美國電網正經歷著巨大的變革，包括鼓勵可再生能源和分布式能源發展政策推動下的數字技術應用，重視極端天氣過后的恢復以及電力用戶和商家越來越多的參與到能源管理和生產中。《2009年美國復蘇與再投資法案》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技術的部署，同時提供了有關技術成本和收益的真實數據以及最佳實踐。上述部署的成效正在逐漸顯現，如我們看到的電網運行、能源效率、資產利用率和可靠性的改善等。

　　智能電網包括先進的通訊和控制技術應用和電力輸送基礎設施實現現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，智能電網技術正在全部電網系統中應用，包括輸電、配電和基于消費者的終端系統。

　　　圖1 智能電網技術被應用在電力系統，包括輸電、配電和客戶端系統 

　　智能電網在許多方面都有進步：

　　先進測量基礎設施（ami），包括智能電表、通信網絡和信息管理系統，正在提高公共事業的運作效率，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，比如住宅用戶的可編程通信控制器以及商業和工業用戶的建筑能源管理系統，與智能電表共同使用，為消費者提供能源使用數據。在美國俄克拉荷馬州天然氣與電力公司，先進測量基礎設施（ami）與基于時間的價格及家用終端顯示技術相結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，公用事業和國家正在努力解決電力消費者的關切，企業也為消費者提供新的能源管理服務。

　　配電系統中傳感、通信和控制技術的整合可以提高可靠性和效率。智能電網應用可以實現自動定位并隔離錯誤，從而減少故障，動態地優化電壓和無功功率可以提高用電效率，同時監測并指導維修。例如，2012年7月5日查特怒加市遭受了嚴重風暴襲擊，但很快通過使用自動饋電開關恢復了一半居民的供電（2秒內使8萬受影響的客戶降低到了4萬）。此外，公用事業正在升級和整合計算機系統，從而提高電網合并運行和業務流程的效率。

　　先進傳感器和高速通信網絡在傳輸系統中的應用正在提高高壓變電站和整個輸電網的檢測能力和控制運行能力。例如，同步相量技術通過相量測量單元（pmu）在整個輸電網的應用，使數據傳輸速度比傳統技術快100倍，并且令電網運營商能確定和校正系統的不穩定性，如頻率和電壓振蕩，增大電力傳輸量。西部電力協調委員會已確定，使用同步相量數據進行實時控制可以將加利福利亞州—俄勒岡州聯鎖電力網的電流提高到100mw或更高，在沒有任何新的高電壓投資情況下，預計40年可降低能源成本3500萬到7500萬美元。美國復蘇和再投資法案在同步相量技術方面的投資將導致網絡相量測量單元從2009年部署的166增加到2015年的1000。

　　網絡安全措施和推進設備與系統之間的互操作也取得了進展。政府和產業都在積極調動必要的工具、指導文件和資源以增強公用事業的網絡安全。政府和行業專家也在通過標準制定、測試和制定支持政策推動互操作。促進新技術整合需要對標準和獨立測試進行持續的協調。

　　智能電網技術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部門的技術經驗水平。公用事業機構、消費者和社會充分接受智能電網技術需要一段時間，也需要一段時間評估這項技術的成本和收益。在部署了智能電網的地區，提高運行效率、能源利用率和可靠性已經成為現實。今后，整個行業和政府管轄區共享有效的部署實踐和評估方法仍然是一個重要的任務。

　　此外，電力輸送系統實現新功能需要智能電網技術，這些功能是原有電網在設計時沒有考慮到的。傳統上，公用事業機構管理的是一個可預測的系統，電力供需是從大型的集中式發電廠向消費者的單向流動。而現代電網變得更加復雜，需要解決：

　　●輸電網和配電網中各種可再生能源；

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

　　●消費者和商業比公用事業機構更加積極的管理和發電；

　　●內在網絡安全保護下的先進通信與控制技術。

　　智能電網涉及數字技術和信息管理在實踐中的應用，是電力輸送基礎設施現代化過程中的核心成分。智能電網技術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、獎勵機制和技術經驗水平。今天，我們看到越來越多已在智能電網的部署方面有了成功的開始的公用事業機構正在努力克服一系列的技術、監管和金融挑戰實現產業的不斷進步。在許多情況下，公用事業機構從小規模試驗和試點方案發展到大規模的部署以恰當地評估技術，確保對繼續投資給予管理和監管方面的批準。

　　為更好地說明現有智能電網環境，這篇報告主要概述了三個方面：

　　●智能電網部署情況：智能電網部署的進展和預期收益，特別是在先進的測量基礎設施、客戶端系統、傳輸系統和配送系統方面。

　　●跨領域技術：政府和工業活動確保通信、網絡安全及其互動等方面進展。

　　●打造未來布局的趨勢和挑戰：對技術成本和效益理解的演進，整合分布式能源資產和資源，改變商業和監管模式以滿足更復雜、更可靠、消費者和第三方更多參與能源管理和制造的電網。

　　智能電網部署情況 

　　智能電網系統包括用以協調多樣電網進程的數字傳感、通信、控制技術和現場設備。更智能的電網還包括信息技術系統應用以處理新數據，并使公用事業機構更有效、更動態地管理電網運行。通過智能電網系統所提供的信息也使客戶能夠對能源使用方式做出明智的選擇。

　　在2010年至2013年期間，美國電力行業預計花費180億美元用于智能電網技術部署。如圖2所示，全國年度智能電網支出在2011年創下新高，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設施的花費減少了。然而，行業分析師預計，智能電網分配系統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，而先進的測量基礎設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，智能電網撥款計劃（sgig）中公共和私人聯合支出總額為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）和電力行業將為sgig投資超過79億美元，涉及200多家電力企業和其他組織為實現電網現代化、加強網絡安全、提高互操作性、收集影響智能電網運營、收益和實用性的資料（doe2013a）。在同一時間內，額外撥款16億美元的費用到成本分攤基金中用來支持儲能示范和區域示范，以評估新興的智能電網（doe2014a）。另外1億美元的聯邦資金用來支持52項智能電網職工培訓項目（doe2014a）。