摘要：电力系统“双高”“双峰”特征凸显，面对加速推进能源清洁转型以及新能源大规模高比例并网、分布式电源和微电网接入等多重挑战，为加快能源绿色转型发展，国家提出“碳达峰、碳中和”目标及构建以新能源为主体的新型电力系统，国家电网公司明确提出大力发展风电、太阳能发电等分布式电源。构建以新能源为主体的新型电力系统，打造清洁低碳、安全高效的现代能源体系，是推动能源革命、保障能源供应安全的重要战略举措。

关键词：新型电力系统；新能源挑战；数字化技术

引言

提高电力设备运行维护水平、保障电力设备安全稳定运行是电网可靠供电的基础。现有电力设备运行维护的主要技术手段包括预防性试验、人工巡检、带电检测、在线监测及机器人/无人机巡检。从应用效果来看，这些手段有效地提高了电力设备状态检修水平，但还存在检测效率低、实时性差、设备状态精准评估困难、漏报和误报较多等问题，难以全面、及时、准确地发现设备缺陷和掌握设备状态。

1新型电力系统的发展趋势

1.1电网基本形态

“以分布式智能电网为方向的新型配电系统形态逐步成熟，就地就近消纳新能源，形成‘分布式’与‘大电网’兼容并存的电网格局”，这种表述看似没有问题，其实存在一定程度的模糊性和矛盾性。分布式智能电网是以分布式新能源为基础、源网荷储一体化、具有一定自平衡能力、高度智能化的主动配电网，它代表配电网的发展方向。与此相适应，输配电网的关系将由传统的主从依附关系，变为双向互动、相辅相成的关系，以及一种类似平台与用户的关系。能否深刻认识输配电网关系发生的质变，是能否科学把握新型电力系统发展趋势的关键所在。

1.2区域电力平衡格局

与传统能源“西多东少”的情况完全不同，我国新能源资源分布广泛。中国工程院院士杜祥琬一直呼吁要实事求是评估我国的新能源资源禀赋，提高东部地区电力的自给能力。我国东部沿海地区拥有较丰富的风光资源，包括可观的海上风能资源。

1.3农村能源电力供给方式

据农业农村部估算，全国农村地区可再生能源理论上每年可获得相当于73亿吨标准煤的能量，约为目前全国农村能源总量的12倍，比2022年全国能源消费总量多约35%。农村地区不仅新能源资源丰富，还有土地、空间等必要的开发条件，开展能源革命，争取农村能源电力自给有余，是我国实现碳达峰、碳中和目标的重要途径。

2新型电力系统的新能源挑战

新能源的大规模接入给新型电力系统稳定安全运行带来了巨大的安全挑战，具体如下。新能源出力快速波动且频率和电压耐受能力不足、稳定难度加大。新能源接入电网影响低频振荡，影响系统阻尼和系统稳定性。新能源机组有功调节能力不足，导致系统频率控制能力不断下降。新能源并网出现暂态过电压问题，容易引起电压波动与闪变。次同步振荡现象频发，影响电网运行安全。新能源并网在电网故障之后的孤岛现象，导致系统运行波动明显。新能源并网影响系统潮流，系统控制的复杂性大幅增加。

国家能源局监管总监黄学农分析，由于国际局势复杂多变，新能源快速发展、电力电子设备高比例接入，控制规模指数级增长等多重因素叠加，新型电力系统建设面临着保供压力突出、调节能力短缺、“双高”特性凸显、调控难度骤增、技术亟待升级、改革任务艰巨等六大挑战。长期来看，我国电力需求仍维持稳步增长趋势，尖峰负荷特征日益凸显，规模持续增加，但累计时间短，出现频次低，所占电量小，增加了投资成本与保供难度。新能源装机比重持续增加，但电力支撑能力与常规电源相比存在较大差距，未能形成可靠替代能力。需要始终坚持底线思维，全力保障能源安全，推动构建适应大规模新能源发展的源网荷储多元综合保障体系。电力规划设计总院院长杜忠明也认为，在电源侧，新能源大规模发展对于系统调节能力提出更高需求，新能源尚未形成可靠替代，且大多不能为电力系统提供转动惯量。在电网侧，大型新能源基地开发外送对输电技术提出更高要求，“双高”电力系统对调度运行技术升级提出迫切需求，配网层面亟须进一步提高供电可靠性、交易灵活性和供电形式多样性。在用户侧，负荷尖峰特性日益显著，负荷侧灵活调节能力尚未充分挖掘，源网荷储一体化等新业态新模式需要积极培育。

3新型电力系统的数字化技术

3.1数字化技术支撑体系

依据新型电力系统数字化技术支撑体系架构，构建包括采集、传输、存储、应用四大体系分支的新型电力系统数字技术标准体系，并在此基础上构建基础通用、安全防护、碳管理三大体系分支，推动新型电力系统数字化技术支撑体系的落地与应用，实现电网“可测、可观、可控”。

3.2数字化技术标准体系架构

结合新型电力系统业务需求，以新型电力系统数字化技术支撑框架为依据，构建包含基础层、技术支撑层、应用层的新型电力系统数字化技术标准体系架构。基础层包括基础综合、体系架构、测试评价、规划架构等基础通用标准，位于整个体系架构最底层，对新型电力系统数字化技术标准起基础指导作用。技术支撑层包括采集、传输、存储、碳管理、安全防护五大领域分支，其中碳管理与安全防护两大分支与采集、传输、存储分支技术密切相连，支撑新型电力系统数字化技术应用层的技术标准。应用层包括数据运营、数据服务、数字化应用，位于整个体系架构最顶层，对照新型电力系统业务的具体需求，细化和落地数字化技术应用关键技术标准。

3.3数字化新型电力系统的关键技术

数字化新型电力系统的实现包含数据的采集、处理、分析和应用等环节，涉及多类数字化技术的集成和综合应用，其基础是先进可靠的新型电力系统状态智能感知，载体是安全高效的新型电力系统物联网，核心是新型电力系统数字孪生和精准评估诊断，最终通过多维信息合成和可视化技术进行展示。新型电力系统数字化必然需要大量的传感器和智能感知终端提供全面、精准的设备运行数据和状态信息。先进可靠的新型电力系统状态智能感知技术是实现新型电力系统数字化和智能化的基础，需要深入研究的关键技术主要包括新型电力系统专用传感技术、传感器可靠性保障技术和智能终端边缘计算技术等。

3.4多场景数字孪生建模仿真不断完善

我国正在开发和完善自主知识产权的电力设备多物理场仿真软件，计算高压工程学也在不断发展，为电力设备数字孪生建模仿真技术的进步提供了有力支撑，未来相关软件和技术将在电力设备设计、制造及运行维护等多场景复杂工程问题计算中得到越来越广泛的研究和应用。目前，电力设备数字孪生建模仿真着重于几何、物理、行为模型的建模方法与数值计算技术，考虑到电力设备状态变化和缺陷产生还涉及到材料分解、化学反应等多种微观现象，未来研究将扩展建模仿真的时空尺度和应用场景。

结束语

通过对大规模新能源并网给新型电力系统在消纳、安全运行、机制体制方面带来的巨大挑战进行分析，提出了应对新能源挑战的关键技术，研究利用这些关键技术有助于有效应对新能源挑战；通过对新型电力系统的数字化技术研究，介绍了数字化技术支撑体系架构、数字化技术标准体系架构，提出了一些数字化建设技术。构建以新能源为主体的新型电力系统，研究大规模新能源并网带来的挑战和关键技术支撑，加强数字化技术研究和数字化建设，具有重要意义和技术价值。

参考文献：

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