电力行业是实现碳达峰、打赢绿色转型攻坚战的关键行业，是节能减排的主力军。新型电力系统建设驱动电力基础设施向低碳高效、绿色可持续形态不断演进，城市电力系统要素间的关联关系也将随之发生深刻变革。因此，亟需从系统、全局的视角建立对城市新型电力系统的全新认知，探寻城市电力系统的演变规律，以适应城市高质量发展，有力支撑国家“双碳”目标的实现。
城市电力系统建设是一个复杂、长期的发展过程，国内外学者基于电力系统的演变特征开展了相关研究。
目前国内外对电力系统的演变动力及技术应用研究较多，但从系统演变的内在规律出发，分析城市电力系统演变方向及特征的研究较少，尚没有一个分析模型可以基于内外部特定影响因素判断其电力系统形态演变方向，使得现有研究成果很难应用于具体城市电力系统演变分析。基于此，本文提出一种基于复杂系统理论的城市电力系统演变研究思路。
城市电力系统作为一个典型的复杂系统，其演变遵循复杂系统演变的规律和机理。通过研究复杂系统演变的普适性方法，提出适用于城市电力系统演变分析的模型方法，以上海城市电力系统为例，描述城市电力系统的演变规律及特征，以期为城市电力系统演变的理论研究和具体应用提供参考。
1方法模型
1.1 复杂系统理论
20 世纪中期，复杂现象引起人们的广泛关注，复杂系统理论应运而生。
复杂系统是由大量要素组成的网络，通过自身运作规则产生复杂的集体行为，并通过学习和进化产生适应性。系统的复杂性源于其内外部要素之间的相互作用，这些相互作用会产生涌现、自组织、适应性及反馈等特殊性质。复杂系统因其自身特性，不会保持在某种状态下永不改变，而是在内外部多种要素的影响下，随着时间的推移不断演变。
1.2 复杂系统演变研究
复杂系统演变研究融合了众多领域的研究理论。
吕涛等将多层次视角的社会—技术系统转型理论用于能源系统演变分析，认为中国未来可持续能源系统是在宏观外部环境、中观社会技术体制和微观创新利基相互作用下演变的，并从能源领域的技术体系与基础设施建设等方面给出了中国能源电力系统转型的方向。任大伟等采用计量经济学和运筹学等学科方法构建电力系统成本规划函数模型，聚焦电力系统关键问题，兼顾能源、经济、环境等要素，得到不同阶段新型电力系统装机运行等特征推演。曾鸣等基于复杂适应系统理论解释了能源互联网演化发展过程和各阶段特征，形成了能源互联网演化发展仿真模拟和实体建设的关键技术体系。由此可以发现，国内应用复杂系统相关理论对能源电力系统演变的研究还处于起步阶段，主要是对影响因素的发现、演变规律的探索以及技术体系的研究。
1.3 复杂系统演变分析方法
综合复杂系统理论及系统演变分析方法，参考学者对电力系统演变的相关研究，可以提炼出复杂系统演变分析的关键环节，并可以此构建分析模型。
该模型可分为要素层、分析层、结果层。其中，要素层作为系统演变的外界输入，是系统演变的起点和外在动力，这些影响因素的时空组合，推动了系统整体的发展演变；分析层聚焦于复杂系统内在机理，根据外界影响因素的变化，分析其对复杂系统演变的影响规律；结果层是系统演变的方向判断，是系统外部动力与内在机理相互作用形成的复杂系统演变结果。针对城市新型电力系统开展复杂系统演变分析时，还需要考虑电力系统的特点与边界，因而基于复杂系统演变分析方法的城市电力系统演变分析模型也需要进行适应性调整，一方面是针对系统特征调整要素结构划分，另一方面是对细分内容开展差异性分析。
2城市电力系统演变分析模型
城市电力系统演变分析模型由三层构成：要素层是系统演变的起点，主要识别影响城市电力系统演变的因素；分析层旨在分析系统演变的内在过程，挖掘城市电力系统演变的规律和机理；结果层是经由前两步推演形成的对城市电力系统形态演变方向和特征的判断。
2.1 城市电力系统演变影响因素
城市电力系统是一个由社会、物理、信息等多个维度耦合的复杂系统，其发展演变不仅是一个系统性的过程，还需要考虑宏观公共政策、城市发展、行业市场结构、技术创新等维度的影响。
2.1.1 国家政策因素
能源是经济社会发展的重要物质基础和动力源泉。我国城市电力系统的顶层设计始终以国家能源环境政策为导向。为积极应对全球气候变化、顺应国内外能源转型趋势，需要在国家能源安全战略和双碳战略的指导下建设城市电力系统。
2.1.2 城市发展因素
城市电力系统是城市的重要组成部分，城市定位以及城市的经济社会发展决定了电力系统发展的整体方向和基调，城市空间布局也对电力系统规划作出了要求，城市电力系统的演变始终需要配合城市发展的步伐。
2.1.3 行业市场因素
电力系统置身能源电力市场之中，受到行业结构和市场需求的影响，能源系统优化升级、电力市场改革、产业结构调整等行业市场因素均会对城市电力系统的演变产生影响。
2.1.4 技术创新因素
现代能源体系的建设离不开多领域技术在能源行业的创新应用，能源电力行业发展既受益于技术的发展，也面临着技术突破创新的压力。清洁能源与储能技术、通信信息技术、电力电子新材料技术等的发展都将对电力系统的演变进程产生影响。
2.2 城市电力系统演变规律和机理
