新中國成立以來，我國電力系統從小規模、分散式供電系統，逐步發展成為世界上輸送容量最大、輸電電壓等級最高、多區域電網交直流混聯的電力系統，電力裝機總容量、非化石電源裝機容量、遠距離輸電能力、電網規模等指標均穩居世界第一，有力支撐了國民經濟快速發展和人民生活水平不斷提高的用電需要。與此同時，我國在發電及輸變電裝備制造、規劃設計及施工建設、科研與標準化、系統調控運行等方面建立了比較完備的電力工業體系。隨著我國經濟社會發展進入新時代，我國能源行業正在全面貫徹落實“四個革命、一個合作”能源安全新戰略，加快推動清潔低碳、安全高效的現代能源體系建設。面向未來，為促進大規模高比例新能源持續開發利用、提升復雜電力系統安全水平、應對非傳統安全挑戰、適應電力系統充分市場化環境，實現電力工業高質量發展，亟待加快構建新一代電力系統。
我國電力系統發展回顧
新中國成立初期，除東北采用220千伏/154千伏聯網、京津唐采用77千伏聯網外，我國電力系統主要形態是以大城市為中心的孤立電網，平均單機容量7000千瓦，全國電力裝機容量僅185萬千瓦，年發電量43億千瓦時。中小城市和農村基本處于無電狀態。
改革開放以來，集資辦電等一系列政策實施極大地促進了電力建設，帶動我國電力系統快速發展。1981年長江上首座大型水電站葛洲壩水電站首臺機組投產。1989年我國首臺國產60萬千瓦機組在安徽平圩發電廠投產。1991年我國自行設計的首座壓水堆核電站浙江秦山核電站投產。1981年我國首條500千伏交流輸電通道河南平頂山至湖北武昌工程投產。1990年我國首條±500千伏直流輸電通道葛洲壩至上海工程投產。全國形成了東北、華北、西北、華中、華東等5個區域電網、南方聯營電網和10個獨立省區電網的電力系統格局。
進入新世紀，我國啟動電力體制改革，實施政企分開、廠網分離。與此同時，國家實施西部大開發和西電東送戰略，大電源基地、大電網建設進入快速發展階段。2003年世界上規模最大的水電站三峽水電站首臺機組投產，單機容量達到70萬千瓦。2006年我國首臺百萬千瓦超超臨界火電機組在浙江玉環電廠投產。2009年我國首條1000千伏特高壓交流試驗示范線路晉東南—荊門特高壓工程投產，首條特高壓直流通道云南至廣州±800千伏直流輸電工程單極投運。2015年我國自主三代核電“華龍一號”首堆福清核電5號機開工建設。2019年世界上電壓等級最高、輸送容量最大的輸電通道新疆準東至皖南±1100千伏直流輸電工程投產。截至目前，除中國臺灣外，我國各省級電網全部實現交直流聯網，基本形成全國聯網格局，跨省跨區特高壓輸電通道20回，交流最高電壓等級1000千伏，直流最高電壓等級±1100千伏，建成了全世界規模最大的多區域互聯、交直流混聯電力系統。
隨著世界能源轉型步伐加快，“十二五”以來我國新能源進入規模化發展階段，風電、太陽能發電并網裝機從2009年底1800萬千瓦發展到2019年底4.1億千瓦。新能源的大規模集中開發、輸送、消納，以及分布式、分散化本地消納利用成了電力系統的重要組成部分。
電力系統轉型發展總體趨勢
未來電力系統將向全面清潔化轉型。生態文明建設，關系人民福祉，關乎民族未來，應對氣候變化是人類的共同事業。目前我國非化石能源消費比重已達15.3%，預計2035年我國非化石能源消費比重將接近30%，2050年預計達到50%左右。非化石能源發電量占比將由目前的30%左右大幅提升到2035年45%、2050年75%左右。電力系統作為能源轉型的中心環節，承擔著十分迫切和繁重的清潔化轉型任務。
未來電力系統將向更高水平電氣化轉型。我國經濟逐步進入高質量發展階段，需要更高水平電氣化作為支撐。我國穩步推進制造強國建設，加快新型基礎設施建設和新型城鎮化建設，逐步形成“雙循環”新發展格局，將催生出一系列新業態、新需求，預計我國電力需求仍將保持剛性增長，2035年人均用電量達到8500千瓦時/人、2050年達到1萬千瓦時/人左右。目前，我國石油和天然氣對外依存度已分別達到73%和42%左右，為提升我國能源安全保障能力，有必要進一步提升電能在終端能源消費中的比重，預計2035年、2050年將分別提升至35%、45%左右。除了特大型城市重點區域外，我國大部分城鎮供電可靠性與發達國家差距明顯，參考國際發達地區供電可靠性水平，用戶年平均停電時間一般在30分鐘以下，供電可靠率在99.99%以上。
未來電力系統將向充分市場化轉型。未來我國將形成中長期市場為主體、現貨市場為補充，涵蓋電能量、輔助服務、發電權、輸電權和容量補償等多交易品種的高標準市場體系，電力市場將最大限度還原電力商品屬性，實現市場配置資源、釋放價格信號、反映成本特性、增強需求彈性、引導電力投資、調動系統靈活性資源、促進源網荷儲有效互動、引導多元主體參與系統運行決策的多重功能。市場化交易電量將成為全社會用電量的主體。電力系統規劃、設計、調度、運行等各個環節均需要全面轉型和革新。
傳統電力系統面臨的主要挑戰
