我國已經確立了力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標。落實“雙碳”目標，電力行業(yè)任務重、責任大，發(fā)展以新能源為主的新型電力系統(tǒng)已成為電力行業(yè)的時代使命。
實現(xiàn)“雙碳”目標是一個系統(tǒng)性工程，需要各個行業(yè)的通力合作，以共同打造良好的低碳生態(tài)。在“雙碳”目標下，未來能源系統(tǒng)將以新能源為主體，以電力、熱能等多種能源形式為載體，以能源技術與信息技術深度融合為特征，實現(xiàn)能源的互濟互補和安全高效利用。以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)將是未來能源系統(tǒng)的核心組成部分，將呈現(xiàn)如下特征：
一是分布式資源快速增加，配電、用電形態(tài)發(fā)生巨大變化。隨著政策引導和技術進步，風電、光伏等新能源將大量以分布式的形式并網;同時，在能源消費革命和再電氣化進程的推動下，電動汽車等分布式資源必將迎來大規(guī)模的發(fā)展。這使得電源與負荷不再單純是電力系統(tǒng)的始末兩端，而是雜糅共陳。一方面，配電網的潮流將更為多變，運行控制和安全防護的邏輯將更為復雜;另一方面，我國資源與負荷逆向分布的矛盾將得到一定程度的緩解，電力的大規(guī)模轉移需求持續(xù)下降。
二是負荷側實現(xiàn)廣泛而深度的供需互動。隨著人工智能、大數(shù)據等技術的發(fā)展，用戶可借助信息技術智能調整自身用能特性，參與供需互動，降低了用戶參與的專業(yè)性要求和時間成本要求。更為廣泛的用戶參與和更完善的信息支撐，將促成更為有效的供需互動，從而更大程度地打破“源隨荷動”的運行限制。
三是超高比例新能源接入，系統(tǒng)面臨的不確定性進一步增加，電力、電量平衡壓力大。減少化石能源的使用是降低碳排放的根本性措施，風、光等新能源的開發(fā)將是實現(xiàn)清潔替代的關鍵。然而新能源具有很強的不確定性，其出力的隨機性和波動性將給電力系統(tǒng)的電力與電量平衡帶來巨大的壓力。從中期來看，2030年全國風、光裝機容量達到12億千瓦以上，同時火電機組有序退出，將給系統(tǒng)帶來嚴峻的新能源消納壓力;從長期來看，碳中和目標要求電力系統(tǒng)演化為“零碳電力系統(tǒng)”，電力電量平衡必須借助于儲能等技術突破來實現(xiàn)，并需要新能源和負荷側提供主動支撐能力。
四是大量電力電子設備入網，系統(tǒng)慣量大幅降低，安全穩(wěn)定運行面臨巨大挑戰(zhàn)。隨著常規(guī)火電機組的有序退網和大規(guī)模新能源電源的并網，以及大量含高比例電力電子元件輸電設備的投運，未來電力系統(tǒng)的慣量必然大幅降低，將顛覆現(xiàn)有的系統(tǒng)控制運行模式，威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
五是氫能、儲能、可控核聚變等新技術有望實現(xiàn)突破，并規(guī)模化應用到電力系統(tǒng)，從而革新現(xiàn)有電網形態(tài)。隨著全球范圍內持續(xù)高強度的科研投入，氫能、儲能、可控核聚變等新技術有可能實現(xiàn)技術突破，并達到商用化程度，從而對電力系統(tǒng)帶來顛覆性的革新，很大程度上解決超高比例新能源接入給電力系統(tǒng)帶來的挑戰(zhàn)。然而值得注意的是，新技術的突破具有強不確定性，現(xiàn)今上述任一新技術都難以成為解決能源領域問題的可靠方案。
新型電力系統(tǒng)的上述特征既給電力行業(yè)的發(fā)展注入新的活力，也給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來巨大挑戰(zhàn)。在構建新型電力系統(tǒng)時，除了挖掘能源領域本身的技術潛力外，非常有必要博采其他領域的先進技術。
近年來，信息領域的新技術不斷涌現(xiàn)，大數(shù)據、人工智能、云計算、物聯(lián)網、虛擬現(xiàn)實等技術快速發(fā)展，已經深入到社會的方方面面。電力系統(tǒng)作為一個具有海量數(shù)據的復雜系統(tǒng)，有望通過數(shù)字化建設，借助新興信息技術提升資源配置效率、提高風險管控水平，助力突破新型電力系統(tǒng)高比例新能源與高比例電力電子裝置的“雙高”困境帶來的技術難題。
當前，學術界和工業(yè)界高度重視電力系統(tǒng)中海量數(shù)據的價值，正積極探索基于數(shù)據驅動的新模型和新方法在電力系統(tǒng)中的應用。未來，隨著“數(shù)字新基建”的開展，電力系統(tǒng)的數(shù)據量和數(shù)據價值將進一步提升，在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中，數(shù)據科學與數(shù)字化技術的應用，必將極大促進電力系統(tǒng)的發(fā)展，這將體現(xiàn)在以下四個方面：
