“雙碳”目標(biāo)下新能源為主體的新型電力系統(tǒng)：貢獻(xiàn)、關(guān)鍵技術(shù)與挑戰(zhàn)

肖先勇，鄭子萱*

(四川大學(xué) 電氣工程學(xué)院，四川 成都 610065)

全球經(jīng)濟(jì)和工業(yè)水平的迅猛發(fā)展，促使能源需求急劇增長。傳統(tǒng)化石能源在生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化過程中會產(chǎn)生大量二氧化碳，其引發(fā)的氣候問題已日益威脅全球生態(tài)安全。截至2021年4月22日，全球已經(jīng)有120多個國家陸續(xù)宣布了碳中和目標(biāo)。碳中和是指在規(guī)定時間內(nèi)，二氧化碳的人為移除抵消人為排放，達(dá)到相對“零排放”。當(dāng)前，中國已將減碳列入國家重要發(fā)展目標(biāo)，力爭于2030年前達(dá)到碳排放峰值，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

目前，中國電力系統(tǒng)碳排放還處于較高水平，占全社會碳排放的40%左右，其中煤電是碳排放的主要來源，故提升電網(wǎng)新能源發(fā)電比例是實(shí)現(xiàn)減碳目標(biāo)的重要途徑。國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司已發(fā)布助力“碳達(dá)峰、碳中和” 的有關(guān)文件，推動構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。在發(fā)電側(cè)，采用清潔能源代替化石能源，降低發(fā)電碳排放；在輸配電側(cè)，提高傳輸效率，減少損耗；在用電側(cè)，實(shí)施用能電氣化改造，減少傳統(tǒng)終端用能過程中的碳排放。針對傳統(tǒng)能源供應(yīng)體系中電力、熱能、天然氣各自獨(dú)立、社會基礎(chǔ)設(shè)施資源利用率低下、缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃等問題，有必要構(gòu)建以電為中心、電網(wǎng)為平臺的綜合能源系統(tǒng)[1]，實(shí)現(xiàn)能源廣泛互通互濟(jì)。此外，“數(shù)字新基建”對于推動數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)深度融合發(fā)展具有重要意義，以此加速產(chǎn)業(yè)數(shù)字化和數(shù)字產(chǎn)業(yè)化，以電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型助推新型電力系統(tǒng)建設(shè)。

中國風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機(jī)容量自2010年起開始大幅增長，但在電力系統(tǒng)中，風(fēng)光發(fā)電量的占比仍然很低，2019年僅占到2.9%和5.4%。然而，在中國“雙碳”目標(biāo)下，到2060年預(yù)測中國風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機(jī)容量占比之和需達(dá)到約80%，發(fā)電量占比之和達(dá)到約70%[2-4]。未來高比例新能源并網(wǎng)將給新型電力系統(tǒng)帶來諸多挑戰(zhàn)，包括安全穩(wěn)定運(yùn)行、電力電量平衡、新型市場機(jī)制建設(shè)，以及數(shù)字化與智能化提升等，具體表現(xiàn)如下：1）傳統(tǒng)電力系統(tǒng)采用出力可控的火電機(jī)組發(fā)電，而新型電力系統(tǒng)采用出力具有隨機(jī)性、波動性和間歇性的新能源機(jī)組發(fā)電[5]。2）傳統(tǒng)電力系統(tǒng)采用同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)慣量作為電網(wǎng)支撐，其安全穩(wěn)定控制理論較為完善；而新型電力系統(tǒng)中的大量新能源發(fā)電設(shè)備缺乏慣量支撐，且應(yīng)對電力擾動魯棒性差[6]，其穩(wěn)定機(jī)理與控制方法有待研究[7]。3）傳統(tǒng)電力系統(tǒng)由確定性一次能源保障供電可靠性與經(jīng)濟(jì)性，在規(guī)劃設(shè)計、穩(wěn)定分析、平衡調(diào)控、電力市場等方面均以確定性條件進(jìn)行技術(shù)研究和工程應(yīng)用；而新型電力系統(tǒng)主要由波動的可再生能源為負(fù)荷供電，在規(guī)劃設(shè)計、平衡調(diào)控等方面均以不確定性條件進(jìn)行技術(shù)研究和工程應(yīng)用。4）傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的發(fā)電成本較低，而新型電力系統(tǒng)建設(shè)將大幅增加電網(wǎng)發(fā)、輸、配、用各環(huán)節(jié)的建造和運(yùn)行成本。5）傳統(tǒng)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)量較小，對數(shù)據(jù)傳輸、處理能力等要求較低；而新型電力系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)量大、多樣化、相互關(guān)聯(lián)等特點(diǎn)，對電網(wǎng)信息傳輸、數(shù)據(jù)處理等多方面提出了更高的要求。

實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，安全運(yùn)行是根本前提，可靠供電是核心目標(biāo)，經(jīng)濟(jì)高效是必然要求，數(shù)智轉(zhuǎn)型是關(guān)鍵支撐。與此同時，新型電力系統(tǒng)在安全、可靠、經(jīng)濟(jì)及數(shù)智化進(jìn)程方面還存在諸多挑戰(zhàn)，需要新理論、新技術(shù)、新市場、新政策共同支撐。本文首先闡述了新型電力系統(tǒng)對實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的貢獻(xiàn)；然后，從安全運(yùn)行、可靠供電、經(jīng)濟(jì)高效和數(shù)智轉(zhuǎn)型4個層面分析了新型電力系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)，包括穩(wěn)定問題復(fù)雜化、防控措施待強(qiáng)化、靈活資源多樣化、運(yùn)行方式靈活化、供電需求品質(zhì)化、市場機(jī)制多元化、能源利用高效化、能源生態(tài)數(shù)字化，以及運(yùn)營管控智能化；最后，從強(qiáng)化基礎(chǔ)研究、攻克關(guān)鍵技術(shù)、推進(jìn)工程應(yīng)用的維度給出應(yīng)對上述挑戰(zhàn)建議采取的主要具體措施，以期吸引更多學(xué)者參與對新型電力系統(tǒng)的探討與研究。

