǎng)中最成熟的技術(shù)，在儲(chǔ)能市場(chǎng)中的占比最大，但目前抽水蓄能的響應(yīng)時(shí)間是分鐘級(jí)的，不能適應(yīng)新型電力系統(tǒng)對(duì)于時(shí)間響應(yīng)的要求，可變速抽水蓄能機(jī)組的響應(yīng)時(shí)間才能和新型電力系統(tǒng)相適應(yīng)，未來(lái)需要在這一方面加大研發(fā)力度；應(yīng)重點(diǎn)建設(shè)用戶側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)，電網(wǎng)側(cè)非抽水蓄能儲(chǔ)能建設(shè)的必要性需要進(jìn)一步加以論證；要開發(fā)電動(dòng)汽車V2G功能，作為靈活儲(chǔ)能系統(tǒng)納入新型電力系統(tǒng)建設(shè)。同時(shí)，要加大科技創(chuàng)新力度，研發(fā)新能源和新型電力系統(tǒng)的硬核技術(shù)，并建立電力市場(chǎng)，形成市場(chǎng)化價(jià)格體系。以技術(shù)創(chuàng)新和體制機(jī)制變革同步發(fā)力，推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
我國(guó)能源的碳排放量占總排放量的近90%，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年我國(guó)碳排放大約是103億噸，其中，煤炭、石油、天然氣的合計(jì)碳排放為95億噸。電力行業(yè)碳排放占全國(guó)碳排放總量的40%，中國(guó)“雙碳”目標(biāo)的提出，為能源轉(zhuǎn)型提出了更為緊迫明晰的時(shí)間表。電力行業(yè)是減碳的主力軍，任務(wù)重、責(zé)任大。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和終端用能結(jié)構(gòu)變化將繼續(xù)拉升中國(guó)的用電量，要確保電力系統(tǒng)安全平穩(wěn)供應(yīng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)深度減排，發(fā)展可再生能源是根本，提高能源效率是關(guān)鍵，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是核心技術(shù)支撐。
新型電力系統(tǒng)概念情景
以2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的背景設(shè)定來(lái)設(shè)想以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的概念情景。基于實(shí)現(xiàn)碳中和的要求，能源供給側(cè)應(yīng)實(shí)現(xiàn)脫碳，清潔能源成為主力能源，化石能源逐步退出，尤其是光伏、風(fēng)電將成為新增能源主力軍；終端電能消費(fèi)大幅度提升，到2060年，電能占終端能源消費(fèi)比例將達(dá)到70%左右。除了以電能作為直接能源外，目前尚未使用或者大規(guī)模使用電力的工業(yè)等領(lǐng)域?qū)V泛使用電能，如鐵路電氣化水平大幅提高，電動(dòng)汽車更加普及，通過(guò)電爐煉鋼等等。電能除了直接使用，還可間接制造能源，即電能的多元化轉(zhuǎn)換（Electric power-to-X），例如通過(guò)電解水制氫，用于交通、工業(yè)，用能呈現(xiàn)泛電氣化趨勢(shì)。在泛電氣化背景下，電能在能源消費(fèi)中占比將達(dá)90%（直接利用+間接利用）左右。
2060年實(shí)現(xiàn)碳中和情景下的新型電力系統(tǒng)中，從電源形態(tài)來(lái)看，裝機(jī)和發(fā)電量以可再生能源為主。相比現(xiàn)在，火電將大幅減少，風(fēng)電、光伏大幅增加，核電、生物質(zhì)發(fā)電也明顯上升，發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘考s100億千瓦，其中風(fēng)光裝機(jī)總?cè)萘考s為90億千瓦，火電裝機(jī)約為5億千瓦，水電裝機(jī)約為4.5億千瓦，核電裝機(jī)約為3億千瓦，其他能源裝機(jī)約為2億千瓦。風(fēng)光發(fā)電量約為15萬(wàn)億千瓦時(shí)。
從電網(wǎng)形態(tài)來(lái)看，高滲透率接入新能源將深刻改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的形態(tài)、特性和機(jī)理。配電網(wǎng)將與分布式電源協(xié)同發(fā)展，新型電力系統(tǒng)的電網(wǎng)將以“大電網(wǎng)+主動(dòng)配電網(wǎng)+微電網(wǎng)”的形態(tài)呈現(xiàn)，電力系統(tǒng)柔性可控，透明是新型電力系統(tǒng)的主要特征。系統(tǒng)可以“無(wú)條件”地接受新能源，由于系統(tǒng)裝機(jī)容量、發(fā)電量顯著增加，因此擁有“無(wú)限大”的功率、“無(wú)限多”的能量，系統(tǒng)的安全穩(wěn)定依靠功率的動(dòng)態(tài)平衡和能量的動(dòng)態(tài)平衡。
新型電力系統(tǒng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的特征差異
動(dòng)態(tài)特征
