面向碳中和目标的智能电网自动化控制模型与运行机制研究

引言

碳中和已成为全球能源发展战略的重要方向。随着可再生能源大规模接入和能源消费结构升级，智能电网以其高效、灵活和智能化的特性，成为实现碳中和目标的重要技术支撑。智能电网自动化控制不仅关系到电力系统的安全稳定运行，更对新能源的消纳、碳排放的降低及电力系统的绿色转型起到关键作用。当前，构建适应碳中和要求的智能电网自动化控制模型与运行机制，已成为学术界和产业界关注的焦点。本文将系统分析智能电网自动化控制的理论基础，探索面向碳中和目标的创新模型与运行机制，为绿色低碳能源体系构建提供参考。

一、智能电网自动化控制的理论基础

在全球能源体系变革与科技进步的双重推动下，作为新时代能源体系核心的智能电网，正逐渐显现在提高能源利用效率、促进绿色环保发展中的核心作用。融合了尖端的资讯技术和自动控制技术，智能电网能够对电力资源进行高效调配，增强电网运行的性能，并在确保电力供应安全的基础上，提升应对突发状况的快速反应能力。智能电网自动化控制不仅依赖于物理电力系统的精细调节，更广泛应用了智能感知、实时通信和分布式决策等前沿技术，使得电网具备了自我监测、自我诊断与自我恢复的能力。通过状态估算、需求响应、分层分区等机制，电网各环节实现了协同联动与高效调控。

二、面向碳中和目标的智能电网自动化控制模型构建路径

（一）碳中和导向下的控制目标体系设计

在碳中和战略驱动下，智能电网自动化控制模型的目标体系需兼顾清洁能源消纳、碳排放最小化与系统安全运行等多元目标。例如，江苏某地级市构建了以新能源优先消纳、区域碳排放约束为核心的分级控制目标体系。具体做法是，将区域风电和光伏出力设为调度优先级，约束火电机组的最低运行水平，实现电网运行过程中碳排放的动态实时监测与反馈。调控系统通过设定碳强度阈值，当检测到碳排放趋于超标时，自动提升绿色电力占比并调整可中断负荷响应。这一体系不仅强化了碳排放的全过程管控，也保障了电网的经济性和安全性，为可持续能源系统建设提供了现实范例。通过相关开发部门和技术人员的共同努力 , 智能化电网的可靠性将会有着长足的发展, 我国的电网建设安全性将会得到更加切实的保障。

（二）源网荷储一体化协同控制模型

源、网、荷、储“四个要素”的一体化协同控制目标是为了高效化地实现电厂、电网、用户负荷和储能环节之间的协调工作，从而提升多样化能量的联合使用以及最优化资源调配的工作能力。在实际实施过程中，山东省的某风光储微网示范工程将分散的风能、太阳能发电与大型锂离子电池储能系统完美结合，并利用智能管控中心实现对绿能发电、充放电操作以及需求用户的整体调度，例如风能大、阳光好时，可先储存多余新能源，然后在需要大量电或者新能源不能满足时，从新能源电站储池补充电，以实现最佳的新能源利用工作效果以及均衡调控用电负荷，大大提高新型能源的利用工作以及电网的平稳运行能力，降低总体上的碳排放，发挥出优化协调对于碳中和路径的发展意义。

（三）数据驱动与智能算法的控制策略优化

数据驱动与智能算法为智能电网自动化控制注入了新动能。借助大数据平台与人工智能技术，电力系统可以对自身的运行情况以及下一步的运行情况进行全盘把握，并进行自主选择做出调整。广东电网在某智慧园区应用机器学习算法，通过对多种来源数据的实时信息来监测用电负荷的变化、风能或太阳能能源的利用率以及市场的电价水平，然后利用这些信息自主建立调度策略。如果这个系统预测到第二天风能或是太阳能发电的利用率会有显著的变化，则它便会自动重新安排电池的充电和放电，改变灵活负载的介入时间。这样做既可满足用户的负荷又可削减温室气体的排放量。它可以强化数据发掘与算法学习能力，提高系统的适应性，以应对新能源的不稳定性与用电需求的随机性，这为电网实现低碳运行和高效管理提供了可靠支撑。

三、面向碳中和目标的智能电网自动化运行机制

（一）可再生能源高比例接入下的实时调度机制

对于电网实时调度的能力而言，高占比再生能源的接入提出更高要求。我国部分新能源基地通过基于多重时间尺度进行动态协调、持续收集新能源、太阳能等环境数据，并对未来新增电量进行短期预测，考虑到系统负荷与电网约束生成调度指令，实时做出应答。例如甘肃酒泉大型风光基地引入实时在线监测 + 边缘计算的系统来实现这个功能，使调控中心可在分钟级实现新能源电量的协调优化，灵活调整功率出力分配与备用容量，在最大程度上避免弃风弃光情况的发生。该方式进行即插即用型的调度控制，不但提升新能源利用率，而且有效降低碳排风险，为其大规模化、碳中和化发展筑牢平稳运行基础。在智能电网环境下 , 业务运营对信息技术的依赖程度更高 , 因此信息安全防御级别也需要提高 , 相应的防护手段和防护体系亦需要更加健全 , 以实现智能电网下各业务运营的安全性、可靠性和可控性。

（二）负荷侧响应与柔性控制机制

负荷侧响应与柔性控制是实现电力系统灵活运行、促进碳中和的重要手段。深圳某大型办公区部署有智能终端采集办公区空调、电梯以及其他耗能设备的数据信息，并接收电网调度端发出的信息数据，遇到需求的用电高峰或是新能源供给无法满足情况下，可以通过自动调节一些次要设备运行状态，如降温与否、部分设备是否延迟运行等情况，协助电网系统开展调峰工作。同时用电客户可以通过需求响应市场获得补偿，主动协助电网实施调度工作。其柔性负荷控制进一步增强了负荷侧资源参与电网调控的功能，转变着负荷侧资源优化使用的方式，极大地提升电网对可再生能源的消纳灵活性，为电网降低碳排放提高用电效率提供可靠保障。

（三）多主体协同与分层自治的运行控制机制

智能电网运行环境下，多元主体如发电企业、用户、储能运营商和调度机构共同参与，形成了分层自治、协同优化的控制机制。在浙江某综合能源示范区，构建了“源- 网- 荷- 储”多层级自治体系，底层终端负责本地设备的自主运行与优化，中层能源管理系统进行区域能源协同调度，顶层调控中心则依据全局碳排放与经济指标做出整体调节指令。各层之间通过数据共享和标准化接口实现动态联动。例如，遇到高峰负荷时，用户端储能主动放电，发电侧灵活调节新能源出力，整体实现区域内的碳排放最优与能源效率提升。这种多主体协同和分层自治机制，显著增强了电网的柔性与韧性，是实现智能电网与碳中和融合发展的关键路径。

结语：面向碳中和目标，智能电网的自动化控制与运行机制创新不仅是实现能源结构绿色转型的技术支撑，也是推动经济社会可持续发展的重要途径。通过构建碳中和导向下的控制目标体系，推进源网荷储一体化协同与智能算法优化，电网运行更加高效、灵活与低碳。实践证明，多主体协同和分层自治机制能够有效提升新能源消纳能力和系统韧性。未来，随着技术不断进步和政策持续完善，智能电网将在碳中和进程中发挥更为关键的作用，为构建清洁、安全、高效的现代能源体系提供坚实保障。

参考文献：

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