現(xiàn)代電力系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)由高溫、高壓、超臨界、超超臨界機(jī)組以及大容量遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)、實(shí)時(shí)變化的負(fù)荷組成的大型互聯(lián)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是世界上目前最龐大和最復(fù)雜的人造系統(tǒng)，具有地域分布廣、傳輸能量大、動態(tài)過程復(fù)雜等特點(diǎn)，其數(shù)學(xué)模型具有高維、強(qiáng)非線性和時(shí)變的特征。
現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下八個(gè)方面：
一，高溫、高壓、超臨界機(jī)組、超超臨界機(jī)組
現(xiàn)代發(fā)電機(jī)組主要發(fā)展趨勢為：以高溫、高壓、超臨界為主要特點(diǎn)的高效率、低污染、低能耗的發(fā)電設(shè)備和新型的清潔煤燃燒發(fā)電技術(shù)已成為發(fā)展重點(diǎn)。具體表現(xiàn)為：①普遍采用單機(jī)容量為60 萬～100 萬kW 機(jī)組；②工業(yè)發(fā)達(dá)國家廣泛應(yīng)用單機(jī)容量為60 萬kW 及以上的大容量超臨界機(jī)組；③大容量、高效率燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組發(fā)展迅速；④空冷發(fā)電機(jī)組、熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機(jī)組向大型化發(fā)展；⑤機(jī)組運(yùn)行自動化水平不斷提高。
二，大容量遠(yuǎn)距離高壓輸電、大系統(tǒng)互聯(lián)
發(fā)展大電網(wǎng)并實(shí)行區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)有如下優(yōu)越性：①減少系統(tǒng)中的總裝機(jī)容量；②大電網(wǎng)能安裝大容量火電機(jī)組，有利于降低造價(jià)，節(jié)約能源；③能夠充分利用動力資源，在更大范圍內(nèi)進(jìn)行水、火電經(jīng)濟(jì)調(diào)度；④合理利用能源，變輸煤為輸電；⑤各地電力可互通有無、互為備用，增強(qiáng)抵御事故的能力，提升電網(wǎng)安全水平，提高供電可靠性；⑥大電網(wǎng)能承受較大沖擊，有利于改善電能質(zhì)量。
三，高度自動化
電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是確保電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地發(fā)供電，提高電網(wǎng)運(yùn)行管理水平的重要手段，是電力生產(chǎn)自動化和管理現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。隨著電力工業(yè)體制改革的進(jìn)一步深化，電力市場的進(jìn)一步探索，對電網(wǎng)調(diào)度自動化不斷提出新的要求，現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的內(nèi)涵也在不斷豐富、發(fā)展，不僅包括能量管理系統(tǒng)、配電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)、電能量自動計(jì)量系統(tǒng)、水電調(diào)度自動化系統(tǒng)等，還將包括電力市場技術(shù)支持系統(tǒng)的有關(guān)內(nèi)容。
四，電力市場化
電力市場化就是建立電力行業(yè)平等競爭的市場機(jī)制。市場經(jīng)濟(jì)就是競爭經(jīng)濟(jì)，進(jìn)行電力體制改革，建立平等競爭的市場經(jīng)濟(jì)運(yùn)營機(jī)制。在市場經(jīng)濟(jì)大的框架下，按照電力行業(yè)發(fā)展的要求，在確保國家用電安全的情況下，逐步優(yōu)化科學(xué)、公平、公正、有序的電力市場競爭環(huán)境，建立發(fā)電企業(yè)競價(jià)上網(wǎng)機(jī)制和電網(wǎng)企業(yè)競爭輸、配、送、銷的電力產(chǎn)品銷售機(jī)制。
五，分布式發(fā)電和可再生能源
分布式發(fā)電也稱分散式發(fā)電或分布式供能，一般指將相對小型的發(fā)電/儲能裝置(50MW 以下)分散布置在用戶(負(fù)荷)現(xiàn)場或附近的發(fā)電/供能方式。分布式發(fā)電的規(guī)模一般不大，通常為幾十千瓦至幾十兆瓦，所用的能源包括天然氣(含煤層氣、沼氣等)、太陽能、生物質(zhì)能、氫能、風(fēng)能、小水電等。分布式發(fā)電的優(yōu)勢在于可以充分開發(fā)利用各種可用的分散存在的能源，包括可就地方便獲取的化石類燃料和可再生能源，并提高能源的利用效率。分布式電源通常接入中壓或低壓配電系統(tǒng)，并會對配電系統(tǒng)產(chǎn)生廣泛的影響。