1 新型電力系統(tǒng)對“雙碳”的貢獻(xiàn)

中國電網(wǎng)公司已經(jīng)在推動能源電力轉(zhuǎn)型中取得了豐富的實(shí)踐成果。截至2020年底，為建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)，保障新能源及時并網(wǎng)消納，中國電網(wǎng)公司已投資約2.4萬億元，以加強(qiáng)輸電網(wǎng)絡(luò)及清潔能源電站建設(shè)。在電網(wǎng)側(cè)，跨區(qū)域輸電能力達(dá)2.3億kW，其中輸送清潔能源電量占總輸電量比例達(dá)43%。在能源消費(fèi)側(cè)，采用加快建設(shè)電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)，民航機(jī)場、沿海和內(nèi)陸碼頭不斷推廣以電代油，工業(yè)領(lǐng)域推廣電窯爐、電鍋爐等舉措，累計實(shí)現(xiàn)替代電量8 677億kW·h，電能消費(fèi)占終端能源消費(fèi)比例約27%。此外，為促進(jìn)能源高效利用，研發(fā)并全面掌握特高壓核心技術(shù)和全套設(shè)備制造能力，建成國家風(fēng)光儲輸、張北柔直等示范工程；建設(shè)“新能源云平臺”，在新能源電廠并網(wǎng)與運(yùn)行控制領(lǐng)域也獲得一系列成果。隨著發(fā)電側(cè)清潔能源替代程度的深化，系統(tǒng)穩(wěn)定機(jī)制復(fù)雜、調(diào)節(jié)資源稀缺等問題愈加凸顯。如何最大化消納新能源，實(shí)現(xiàn)更高要求下新型電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，仍面臨諸多挑戰(zhàn)。未來新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建還需繼續(xù)圍繞能源供給清潔化、能源消費(fèi)電氣化不斷推進(jìn)。

當(dāng)前，中國為減少能源利用中的碳排放，仍在不斷推動能源生產(chǎn)與消費(fèi)結(jié)構(gòu)朝著清潔、高效、低碳的方向良性發(fā)展[8]，并以電為中心、電網(wǎng)為平臺帶動能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。圖1指出構(gòu)建新型電力系統(tǒng)對實(shí)現(xiàn)2060年凈零碳目標(biāo)的貢獻(xiàn)，同時總結(jié)了構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的路徑及挑戰(zhàn)。薛欽源等[9]通過計算能源供給多樣性的方法說明了中國能源供應(yīng)的現(xiàn)狀并指出了一次能源結(jié)構(gòu)發(fā)展和結(jié)構(gòu)優(yōu)化所面對的問題及對應(yīng)的建議。在加快節(jié)能減排，防治大氣污染的新形勢下，中國正不斷努力在能源供給側(cè)構(gòu)建多元清潔能源供應(yīng)體系。國家光伏裝機(jī)量占全球的45%左右，并持續(xù)為光伏發(fā)電成本降低做出貢獻(xiàn)，中國風(fēng)電裝機(jī)量以20%年均增速提升。在“十三五”期間，為保障新能源及時并網(wǎng)消納，通過煤電靈活性改造和系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的提升，促使風(fēng)電和太陽能發(fā)電量達(dá)5 872億kW·h，減少燃煤消耗2.5億t，減排二氧化碳當(dāng)量4.5億t。此外，能源技術(shù)創(chuàng)新同樣意義重大，當(dāng)前中國已實(shí)現(xiàn)核能、光熱等新型發(fā)電方式的自主設(shè)計、建造和運(yùn)營，其運(yùn)行安全性與社會認(rèn)可度都在不斷提升[10]。

圖1 新型電力系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)路徑及挑戰(zhàn)Fig.1 Pathways and challenges of new power systems

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)除推進(jìn)新能源利用，實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)減排外，在能源消費(fèi)方面，隨著轉(zhuǎn)型發(fā)展配套政策出臺實(shí)施、技術(shù)進(jìn)步降本增效、電網(wǎng)改革與能耗雙控深入推進(jìn)、輸配電技術(shù)不斷突破，中國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中電能消費(fèi)的地位愈加突出。為了降低對傳統(tǒng)能源的依賴，減少溫室氣體排放，工業(yè)、交通、建筑領(lǐng)域的電氣化轉(zhuǎn)型及能效管理也在不斷推進(jìn)。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，傳統(tǒng)的更換設(shè)備、優(yōu)化燃料等措施已經(jīng)無法滿足工業(yè)部門更高的減碳需求。為了從根本上大幅降低工業(yè)傳統(tǒng)方式下發(fā)電、產(chǎn)熱時的碳排放，需要大力推動熱電聯(lián)產(chǎn)、碳捕獲與儲能技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。在交通方面，運(yùn)載工具的電氣化轉(zhuǎn)型是最為有效、貢獻(xiàn)最大的減排措施。同理，在建筑領(lǐng)域提升技術(shù)水平如熱泵的應(yīng)用等舉措，加強(qiáng)了建筑節(jié)能改造，對減排同樣有重大意義[10]。為如期實(shí)現(xiàn)碳中和，中國將繼續(xù)推進(jìn)新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，抓住能源發(fā)展新形勢下的機(jī)遇，積極應(yīng)對各層面下的挑戰(zhàn)，通過多種路徑加快實(shí)現(xiàn)能源供給側(cè)清潔替代、能源消費(fèi)側(cè)電能替代。

2 安全運(yùn)行層面的挑戰(zhàn)

2.1 穩(wěn)定問題復(fù)雜化

新型電力系統(tǒng)高比例可再生能源、高比例電力電子設(shè)備的“雙高”趨勢下，電力系統(tǒng)動態(tài)特性改變及演化機(jī)理不明，穩(wěn)定問題變得更為復(fù)雜。一方面，新能源設(shè)備接入電網(wǎng)引發(fā)的運(yùn)行方式改變將從一定程度上影響經(jīng)典穩(wěn)定性問題；另一方面，系統(tǒng)動態(tài)行為改變將引發(fā)新的穩(wěn)定性問題。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題與挑戰(zhàn)如圖2所示。

