新一代信息技术支撑下的 新型电力系统供需平衡调节技术

为实现双碳目标，我国正在加快构建以新能源为主体的新型电力系统，这是推动能源清洁低碳转型的关键措施。目前，电力行业碳排放占全国总排放量的40%以上，是碳排放最多的行业。推动电力系统低碳转型，已成为实现双碳目标的重要一环。

（本图片由图虫创意提供，仅供于科普中国平台使用）

我国能源体系正在由高耗能向低碳绿色转变，电力系统也面临深刻变革：清洁能源装机规模持续扩大，全社会用电需求不断增长。与此同时，电力系统在转型过程中也面临着电力供需不平衡和系统稳定性等挑战，因此需要积极推进能源消费与供给之间的平衡。

1.新型电力系统面临的挑战

通过提升电网数字化水平，能够显著提升区域电网对分布式清洁能源以及用电负荷随机波动的智能检测与管理能力，这是当前电网向低碳化、智能化能源互联网转型的关键技术。该技术建立了信息和电能之间的双向互动，有助于实现源-荷再平衡。

从电力供应方面来看，我国发电装机容量持续增加，尤其风电、光伏清洁能源发电占比不断上升，应用规模迅速扩大。然而，此类能源存在出力不稳定、间歇性等特点，也给电力系统的安全稳定运行带来新的问题。

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2.供需平衡的双向调节思路

让电力系统供需稳定，可以从两方面入手。一方面在“发电和储能端”做调整，让光伏、风电这些新能源群组自主调节输出，尽量保持供电稳定；另一方面是需求侧，把电力用户这边的负荷资源利用起来，让负荷用电行为灵活调节，这会成为平衡功率的关键手段。

我国需求侧的用电负荷丰富，调节潜力巨大。空调、电热水器、电采暖等温控负荷可以改变设定温度、运行功率，不仅响应速度快、成本低，而且规模庞大。这些负荷能够把电能变成热量暂时储存，类似于电池储能。

电动汽车不仅是绿色交通工具，还是新型负荷资源。去年我国电动汽车销量达到1130万辆，同比增长40%，渗透率达48%。预计到今年底，我国电动汽车的总充电量将达1400亿千瓦时，占全社会总用电量的1.9%。电动车自带大容量电池，既能耗电，又能储电，相当于移动的“分布式储能设备”。通过科学管控大量电动车，可形成规模可观的储能系统，帮助电网平衡用电供需。

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3.负荷资源的集群化与虚拟聚合

负荷资源经过科学集群管控后，可等效为一种储能系统，是实现电力供需平衡的重要方法。它能够灵活响应电网需求，比如参与削峰填谷，比如实现“荷随源动”，跟随新能源发电波动实时调整用电。

利用数字化和智能化技术，可以整合和调度需求侧资源，实现信息与电能的双向互动，提高电网的灵活性、智能化和可调控水平，更好地应对新能源发电的波动性和不确定性。

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4.四大关键技术支撑智能调控

新一代信息技术通过数据驱动，能够高效整合分散的负荷资源，打破地域限制，实现集中调控。通过对负荷资源进行“感知-聚合-传输-控制”的闭环管理，将用电状态变为可控信息，通过精准调控形成功率转移。这主要依靠四大关键技术，分别是：主动感知、异质聚合、协同控制和灵活传算。

主动感知

采用非侵入式负荷监测技术，在用户电力入口安装智能电表，即可不侵入用户家中也可以采集到该用户的所有负荷用电数据。通过为每类负荷建立独特的“电力指纹”——采用结构化特征模型对负荷进行一致性表征，从而支撑精准、高效的负荷辨识。

（2）异质聚合

构建异质负荷的虚拟聚合模型，形成稳定、可控的负荷聚合系统，获取统一输出功率和足够的调控容量。例如，1000户家庭的可调负荷聚合后，相当于一座大型超市的用电量，可有效支撑电网调节服务。

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（3）协同控制

搭建协同控制模型，在短时间尺度下对多类型负荷进行实时控制，在不影响用户体验的前提下轻微调整负荷状态。如空调温度降低0.5℃，电动汽车充电功率降低1kW，充电时间延长十几分钟，这些微调可使规模化负荷产生可观的功率转移，帮助电网调峰和消纳新能源。

（4）灵活传算

构建支撑“感知-聚合-控制”等关键技术的通信计算基础设施，建立“云-边-端”多层协同架构。根据不同用电场景和业务需求，动态组织边缘网络，智能分配通信和计算资源，实现各层级算力资源的高效调配与协同优化。

通过新一代信息技术的应用，电力系统将朝着更加智能、灵活、高效的方向发展，为实现双碳目标提供重要技术支撑。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

作者：中国电子学会

审核：周祖成 清华大学电子工程系 教授

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

来源: 科普中国创作培育计划