風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)，是目前新能源開發(fā)技術(shù)中最成熟、最具規(guī)模化商業(yè)開發(fā)前景的發(fā)電方式。風(fēng)力發(fā)電無需燃料成本費(fèi)用，蘊(yùn)藏量大、可再生、無污染、建設(shè)周期短、投資靈活、自動控制水平高且安全耐用。缺點(diǎn)主要是為保證系統(tǒng)供電連續(xù)性和穩(wěn)定性，需要配套就地儲能，目前的電力儲能技術(shù)主要有蓄電池儲能、超導(dǎo)磁儲能、飛輪儲能、超級電容器儲能等，這些儲能設(shè)備的配置相應(yīng)的會增加系統(tǒng)投資成本；旋轉(zhuǎn)運(yùn)動組件多，定期維護(hù)、檢修費(fèi)用加大，并帶來噪聲影響；風(fēng)機(jī)的安裝對地理位置的要求較高；系統(tǒng)總體效率較低。
大規(guī)模風(fēng)電場接入電網(wǎng)帶來的問題直接影響著電網(wǎng)的正常運(yùn)行，也會制約風(fēng)能的有效利用，限制風(fēng)電場的建設(shè)規(guī)模。風(fēng)能的隨機(jī)性和間歇性決定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率波動性和間歇性。當(dāng)風(fēng)電場容量較小時(shí)，這些特性對電力系統(tǒng)的影響并不顯著，但隨著風(fēng)電場容量在系統(tǒng)中所占比例的增加，風(fēng)電場對系統(tǒng)的影響就會越來越顯著。就風(fēng)電場運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)來看，大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電場接入電網(wǎng)所帶來的主要問題有：①系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如電壓穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性；②電能質(zhì)量問題，如電壓波動與電壓閃變、電網(wǎng)高次諧波等；③發(fā)電計(jì)劃與調(diào)度困難。
太陽能是所有可再生能源中最靈活和實(shí)用的，它不需要燃料成本，有太陽光照的地方均可利用。目前，成熟的太陽能發(fā)電技術(shù)有兩種：光伏發(fā)電技術(shù)和光熱發(fā)電技術(shù)。光伏發(fā)電是繼風(fēng)力發(fā)電之后又一個(gè)被世界普遍接受和看好的新能源利用形式。光伏發(fā)電是根據(jù)光產(chǎn)生伏特效應(yīng)原理，利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)，其運(yùn)行方式包括獨(dú)立運(yùn)行和聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行兩種。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)是指僅僅依靠太陽能電池供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)；并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能電池發(fā)出的直流電逆變成交流，通過與電力網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，以避免安裝儲能蓄電池帶來的費(fèi)用。制約光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主要問題是效率和成本。光熱發(fā)電主要是利用聚光器匯集太陽能，對工質(zhì)(工作介質(zhì))進(jìn)行加熱，使其由液態(tài)變成氣態(tài)，推動汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。光熱發(fā)電正成為世界范圍內(nèi)可再生能源領(lǐng)域的投資熱點(diǎn)之一，一些國家已經(jīng)開始推廣。我國的光熱發(fā)電起步較晚，離大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)營還有較大差距。
生物質(zhì)能是蘊(yùn)藏在生物質(zhì)中的能量，是直接或間接通過綠色植物的光合作用，把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后固定和儲藏在生物體內(nèi)的能量。生物質(zhì)能資源通常包括木材及林業(yè)廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、油料植物、城市生活垃圾等。生物質(zhì)發(fā)電主要有直燃發(fā)電、混燃發(fā)電、氣化發(fā)電等。
由于月球等天體引力的變化引起潮汐的現(xiàn)象，潮汐導(dǎo)致海水平面周期性地升降，因海水漲落及潮水流動所產(chǎn)生的能量稱為潮汐能。潮汐發(fā)電與常規(guī)水力發(fā)電的原理類似，是利用潮水漲落產(chǎn)生的水位差所具有的勢能來發(fā)電的。
六，特高壓交直流電網(wǎng)