2.1.1 對經(jīng)典穩(wěn)定性問題的影響

由圖2可知，經(jīng)典電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題包括了功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定與頻率穩(wěn)定。新能源機(jī)組的滲透率、機(jī)組類型、地理位置、接入電網(wǎng)強(qiáng)度、運(yùn)行工況、控制策略與控制參數(shù)決定了其對經(jīng)典穩(wěn)定性問題的影響程度。

圖2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題與挑戰(zhàn)Fig.2 Challenges of power system stability

1）功角穩(wěn)定方面。在低頻振蕩中，具有代表性的穩(wěn)定性問題是由發(fā)電機(jī)主導(dǎo)的功角穩(wěn)定性問題，大規(guī)模新能源發(fā)電機(jī)組接入會改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和潮流分布，可能影響功角的暫態(tài)穩(wěn)定性，引入新的低頻振蕩現(xiàn)象[11]。低頻振蕩的頻率范圍一般是0.2～2.0 Hz，在區(qū)域聯(lián)網(wǎng)背景下，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送依然存在，高比例新能源并網(wǎng)可能加劇功角穩(wěn)定問題[12]，惡化區(qū)域電網(wǎng)之間的機(jī)電振蕩模式，引發(fā)聯(lián)絡(luò)線低頻功率振蕩。此外，新能源的接入可能會改變原有的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和動態(tài)過程，使得原本穩(wěn)定運(yùn)行的電力裝備偏離其最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)，進(jìn)而可能引發(fā)低頻振蕩現(xiàn)象。

2）電壓穩(wěn)定方面。新能源機(jī)組的電壓-無功響應(yīng)能力將影響系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。高比例風(fēng)電、光伏接入強(qiáng)度較弱的電網(wǎng)時電壓穩(wěn)定控制難度增大[13]，且容易引發(fā)新能源機(jī)組脫網(wǎng)，進(jìn)而影響系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。

3）頻率穩(wěn)定方面。高比例電力電子化導(dǎo)致的系統(tǒng)慣量下降、新能源出力功率波動都將降低系統(tǒng)頻率的魯棒性[14]。

在分析方法上，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題多單獨(dú)針對功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定與頻率穩(wěn)定開展分析研究[15-17]。隨著新能源大量接入、系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大、運(yùn)行方式增多，多種不同穩(wěn)定性問題相互耦合，如何進(jìn)行準(zhǔn)確的穩(wěn)定性模式判別[18]，厘清不同穩(wěn)定性問題相互演化規(guī)律也是未來經(jīng)典穩(wěn)定性問題研究的挑戰(zhàn)之一。Jadidbonab等[19]采用隨機(jī)規(guī)劃方法處理風(fēng)力發(fā)電與需求的不確定性，作為評估和提高含風(fēng)力發(fā)電與熱能需求的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性基礎(chǔ)。陳磊等[20]通過簡化的代數(shù)方程和仿真分析得出了隨著風(fēng)電機(jī)組替換常規(guī)機(jī)組比例增大，系統(tǒng)穩(wěn)定性具有從功角穩(wěn)定向電壓穩(wěn)定轉(zhuǎn)化的特性的結(jié)論。毛安家等[7]則進(jìn)一步研究高比例新能源電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定的演化機(jī)理，給出了基于常規(guī)機(jī)組最大替換功率的穩(wěn)定性演化的量化指標(biāo)。

2.1.2 新型穩(wěn)定性問題的出現(xiàn)

在新型電力系統(tǒng)中，電力電子變流器將廣泛應(yīng)用于發(fā)、輸、配、用電各個環(huán)節(jié)，由此引發(fā)的新型電磁振蕩現(xiàn)象出現(xiàn)在：電力電子設(shè)備與串聯(lián)補(bǔ)償裝置[21]、電力電子設(shè)備與交流系統(tǒng)[22-23]、電力電子設(shè)備與直流系統(tǒng)[24]，以及電力電子設(shè)備之間[25]。同時，電力系統(tǒng)互聯(lián)為振蕩能量在電網(wǎng)中廣域傳播提供了有利條件，可能加劇電磁振蕩的嚴(yán)重程度[26]。從振蕩頻率的角度來講，新型振蕩現(xiàn)象的頻帶較寬，包括了低頻、次同步、超同步及諧波，從Hz至kHz量級的振蕩均有可能發(fā)生。其中：低頻振蕩多是由于新能源接入改變了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)，較少見到有關(guān)于其直接引發(fā)低頻振蕩的工程案例；次同步振蕩是新能源接入后較為普遍的振蕩現(xiàn)象，在國內(nèi)外均有較多報道，其主要機(jī)制是電力電子裝置控制環(huán)節(jié)設(shè)定不合理，或難以適應(yīng)系統(tǒng)環(huán)境導(dǎo)致的；諧波振蕩則主要是由于電力電子裝置的開關(guān)動態(tài)引發(fā)的，這也是電力電子裝置接入后對區(qū)域電網(wǎng)最直接的影響。

Liu等[27-29]分別從負(fù)阻尼、等效阻抗、多模式諧振等角度研究振蕩的產(chǎn)生機(jī)理，伍文華[30]、李輝[31]等分別采用阻抗模型、模態(tài)分析等進(jìn)行特性分析，余希瑞等[32]通過在電源側(cè)改進(jìn)控制器參數(shù)、附加阻尼控制等方法進(jìn)行振蕩抑制。然而，新型電磁振蕩問題具有寬頻、多模態(tài)、擾動耦合、傳播廣泛、自適應(yīng)、協(xié)同的特征，總體呈現(xiàn)出多時空尺度和非線性兩大特性。未來電磁振蕩問題研究面臨的主要挑戰(zhàn)包括：1）如何完善振蕩的形成機(jī)制，提出統(tǒng)一量化的振蕩分析指標(biāo)體系；2）如何反映強(qiáng)非線性電力系統(tǒng)振蕩的動態(tài)特性，建立振蕩分析方法，實(shí)現(xiàn)振蕩源定位及傳播路徑跟蹤；3）如何針對新特性提出自適應(yīng)、廣域協(xié)同、高魯棒性的有效振蕩抑制方案[33-34]。