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)間常數(shù)大（秒-分鐘級(jí)），“慢速”的系統(tǒng)機(jī)電特性，穩(wěn)定性高。新型電力系統(tǒng)中，由于電力電子具有弱慣性特點(diǎn)，其動(dòng)作時(shí)間常數(shù)?。ㄎ⒚爰?jí)），頻域分布廣，波動(dòng)性和隨機(jī)性強(qiáng)。
安全穩(wěn)定理論
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)由機(jī)電同步過(guò)程表征，模型等效，是基于機(jī)電轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的穩(wěn)定理論。新型電力系統(tǒng)則是數(shù)據(jù)同步過(guò)程，由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，基于數(shù)字化的信息與物理系統(tǒng)融合，其電力系統(tǒng)安全理論是基于“電力+算力”的系統(tǒng)平衡理論。
系統(tǒng)規(guī)模特征
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是集中式的，電源單體規(guī)模大，數(shù)量較少；新型電力系統(tǒng)是分布式的，電源單體規(guī)模小，數(shù)量龐大。
系統(tǒng)形態(tài)和生態(tài)
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)面向功能、界限分明，以模型和預(yù)測(cè)為核心的仿真系統(tǒng)面向集中式架構(gòu)，存在功能割裂、信息封閉、技術(shù)受限的問(wèn)題。新型電力系統(tǒng)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”融合變換，“能量和信息”交織互動(dòng)，基于全局的數(shù)據(jù)是電力系統(tǒng)研究的紐帶和基礎(chǔ)。
負(fù)荷側(cè)格局和用戶
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)負(fù)荷可預(yù)測(cè)、可計(jì)劃，相對(duì)穩(wěn)定，用戶是電力消費(fèi)者。新型電力系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)包括新能源和儲(chǔ)能，負(fù)荷側(cè)從單純的消費(fèi)者轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;生產(chǎn)者+消費(fèi)者”，負(fù)荷不確定性強(qiáng)，用戶全方位融入電力系統(tǒng)。
系統(tǒng)安全
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)確定性強(qiáng)，功能單一，易控制。新型電力系統(tǒng)不確定因素多，功能復(fù)雜，需要構(gòu)建系統(tǒng)和元件的新型網(wǎng)絡(luò)安全體系。
電力系統(tǒng)架構(gòu)
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是大電網(wǎng)、同步電網(wǎng)，新型電力系統(tǒng)下能源電力趨于一體化和泛電氣化，電網(wǎng)形態(tài)為“大電網(wǎng)+主動(dòng)配電網(wǎng)+微電網(wǎng)”。
新型電力系統(tǒng)的技術(shù)要素
新型電力系統(tǒng)是信息技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)、控制理論和控制技術(shù)、運(yùn)籌學(xué)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等與電力系統(tǒng)的深度融合。
系統(tǒng)的信息化、數(shù)字化、智能化
新型電力系統(tǒng)中配置的小微智能傳感器及其傳感網(wǎng)絡(luò)無(wú)處不在，這是構(gòu)建含泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施；先進(jìn)通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、人工智能技術(shù)等在電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，將實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自由（無(wú)限、海量）數(shù)據(jù)采集、自由數(shù)據(jù)獲取、自由智能分析。設(shè)備的智能化特征明顯，并擁有強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)。因此，新型電力系統(tǒng)可以不完全依賴電網(wǎng)模型，而是在海量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過(guò)大數(shù)據(jù)和計(jì)算技術(shù)，透過(guò)數(shù)據(jù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能運(yùn)行。
