世界經濟的快速發展，推動了世界能源消費的不斷增長。近年來，由于人類對化石能源的過度開采和使用，化石能源走向枯竭，同時大量碳排放導致溫室效應日益加重。為應對能源危機和全球變暖，世界各國紛紛作出承諾，將加強對清潔能源的開發，降低二氧化碳排放量。碳中和是指個體或系統在一定時間內，直接或者間接回收的碳氧化物量大于或等于其所排放的碳氧化物量，即碳氧化物的靜排放量小于或者等于零。碳中和聯盟（Carbon Neutrality Coalition，CNC）的國家和地區作為碳中和社會的探索先驅者，通過制定法律或政策以盡早實現《巴黎協定》的碳中和目標。中國國家主席習近平在9月22日召開的第七十五屆聯合國大會一般性辯論上表示：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。”

隨著工業生產及交通行業的電氣化程度增高，電力能源在終端能源消費的占比日益增大，電力行業在節能減排上承擔主要責任。為實現碳中和目標，電力系統需要在發電側對能源結構進行改革，淘汰或改造已存碳排放量高的化石能源熱發電機組，加大對水能、核能、風能、太陽能等清潔能源的投資和開發。自21世紀以來，風能、太陽能、生物質能等無污染、可再生、環境友好的新能源吸引了各國研究人員對其開采和發電技術的研究，其中風能、太陽能尤甚。自然界蘊含豐富的風能和太陽能，開采潛能足以滿足未來人類對能源的需求。對新能源的開發在一定程度上降低了世界碳排放量的增長速度，但是短時間內仍無法彌補人類對能源需求快速上漲所造成的碳排放增長。對火力發電機組的改造是另一條節能減排的渠道，通過對燃料所產生的二氧化碳進行回收和封存，可以實現發電機組整體的碳零排放。

清潔能源的大量開發以及舊煤電機組的淘汰推動傳統電力系統能源結構向碳中和電力系統發展的同時，也面臨著一些社會、經濟和技術難題。特別是風能、太陽能發電屬于不可控發電，具有極強的隨機性，使得在電力系統規劃和運行中的功率平衡問題呈現概率化。另外，風力、光伏發電機組通過電力電子設備并入電網，電力系統穩定分析和控制趨向復雜化。而火力發電機組的改造則需要有大量資金投入，相關技術難題也還沒有被完全攻克。