特高壓交直流電網(wǎng)是指在超高壓交直流電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，采用1000kV 交流和±800kV 及以上直流特高壓并聯(lián)同步或異步輸電的輸電網(wǎng)。特高壓直流輸電由于中間沒有落點(diǎn)，難以形成網(wǎng)絡(luò)，適用于大容量、遠(yuǎn)距離點(diǎn)對點(diǎn)輸電，因此，特高壓交流直流主要用于大型能源基地的遠(yuǎn)距離、大容量外送；特高壓交流輸電由于中間可以落點(diǎn)，電力接入、傳輸和消納十分靈活，是電網(wǎng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，特高壓交流電壓等級越高，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越強(qiáng)，輸送能力越大，承受系統(tǒng)擾動的能力越強(qiáng)，因此，特高壓交流輸電主要用于主網(wǎng)架建設(shè)和跨大區(qū)聯(lián)網(wǎng)輸電。
從交直流輸電交互影響上來看，建設(shè)特高壓交流電網(wǎng)，可為直流多饋入受端電網(wǎng)提供堅(jiān)強(qiáng)的電壓和無功支撐，有利于從根本上解決500kV 電網(wǎng)支撐能力弱的問題，具有可持續(xù)發(fā)展的特征。而交直流并聯(lián)輸電情況下，利用特高壓直流的功率調(diào)制等功能，可有效抑制與其并聯(lián)的交流線路功率振蕩，顯著改善交流系統(tǒng)的暫態(tài)、動態(tài)穩(wěn)定性。特高壓交直流電網(wǎng)將使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加合理、電網(wǎng)承載能力更強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)電力大容量、遠(yuǎn)距離輸送和消納，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，具有抵御各種嚴(yán)重事故的能力，為實(shí)現(xiàn)大水電、大煤電、大核電、大可再生能源發(fā)電的跨區(qū)域、遠(yuǎn)距離、高效率輸送和配置提供保障。
七，智能電網(wǎng)
智能電網(wǎng)是將先進(jìn)的傳感測量技術(shù)、信息技術(shù)、分析決策技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)與能源電力技術(shù)及原有輸、配電基礎(chǔ)設(shè)施高度集成而形成的新型現(xiàn)代化電網(wǎng)，它具有提高能源效率、減小對環(huán)境的影響、提高供電的安全性和可靠性、減少電網(wǎng)的電能損耗、實(shí)現(xiàn)與用戶的互動和為用戶提供增值服務(wù)等多方面的優(yōu)點(diǎn)。一般認(rèn)為，智能電網(wǎng)主要具有堅(jiān)強(qiáng)、自愈、兼容、經(jīng)濟(jì)、集成、優(yōu)化等特征。智能電網(wǎng)的智能化主要體現(xiàn)在：可觀測，即采用先進(jìn)的量測、傳感技術(shù)；可控制，即對觀測狀態(tài)進(jìn)行有效控制；嵌入式自主的處理技術(shù)；實(shí)時(shí)分析，即數(shù)據(jù)到信息的提升；自適應(yīng)和自愈等。智能電網(wǎng)是整個(gè)電力行業(yè)未來技術(shù)發(fā)展和管理模式的轉(zhuǎn)型，通過智能電網(wǎng)的建設(shè)，將對輸電、配電、售電的各個(gè)環(huán)節(jié)帶來質(zhì)的飛躍和提高。
八，全球能源互聯(lián)電網(wǎng)
全球能源互聯(lián)網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、全球互聯(lián)的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，是清潔能源在全球范圍內(nèi)大規(guī)模開發(fā)、配置、利用的基礎(chǔ)平臺，實(shí)質(zhì)就是“智能電網(wǎng)+特高壓電網(wǎng)+清潔能源”。智能電網(wǎng)是基礎(chǔ)，特高壓電網(wǎng)是關(guān)鍵，清潔能源是根本。構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，可促進(jìn)清潔能源大規(guī)模開發(fā)利用和大范圍協(xié)調(diào)互濟(jì)，推動能源革命和可持續(xù)發(fā)展，從根本上解決制約人類社會發(fā)展的能源安全、環(huán)境污染和溫室氣體排放問題。其核心功能是能源傳輸、資源配置、市場交易、信息交互和智能服務(wù)；核心內(nèi)容是從全球性、歷史性、差異性、開放性的觀點(diǎn)和立場研究和解決能源問題。最終實(shí)現(xiàn)能源開發(fā)實(shí)施“清潔替代”，以清潔能源替代化石能源，實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)向清潔能源占主導(dǎo)地位的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型；能源效率實(shí)現(xiàn)“電能替代”，以電代煤，以電代油，“電從遠(yuǎn)方來，來的是清潔電”，提高電能在終端能源消費(fèi)中的比重。