透明是新型電力系統(tǒng)的主要特征，系統(tǒng)可見可知可控?；谕该麟娋W(wǎng)，社會(huì)各方能夠廣泛深入?yún)⑴c電力生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)等各個(gè)環(huán)節(jié)，協(xié)同促進(jìn)能源電力的安全高效、綠色低碳發(fā)展。透明電網(wǎng)基于廣泛應(yīng)用小微智能傳感器、智能設(shè)備、智能二次系統(tǒng)，并構(gòu)建強(qiáng)大的軟件平臺(tái)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)，數(shù)據(jù)可采集、狀態(tài)可監(jiān)控、程序可優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)透明、運(yùn)行狀態(tài)透明、市場(chǎng)信息透明。
首先，打造透明電網(wǎng)的關(guān)鍵在于信息，而信息需要通過(guò)小微智能傳感器來(lái)捕集。目前電網(wǎng)中使用的傳感器存在尺寸大、安裝不便、校準(zhǔn)困難、價(jià)格高等問(wèn)題，難以滿足新型電力系統(tǒng)智能化、透明化、市場(chǎng)化、物聯(lián)化的發(fā)展需求。而小微智能傳感器的體積大幅減小，具有高度集成化特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)自取能，功率可低至微瓦級(jí)，具有無(wú)線傳輸?shù)碾p向通信功能，且便于安裝，一貼即用，價(jià)格低廉，可滿足按需配置的要求。在電網(wǎng)中廣泛安裝小微智能傳感器，可讓電力系統(tǒng)的電源、網(wǎng)絡(luò)、儲(chǔ)能等各個(gè)環(huán)節(jié)充分展示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)、安全狀態(tài)等信息全面深度透明。
其次，要應(yīng)用智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化。智能電氣設(shè)備是傳統(tǒng)電氣設(shè)備與智能元素、電力電子器件等的融合-協(xié)同增效的組合，它不僅僅是功能性的，而是設(shè)備功能與智能信息的結(jié)合體，具有可見可知、靈活可控的特點(diǎn)。其設(shè)備要素包含狀態(tài)可感知可預(yù)測(cè)、智能材料、嵌入智能元件、參數(shù)可調(diào)可控、行為智能化等。
第三，要打造強(qiáng)大的軟件平臺(tái)。這一軟件平臺(tái)可體現(xiàn)數(shù)字之間的關(guān)系，將海量的小微傳感器數(shù)據(jù)、智能設(shè)備的數(shù)據(jù)等組織起來(lái)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式有分布式和集中制，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的軟件分析、計(jì)算等。
鏡像/數(shù)字孿生電網(wǎng)的算力、算法、基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用
打造軟件平臺(tái)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是構(gòu)建鏡像/數(shù)字孿生電網(wǎng)。隨著新能源大規(guī)模接入，電力系統(tǒng)將越來(lái)越復(fù)雜。為了更好地進(jìn)行系統(tǒng)預(yù)測(cè)和系統(tǒng)規(guī)劃，我們?cè)O(shè)想通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)，基于傳感器建立起物理電網(wǎng)系統(tǒng)在數(shù)字空間的鏡像。鏡像系統(tǒng)和真實(shí)物理系統(tǒng)基本信息完全相同，并隨著物理電網(wǎng)的變化持續(xù)更新；基于數(shù)字孿生電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物理電網(wǎng)的全面感知和預(yù)測(cè)，為電網(wǎng)提高調(diào)度運(yùn)行決策的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。
建設(shè)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)發(fā)展需求的算力規(guī)模，包括通用算力、專用算力、超級(jí)算力；建設(shè)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的通用算法，包含機(jī)器視覺(jué)、語(yǔ)音語(yǔ)義、大數(shù)據(jù)處理等；建設(shè)專用算法，包含新型電力系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理、認(rèn)知技術(shù)、協(xié)同技術(shù)、控制技術(shù)等，以滿足新型電力系統(tǒng)的新能源預(yù)測(cè)/監(jiān)控、電網(wǎng)規(guī)劃、電力電量平衡、頻率控制，以及“雙碳”目標(biāo)下各場(chǎng)景的應(yīng)用需求。
