解读南方电网 汪际峰：双碳目标下电力系统结构演变及新型电力系统安全稳定

双碳目标下的电力结构演变大势

课件开篇给出了清晰的宏观判断：2024年全球年均温度较工业化前升温已超过1.5℃，突破《巴黎协定》目标值；目前已有150多个国家和地区提出碳中和目标，大部分计划于2050至2060年间实现。中国于2020年9月提出2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标，2025年9月进一步提出2035年风电和太阳能发电总装机达到2020年的6倍以上、力争达到36亿千瓦。

这意味着电力行业既要完成自身减排，还要通过提升全社会电气化率支撑其他行业减排，角色从‘保障供应’扩展为‘引领转型’。

2060年新型电力系统的五大结构图景

课件从源、网、荷、储、设备五个维度描绘了碳中和时的新型电力系统。源侧，清洁能源装机占比97%以上，风光装机75亿至100亿千瓦，发电量约15万亿千瓦时，全社会发电量翻倍至20万亿千瓦时左右。网侧，传统电网的‘葡萄架+葡萄串’结构演变为‘多层立体交叉互联’结构，同一电压层内交直流互联，不同电压层间直流交叉互联，潮流由主网向配网单向流动变为高、中、低压系统间双向流动。

荷侧，电力电子负荷越来越多，电动汽车、数据中心、高铁等新型负荷对电能质量敏感，消费者正从单纯用电者变成‘产消者’。储侧，储能分布在源网荷各侧，成为电力系统调控的‘压舱石’。设备侧，一次设备电力电子化、二次设备智能化，并推动一二次设备融合化。

课件将建设路径划分为加速转型期（当前至2030年）、总体形成期（2030至2045年）和巩固完善期（2045至2060年）三个阶段。

西葡大停电：新型电力系统安全稳定的现实警示

2025年4月28日12时33分，西班牙、葡萄牙发生全国性大面积停电，损失负荷3090万千瓦，逾5000万人受影响，成为欧洲近20年来最严重的大停电事故。事故发生在中午光伏大发、新能源高渗透率运行时段。事故过程显示：初始扰动仅为电网局部小幅功率波动和电压抬升，但数秒内连锁恶化，系统过电压导致批量机组保护动作，风光机组与常规机组集中连锁跳闸，5秒内损失15GW机组，伊比利亚与法国互联联络线紧急解列，半岛沦为孤立电网，最终全域停电。

课件将直接原因归结为电压失控、机组批量脱网和动态备用不足，深层原因则指向新能源替代导致惯量低、电网互济能力不足、保护定值未适配高比例新能源特性，以及调度过度追求经济性而压缩同步机组备用。这一案例与我国‘风光6成+在220kV及以下电网’的趋势形成直接对照。

稳定问题的质变：从三类到五类

传统电力系统稳定问题分为功角稳定、电压稳定和频率稳定三大类，以机电电磁元件主导，电气量由旋转磁场感应生成，频率恒定，分析采用基波有效值相量模型。新型电力系统中，风光发电以电力电子元件主导，电压、频率和幅值由控制算法决定，电力电子装备没有大惯量物理转子。课件明确指出，新型电力系统在传统三类稳定问题之外，增加了谐振稳定问题和变流器驱动稳定问题，同时传统稳定问题也发生一系列演变。

这意味着系统动态特性发生显著变化，传统继电保护和安自装置依据故障量变化判据，而电力电子设备控制功能强、故障量被快速控制，传统判据可能失效，保护、安自与控制正向一体化方向演变。课件还指出，具备传统电力系统特征的局部系统可采用传统计算方法，但全系统物理量需由控制策略与计算分析综合确定。

三道防线与过渡期的动态审视

传统电力系统依靠三道防线保障安全稳定：预防控制维持关键断面潮流，继电保护与切机切负荷构成故障防御，失步解列作为第三道防线。课件虽未直接给出新型电力系统三道防线的完整替代方案，但通过西葡事故措施传递了明确方向：高比例新能源电网需加强无功动态储备，优化新能源机组高低压穿越能力防止批量脱网，保留足够惯量、调压和备用容量，强化黑启动预案与分区独立恢复能力。

课件进一步提出，从传统电力系统到碳中和时的新型电力系统存在较长过渡期，初期装机与发电量仍以火电为主，中期风光逐步成为装机主体，后期风光成为发电量与装机主体、火电转为兜底性电源。过渡期内系统特性变化复杂，安全稳定、行业管理、学科建设等问题均需根据系统变化情况动态审视。这一判断对电力规划和安全管理工作具有直接的方法论意义。

行业管理与学科建设的同步挑战

课件在思考与探讨部分将视野从技术延伸到管理。新增主要电源为风电和光伏，与传统火、水、核电相比行业门槛显著降低，各类发电企业、虚拟电厂聚合商快速增加，家庭等分布式发电者大量涌现，‘电+算、碳、数’等运营商蓬勃发展，行业边界极大拓展。课件直言行业规划难度剧增、行业标准需求巨大、规划和标准执行协同困难、监管困难。

课件还强调，强电与弱电正在加速融合，电力二次系统已全面电子化、一次系统在加速电子化，能量大机器与信息大机器加速互动融合，正在给电力系统带来革命性变化。这些判断提醒从业者，新型电力系统建设不仅是设备替换，更涉及管理体系和人才结构的系统性调整。

这组数据勾勒出电力系统结构演变的整体轮廓：终端电气化率从28.8%升至77%，非化石能源发电量占比2025年已达40.5%，2060年清洁能源装机占比97%，风光装机达75亿至100亿千瓦，全社会发电量翻倍至20万亿千瓦时。火电装机从14.44亿千瓦降至5.5亿千瓦，但并未归零。 数据之间的内在逻辑值得注意：发电量翻倍与清洁装机占比97%同时实现，意味着风光不仅要在装机上替代火电，还要在发电量上成为主体。课件在第14页给出的2060年风光发电量约15万亿千瓦时，占20万亿千瓦时总发电量的75%，这一比例与装机占比97%之间的落差，反映了风光利用小时数低于火电的现实约束。

西葡大停电的数据揭示了高比例新能源电网的脆弱性：事故前西班牙光伏占装机25%、风电占24.4%，2024年新能源发电量占比达41%，葡萄牙为37%，新能源高渗透率运行时段较多。事故损失负荷3090万千瓦，5秒内损失15GW机组，连锁速度远超传统电网故障演化节奏。 课件特别指出，西班牙2024年最大负荷3827万千瓦‘与云南省相当’，葡萄牙最大负荷974万千瓦‘略高于海南省’。这一类比有助于国内从业者直观理解事故规模。新能源高渗透率运行时段较多是事故发生的背景条件，而非唯一原因，深层原因仍在于惯量不足、互济缺失和保护适配问题。