美國(guó)電網(wǎng)正經(jīng)歷著巨大的變革，包括鼓勵(lì)可再生能源和分布式能源發(fā)展政策推動(dòng)下的數(shù)字技術(shù)應(yīng)用，重視極端天氣過(guò)后的恢復(fù)以及電力用戶(hù)和商家越來(lái)越多的參與到能源管理和生產(chǎn)中?！?009年美國(guó)復(fù)蘇與再投資法案》頒布后，自2010年以來(lái)，超過(guò)90億美元的大型公共和私人投資加快了先進(jìn)智能電網(wǎng)技術(shù)的部署，同時(shí)提供了有關(guān)技術(shù)成本和收益的真實(shí)數(shù)據(jù)以及最佳實(shí)踐。上述部署的成效正在逐漸顯現(xiàn)，如我們看到的電網(wǎng)運(yùn)行、能源效率、資產(chǎn)利用率和可靠性的改善等。

　　智能電網(wǎng)包括先進(jìn)的通訊和控制技術(shù)應(yīng)用和電力輸送基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化涉及的重點(diǎn)部分如提高可靠性、效率和安全性的實(shí)踐。圖1表明，智能電網(wǎng)技術(shù)正在全部電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用，包括輸電、配電和基于消費(fèi)者的終端系統(tǒng)。

　　　圖1 智能電網(wǎng)技術(shù)被應(yīng)用在電力系統(tǒng)，包括輸電、配電和客戶(hù)端系統(tǒng) 

　　智能電網(wǎng)在許多方面都有進(jìn)步：

　　先進(jìn)測(cè)量基礎(chǔ)設(shè)施（ami），包括智能電表、通信網(wǎng)絡(luò)和信息管理系統(tǒng)，正在提高公共事業(yè)的運(yùn)作效率，為電力客戶(hù)提供信息以更有效地控制其能源消費(fèi)。據(jù)估計(jì)，截止到2015年全國(guó)將安裝6500萬(wàn)個(gè)智能儀表，超過(guò)電力客戶(hù)的1/3。

　　基于消費(fèi)者的技術(shù)，比如住宅用戶(hù)的可編程通信控制器以及商業(yè)和工業(yè)用戶(hù)的建筑能源管理系統(tǒng)，與智能電表共同使用，為消費(fèi)者提供能源使用數(shù)據(jù)。在美國(guó)俄克拉荷馬州天然氣與電力公司，先進(jìn)測(cè)量基礎(chǔ)設(shè)施（ami）與基于時(shí)間的價(jià)格及家用終端顯示技術(shù)相結(jié)合大大降低了電站的峰值需求，降低的程度有望推遲170mw峰值電站的建立。同時(shí)，公用事業(yè)和國(guó)家正在努力解決電力消費(fèi)者的關(guān)切，企業(yè)也為消費(fèi)者提供新的能源管理服務(wù)。

　　配電系統(tǒng)中傳感、通信和控制技術(shù)的整合可以提高可靠性和效率。智能電網(wǎng)應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位并隔離錯(cuò)誤，從而減少故障，動(dòng)態(tài)地優(yōu)化電壓和無(wú)功功率可以提高用電效率，同時(shí)監(jiān)測(cè)并指導(dǎo)維修。例如，2012年7月5日查特怒加市遭受了嚴(yán)重風(fēng)暴襲擊，但很快通過(guò)使用自動(dòng)饋電開(kāi)關(guān)恢復(fù)了一半居民的供電（2秒內(nèi)使8萬(wàn)受影響的客戶(hù)降低到了4萬(wàn)）。此外，公用事業(yè)正在升級(jí)和整合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從而提高電網(wǎng)合并運(yùn)行和業(yè)務(wù)流程的效率。

　　先進(jìn)傳感器和高速通信網(wǎng)絡(luò)在傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用正在提高高壓變電站和整個(gè)輸電網(wǎng)的檢測(cè)能力和控制運(yùn)行能力。例如，同步相量技術(shù)通過(guò)相量測(cè)量單元（pmu）在整個(gè)輸電網(wǎng)的應(yīng)用，使數(shù)據(jù)傳輸速度比傳統(tǒng)技術(shù)快100倍，并且令電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商能確定和校正系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，如頻率和電壓振蕩，增大電力傳輸量。西部電力協(xié)調(diào)委員會(huì)已確定，使用同步相量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制可以將加利福利亞州—俄勒岡州聯(lián)鎖電力網(wǎng)的電流提高到100mw或更高，在沒(méi)有任何新的高電壓投資情況下，預(yù)計(jì)40年可降低能源成本3500萬(wàn)到7500萬(wàn)美元。美國(guó)復(fù)蘇和再投資法案在同步相量技術(shù)方面的投資將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)相量測(cè)量單元從2009年部署的166增加到2015年的1000。

　　網(wǎng)絡(luò)安全措施和推進(jìn)設(shè)備與系統(tǒng)之間的互操作也取得了進(jìn)展。政府和產(chǎn)業(yè)都在積極調(diào)動(dòng)必要的工具、指導(dǎo)文件和資源以增強(qiáng)公用事業(yè)的網(wǎng)絡(luò)安全。政府和行業(yè)專(zhuān)家也在通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)制定、測(cè)試和制定支持政策推動(dòng)互操作。促進(jìn)新技術(shù)整合需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)和獨(dú)立測(cè)試進(jìn)行持續(xù)的協(xié)調(diào)。