2.2 防控措施待強(qiáng)化

由于新能源發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模接入，新型電力系統(tǒng)的電力電子化程度不斷加深，系統(tǒng)缺少傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)組的機(jī)械轉(zhuǎn)動慣量，呈現(xiàn)明顯的低慣量、弱抗擾特性。一方面，等效慣量的降低惡化了系統(tǒng)抗擾能力[6]；另一方面，新能源設(shè)備對電壓、頻率變化敏感，耐受能力不足，容易引發(fā)脫網(wǎng)事件，進(jìn)而導(dǎo)致連鎖故障[35]；另外，新能源設(shè)備的短路電流不確定，可能導(dǎo)致保護(hù)的誤動與拒動，進(jìn)一步加劇擾動影響[36]。因此，在電力系統(tǒng)穩(wěn)定機(jī)理不明的情況下，系統(tǒng)還面臨著對電壓、頻率的支撐不足，應(yīng)對措施不完善的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

目前，提高系統(tǒng)慣量主要包括兩方面手段。一方面，外加儲能系統(tǒng)，可以為電力系統(tǒng)提供調(diào)峰、調(diào)頻和電壓支持等服務(wù)[37]。然而，高比例可再生能源要求系統(tǒng)保持較高的備用水平，以電池為代表的儲能系統(tǒng)主要用于提供輔助備用，在高比例新能源滲透背景下儲能利用率、投資回報、收益平衡問題仍面臨挑戰(zhàn)。

另一方面，在源、網(wǎng)、荷、儲各個環(huán)節(jié)的電力電子變換器中采用虛擬慣性控制也可以提升電網(wǎng)慣量支撐[38]。然而，由此引發(fā)的系統(tǒng)慣量時空分布特性與多變性在“雙高”系統(tǒng)中越發(fā)凸顯。黃俊凱等[39]研究了面向系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定提升的虛擬慣量優(yōu)化分配模型與方法，考慮到新型電力系統(tǒng)的多種穩(wěn)定性存在相互耦合現(xiàn)象，未來有必要開展綜合協(xié)同多目標(biāo)慣量分配研究。辛煥海等[40]針對多樣化新能源接入系統(tǒng)開展了基于廣義短路比指標(biāo)的電網(wǎng)強(qiáng)度度量方法研究。隨著新型電力系統(tǒng)的發(fā)展，如何實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、實(shí)時慣量評估及慣量的合理分配是未來的挑戰(zhàn)之一。

此外，繼電保護(hù)是限制事故影響范圍，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要防線。由于同步電源減少，以電力電子裝置為接口的新型電力系統(tǒng)短路電流水平較低，零序、負(fù)序故障電勢也相應(yīng)改變。同時，低/高電壓穿越控制下的新能源發(fā)電系統(tǒng)將在故障過程中向負(fù)荷提供一定的有功、無功支撐[41]。隨機(jī)性、間歇性出力的新能源系統(tǒng)同樣會影響電力系統(tǒng)的短路電流特性。探索交直流混聯(lián)、大規(guī)模新能源并網(wǎng)情景下的新型繼電保護(hù)特性及與數(shù)字化相融合的保護(hù)技術(shù)也是未來提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。

3 可靠供電層面的挑戰(zhàn)

大規(guī)模新能源發(fā)電接入背景下，受地理環(huán)境和氣象條件因素影響，新能源發(fā)電出力具有波動性、間歇性、能量密度低等特點(diǎn)[42]。同時，中國用電需求呈現(xiàn)冬、夏“雙峰”特征，峰谷差不斷擴(kuò)大，北方地區(qū)冬季高峰負(fù)荷往往接近或超過夏季高峰，保障電力供應(yīng)的難度逐年加大。從實(shí)際運(yùn)行情況看，依靠常規(guī)電源滿足電網(wǎng)高峰負(fù)荷需求仍然是實(shí)現(xiàn)電力電量平衡的主要方式。在極端天氣下，很難保證充足的供電裕度支撐電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行。此外，由于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈活性不足，導(dǎo)致中國各地始終存在棄風(fēng)、棄光問題，不利于“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3.1 靈活資源多樣化

提升電力系統(tǒng)靈活性以應(yīng)對具有波動性、間隙性的新能源發(fā)電，是實(shí)現(xiàn)新能源充分消納的關(guān)鍵[43]。提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力，首要方式是增加系統(tǒng)的可靈活調(diào)節(jié)的資源，從而解決電力電量平衡問題[44]。

現(xiàn)有研究及實(shí)際應(yīng)用中，已有采用儲能及負(fù)荷需求響應(yīng)以提升系統(tǒng)靈活性的方法。例如，王洪坤等[45]提出可中斷負(fù)荷和儲能對提升配電網(wǎng)運(yùn)行靈活性的積極作用。儲能系統(tǒng)不僅能夠平滑新能源功率波動滿足負(fù)荷平衡，還具有跟蹤新能源發(fā)電計劃出力、輔助“削峰填谷”等用途[46-47]，對于提高新型電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力具有積極意義。在負(fù)荷需求側(cè)響應(yīng)實(shí)踐方面，以各綜合能源公司為主參與構(gòu)建的綜合能源系統(tǒng)，通過提供綜合能源服務(wù)的方式，實(shí)現(xiàn)了多類型能源互補(bǔ)協(xié)同，并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。然而，隨著未來新能源接入比例不斷升高，靈活性調(diào)節(jié)資源還需解決低成本、大容量、長時間、高可靠的能量儲存問題，目前，單純依靠儲能參與系統(tǒng)電力電量平衡調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性較差，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、多類型儲能的協(xié)調(diào)調(diào)控。因此，還需要更多地發(fā)掘需求側(cè)資源潛力，充分調(diào)動電動汽車、熱力負(fù)荷等靈活性資源參與電力系統(tǒng)功率平衡調(diào)節(jié)。

