在《联合国气候变化框架公约》第三十次缔约方大会（COP30）上，我国宣布新一轮国家自主贡献（NDC）目标：到2035年，中国全经济范围温室气体净排放量比峰值下降7%—10%，力争做得更好；非化石能源消费占能源消费总量的比重达到30%以上，风电和太阳能发电总装机容量达到2020年的6倍以上、力争达到36亿千瓦。
36亿千瓦，这一令世人瞩目的数字，是中国向世界作出的“绿色承诺”。优化电网运行控制体系是提高国家能源安全和保障能力的题中应有之义。数字孪生技术的探索与应用以其精准推演、全局仿真、智能调控的优势，有望成为有效支撑36亿千瓦绿色装机目标落地的关键举措之一。
新能源“成长的烦恼”
据测算，未来十年，我国将每年新增超2亿千瓦的新能源装机。电力系统向“新”而行，新能源大规模并网，带来了波动性大、支撑力弱、互动性强等考验，对电网运行控制体系的挑战与日俱增。
国家能源局公布的数据显示，截至2025年8月底，我国太阳能、风电装机已达约17亿千瓦，风光装机占比超过了46%。业内普遍认为，新能源装机容量占比超过50%时，电网将面临出力波动性、间歇性等系统性风险，平衡难度大。
而现在，我国西北青海、甘肃等地电网新能源最大出力占比已经超过80%。若要在2035年实现36亿千瓦的目标，未来十年需新增约19亿千瓦，相当于100多座三峡电站的总装机。在新型电力系统加快建设的背景下，新能源装机比例必将继续攀升，电网安全面临前所未有的挑战。
传统同步发电机保障电网安全的关键在于“转动惯量”，这是风光发电所不具备的能力。新能源场站并网需要变流器、逆变器等大量电力电子设备，这些电力电子设备以微秒级速度开关，导致发电出力骤升骤降，给电网安全稳定带来严重威胁。
这一本质差异让电网出现故障的形式和故障连锁反应的特点发生根本改变。系统抗干扰能力变差，频率、电压的稳定性弱，小故障可能引发快速的连锁反应，传统安全防御体系面临失效，在部分实际运行场景下，现有稳定分析与控制理论及技术体系的有效性边界已逐渐显现。
36亿千瓦的装机推动新能源产业快速发展，除了大规模集中式新能源场站之外，分布式电源、电动汽车、储能设备等也将快速增长。这直接导致电网的调度对象从过去的几百个大型电厂，变成了千万级分散的电力设备。配电网从“只用电不发电”的无源网络，变成了“又用电又发电”的有源网络。电流潮流方向也从过去的“单向输送”变成了“双向流动”。
相应地，电网调度模式将从“发电跟着用电走”变为“源网荷储”协同优化，调度员的角色会从安排发电的“键盘手”变为协调各方资源的“乐队指挥家”。这必须依靠智能数字平台、超强算力与先进算法的支撑才能实现，整个调度系统的复杂程度大幅提高。
数字孪生电网“未来已来”
简单来说，数字孪生就是为物理世界的实体在数字空间构建一个1:1的“双胞胎”——既能实时反映物理实体的状态，又能推演未来变化，为新型电力系统运行控制技术发展带来重大机遇。
数字孪生电网，不是简单的3D示意图，也不是传统的离线仿真工具，而是一个“会思考、能决策”的智能系统。随着新能源占比的逐年提升，电网呈现出结构更加复杂、设备更加繁多、技术更加庞杂的发展趋势，数字孪生电网通过全方位采集电网实时数据，进行数字化映射模拟，利用通用技术建模预测，推动电网运行控制从经验调度向智慧调度发展。
夏季停空调、冬季断暖气，是大家遇到就会闹心的用电问题。数字孪生电网就像“预言家”，通过挖掘过往发电、用电规律，结合气象预测、地理数据等信息，采用人工智能计算，能提前数小时甚至数天，精准预测新能源发电量与民众用电量，确保电网发电与用电之间的供需平衡。
