撰文 馬蘇德?阿明(Massoud Amin)、菲利普.F.舍韋(Phillip F.Schewe) 翻譯 趙學(xué)慶

一根輸電線發(fā)生斷路，就可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，讓一大片地區(qū)陷入黑暗。新一代智能電網(wǎng)能夠扭轉(zhuǎn)這一現(xiàn)狀。它能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并提出有預(yù)防措施。就算故障無(wú)法避免，智能電網(wǎng)也能化整為零，切分出若干獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的子網(wǎng)，把故障電路隔離開(kāi)來(lái)，將大停電事故扼殺在萌芽狀態(tài)。

2003年8月14日，原本是個(gè)普普通通的夏日，卻讓北美的居民刻骨銘心。那天下午兩點(diǎn)剛過(guò)，美國(guó)俄亥俄州北部地區(qū)的幾條輸電線就因電流負(fù)荷過(guò)大而下垂，擦到了一些大樹(shù)的樹(shù)梢，發(fā)生了斷路。通常，這種電力故障一旦出現(xiàn)，當(dāng)?shù)仉娏ζ髽I(yè)調(diào)度室就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，調(diào)度員便與相鄰地區(qū)的調(diào)度員聯(lián)系，重新規(guī)劃電力傳輸路線，繞過(guò)故障地點(diǎn)。
然而，在那一天，報(bào)警軟件也出現(xiàn)了故障，致使當(dāng)?shù)卣{(diào)度員未能發(fā)現(xiàn)這一問(wèn)題。與故障線路相連的整個(gè)電力系統(tǒng)綿延數(shù)百英里，為美國(guó)俄亥俄州、密歇根州、美國(guó)東北部各州以及加拿大安大略省提供大量電力，而系統(tǒng)中的其他調(diào)度員對(duì)此故障渾然不覺(jué)。故障點(diǎn)周圍的輸電線原本已處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，現(xiàn)在則被迫超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
雪上加霜的是，由于電力企業(yè)沒(méi)有產(chǎn)生出足夠的“無(wú)功功率”(reactive power，電磁場(chǎng)推動(dòng)電流沿著電線流動(dòng)的那部分特性)支持突然變化的電流，俄亥俄州超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的輸電線在那天下午4:05停止供電。緊接著，一座發(fā)電廠也停止發(fā)電，破壞了整個(gè)電力系統(tǒng)的平衡。越來(lái)越多的輸電線和發(fā)電廠相繼脫離系統(tǒng)。連鎖反應(yīng)持續(xù)發(fā)生，讓使用有著數(shù)十年歷史的老舊設(shè)備監(jiān)控北美大部分電網(wǎng)的調(diào)度員措手不及。短短8分鐘，美國(guó)8個(gè)州和加拿大兩個(gè)省，總共5，000萬(wàn)人失去了電力供應(yīng)。這是北美歷史上發(fā)生過(guò)的最大的停電事故。