3.2 運(yùn)行方式靈活化

高比例新能源接入有利于持續(xù)推進(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型、區(qū)域能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。同時，也使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式不斷趨向多樣化、分散化，中國電力系統(tǒng)形態(tài)也隨之發(fā)生巨大變化。在電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度上，結(jié)合中國新能源資源與需求呈現(xiàn)逆向分布的特點(diǎn)，面向系統(tǒng)運(yùn)行的功率波動問題，中國發(fā)布了《關(guān)于提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的指導(dǎo)意見》[48]，指出從電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)多措并舉，通過構(gòu)建區(qū)域聯(lián)網(wǎng)并配合交直流協(xié)調(diào)，調(diào)動各個運(yùn)行環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)能力，在多時空尺度上實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)，解決新能源消納難題，也對當(dāng)前的調(diào)度計劃和運(yùn)行方式提出了更高的要求。

目前調(diào)度計劃的制定大多采用確定性模式處理不確定性問題[49-51]。因此，為保證電力實(shí)時優(yōu)化調(diào)度與合理分配，需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的基于確定性方法分析決策處理不確定性問題的思路，采用概率性分析方法實(shí)現(xiàn)分析決策，如風(fēng)電出力概率化預(yù)測、不確定性理論分析決策等方法。為實(shí)現(xiàn)可靠供電，還需要電網(wǎng)通過多樣化運(yùn)行方式應(yīng)對更多復(fù)雜場景，面對愈加多樣的運(yùn)行狀況，考慮源、荷、儲各環(huán)節(jié)靈活性資源的統(tǒng)籌調(diào)度。在電源側(cè)，可再生能源發(fā)電與儲能、氫能的打捆并網(wǎng)將是未來降低發(fā)電不確定性的重要舉措；在負(fù)荷側(cè)，電力用戶、分布式儲能等資源通過電力調(diào)度、有序用電以及需求側(cè)響應(yīng)等策略參與電力電量平衡調(diào)控也是實(shí)現(xiàn)可靠供電的重要環(huán)節(jié)。

為應(yīng)對上述問題，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，新型電力系統(tǒng)中可以基于大數(shù)據(jù)思維發(fā)現(xiàn)運(yùn)行規(guī)律，通過在線雙向綜合監(jiān)測技術(shù)，分析電力系統(tǒng)多元協(xié)同運(yùn)行狀態(tài)，深入挖掘靈活性資源，選擇不同運(yùn)行控制方式，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)各環(huán)節(jié)靈活互動響應(yīng)[52]。

3.3 供電需求品質(zhì)化

電力系統(tǒng)高比例可再生能源與高比例電力電子裝備的“雙高”特征正顯著改變電力系統(tǒng)動態(tài)行為，也深刻影響著以電能質(zhì)量為代表的電力擾動特征與水平。與此同時，新型電力系統(tǒng)發(fā)展也對用電技術(shù)的革新產(chǎn)生重要影響，用電形式與用電產(chǎn)業(yè)也在向精密化、柔性化、智能化、集成化等方向發(fā)展，基于微處理器的數(shù)字型和電力電子型負(fù)荷所占比重逐漸增加，對電力擾動事件更加敏感，這都對系統(tǒng)的電能質(zhì)量水平提出了更高的要求，傳統(tǒng)電能質(zhì)量的監(jiān)測、分析、評價與控制方法已不能夠完全適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的特性與需求，系統(tǒng)地解決電能質(zhì)量問題已成為電力系統(tǒng)“高質(zhì)量”發(fā)展的重要內(nèi)容與挑戰(zhàn)之一。

值得一提的是，學(xué)者和工程技術(shù)人員正逐漸認(rèn)識到電力擾動本身承載著大量涉及系統(tǒng)與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的有用信息，值得系統(tǒng)深入地研究如何將電力擾動監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)用于新型電力系統(tǒng)各相關(guān)領(lǐng)域[53]。2021年，南方電網(wǎng)公司在廣州發(fā)布《數(shù)字電網(wǎng)推動構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)白皮書》，提出將持續(xù)依托數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)“數(shù)字賦能”新型電力系統(tǒng)，這也為電力擾動問題的解決提供了新工具，拓展了新應(yīng)用場景。胡文曦等[54]基于對電力擾動監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用，提出了以電力擾動的改善與防御為目標(biāo)的“感知-預(yù)警-診斷-服務(wù)”的主動應(yīng)用框架，并給出了基于電力擾動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可能的應(yīng)用場景。然而，受限于現(xiàn)有感知方法無法準(zhǔn)確辨識敏感用戶、傳統(tǒng)電能質(zhì)量評估決策方式滯后、監(jiān)測裝置功能的局限性以及優(yōu)質(zhì)供電服務(wù)機(jī)制尚不成熟等現(xiàn)實(shí)問題，如何實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)電力擾動監(jiān)測數(shù)據(jù)的主動應(yīng)用還需要更深入的研究。

4 經(jīng)濟(jì)高效層面的挑戰(zhàn)

4.1 市場機(jī)制多元化

建設(shè)新型電力系統(tǒng)將大幅增加電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的建造和運(yùn)行成本，同時，考慮到新能源發(fā)電成本較高，且短時間無法通過技術(shù)創(chuàng)新大幅降低成本，因此設(shè)計合理的電力市場與碳市場機(jī)制是當(dāng)前提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的有效手段[55]。根據(jù)市場類型和交易機(jī)制的差異，本文總結(jié)了電能市場、輔助服務(wù)市場、碳市場在“雙碳”背景下的主要挑戰(zhàn)和完善市場機(jī)制的主要路徑，具體構(gòu)成如圖3所示。

圖3 電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)高效的市場化解決方案Fig.3 Economic and efficient market solution for power system

4.1.1 電能市場

實(shí)現(xiàn)碳中和對中國以新能源為主體的電能市場建設(shè)提出了更高的要求，重點(diǎn)在于完善電能市場雙邊交易規(guī)則，設(shè)計電能市場跨區(qū)域交易規(guī)則，構(gòu)建電能市場現(xiàn)貨交易機(jī)制3個方面。