复杂系统发展演变依赖经济、社会、文化、环境等内在动力学机制的反馈式影响。这些影响因素构成了城市电力系统发展演变的动力，系统内部要素对外部影响作出动力反馈，在复杂系统演变的内在机制作用下，呈现出城市电力系统演变的模式与规律。
2.2.1 演变动力与发展模式
不同的时空环境下，城市电力系统的演变动力与发展模式存在差异。国家政策作为一种具有强制作用的外部拉力，往往导致系统呈非连续突变的跃迁式发展模式，系统的整体架构可能在此拉动作用下发生变革与重塑。科学技术创新作为系统内在发展驱动力，极大地影响着社会生产力的发展，使系统不断迭代升级，在整体技术路线不变、技术持续发展的情况下，系统呈现连续的渐进式发展模式。在某项颠覆性技术诞生、改变原有技术路线或现有技术性能大幅提升时，系统会发生显著性变化，呈现非连续突变发展模式。
2.2.2 演变规律：遗传与变异
城市电力系统具有很强的组织惯性，这种惯性在系统演变过程中发挥着稳定作用，同时具备遗传性。电力系统肩负着维系城市能源安全的使命，保障能源安全稳定是我国能源发展的核心问题，电力系统无论如何演变都始终延续着安全稳定的特征。
与此同时，当组织无法通过当下的惯性进行演化时，会为了适应外部环境变化产生变异选择，这种变异机制决定了组织的创新能力。在外部政策、环境和技术的作用下，电力系统向着低碳化、智能化等方向演变出新的特征。复杂系统的遗传与变异机制也会同时存在于电力系统演变之中，比如，行业市场动向驱使电力系统在保留必要属性的前提下演变发展，使得电力市场化改革在推动电力资源的优化配置、还原电力商品属性的同时，仍然保留着电网作为社会基础设施的公共服务属性。
2.2.3 演变机理：反馈回路
复杂系统是一个由多种复杂反馈回路相互作用而构成的整体，反馈是系统各要素间的相互联系。复杂系统的演变受到内外部环境的制约，与其进行物质、能量、信息交换，系统汇总内部微观效应产生宏观变化，从而改变系统整体结构和行为；反过来，复杂系统内部要素通过多种模式相互作用，也对环境要素的变化起着支撑作用，形成一个双向反馈环。
这种反馈环一方面存在于系统的内部，发生在电力子系统与电力系统整体之间，要求城市电力系统的演变注重内部子系统的协同性与系统性；另一方面存在于电力系统与城市之间，要求电力系统的演变充分考虑城市总体规划目标，以支撑城市发展建设。
3城市电力系统演变分析
对城市电力系统演变方向的判断是模型结果层的内容。鉴于要素、连接、功能是所有系统都具备的构成要件，下文将从城市电力系统的主体要素、关系结构、功能特征三个方面对城市电力系统演变进行描述。
3.1 城市电力系统主体要素演变
3.1.1 多元化主体
随着新能源的大规模快速发展，分布式能源与微电网成为新的系统构成要素，实现多种能源组合优化利用，这在一定程度上缓解了新能源加入带来的不稳定性问题，并通过与智能电网的整合，实现能源的高效利用和就地消纳。
3.1.2 市场化主体
新一轮电力体制改革以来，我国电力市场建设稳步有序推进，多元主体格局初步形成。未来城市电力系统将会分类、分批次推动经营性用户全面参与市场，引入优先发电主体、优先购电主体以及符合准入标准和条件的售电公司，充分激发和释放电力市场的灵活调节能力及资源配置水平。
3.2 城市电力系统关系结构演变
3.2.1 复杂性增加
城市电力系统在应对环境变化和适应新情况的过程中，不断引入新的主体和机制、调整和改进内部结构功能来实现系统演变，随着时间的推移，系统结构将变得更加复杂。例如，在电网形态方面，将从输电-配电-用电的单向逐级输电网络逐步向多元双向混合层次结构网络转变。
3.2.2 灵活性增强
城市电力系统的负荷特性正在逐步由刚性负荷向柔性负荷转变。
城市电力系统在演变过程中需要更好地应对不确定性、更快地适应新的负荷特性，因而系统会不断增强适应性，通过自组织、遗传变异、双向反馈等内在机理，快速响应系统和市场需求。
3.2.3 协同性加强
为应对更加复杂多变的外部环境和系统需求，城市电力系统中的各个组成部分更加强调协同配合，通过建立更加紧密的联系来共享信息、相互支持，实现系统整体性能的提高。在运行特性方面，电力系统将由“源随荷动”单向计划调控向“源—网—荷—储”多元协同互动转变。
3.3 城市电力系统功能特征演变
3.3.1 绿色、低碳、可持续
随着社会对环境保护和可持续发展关注的增加，城市电力系统正在向绿色、低碳、可持续的方向发展，通过转变由化石能源发电主导的发电结构、提高能源的利用效率、推广节能降碳技术等，从而推动城市电力系统的绿色低碳化和可持续性发展。
3.3.2 数字化和智能化
城市电力系统具备很强的自适应和自组织能力，面对人工智能、大数据、物联网等数字信息技术的发展，未来将变得更加高效智能，更好地优化电力生产、传输、分配过程，实现对电力系统的全面监测、控制和管理。
4结语
城市电力系统是我国“双碳”战略目标实现的主力军，同时也是城市稳定发展的关键枢纽。
本文结合复杂系统理论，分析城市电力系统演变的影响因素和内在机理，判断城市电力系统在国家政策、城市发展、行业市场、技术创新四个维度的影响因素作用下，始终延续电力系统安全稳定要义，向着主体多元化、市场化，结构复杂、灵活、协同，功能特征绿色低碳、数字智能的方向演变。