一是數(shù)據驅動，助力破解新型電力系統(tǒng)“雙高”難題。在規(guī)劃層面，數(shù)據驅動的規(guī)劃技術可以考慮多維復雜因素，與實際模型相結合，使規(guī)劃更具科學性。在運行層面，基于數(shù)據的分析技術，可以提高新能源電站的“可觀、可測、可控”水平，有助于解決新型電力系統(tǒng)中的電力和電量平衡問題，提高電網對新能源的消納能力;與基于物理模型的電力系統(tǒng)安全防護體系結合，數(shù)據驅動技術可以提高控制保護對低慣量系統(tǒng)的適應性，有助于解決新型電力系統(tǒng)中大量電力電子設備帶來的安全穩(wěn)定控制隱患。
二是數(shù)據賦能，實現(xiàn)電力企業(yè)運營的提質增效。基于圖像識別的故障診斷技術等智能運維技術將進一步發(fā)展，在節(jié)省更多人才和物力的同時，增加對電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的感知能力，提高電網的安全運行水平。電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設，可以增加數(shù)據資源的復用和減少管理成本，為打破電力企業(yè)內部的壁壘提供了可行的方案。另外，數(shù)字化營業(yè)廳的建設也將節(jié)省大量人力成本，提升電力企業(yè)對終端用戶的服務水平。
三是數(shù)據搭橋，激發(fā)能源市場活力。以數(shù)據共享共通為核心構建共享開放的電力交易平臺，可以減少市場信息差，有利于市場出清結果回歸電力的商品價值。同時，也提高了零售端的分布式電源和需求響應參與市場的積極性，進一步釋放需求側的活力。
四是數(shù)據透明，推進社會公平與公正。電網的物理特性決定了其必然具有一定的壟斷性。電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設可以通過公開部分非密數(shù)據以提高電網運營的透明度，增加電網上下游企業(yè)參與電力業(yè)務的公平性。
電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設，可以為新型電力系統(tǒng)中的海量數(shù)據賦能，助力“雙高”問題的解決。但是，電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設必須要遵循其客觀規(guī)律，尤其要注意以下三點：
一是要守好數(shù)據安全防線。電力系統(tǒng)是關乎國計民生的重要基礎設施，在電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設中，必須高度重視網絡安全，構建有效的數(shù)據安全防護體系，以保障國家安全、維護電力企業(yè)利益。
二是要注重標準化建設。在電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設中，必須要注重數(shù)據采集、傳輸、存儲和應用的標準化和兼容性，形成體系化的標準和規(guī)范，以減少非技術性的壁壘，促進行業(yè)的良性發(fā)展。
三是要注意數(shù)據隱私的保護。電力用戶數(shù)據的隱私性和電力企業(yè)需求側管理的數(shù)據需求具有天然的矛盾，如何防范電力企業(yè)對電力用戶和上、下游企業(yè)的超額數(shù)據索求，構建中小電力企業(yè)和電力用戶隱私的有效保護，是電力行業(yè)和社會公眾需要共同面對的問題。
有效的電力系統(tǒng)數(shù)字化建設可以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)數(shù)據的賦能，挖掘新能源電力系統(tǒng)分布式資源和供需互動的潛力，突破新型電力系統(tǒng)“雙高”帶來的技術難題。同時，開放、共享的電力數(shù)據平臺，也將為調動電力系統(tǒng)參與者的積極性提供有效手段，有利于搭建良好的電力產業(yè)生態(tài)，從而保障電力行業(yè)“雙碳”目標任務的順利達成。
總之，借助數(shù)字新基建的東風，通過電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設，以及海量數(shù)據對新型電力系統(tǒng)運行水平的賦能，以數(shù)據為紐帶的低碳電力產業(yè)生態(tài)，必將促進電力行業(yè)的蓬勃發(fā)展，為實現(xiàn)“雙碳”目標增添強大動力。
(作者別朝紅系西安交通大學電氣工程學院院長;馬溪原系南方電網數(shù)字電網研究院新型電力系統(tǒng)數(shù)字化技術研究所負責人。)