當(dāng)前中國各地雙邊交易規(guī)則處于試行階段，考慮到高比例新能源并網(wǎng)的新場景，用戶與新能源發(fā)電企業(yè)在充分參與市場競爭的同時應(yīng)提高市場效率，優(yōu)化電能市場中的雙邊交易規(guī)則，在雙邊交易階段完成新能源初步消納[56]。優(yōu)化電能市場中的雙邊交易機(jī)制，可以從買賣雙方的交易需求、交易意愿、心理感知和效用入手，對新能源發(fā)電企業(yè)和電力用戶進(jìn)行匹配，明確成交電量和電價。以新能源為主體的電能市場雙邊交易將不再局限于大用戶和發(fā)電企業(yè)，儲能系統(tǒng)、柔性負(fù)荷聚合商、綜合能源系統(tǒng)等多類型主體將參與到雙邊交易中，通過匹配機(jī)制協(xié)調(diào)各主體利益分配，實(shí)現(xiàn)各類資源優(yōu)化配置。

單一地區(qū)新能源發(fā)電的隨機(jī)性和波動性較大，導(dǎo)致以新能源為主體的電能市場電價劇烈波動?？紤]到不同地區(qū)的發(fā)電類型、用電特征和氣候狀況具有一定的時空互補(bǔ)性和功能互補(bǔ)性，因此，建立以新能源為主體的電能市場，還需要各地區(qū)電能市場協(xié)同運(yùn)行，設(shè)計電能市場跨區(qū)域交易規(guī)則，包括完善的外送電能分配規(guī)則、組合規(guī)則和定價規(guī)則，在滿足區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線輸電容量的基礎(chǔ)上，根據(jù)各地區(qū)電能供需情況和多能互補(bǔ)原則將富余電能打捆外送，以提高用電效益[57]。

以新能源為主體的電能市場在中長期交易中存在著復(fù)雜的不確定性，多需結(jié)合現(xiàn)貨市場中的短期交易來消納不平衡電量，提升新能源接入水平[58]。構(gòu)建科學(xué)的現(xiàn)貨交易機(jī)制是實(shí)現(xiàn)高比例新能源參與電能市場交易的重要保障，特別是建立日前-日內(nèi)-實(shí)時多時間尺度下的交易類型、準(zhǔn)入制度、競價規(guī)則、結(jié)算規(guī)則，從而為新能源為主體的電能市場建設(shè)提供有力支撐。

4.1.2 輔助服務(wù)市場

現(xiàn)階段電力輔助服務(wù)大多由發(fā)電側(cè)火電機(jī)組提供，以新能源為主體的輔助服務(wù)市場要求結(jié)合輔助服務(wù)類型和新能源出力特點(diǎn)，引導(dǎo)熱力負(fù)荷、儲能、電動汽車以及智能樓宇等需求側(cè)靈活性資源參與輔助服務(wù)[59]，最大限度保證供電可靠和系統(tǒng)安全穩(wěn)定。

輔助服務(wù)市場主要存在以下挑戰(zhàn)：考慮到新能源發(fā)電的波動性和隨機(jī)性，新型電力系統(tǒng)削峰填谷對輔助服務(wù)市場的備用容量提出了更高的要求。光伏、風(fēng)電等新能源固有的逆調(diào)峰特性，使得在當(dāng)前儲能等基礎(chǔ)配套措施發(fā)展滯后階段仍需依靠火電、水電等機(jī)組為系統(tǒng)提供調(diào)峰容量；由于大規(guī)模新能源并網(wǎng)使電網(wǎng)調(diào)頻能力有所降低，因此輔助服務(wù)市場應(yīng)保障頻率響應(yīng)的基本需求；由于發(fā)電側(cè)的靈活性降低，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)極端事件時，可能會導(dǎo)致尖峰電價。

在以新能源為主體的輔助服務(wù)市場中，通過需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制，調(diào)動具有響應(yīng)潛力的電力用戶參與輔助服務(wù)市場的積極性，解決新能源發(fā)電無法提供輔助服務(wù)的問題。一方面，直接用經(jīng)濟(jì)獎勵和補(bǔ)償激勵電力用戶提供各種電網(wǎng)需要的輔助服務(wù)；另一方面，在市場規(guī)則下適當(dāng)調(diào)整輔助服務(wù)價格，讓電力用戶主動參與到輔助服務(wù)市場當(dāng)中[60]。

4.1.3 碳市場

以新能源為主體的碳市場通過對發(fā)電企業(yè)和電力用戶溫室氣體排放配額和自愿減排量的交易，達(dá)到降低溫室氣體排放量的目的。豐富碳市場交易品種和交易方式（現(xiàn)貨、碳期貨、碳期權(quán)），設(shè)計合理的碳市場機(jī)制可以激勵用能企業(yè)節(jié)能減排。隨著碳價的上漲和可再生能源發(fā)電成本的降低，新能源發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益將會遠(yuǎn)高于化石能源發(fā)電[61]。

碳市場的發(fā)展對電力市場提出了以下挑戰(zhàn)：化石能源發(fā)電在市場中逐漸失去競爭力，推動了發(fā)電側(cè)的光熱、光伏、風(fēng)電等清潔能源替代；用能企業(yè)決策人員根據(jù)發(fā)電類型、發(fā)電成本、市場價格、碳排放量等因素綜合分析，制定企業(yè)參加電能市場、輔助服務(wù)市場和碳市場交易的最終方案；對現(xiàn)有碳交易業(yè)務(wù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，進(jìn)一步拓展碳市場在碳資產(chǎn)管理、碳核查、綜合能源服務(wù)等方面的新興業(yè)務(wù)；電價、輔助服務(wù)價格、碳價等交易品種的相互影響[62]，建立碳市場、電能市場等多元市場規(guī)則協(xié)同優(yōu)化，有助于實(shí)現(xiàn)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。

4.2 能源利用高效化

建設(shè)經(jīng)濟(jì)高效的新型電力系統(tǒng)對能源利用高效化提出新挑戰(zhàn)。中國在源、網(wǎng)、荷、儲各方面仍然具備較大的能效提升空間，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)要求電網(wǎng)各主體通過技術(shù)層面、管理層面達(dá)到能源利用高效化目標(biāo)，提升用能經(jīng)濟(jì)效益。

