发电、输电、配电系统都有其经济模型和物理模型。以新能源为主体的新型电力系统是一个典型的跨领域跨学科系统，不但要打破各环节之间的信息壁垒，保证信息流的畅通及安全，还必须统筹考虑能源链、碳元素链、资金链、大量参与者的行为，以及信息、物理、社会元素引入的各种风险源，才能有效支撑新型电力系统的规划及运行。

新型电力系统发展路径的优化与“双碳”目标的顺利实现紧密耦合。能源系统在整个碳排放中占比约80%，而电力行业的碳排放占比超过能源行业的40%，也即约占全国碳排放总量的三分之一。另一方面，能源领域推进“双碳”目标的关键在于新能源对化石能源的大规模替代，以及终端能源侧的大范围电能替代。因此，电力行业无疑是实现“双碳”目标的主战场中的主力军。

2021年3月15日，习近平总书记主持中央会议，明确了新能源在未来电力系统中的主体地位。2030年，我国风、光装机预计将达到12~18亿千瓦，煤电从基础电力有序地转为调控的保证。为此，电力系统必须实现重大转型。建设新型电力系统的关键和掣肘不仅在于新能源的出力难以预测及控制，转动惯量的缺乏使电力系统抗故障冲击的能力降低，还在于大规模分布式新能源、新型负荷及大量电力电子装备的入网，使系统动态特性复杂化，更由于大量社会参与者的博弈行为，以及政策调整对电力系统工况与动态响应的影响。

为此，电力及能源系统都必须依靠更加智能的规划、调度及市场引导，才能保证其安全稳定性及高效运行，进而主动支撑“双碳”目标的顺利实现。电力系统需要在各自随机变化的供电侧和用电侧之间，实现不同时间尺度的动态平衡，保证电力安全、能源安全、经济安全和环境安全。2016年，笔者研究团队发表在PIEEE上的文章指出：智能电网就是信息物理系统在电力领域中的实现（CPS in Power）。2017年，笔者研究团队又在PIEEE发表了一篇观点性文章，指出：智能电网的未来是CPSSE。考虑到实际情况，笔者研究团队将以经济发展水平、能源安全、环境安全、社会参与为约束条件，不断动态优化从当前状态趋于目标状态的实施路径，从而达到能源转型净收益的最大化。实现路径的量化评估，是一个巨大而复杂的系统工程，需要全新的研究范式。其中包括：跨领域的建模、大数据的采集、多领域仿真平台的搭建、基于混合仿真的沙盘推演、大数据中的知识提取及决策支持、各种不确定因素的考虑。

在双碳目标及演化路径的优化研究中，笔者团队按运行分析与控制的要求拓展了充裕性的风险评估概念，包括长期电量的充裕性、可中断负荷参与运行控制及辅助服务、水能和核能在能源安全中的重新定位、各种储能装备的协调运行。同时，也拓展了安全稳定性的风险评估，包括非常态事件的应对、数据驱动与因果驱动的融合分析，宽频振荡行为的分析与控制。此外，在创立电力碳减排和碳中和的机会成本算法、碳排放市场与碳抵消市场的协调方法的基础上，研究了碳中和的路径优化算法。

这场广泛而深刻的经济社会系统的变革，应该以“双碳”目标最优实现路径为决策的依据。新型电力系统的时空发展规划，应该嵌入到整个能源转型及“双碳”目标的路径优化过程中，计及来自信息、物理、社会环节的各种不确定性，并涉及信息技术、自然科学、社会科学等多领域的交叉，复杂非线性系统的时空演化规律的研究。

能源领域通过一次能源的清洁替代、终端能源的电能替代，以及新型电力系统的主动支撑，来保证“双碳”目标的顺利实现。新型电力系统作为能源系统的枢纽环节，其发展路径的优化与“双碳”目标的顺利实现紧密耦合。这不但在规划层面上反映为电力（能源）规划与“双碳”路径设计的融合，也在运行层面上反映为能量管理系统（EMS）与碳管理系统（CMS）的协同。（本刊编辑部邓卓昆对本文亦有贡献）