如遇上高温天，它会提前发出预警：“下午2点云量增多，光伏发电预计减少20%，用电负荷预计增长30%。”工作人员据此及时调配储能、开启备用电源，同时可以向公众展示调度原理，让大家明白保障措施的目的，从而舒舒服服吹空调，完全不用担心中途“拉闸”。
基于精准预判，36亿千瓦新能源能得到更合理地利用。这将减少化石能源消耗与污染物排放，给地球“减负担”。
传统电网若直接开展试验，无论是设备升级小偏差，还是政策调整小疏漏，都可能引发居民停电、企业停产，既费钱又危险。比如2024年的欧洲电网，因软件升级故障导致交易所脱离市场，引发多国电价极端波动。这类风险在数字孪生电网应用后，完全可以避免。
如今，许多家庭都拥有家用光伏板、电动汽车电池、小型家用储能等“碎片化”电力资源。以往，这些资源产生的电力要么白白浪费，要么在用电高峰时充电加重电网负荷，难以发挥实际价值。数字孪生电网则将这些分散的电力资源全面“纳入麾下”：实时监测家用光伏发电量、电动汽车电池剩余容量、家用储能设备储电状态，再结合区域用电负荷，精准判断电网供需情况。一旦面临用电高峰、电网缺电，系统可以通过电力服务平台实时向用户发送邀请：“当前区域用电紧张，您家可向电网输送2度电，还能获得补贴哦～”
用户点击“确认”后，家中的电力平稳输送至电网，且可以实时查看电力输送进度、补贴到账情况，整个过程透明可追溯。这既有效缓解了区域用电压力，又让用户赚取了额外福利，实现妥妥的双赢。
筑牢能源安全“国之大者”
电网运行控制系统，既是高效稳定运行的“指挥大脑”，又是构建数字孪生电网的“智慧内核”。国电南瑞始终立足“国之大者”，以自主创新为核心驱动力，长期深耕电网运行控制核心技术，其发展历程与我国电网的升级迭代同频共振，循着清晰的时间轴线，正走着一条从技术突破到场景落地的进阶之路。
从研制新中国第一套电网监控系统起步，历经长期技术积累与迭代，国电南瑞以自主创新成功实现从“跟跑”“追赶”“并行”到“超越”“领跑”的变化，高比例新能源电网运行控制、城市电网多时空联合预警与超前控制等多项核心技术处于国际领先水平。
肩负“提高国家能源安全和保障能力”重大使命，国电南瑞正聚焦数字孪生电网的“技术研发”，将产业创新和科技创新相融合，努力实现规模化应用“场景落地”。目前，国电南瑞依托电力行业重大问题联合攻关团队，牵头开展中国电机工程学会“基于数字孪生电网的新型电力系统运行控制体系研究布局与技术实现路径”课题研究，加快建设数字孪生实验室，全力构建基于数字孪生电网的新型电力系统运行控制体系，在统一数据底座、电力调度科学智算、全过程在线仿真、多时序全要素平衡等方向发力，推动电网控制模式向“以虚预实、以虚优实、虚实共生”的高级形态演进。
未来，数字孪生电网全面投入运行，电网调度中心将呈现出全新的场景：调度大厅巨大弧形屏幕上不再是静态的电力线路图，而是与实体电网完全同步的动态镜像——每一台风机、每一座铁塔、每一台变压器……，都在虚拟空间中以流光溢彩的数字化展现，实时闪烁着电压、电流、功率等关键运行数据。
可以想见这样的场景：调度员轻触屏幕，界面即刻切换至区域新能源运行看板。读罢数据，只见他将手指向右拖拽，数字孪生电网瞬间“穿越”到黄昏时刻，快速计算并显示发电和用电负荷情况。调度员盯紧屏幕上的动态仿真曲线，确认储能电站、备用电源的调节能力是否可完全覆盖缺口。待到日落时分，实体电网的实际运行数据与数字孪生镜像中的预测结果完全吻合，无需人工核算，数字孪生电网已提前完成所有决策与验证。
这美好的时刻，正是数字孪生电网默默守护的成果——它以科技的力量，让绿色能源平稳流淌，让每一盏灯都明亮如初，让36亿千瓦目标下的美好生活照进现实。
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