2021年3月15日，习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上部署未来能源领域重点工作：要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。

欲带皇冠，必承其重，欲握玫瑰，必承其痛。承载着党与国家厚望的新型电力系统不仅是历史使命，而且也是重大挑战。现有电力系统并不能简单地以线性发展方式演变到更高阶段的新型电力系统，二者存在较大的差异性。归纳总结本质性的技术，其演变过程为三点：

（一）从现有电力系统迈向新型电力系统的技术演变推演

1、从确定性系统演变为强不确定性系统

首先，电源端具有强不确定性。我国电源结构将从传统火电机组为主导，逐步演变为未来的新能源机组为主导。未来风电和光伏发电的装机容量将呈现持续上升趋势，预计2060年两者装机容量占比之和达到约60%，发电量占比之和达到约35%。现有常规火电、水电或者核电出力呈现一定的规律性和可控性；而风电与光伏等新能源出力具有多时空的强不确定性和不可控性。

其次，负荷端具有强不确定性。未来，电能逐步成为最主要的能源消费品种，2025年后电力将取代煤炭在终端能源消费中的主导地位。现有电力负荷变化相对有规律，整个电力系统的运行方式相对固定，例如在电力系统规划时，只需要选取不同季节的典型日或时的负荷曲线便可以进行预测。而高度电气化下负荷结构多元化，电动汽车充电与电供暖等用电行为的时空随机分布，以及用户侧的有源化特征凸显，都会加剧负荷的不可预见性。目前，我国电网负荷的峰谷差正在逐渐加大。

再次，电力潮流具有强不确定性。在较少新能源并网时，由于负荷变化相对有规律，传统电力系统“源随荷走”的运行方式相对固定。而在高比例新能源电力系统中，由于在源端和荷端存在较大的不确定性，电力系统运行的“边界条件”将更加多样化。输电网的联络线潮流可能跟随新能源的出力波动而大幅变动（甚至双向流动），配电网的分布式新能源与虚拟电厂也会改变电力潮流。

2、从机电装备主导向电力电子装备主导的演变

新能源的并网、传输和消纳在源-网-荷端引入了更多电力电子装备，电力系统呈现显著的电力电子化趋势问题。因此，电力系统基本特性将由旋转电机主导的机电稳态过程为主演变为电力电子装备的电磁暂态过程为主。

现有火电、水电等传统机组采用同步电机，具有较强的机械惯性，因此，电力系统具有较大的时间常数（秒-分钟级），系统频率以工频（五十赫兹）为主。而电力电子装置具有低惯性、低短路容量、弱抗扰性和多时间尺度响应特性，导致电力电子化电力系统时间常数更小（毫秒级）、频域更宽（几百赫兹）、安全域更复杂。在多种扰动情形下系统的机电暂态和电磁振荡等多重因素交互影响，例如，目前新能源基地出现的暂态电压支撑不足、风电机组并网的高/低电压穿越停机脱网、宽频振荡、多馈入直流换相失败等都是电力电子化系统的具体表现。

3、从单一电力系统向综合能源系统演变

能源互联网需要建设以新能源电力系统为基础，与天然气、交通、建筑等多个领域互联互通的综合能源网络。因此，现有的电力系统将与热力管网、天然气管网、交通网络进行互联互通，构成综合能源系统。而且，天然气与氢能源的储备与传输将与电力系统深度融合，发挥重要的调峰作用。

（二）现有电力系统技术体系的不足

在现有技术条件下，新能源出力不确定性强，具有随机性、波动性、反调峰特点，“极热无风”、“晚峰无光”、 “大装机、小电量”成为行业弊端。从现有电力系统向新型电力系统演变，将会面临重要的技术挑战，现有技术体系还不足以支撑未来新型电力系统的建设，主要不足体现在：

（1）电源和电网规划统筹协调不够。送端配套电源建设滞后和受端电网承载能力不足。电网结构尚不能完全满足大范围资源配置以及分布式广泛接入的需要。

（2）电力系统平衡能力严重不足。新能源机组尚不具备与传统电源机组相当的电网安全稳定支撑能力，耐受电网扰动能力较低。现有火电灵活性改造和抽水蓄能的电源灵活调节能力不足，无法完全满足与高比例新能源接入情况下的系统调峰调频需求。

（3）电力系统调节控制能力不足。系统运行中已经出现了动态无功支撑不足、频率调节和稳定不足、短路电流超标、传统同步稳定和新形态稳定交织等安全问题。此外，大量新兴的分布式发电的“弱调度”或“无调度”特点，导致电力系统协调运行控制难度持续增大。由于“数据烟囱”，贯通“发电-电网-用户”全环节的数据链条没有打通，数据驱动型的新一代调度体系的基础还没有完全建立。

（4）电力装备支撑能力不足。面向新型电力系统电力电子化的特性，现有输变电设备的适应性亟需升级，需要向更敏捷、更智能、更高承载能力方向发展。特别是现有电力系统用电力电子器件过载承受能力低，在物理上决定了装备与系统的脆弱性，急需提升器件水平。此外，大容量储能系统的实用化水平亟需提高，成本、安全和效率仍是储能大规模推广的主要障碍。

（5）电力系统基础理论体系亟需提升。传统电力系统技术体系不适应大规模新能源和电力电子装备发展的问题逐步显现。在规划层面，电力电量平衡以及容量充裕度的概念与方法应由目前确定性的思路向概率性的思路转化。在运行层面，需要深入掌握电力电子动态特性，提高复杂环境下的系统分析手段。

习近平总书记在2018年5月28日的中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上讲到，“创新从来都是九死一生，但我们必须有‘亦余心之所善兮，虽九死其犹未悔’的豪情“。科技创新是构建清洁低碳安全高效的能源体系、构建新型电力系统的科学道路和必然选择。

本系列报告的下几篇将介绍建设新型电力系统的技术发展路径与建议。

赵东元，博士，清华大学能源互联网创新研究院工程应用研究室主任。从事能源转型政策、能源互联网技术路径的研究。正在推动多个能源互联网示范项目方案及实施。获得省部级科技奖励多次，出版著作2部，发表论文近30篇，获得专利20余项。主创的《“互联网+”电动汽车充电分时共享社区服务平台》获得2019年国家电网公司第五届青创赛金奖。