美國電網(wǎng)正經(jīng)歷著巨大的變革，包括鼓勵可再生能源和分布式能源發(fā)展政策推動下的數(shù)字技術(shù)應(yīng)用，重視極端天氣過后的恢復(fù)以及電力用戶和商家越來越多的參與到能源管理和生產(chǎn)中。《2009年美國復(fù)蘇與再投資法案》頒布后，自2010年以來，超過90億美元的大型公共和私人投資加快了先進智能電網(wǎng)技術(shù)的部署，同時提供了有關(guān)技術(shù)成本和收益的真實數(shù)據(jù)以及最佳實踐。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)包括先進的通訊和控制技術(shù)應(yīng)用和電力輸送基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)現(xiàn)代化涉及的重點部分如提高可靠性、效率和安全性的實踐。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、配電和客戶端系統(tǒng) 

　　智能電網(wǎng)在許多方面都有進步：

　　先進測量基礎(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)的運作效率，為電力客戶提供信息以更有效地控制其能源消費。據(jù)估計，截止到2015年全國將安裝6500萬個智能儀表，超過電力客戶的1/3。

　　基于消費者的技術(shù)，比如住宅用戶的可編程通信控制器以及商業(yè)和工業(yè)用戶的建筑能源管理系統(tǒng)，與智能電表共同使用，為消費者提供能源使用數(shù)據(jù)。在美國俄克拉荷馬州天然氣與電力公司，先進測量基礎(chǔ)設(shè)施（ami）與基于時間的價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，公用事業(yè)和國家正在努力解決電力消費者的關(guān)切，企業(yè)也為消費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)用可以實現(xiàn)自動定位并隔離錯誤，從而減少故障，動態(tài)地優(yōu)化電壓和無功功率可以提高用電效率，同時監(jiān)測并指導(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，但很快通過使用自動饋電開關(guān)恢復(fù)了一半居民的供電（2秒內(nèi)使8萬受影響的客戶降低到了4萬）。此外，公用事業(yè)正在升級和整合計算機系統(tǒng)，從而提高電網(wǎng)合并運行和業(yè)務(wù)流程的效率。

　　先進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輸電網(wǎng)的檢測能力和控制運行能力。例如，同步相量技術(shù)通過相量測量單元（pmu）在整個輸電網(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)運營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)委員會已確定，使用同步相量數(shù)據(jù)進行實時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，在沒有任何新的高電壓投資情況下，預(yù)計40年可降低能源成本3500萬到7500萬美元。美國復(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)安全措施和推進設(shè)備與系統(tǒng)之間的互操作也取得了進展。政府和產(chǎn)業(yè)都在積極調(diào)動必要的工具、指導(dǎo)文件和資源以增強公用事業(yè)的網(wǎng)絡(luò)安全。政府和行業(yè)專家也在通過標(biāo)準(zhǔn)制定、測試和制定支持政策推動互操作。促進新技術(shù)整合需要對標(biāo)準(zhǔn)和獨立測試進行持續(xù)的協(xié)調(diào)。

　　智能電網(wǎng)技術(shù)的采用率在全國不太平衡，在很大程度上取決于各州的政策、獎勵機制及公共事業(yè)部門的技術(shù)經(jīng)驗水平。公用事業(yè)機構(gòu)、消費者和社會充分接受智能電網(wǎng)技術(shù)需要一段時間，也需要一段時間評估這項技術(shù)的成本和收益。在部署了智能電網(wǎng)的地區(qū)，提高運行效率、能源利用率和可靠性已經(jīng)成為現(xiàn)實。今后，整個行業(yè)和政府管轄區(qū)共享有效的部署實踐和評估方法仍然是一個重要的任務(wù)。

　　此外，電力輸送系統(tǒng)實現(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)計時沒有考慮到的。傳統(tǒng)上，公用事業(yè)機構(gòu)管理的是一個可預(yù)測的系統(tǒng)，電力供需是從大型的集中式發(fā)電廠向消費者的單向流動。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；

　　●來自于分布式能源及其他資源如屋頂光伏、電動汽車、儲能設(shè)施等的雙向電力流動；

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

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

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

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

　　●智能電網(wǎng)部署情況：智能電網(wǎng)部署的進展和預(yù)期收益，特別是在先進的測量基礎(chǔ)設(shè)施、客戶端系統(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)活動確保通信、網(wǎng)絡(luò)安全及其互動等方面進展。

　　●打造未來布局的趨勢和挑戰(zhàn)：對技術(shù)成本和效益理解的演進，整合分布式能源資產(chǎn)和資源，改變商業(yè)和監(jiān)管模式以滿足更復(fù)雜、更可靠、消費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)進程的數(shù)字傳感、通信、控制技術(shù)和現(xiàn)場設(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)機構(gòu)更有效、更動態(tài)地管理電網(wǎng)運行。通過智能電網(wǎng)系統(tǒng)所提供的信息也使客戶能夠?qū)δ茉词褂梅绞阶龀雒髦堑倪x擇。

　　在2010年至2013年期間，美國電力行業(yè)預(yù)計花費180億美元用于智能電網(wǎng)技術(shù)部署。如圖2所示，全國年度智能電網(wǎng)支出在2011年創(chuàng)下新高，為52億美元，符合arra項目高峰期部署的支出，并于2014年減少到預(yù)計的25億美元的年度支出。投資的減少大部分原因是先進的測量基礎(chǔ)設(shè)施的花費減少了。然而，行業(yè)分析師預(yù)計，智能電網(wǎng)分配系統(tǒng)的年度花費量會逐漸增多，由2011年的12億美元增加到2017年的19億美元，而先進的測量基礎(chǔ)設(shè)施的花費仍然會降低（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，美國能源部（doe）和電力行業(yè)將為sgig投資超過79億美元，涉及200多家電力企業(yè)和其他組織為實現(xiàn)電網(wǎng)現(xiàn)代化、加強網(wǎng)絡(luò)安全、提高互操作性、收集影響智能電網(wǎng)運營、收益和實用性的資料（doe2013a）。在同一時間內(nèi)，額外撥款16億美元的費用到成本分?jǐn)偦鹬杏脕碇С謨δ苁痉逗蛥^(qū)域示范，以評估新興的智能電網(wǎng)（doe2014a）。另外1億美元的聯(lián)邦資金用來支持52項智能電網(wǎng)職工培訓(xùn)項目（doe2014a）。