世界经济的快速发展，推动了世界能源消费的不断增长。近年来，由于人类对化石能源的过度开采和使用，化石能源走向枯竭，同时大量碳排放导致温室效应日益加重。为应对能源危机和全球变暖，世界各国纷纷作出承诺，将加强对清洁能源的开发，降低二氧化碳排放量。碳中和是指个体或系统在一定时间内，直接或者间接回收的碳氧化物量大于或等于其所排放的碳氧化物量，即碳氧化物的静排放量小于或者等于零。碳中和联盟（Carbon Neutrality Coalition，CNC）的国家和地区作为碳中和社会的探索先驱者，通过制定法律或政策以尽早实现《巴黎协定》的碳中和目标。中国国家主席习近平在9月22日召开的第七十五届联合国大会一般性辩论上表示：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”

随着工业生产及交通行业的电气化程度增高，电力能源在终端能源消费的占比日益增大，电力行业在节能减排上承担主要责任。为实现碳中和目标，电力系统需要在发电侧对能源结构进行改革，淘汰或改造已存碳排放量高的化石能源热发电机组，加大对水能、核能、风能、太阳能等清洁能源的投资和开发。自21世纪以来，风能、太阳能、生物质能等无污染、可再生、环境友好的新能源吸引了各国研究人员对其开采和发电技术的研究，其中风能、太阳能尤甚。自然界蕴含丰富的风能和太阳能，开采潜能足以满足未来人类对能源的需求。对新能源的开发在一定程度上降低了世界碳排放量的增长速度，但是短时间内仍无法弥补人类对能源需求快速上涨所造成的碳排放增长。对火力发电机组的改造是另一条节能减排的渠道，通过对燃料所产生的二氧化碳进行回收和封存，可以实现发电机组整体的碳零排放。

清洁能源的大量开发以及旧煤电机组的淘汰推动传统电力系统能源结构向碳中和电力系统发展的同时，也面临着一些社会、经济和技术难题。特别是风能、太阳能发电属于不可控发电，具有极强的随机性，使得在电力系统规划和运行中的功率平衡问题呈现概率化。另外，风力、光伏发电机组通过电力电子设备并入电网，电力系统稳定分析和控制趋向复杂化。而火力发电机组的改造则需要有大量资金投入，相关技术难题也还没有被完全攻克。