建設(shè)電網(wǎng)透明化所需要的基礎(chǔ)設(shè)施，包括基于全域傳感的實(shí)時(shí)測(cè)量體系，建設(shè)云平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，全面支撐新型電力系統(tǒng)“可觀、可測(cè)、可控”。
在2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的情景設(shè)置下，新型電力系統(tǒng)高效運(yùn)作，開展數(shù)據(jù)產(chǎn)品研發(fā)和服務(wù)孵化，如可實(shí)現(xiàn)調(diào)度運(yùn)行自動(dòng)導(dǎo)航與決策、智能分析與決策、數(shù)據(jù)信息的智能搜索與智能推送、調(diào)度任務(wù)的智能提醒、調(diào)度操作任務(wù)的自動(dòng)生成、智能安全防誤等在內(nèi)的調(diào)度全過(guò)程智能運(yùn)行。以車用導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)類比，車用導(dǎo)航系統(tǒng)可以全方位展示道路交通情況狀態(tài)，并伴隨智能語(yǔ)音提示。當(dāng)然，電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度是一個(gè)復(fù)雜得多的系統(tǒng)，但在數(shù)字和信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)下，未來(lái)電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行導(dǎo)航?jīng)Q策，完成智能調(diào)度決策、電網(wǎng)安全域辨識(shí)與控制、直流故障辨識(shí)與決策、多道防線協(xié)調(diào)控制與多能互補(bǔ)協(xié)調(diào)等，同時(shí)，還可以通過(guò)數(shù)字孿生系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)和透明的發(fā)電預(yù)測(cè)、負(fù)荷預(yù)測(cè)與辨識(shí)。
綜上，新型電力系統(tǒng)是將現(xiàn)代傳感技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、智能技術(shù)等融入電網(wǎng)所構(gòu)建的新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有“電磁態(tài)+數(shù)字態(tài)”的新型形態(tài)，“電網(wǎng)+互聯(lián)網(wǎng)”的新型網(wǎng)絡(luò)，“電力+算力”的新型能力。以軟件定義電網(wǎng)、電力系統(tǒng)，以輕資產(chǎn)應(yīng)對(duì)重資產(chǎn)投入，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航?jīng)Q策。新型電力系統(tǒng)將有效承載新能源大規(guī)模安全、可靠、高效接入，打破傳統(tǒng)電網(wǎng)物理和產(chǎn)業(yè)邊界，向社會(huì)各領(lǐng)域全面滲透。
當(dāng)前，能源電力發(fā)展正處于落實(shí)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵期和窗口期，堅(jiān)定不移地大力發(fā)展可再生能源是能源脫碳的前提，也是實(shí)現(xiàn)碳中和的必然路徑。減碳必須要有政策性安排和支持，其中一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題在于用地問(wèn)題。由于風(fēng)電、光伏等可再生能源有效容量低，要滿足未來(lái)用電需求增長(zhǎng)，需要占用大量土地資源，如果不能有效協(xié)調(diào)可再生能源的發(fā)展與生態(tài)環(huán)保、國(guó)土空間規(guī)劃等方面的銜接，將成為制約能源轉(zhuǎn)型的瓶頸之一。
要持續(xù)增強(qiáng)電力系統(tǒng)的靈活性和調(diào)節(jié)能力。抽水蓄能是儲(chǔ)能市場(chǎng)中最成熟的技術(shù)，在儲(chǔ)能市場(chǎng)中的占比最大，但目前抽水蓄能的響應(yīng)時(shí)間是分鐘級(jí)的，不能適應(yīng)新型電力系統(tǒng)對(duì)于時(shí)間響應(yīng)的要求，可變速抽水蓄能機(jī)組的響應(yīng)時(shí)間才能和新型電力系統(tǒng)相適應(yīng)，未來(lái)需要在這一方面加大研發(fā)力度；應(yīng)重點(diǎn)建設(shè)用戶側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)，電網(wǎng)側(cè)非抽水蓄能儲(chǔ)能建設(shè)的必要性需要進(jìn)一步加以論證；要開發(fā)電動(dòng)汽車V2G功能，作為靈活儲(chǔ)能系統(tǒng)納入新型電力系統(tǒng)建設(shè)。同時(shí)，要加大科技創(chuàng)新力度，研發(fā)新能源和新型電力系統(tǒng)的硬核技術(shù)，并建立電力市場(chǎng)，形成市場(chǎng)化價(jià)格體系。以技術(shù)創(chuàng)新和體制機(jī)制變革同步發(fā)力，推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