傳統電力系統難以適應新形勢下安全保障需要。從應對傳統電力安全挑戰來看，我國電力系統長期以來堅持“三道防線”安全準則，較好地保障了電力系統安全穩定運行。目前，我國多區域交直流混聯的大電網結構日趨復雜。波動性較大、抗擾動能力較低的新能源大規模接入電網，同時新型電力電子設備應用比例大幅提升，極大地改變了傳統電力系統的運行規律和特性，傳統電力系統在理論分析、控制方法、調節手段等方面難以適應，電力系統安全穩定風險日益加大。從應對非傳統電力安全挑戰來看，隨著電力系統物理和信息層面互聯程度的提升，人為極端外力破壞或通過信息攻擊手段引發電網大面積停電事故的風險增加。近年來伊朗、烏克蘭、委內瑞拉等國均出現了攻擊電力系統安全運行的極端案例，引發核電站事故或大面積停電，也為我國電力安全敲響了警鐘。
傳統電力系統難以適應大規模高比例新能源發展需要。“十三五”期間，通過有效挖掘傳統電力系統消納裕度，包括加強電網省間互濟以及火電靈活性改造等，我國新能源消納利用水平不斷提高，新能源發電量占總發電量比重從5%提升到了目前10%左右。未來要實現電力清潔綠色轉型目標，新能源發電裝機需要繼續以數倍于用電負荷增長的速度新增并網，對傳統電力系統的規劃和運行提出了巨大的挑戰。僅依靠傳統電力系統在電源側和電網側的調節手段已經難以滿足新能源持續大規模并網消納的需求，急需激發負荷側和新型儲能技術消納新能源的潛力，形成源網荷儲協同消納新能源的格局。
傳統電力系統難以適應靈活開放電力市場構建需要。未來市場主體將從“單一化”向“多元化”轉變，電力輸送將從發輸配用“單向傳輸”向源網荷儲“多向互動”靈活傳輸轉變，充分電力市場環境下電力系統的運行方式需要頻繁變化。我國電網調度機構長期以來采取“統一調度、分級管理”原則，計劃性較強，調度方式不夠靈活。
新一代電力系統的基本特征
結構特征：綠色電源為主體電源、新能源提供可靠電力支撐。水電、核電、風電、太陽能等綠色電源裝機容量預計2035年、2050年分別達到20億千瓦、40億千瓦左右，綠色電源裝機占總裝機比重預計2035年、2050年分別達到56%、80%左右。其中，2050年新能源裝機占總裝機比重約60%，新能源發電量占總發電量比重達到一半左右。新能源發電通過配置儲能、提高能量轉換效率、提升功率預測水平、智慧化調度運行等手段，成為新型“系統友好型”新能源電站，電力支撐水平大幅提升，容量可信度達到20%以上，有效平抑新能源間歇性、波動性對電力系統帶來的沖擊。
形態特征：源網荷融合互動、“大電源大電網”與“分布式系統”兼容互補。通過市場機制改變傳統“源隨荷動”的模式，逐步實現源網荷深度融合，靈活互動。傳統工業負荷靈活性大幅提升，電供暖、電制氫、數據中心、電動汽車充電設施等新型靈活負荷成為電力系統的重要組成部分；我國資源稟賦與能源需求逆向分布的特點決定了“西電東送、北電南送”的電力資源配置基本格局，跨省跨區大型輸電通道將進一步增加，重要負荷中心地區電力保障需要大電網支撐，“大電源、大電網”仍是電力系統的基本形態。分布式系統貼近終端用戶，是保障中心城市重要負荷供電、支撐縣域經濟高質量發展、服務工業園區綠色發展、解決偏遠地區用電等領域的重要形式，與“大電源、大電網”兼容互補。
技術特征：系統各環節全面數字化、調控體系高度智能化。電力系統逐步由“自動化”向“數字化”“智能化”演進。依托先進量測技術、現代信息通信、大數據、物聯網技術等，形成全面覆蓋電力系統發、輸、配、用各環節、及時高速感知的“神經系統”，基于大規模超算能力，實現物理電力系統的“數字孿生”。基于人工智能技術，升級智慧化調控運行體系，打造新一代電力系統的“中樞大腦”。
新一代電力系統的構建思路
加強新一代電力系統頂層設計。深入研究論證我國新一代電力系統發展路徑，推動國家層面制定新一代電力系統發展戰略，在“十四五”規劃中明確階段性目標任務。研究適應新一代電力系統構建的體制機制和標準規范。
加快關鍵技術的研發應用。通過多學科、多領域跨界融合，加大新一代電力系統關鍵技術的集中攻關、試驗示范、推廣應用。促進人工智能、大數據、物聯網、先進信息通信等技術與電力技術深度融合，形成具有我國自主知識產權的新一代電力系統關鍵技術體系。
實施全面數字化升級。數字化是新一代電力系統構建的基礎。“十四五”期間全面實施電力系統各環節的數字化升級改造，實現規劃設計數字化、工程建設數字化、裝備制造數字化、電力設備運行數字化。
開展重點工程示范。新一代電力系統構建是一項長期的系統性工程，不可能一蹴而就，需要在實踐中不斷總結經驗、完善方案。在“十四五”期間“以點促面”，依托技術創新和體制機制創新，重點開展一批新一代電力系統示范工程，形成示范效應，逐步推廣應用。
推動產業體系升級。加強新一代電力系統產學研體系建設，以智能制造為方向，融合運用數字信息技術，補足前端研發的產業短板，實現關鍵領域核心技術獨立自主和升級換代，形成完整且具有國際競爭力的電力產業鏈。結合“雙循環”新格局下的產業優化調整，統籌布局一批新型電力裝備制造、電力與數字經濟相融合的產業基地。