　　智能電網(wǎng)技術(shù)的采用率在全國(guó)不太平衡，在很大程度上取決于各州的政策、獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制及公共事業(yè)部門(mén)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)水平。公用事業(yè)機(jī)構(gòu)、消費(fèi)者和社會(huì)充分接受智能電網(wǎng)技術(shù)需要一段時(shí)間，也需要一段時(shí)間評(píng)估這項(xiàng)技術(shù)的成本和收益。在部署了智能電網(wǎng)的地區(qū)，提高運(yùn)行效率、能源利用率和可靠性已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。今后，整個(gè)行業(yè)和政府管轄區(qū)共享有效的部署實(shí)踐和評(píng)估方法仍然是一個(gè)重要的任務(wù)。

　　此外，電力輸送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)新功能需要智能電網(wǎng)技術(shù)，這些功能是原有電網(wǎng)在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮到的。傳統(tǒng)上，公用事業(yè)機(jī)構(gòu)管理的是一個(gè)可預(yù)測(cè)的系統(tǒng)，電力供需是從大型的集中式發(fā)電廠向消費(fèi)者的單向流動(dòng)。而現(xiàn)代電網(wǎng)變得更加復(fù)雜，需要解決：

　　●輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)中各種可再生能源；

　　●來(lái)自于分布式能源及其他資源如屋頂光伏、電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能設(shè)施等的雙向電力流動(dòng)；

　　●消費(fèi)者和商業(yè)比公用事業(yè)機(jī)構(gòu)更加積極的管理和發(fā)電；

　　●內(nèi)在網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)下的先進(jìn)通信與控制技術(shù)。

　　智能電網(wǎng)涉及數(shù)字技術(shù)和信息管理在實(shí)踐中的應(yīng)用，是電力輸送基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化過(guò)程中的核心成分。智能電網(wǎng)技術(shù)的采用率在全國(guó)各不相同，在很大程度上取決于各州的政策、獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)水平。今天，我們看到越來(lái)越多已在智能電網(wǎng)的部署方面有了成功的開(kāi)始的公用事業(yè)機(jī)構(gòu)正在努力克服一系列的技術(shù)、監(jiān)管和金融挑戰(zhàn)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的不斷進(jìn)步。在許多情況下，公用事業(yè)機(jī)構(gòu)從小規(guī)模試驗(yàn)和試點(diǎn)方案發(fā)展到大規(guī)模的部署以恰當(dāng)?shù)卦u(píng)估技術(shù)，確保對(duì)繼續(xù)投資給予管理和監(jiān)管方面的批準(zhǔn)。

　　為更好地說(shuō)明現(xiàn)有智能電網(wǎng)環(huán)境，這篇報(bào)告主要概述了三個(gè)方面：

　　●智能電網(wǎng)部署情況：智能電網(wǎng)部署的進(jìn)展和預(yù)期收益，特別是在先進(jìn)的測(cè)量基礎(chǔ)設(shè)施、客戶(hù)端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和配送系統(tǒng)方面。

　　●跨領(lǐng)域技術(shù)：政府和工業(yè)活動(dòng)確保通信、網(wǎng)絡(luò)安全及其互動(dòng)等方面進(jìn)展。

　　●打造未來(lái)布局的趨勢(shì)和挑戰(zhàn)：對(duì)技術(shù)成本和效益理解的演進(jìn)，整合分布式能源資產(chǎn)和資源，改變商業(yè)和監(jiān)管模式以滿(mǎn)足更復(fù)雜、更可靠、消費(fèi)者和第三方更多參與能源管理和制造的電網(wǎng)。

　　智能電網(wǎng)部署情況 

　　智能電網(wǎng)系統(tǒng)包括用以協(xié)調(diào)多樣電網(wǎng)進(jìn)程的數(shù)字傳感、通信、控制技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。更智能的電網(wǎng)還包括信息技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用以處理新數(shù)據(jù)，并使公用事業(yè)機(jī)構(gòu)更有效、更動(dòng)態(tài)地管理電網(wǎng)運(yùn)行。通過(guò)智能電網(wǎng)系統(tǒng)所提供的信息也使客戶(hù)能夠?qū)δ茉词褂梅绞阶龀雒髦堑倪x擇。

　　在2010年至2013年期間，美國(guó)電力行業(yè)預(yù)計(jì)花費(fèi)180億美元用于智能電網(wǎng)技術(shù)部署。如圖2所示，全國(guó)年度智能電網(wǎng)支出在2011年創(chuàng)下新高，為52億美元，符合arra項(xiàng)目高峰期部署的支出，并于2014年減少到預(yù)計(jì)的25億美元的年度支出。投資的減少大部分原因是先進(jìn)的測(cè)量基礎(chǔ)設(shè)施的花費(fèi)減少了。然而，行業(yè)分析師預(yù)計(jì)，智能電網(wǎng)分配系統(tǒng)的年度花費(fèi)量會(huì)逐漸增多，由2011年的12億美元增加到2017年的19億美元，而先進(jìn)的測(cè)量基礎(chǔ)設(shè)施的花費(fèi)仍然會(huì)降低（從2011年的36億元降到1027年的12億美元）。

　　截至2013年3月，在arra框架下，智能電網(wǎng)撥款計(jì)劃（sgig）中公共和私人聯(lián)合支出總額為63億美元，是arra投資中最大的部分。2009年至2015年，美國(guó)能源部（doe）和電力行業(yè)將為sgig投資超過(guò)79億美元，涉及200多家電力企業(yè)和其他組織為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)現(xiàn)代化、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全、提高互操作性、收集影響智能電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)、收益和實(shí)用性的資料（doe2013a）。在同一時(shí)間內(nèi)，額外撥款16億美元的費(fèi)用到成本分?jǐn)偦鹬杏脕?lái)支持儲(chǔ)能示范和區(qū)域示范，以評(píng)估新興的智能電網(wǎng)（doe2014a）。另外1億美元的聯(lián)邦資金用來(lái)支持52項(xiàng)智能電網(wǎng)職工培訓(xùn)項(xiàng)目（doe2014a）。