4.2.1 技術(shù)層面

電能的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、傳輸、利用與存儲等環(huán)節(jié)的技術(shù)創(chuàng)新是中國實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳、經(jīng)濟(jì)高效和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，源、網(wǎng)、荷、儲各環(huán)節(jié)仍有節(jié)能改造空間，主要表現(xiàn)為新能源發(fā)電效率有待提高、輸變電損耗有待降低、部分儲能技術(shù)在能量轉(zhuǎn)化過程中損耗較大、部分用電設(shè)備效率較低、產(chǎn)業(yè)鏈相對較長等問題。通過高能效設(shè)備研發(fā)、用能結(jié)構(gòu)調(diào)整以及循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方式，深度挖掘發(fā)電企業(yè)和電力用戶在發(fā)用電過程中的節(jié)能潛力，在技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)能源利用高效化。

在發(fā)電側(cè)，需通過提高新能源集群預(yù)測精度、熱電聯(lián)產(chǎn)等方法提升清潔能源發(fā)電效率。在電網(wǎng)側(cè)，采用高壓直流輸電等技術(shù)減少輸電損耗。在儲能側(cè)，應(yīng)當(dāng)考慮儲電、儲熱、儲氣、儲氫等多類型儲能設(shè)施有效結(jié)合、互補(bǔ)應(yīng)用，以降低儲能損耗[63]。在用電側(cè)，要求解決大量電動汽車有序充電及充電樁高效利用的問題；同時，研發(fā)工業(yè)節(jié)能裝置，推廣居民節(jié)能電器，通過數(shù)智化實(shí)現(xiàn)工藝流程節(jié)能、低溫余熱回收等多種舉措，以達(dá)到提高能效的目的。

4.2.2 管理層面

中國目前對源、網(wǎng)、荷、儲各環(huán)節(jié)管控相對獨(dú)立，缺少全鏈路能源管理方案，導(dǎo)致了綜合能源管控效率低、電力用戶用能成本高等問題。為了助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，在綜合能源系統(tǒng)建設(shè)過程中，運(yùn)用現(xiàn)代數(shù)字化、智能化管控技術(shù)，將新能源發(fā)電、輸電、配電、用電等各個環(huán)節(jié)統(tǒng)一管理、協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的有效統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)和優(yōu)化，具體措施如下：1）以能效管理為中心，推動風(fēng)、光、水、火等橫向發(fā)電互補(bǔ)[64]，實(shí)現(xiàn)電、氣、水、冷、熱多能就近開發(fā)消納、高效利用。2）以工業(yè)園區(qū)、大型公共建筑等為重點(diǎn)，積極拓展用能監(jiān)測、用能診斷、能效提升、多能供應(yīng)等綜合能源服務(wù)。3）推動綜合能源系統(tǒng)建設(shè)，挖掘用戶側(cè)資源參與需求側(cè)響應(yīng)的潛力，對高耗能設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造，從管理層面實(shí)現(xiàn)能源高效化利用[65]。

5 數(shù)智轉(zhuǎn)型層面的挑戰(zhàn)

建設(shè)以新能源為主體的數(shù)字化、智能化電力系統(tǒng)需要在能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動互聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈等先進(jìn)數(shù)智轉(zhuǎn)型技術(shù)[66]，優(yōu)化電網(wǎng)中的能量流和信息流，增強(qiáng)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性、靈活性、可靠性等基本指標(biāo)。中國電力系統(tǒng)的數(shù)智化建設(shè)已具有一定的基礎(chǔ)，例如，國家電網(wǎng)公司推進(jìn)的“網(wǎng)上電網(wǎng)”應(yīng)用，從技術(shù)、功能、形態(tài)等方面推動了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的數(shù)智化轉(zhuǎn)型，為加快建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)提供了重要的技術(shù)支撐。本文從能源生態(tài)數(shù)字化和運(yùn)營管控智能化兩方面入手，介紹電力系統(tǒng)數(shù)智轉(zhuǎn)型的主要挑戰(zhàn)和基本舉措，如圖4所示。

圖4 電力數(shù)智化關(guān)鍵技術(shù)Fig.4 Key technologies of electric power digitization

5.1 能源生態(tài)數(shù)字化

能源生態(tài)數(shù)字化是中國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的必然選擇。隨著云、大、物、移、智、鏈等技術(shù)在電力領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)的信息化特征不斷凸顯。在未來以新能源為主體的數(shù)字化電網(wǎng)中，確保各主體間迅速、安全、有效的信息交互至關(guān)重要。

5.1.1 信息安全

大量智能儀表、傳感器等終端接入電力系統(tǒng)，使得中國發(fā)、輸、配、用各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)類型復(fù)雜化。數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)過程中存在著諸多不安全因素，其中信息設(shè)備安全、信息通信安全和信息管理安全是當(dāng)前信息安全問題的主要挑戰(zhàn)。具體如下：1）電力系統(tǒng)存在信息設(shè)備的安全風(fēng)險。當(dāng)前中國部分電力設(shè)備依靠國外技術(shù)和芯片的現(xiàn)象仍然存在，并且部分電力設(shè)備信息安全防護(hù)措施不完善，通過區(qū)塊鏈加密技術(shù)、數(shù)字簽名認(rèn)證、入侵檢測技術(shù)等方法可以提升信息設(shè)備安全[67]。2）電力系統(tǒng)存在信息通信的安全風(fēng)險。未采取安全保密措施的信息傳輸，可能會導(dǎo)致信息泄露、丟失、篡改等現(xiàn)象，因此應(yīng)以數(shù)據(jù)的完整性、保密性和可用性為目標(biāo)保障信息通信安全。③電力系統(tǒng)存在信息管理的安全風(fēng)險。電網(wǎng)內(nèi)部人員在管理和運(yùn)行信息網(wǎng)絡(luò)時不規(guī)范操作使信息存在泄露的安全隱患，網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)應(yīng)具有檢測信息安全違規(guī)行為的功能，并及時向違規(guī)人員發(fā)送警報。

