發(fā)電、輸電、配電系統(tǒng)都有其經(jīng)濟(jì)模型和物理模型。以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是一個(gè)典型的跨領(lǐng)域跨學(xué)科系統(tǒng)，不但要打破各環(huán)節(jié)之間的信息壁壘，保證信息流的暢通及安全，還必須統(tǒng)籌考慮能源鏈、碳元素鏈、資金鏈、大量參與者的行為，以及信息、物理、社會(huì)元素引入的各種風(fēng)險(xiǎn)源，才能有效支撐新型電力系統(tǒng)的規(guī)劃及運(yùn)行。

新型電力系統(tǒng)發(fā)展路徑的優(yōu)化與“雙碳”目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)緊密耦合。能源系統(tǒng)在整個(gè)碳排放中占比約80%，而電力行業(yè)的碳排放占比超過能源行業(yè)的40%，也即約占全國(guó)碳排放總量的三分之一。另一方面，能源領(lǐng)域推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵在于新能源對(duì)化石能源的大規(guī)模替代，以及終端能源側(cè)的大范圍電能替代。因此，電力行業(yè)無疑是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的主戰(zhàn)場(chǎng)中的主力軍。

2021年3月15日，習(xí)近平總書記主持中央會(huì)議，明確了新能源在未來電力系統(tǒng)中的主體地位。2030年，我國(guó)風(fēng)、光裝機(jī)預(yù)計(jì)將達(dá)到12~18億千瓦，煤電從基礎(chǔ)電力有序地轉(zhuǎn)為調(diào)控的保證。為此，電力系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)重大轉(zhuǎn)型。建設(shè)新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵和掣肘不僅在于新能源的出力難以預(yù)測(cè)及控制，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的缺乏使電力系統(tǒng)抗故障沖擊的能力降低，還在于大規(guī)模分布式新能源、新型負(fù)荷及大量電力電子裝備的入網(wǎng)，使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜化，更由于大量社會(huì)參與者的博弈行為，以及政策調(diào)整對(duì)電力系統(tǒng)工況與動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。

為此，電力及能源系統(tǒng)都必須依靠更加智能的規(guī)劃、調(diào)度及市場(chǎng)引導(dǎo)，才能保證其安全穩(wěn)定性及高效運(yùn)行，進(jìn)而主動(dòng)支撐“雙碳”目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。電力系統(tǒng)需要在各自隨機(jī)變化的供電側(cè)和用電側(cè)之間，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間尺度的動(dòng)態(tài)平衡，保證電力安全、能源安全、經(jīng)濟(jì)安全和環(huán)境安全。2016年，筆者研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表在PIEEE上的文章指出：智能電網(wǎng)就是信息物理系統(tǒng)在電力領(lǐng)域中的實(shí)現(xiàn)（CPS in Power）。2017年，筆者研究團(tuán)隊(duì)又在PIEEE發(fā)表了一篇觀點(diǎn)性文章，指出：智能電網(wǎng)的未來是CPSSE。考慮到實(shí)際情況，筆者研究團(tuán)隊(duì)將以經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、能源安全、環(huán)境安全、社會(huì)參與為約束條件，不斷動(dòng)態(tài)優(yōu)化從當(dāng)前狀態(tài)趨于目標(biāo)狀態(tài)的實(shí)施路徑，從而達(dá)到能源轉(zhuǎn)型凈收益的最大化。實(shí)現(xiàn)路徑的量化評(píng)估，是一個(gè)巨大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要全新的研究范式。其中包括：跨領(lǐng)域的建模、大數(shù)據(jù)的采集、多領(lǐng)域仿真平臺(tái)的搭建、基于混合仿真的沙盤推演、大數(shù)據(jù)中的知識(shí)提取及決策支持、各種不確定因素的考慮。

在雙碳目標(biāo)及演化路徑的優(yōu)化研究中，筆者團(tuán)隊(duì)按運(yùn)行分析與控制的要求拓展了充裕性的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估概念，包括長(zhǎng)期電量的充裕性、可中斷負(fù)荷參與運(yùn)行控制及輔助服務(wù)、水能和核能在能源安全中的重新定位、各種儲(chǔ)能裝備的協(xié)調(diào)運(yùn)行。同時(shí)，也拓展了安全穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，包括非常態(tài)事件的應(yīng)對(duì)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與因果驅(qū)動(dòng)的融合分析，寬頻振蕩行為的分析與控制。此外，在創(chuàng)立電力碳減排和碳中和的機(jī)會(huì)成本算法、碳排放市場(chǎng)與碳抵消市場(chǎng)的協(xié)調(diào)方法的基礎(chǔ)上，研究了碳中和的路徑優(yōu)化算法。

這場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)的變革，應(yīng)該以“雙碳”目標(biāo)最優(yōu)實(shí)現(xiàn)路徑為決策的依據(jù)。新型電力系統(tǒng)的時(shí)空發(fā)展規(guī)劃，應(yīng)該嵌入到整個(gè)能源轉(zhuǎn)型及“雙碳”目標(biāo)的路徑優(yōu)化過程中，計(jì)及來自信息、物理、社會(huì)環(huán)節(jié)的各種不確定性，并涉及信息技術(shù)、自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)等多領(lǐng)域的交叉，復(fù)雜非線性系統(tǒng)的時(shí)空演化規(guī)律的研究。

能源領(lǐng)域通過一次能源的清潔替代、終端能源的電能替代，以及新型電力系統(tǒng)的主動(dòng)支撐，來保證“雙碳”目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。新型電力系統(tǒng)作為能源系統(tǒng)的樞紐環(huán)節(jié)，其發(fā)展路徑的優(yōu)化與“雙碳”目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)緊密耦合。這不但在規(guī)劃層面上反映為電力（能源）規(guī)劃與“雙碳”路徑設(shè)計(jì)的融合，也在運(yùn)行層面上反映為能量管理系統(tǒng)（EMS）與碳管理系統(tǒng)（CMS）的協(xié)同。（本刊編輯部鄧卓昆對(duì)本文亦有貢獻(xiàn)）