發(fā)電、輸電、配電系統(tǒng)都有其經濟模型和物理模型。以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是一個典型的跨領域跨學科系統(tǒng)，不但要打破各環(huán)節(jié)之間的信息壁壘，保證信息流的暢通及安全，還必須統(tǒng)籌考慮能源鏈、碳元素鏈、資金鏈、大量參與者的行為，以及信息、物理、社會元素引入的各種風險源，才能有效支撐新型電力系統(tǒng)的規(guī)劃及運行。

新型電力系統(tǒng)發(fā)展路徑的優(yōu)化與“雙碳”目標的順利實現緊密耦合。能源系統(tǒng)在整個碳排放中占比約80%，而電力行業(yè)的碳排放占比超過能源行業(yè)的40%，也即約占全國碳排放總量的三分之一。另一方面，能源領域推進“雙碳”目標的關鍵在于新能源對化石能源的大規(guī)模替代，以及終端能源側的大范圍電能替代。因此，電力行業(yè)無疑是實現“雙碳”目標的主戰(zhàn)場中的主力軍。

2021年3月15日，習近平總書記主持中央會議，明確了新能源在未來電力系統(tǒng)中的主體地位。2030年，我國風、光裝機預計將達到12~18億千瓦，煤電從基礎電力有序地轉為調控的保證。為此，電力系統(tǒng)必須實現重大轉型。建設新型電力系統(tǒng)的關鍵和掣肘不僅在于新能源的出力難以預測及控制，轉動慣量的缺乏使電力系統(tǒng)抗故障沖擊的能力降低，還在于大規(guī)模分布式新能源、新型負荷及大量電力電子裝備的入網，使系統(tǒng)動態(tài)特性復雜化，更由于大量社會參與者的博弈行為，以及政策調整對電力系統(tǒng)工況與動態(tài)響應的影響。

為此，電力及能源系統(tǒng)都必須依靠更加智能的規(guī)劃、調度及市場引導，才能保證其安全穩(wěn)定性及高效運行，進而主動支撐“雙碳”目標的順利實現。電力系統(tǒng)需要在各自隨機變化的供電側和用電側之間，實現不同時間尺度的動態(tài)平衡，保證電力安全、能源安全、經濟安全和環(huán)境安全。2016年，筆者研究團隊發(fā)表在PIEEE上的文章指出：智能電網就是信息物理系統(tǒng)在電力領域中的實現（CPS in Power）。2017年，筆者研究團隊又在PIEEE發(fā)表了一篇觀點性文章，指出：智能電網的未來是CPSSE?？紤]到實際情況，筆者研究團隊將以經濟發(fā)展水平、能源安全、環(huán)境安全、社會參與為約束條件，不斷動態(tài)優(yōu)化從當前狀態(tài)趨于目標狀態(tài)的實施路徑，從而達到能源轉型凈收益的最大化。實現路徑的量化評估，是一個巨大而復雜的系統(tǒng)工程，需要全新的研究范式。其中包括：跨領域的建模、大數據的采集、多領域仿真平臺的搭建、基于混合仿真的沙盤推演、大數據中的知識提取及決策支持、各種不確定因素的考慮。

在雙碳目標及演化路徑的優(yōu)化研究中，筆者團隊按運行分析與控制的要求拓展了充裕性的風險評估概念，包括長期電量的充裕性、可中斷負荷參與運行控制及輔助服務、水能和核能在能源安全中的重新定位、各種儲能裝備的協調運行。同時，也拓展了安全穩(wěn)定性的風險評估，包括非常態(tài)事件的應對、數據驅動與因果驅動的融合分析，寬頻振蕩行為的分析與控制。此外，在創(chuàng)立電力碳減排和碳中和的機會成本算法、碳排放市場與碳抵消市場的協調方法的基礎上，研究了碳中和的路徑優(yōu)化算法。

這場廣泛而深刻的經濟社會系統(tǒng)的變革，應該以“雙碳”目標最優(yōu)實現路徑為決策的依據。新型電力系統(tǒng)的時空發(fā)展規(guī)劃，應該嵌入到整個能源轉型及“雙碳”目標的路徑優(yōu)化過程中，計及來自信息、物理、社會環(huán)節(jié)的各種不確定性，并涉及信息技術、自然科學、社會科學等多領域的交叉，復雜非線性系統(tǒng)的時空演化規(guī)律的研究。

能源領域通過一次能源的清潔替代、終端能源的電能替代，以及新型電力系統(tǒng)的主動支撐，來保證“雙碳”目標的順利實現。新型電力系統(tǒng)作為能源系統(tǒng)的樞紐環(huán)節(jié)，其發(fā)展路徑的優(yōu)化與“雙碳”目標的順利實現緊密耦合。這不但在規(guī)劃層面上反映為電力（能源）規(guī)劃與“雙碳”路徑設計的融合，也在運行層面上反映為能量管理系統(tǒng)（EMS）與碳管理系統(tǒng)（CMS）的協同。（本刊編輯部鄧卓昆對本文亦有貢獻）