5.1.2 信息傳輸與處理

電力大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、多樣化、相互關(guān)聯(lián)等特點(diǎn)。大數(shù)據(jù)時代對電網(wǎng)信息傳輸、數(shù)據(jù)處理等多方面提出了更高的要求，只有加強(qiáng)電力系統(tǒng)信息化建設(shè)，才能更好地適應(yīng)以新能源為主體的數(shù)字化電網(wǎng)需求。

數(shù)字化電網(wǎng)對通信及信息數(shù)據(jù)處理技術(shù)提出了更高的要求。電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、用各環(huán)節(jié)的電力智能終端迅速增多，終端的數(shù)據(jù)監(jiān)測、采集、傳輸過程逐漸完善，使數(shù)字化電網(wǎng)愈發(fā)需要一種具有實(shí)時、穩(wěn)定、可靠、高效的信息通信技術(shù)，綜合能源服務(wù)也愈發(fā)依賴通信技術(shù)。相比4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)具有傳輸速度更快、傳輸容量更大、通信時延更低等特點(diǎn)，有助于推動以新能源為主體的數(shù)字化電網(wǎng)發(fā)展[68]。與此同時，新型電力系統(tǒng)的計算規(guī)模日趨增大，對計算效率的要求更高，設(shè)備獨(dú)立計算已無法適應(yīng)數(shù)字化電網(wǎng)的運(yùn)算需求。云計算技術(shù)通過聚合大量計算資源和存儲資源的方式，可以大幅增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理和信息交互能力，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字電網(wǎng)信息化的重要抓手，為大規(guī)模、多維度數(shù)據(jù)的處理提供了有效的技術(shù)手段[69]。

5.2 運(yùn)營管控智能化

近年來，中國對電網(wǎng)的運(yùn)營管控智能化進(jìn)行了大量探索。在新一代信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)、控制方法和分析決策理論，大幅增強(qiáng)了電網(wǎng)的自愈能力，改善了電網(wǎng)的電能質(zhì)量，優(yōu)化了電力調(diào)度的運(yùn)行效率，提高了電力用戶的需求側(cè)響應(yīng)能力，最終形成安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保的智能電網(wǎng)。在智能電網(wǎng)的研究基礎(chǔ)上，電力運(yùn)營管控智能化還需要通過深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)對數(shù)字化電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的管理和分析，使數(shù)字化電網(wǎng)最終向智能調(diào)控的智慧化方向快速發(fā)展。數(shù)字化電網(wǎng)迫切需要在數(shù)據(jù)挖掘、電力預(yù)測等技術(shù)領(lǐng)域深入研究，加快推進(jìn)運(yùn)營管控智能化，在綜合能源管理中實(shí)現(xiàn)信息感知與智能控制，促進(jìn)智能電網(wǎng)全面升級。面對日益多元化、個性化和互動化的電力用戶和電網(wǎng)企業(yè)需求，也需要以數(shù)字化提高定制化服務(wù)和智能化服務(wù)水平，以提升電網(wǎng)服務(wù)能力，提高用戶滿意度。

人工智能技術(shù)在中國電力行業(yè)的應(yīng)用仍有待拓展。中國電力智能化的基礎(chǔ)應(yīng)用較為零散，缺乏統(tǒng)一的智慧平臺支撐，距離實(shí)現(xiàn)電力全面智能化還存在一定差距?？紤]到電力系統(tǒng)中的電網(wǎng)安全與控制、新能源發(fā)電預(yù)測、電力潮流優(yōu)化、新能源并網(wǎng)、電力數(shù)據(jù)分析等多項(xiàng)業(yè)務(wù)，應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、語音圖像識別等關(guān)鍵技術(shù)的需求愈發(fā)旺盛[70]。

建設(shè)以新能源為主體的綜合能源系統(tǒng)，深化和推進(jìn)綜合能源服務(wù)，為中國新型電力系統(tǒng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供解決方案。實(shí)現(xiàn)風(fēng)、光、水、火、儲的資源優(yōu)化配置是綜合能源系統(tǒng)發(fā)展方向之一，使各類可再生能源數(shù)據(jù)可以在平臺中實(shí)現(xiàn)共享、傳輸，再輔以數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，從而為多種可再生能源在時間、空間、功能等各維度信息的全面融合與優(yōu)化互補(bǔ)打下堅實(shí)基礎(chǔ)。對于傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)下監(jiān)測、預(yù)測、發(fā)電、控制、調(diào)度等各類型服務(wù)需要有針對性地整合、完善，并且有序開展電網(wǎng)各項(xiàng)業(yè)務(wù)[71]。

6 結(jié)論

構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)、遏制氣候變暖的必然要求。隨著發(fā)電側(cè)清潔能源替代程度的深化，新型電力系統(tǒng)將逐漸呈現(xiàn)穩(wěn)定問題復(fù)雜化、防控措施待強(qiáng)化、靈活資源多樣化、運(yùn)行方式靈活化、供電需求品質(zhì)化、市場機(jī)制多元化、能源利用高效化以及能源生態(tài)數(shù)字化與運(yùn)營管控智能化等趨勢。建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，在安全運(yùn)行、可靠供電、經(jīng)濟(jì)高效和數(shù)智轉(zhuǎn)型4個方面對電網(wǎng)提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)采取的主要措施包括：1）完善穩(wěn)定機(jī)理分析與應(yīng)對措施研究；2）挖掘系統(tǒng)靈活性資源，并采用概率性方法分析決策；3）設(shè)計合理的電力市場與碳市場機(jī)制；4）提高能源利用效率；5）融合信息傳輸、信息安全、信息處理等新技術(shù)的同時，提高電力智能化程度。采用上述措施應(yīng)對新型電力系統(tǒng)挑戰(zhàn)的同時，還需要充分結(jié)合新理論、新技術(shù)、新市場、新政策。本文綜述了“雙碳”目標(biāo)下新型電力系統(tǒng)建設(shè)面臨的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)和可能的解決方案，以期為能源電力領(lǐng)域的專家學(xué)者進(jìn)一步研究探討起到拋磚引玉的作用。