【導語】為實現雙碳目標，我國正加速構建以新能源為主體的新型電力係統，但電力係統在轉型中麵臨供需不平衡、清潔能源出力不穩定等挑戰。為此，需從供需兩側雙向調節，充分利用負荷資源集群化與虛擬聚合優勢，並依托主動感知、異質聚合、協同控製和靈活傳算四大關鍵技術，推動電力係統向智能、靈活、高效方向發展。

為實現雙碳目標，我國正在加快構建以新能源為主體的新型電力係統，這是推動能源清潔低碳轉型的關鍵措施。目前，電力行業碳排放占全國總排放量的40%以上，是碳排放最多的行業。推動電力係統低碳轉型，已成為實現雙碳目標的重要一環。

（本圖片由圖蟲創意提供，僅供於平台使用）

我國能源體係正在由高耗能向低碳綠色轉變，電力係統也麵臨(lín)深(shēn)刻(kè)變(biàn)革：清潔能源裝機規模持續擴大，全社會用電需求不斷增長。與此同時，電力係統在轉型過程中也麵臨著電力供需不平衡和係統穩定性等挑戰，因此需要積極推進能源消費與供給之間的平衡。

1.新型電力係統麵臨的挑戰

通過提升電網數字化水平，能夠顯著提升區域電網對分布式清潔能源以及用電負荷隨機波動的(de)智(zhì)能(néng)檢測與管理能力，這是當前電網向低碳化、智能化能源互聯網轉型的(de)關鍵技(jì)術(shù)。該技術建立了信息和電能之間的雙向互動，有助於實現源-荷再平衡。

從電力供應方麵來看，我國發電裝機容量持續增加，尤其風電、光伏清潔能源發電占比不斷上升，應用規模迅速擴大。然而，此類能源存在出力不穩定、間歇性等特點，也給電力係統的安全穩定運行帶來新的問題。

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2.供需平衡的雙向調節思路

讓電力係統供需穩定，可以從兩方麵入手。一方麵在“發電和儲能端”做調整，讓光伏、風電這些新能源群組自主調節輸出，盡量保持供電穩定；另一方麵是需求側，把電力用戶這邊的負荷資源利用起來，讓負荷用電行為靈活調節，這會成為平衡功率的關鍵手段。

我國需求側的用電負荷豐富，調節潛力巨大。空調、電熱水器、電采暖等溫控負荷可以改變設定溫度、運行功率，不僅響應速度快、成本低，而且規模龐大。這些負荷能夠把電能變成熱量暫時儲存，類似於電池儲能。

電動汽車不僅是綠色交通工具，還是新型負荷資源。去年我國電動汽車銷量達到1130萬輛，同比增長40%，滲透率達48%。預計到今年底，我國電動汽車的總充電量將達1400億千瓦時，占全社會總用電量的1.9%。電動車自帶大容量電池，既能耗電，又能儲電，相當於移動的“分布式儲能設備”。通過科學管控大量電動車，可形成規模可觀的儲能係統，幫助電網平衡用電供需。

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3.負荷資源的集群化與虛擬聚合

負荷資源經過科學集群管控後，可等效為一種儲能係統，是實現電力供需平衡的重要方法。它能夠靈活響應電網需求，比如參與削峰填穀，比如實現“荷隨源動”，跟隨新能源發電波動實時調整用電。

利用數字化和智能化技術，可以整合和調度需求側資源，實現信息與電能的雙向互動，提高電網的靈活性、智能化和可調控水平，更好地應對新能源發電的波動性和不確定性。

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4.四大關鍵技術支撐智能調控

新一代信息技術通過數據驅動，能夠高效整合分散的負荷資源，打破地域限製，實現集中調控。通過對負荷資源進行“感知-聚合-傳輸-控製”的閉環管理，將用電狀態變為可控信息，通過精準調控形成功率轉移。這主要依靠四大關鍵技術，分別是：主動感知、異質聚合、協同控製和靈活傳算。

主動感知

采用非侵入式負荷監測技術，在用戶電力入口安裝智能電表，即可不侵入用戶家中也可以采集到該用戶的所有負荷用電數據。通過為每類負荷建立獨特的“電力指紋”——采用結構化特征模型對負荷進行一致性表征，從而支撐精準、高效的負荷辨識。

（2）異質聚合

構建異質負荷的虛擬聚合模型，形成穩定、可控的負荷聚合係統，獲取統一輸出功率和足夠的調控容量。例如，1000戶家庭的可調負荷聚合後，相當於一座大型超市的用電量，可有效支撐電網調節服務。

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（3）協同控製

搭建協同控製模型，在短時間尺度下對多類型負荷進行實時控製，在不影響用戶體驗的前提下輕微調整負荷狀態。如空調溫度降低0.5℃，電動汽車充電功率降低1kW，充電時間延長十幾分鍾，這些微調可使規模化負荷產生可觀的功率轉移，幫助電網調峰和消納新能源。

（4）靈活傳算

構建支撐“感知-聚合-控製”等關鍵技術的通信計算基礎設施，建立“雲-邊-端”多層協同架構。根據不同用電場景和業務需求，動態組織邊緣網絡，智能分配通信和計算資源，實現各層級算力資源的高效調配與協同優化。

通過新一代信息技術的應用，電力係統將朝著更加智能、靈活、高效的方向發展，為實現雙碳目標提供重要技術支撐。

本文為·創作培育計劃扶持作品

作者：中國電子學會

審核：周祖成 清華大學電子工程係 教授

出品：中國科協科普部

監製：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

來源: 創作培育計劃