北美洲的這場(chǎng)停電事故只是一個(gè)開(kāi)頭。在隨后的兩個(gè)月內(nèi)，英國(guó)、丹麥、瑞典和意大利相繼發(fā)生大面積停電。2003年9月，從法國(guó)到瑞士、再到意大利的電力輸送功率出現(xiàn)紊亂，導(dǎo)致5，700多萬(wàn)意大利人陷入黑暗。
除了給生活帶來(lái)不便，大面積停電還會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。如果不對(duì)從發(fā)電廠到各級(jí)變電站的整套輸電系統(tǒng)進(jìn)行徹底檢修，問(wèn)題還將進(jìn)一步惡化。為了滿足越來(lái)越多的空調(diào)、電腦和充電設(shè)備日益高漲的用電需求，我們還必須架設(shè)更多的高壓輸電線。
不過(guò)，要解決停電問(wèn)題，讓電網(wǎng)變得更加智能也許更為重要。目前用于監(jiān)控電流的設(shè)備大部分制造于20世紀(jì)70年代。這種控制系統(tǒng)的性能不足以實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)中出現(xiàn)的異常情況，無(wú)法搶在故障大規(guī)模擴(kuò)散之前，采取相應(yīng)措施將故障線路隔離開(kāi)來(lái)。這種電網(wǎng)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須保持警惕，做好應(yīng)急準(zhǔn)備，并與其他所有節(jié)點(diǎn)保持聯(lián)系—— 一旦某一節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控設(shè)備失靈，便會(huì)埋下隱患。此外，調(diào)度員在中央調(diào)度室接收的信息至少要延遲30秒，這使得他們不可能作出快速反應(yīng)，阻止已經(jīng)開(kāi)始發(fā)生的大規(guī)模停電連鎖反應(yīng)。如果有一種自動(dòng)恢復(fù)的智能電網(wǎng)，能夠在故障發(fā)生初期察覺(jué)到異常，并重新分配輸電線路來(lái)解決問(wèn)題，就可以大幅減少大面積停電事故的發(fā)生，還能遏止可能由恐怖分子的破壞活動(dòng)引起的混亂。智能電網(wǎng)還能更有效地輸送電力，在日常運(yùn)轉(zhuǎn)中為電力企業(yè)和用戶節(jié)省數(shù)百萬(wàn)美元。建造這種智能電網(wǎng)的技術(shù)目前基本上都已具備，最近的一些示范項(xiàng)目也展現(xiàn)了這種電網(wǎng)的價(jià)值。
陳舊的輸電系統(tǒng)
現(xiàn)有電網(wǎng)仍在依靠幾十年前的監(jiān)控系統(tǒng)。這套系統(tǒng)設(shè)備陳舊，反應(yīng)速度遲緩，而日益增加的負(fù)荷已經(jīng)使電力系統(tǒng)的運(yùn)行瀕臨崩潰。
現(xiàn)有的輸電系統(tǒng)在停電事故面前不堪一擊，是100年來(lái)電力企業(yè)努力減少功率損耗的結(jié)果。電能是通過(guò)導(dǎo)線傳輸?shù)?，一部分電能?huì)以熱量的形式損耗掉，而損耗的功率與導(dǎo)線傳輸?shù)碾娏髁砍烧?。因此，電力企業(yè)總是想方設(shè)法提高電壓，以減小電流。為了將電能更高效地從發(fā)電廠輸送給遠(yuǎn)方的用戶，電力企業(yè)還建造了越來(lái)越長(zhǎng)的輸電線路，電壓也變得越來(lái)越高。這些高壓輸電線路還允許周邊地區(qū)的電力設(shè)施連入電網(wǎng)，彼此扶持，在發(fā)電供應(yīng)和用戶需求之間維持一種岌岌可危的平衡。

然而，這樣的互相連接必然帶來(lái)某些危險(xiǎn)。比如說(shuō)，某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，就有可能迅速擴(kuò)散到其他線路。1965年，美國(guó)東北地區(qū)發(fā)生大面積停電事故，促使電力行業(yè)創(chuàng)立了北美電力可靠性委員會(huì)，來(lái)協(xié)調(diào)各方的行動(dòng)，共同提高供電系統(tǒng)的可靠性。現(xiàn)在，該委員會(huì)已更名為北美電力可靠性協(xié)會(huì)(NERC)。類似的團(tuán)體分布在世界各地，比如歐洲的輸電協(xié)作聯(lián)盟(UCTE)。
那么，為什么美國(guó)的電網(wǎng)如此脆弱，導(dǎo)致了2003年那場(chǎng)大面積停電事故的發(fā)生呢?一個(gè)重要的原因就是，在輸電系統(tǒng)的升級(jí)改造方面一直缺乏資金投入。20世紀(jì)70年代，燃料價(jià)格的迅速上漲和核電站魅力的日益減少，促使美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)立法，意欲引入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)來(lái)提高效率。隨之推出的法律使電力行業(yè)開(kāi)始全面變革。電力供應(yīng)的三大主要任務(wù)包括:用大型電廠發(fā)電(發(fā)電)，用高壓輸電線將電力輸送給變電站(輸電)，再用低壓輸電線將電力分配給終端用戶(配電)。在20世紀(jì)90年代變革之前，這三項(xiàng)任務(wù)大都由各個(gè)地區(qū)的電力企業(yè)獨(dú)力承擔(dān)。如今，許多獨(dú)立發(fā)電廠卻通過(guò)其他公司的輸電線路，將電力銷售給或遠(yuǎn)或近的客戶。與此同時(shí)，在美國(guó)聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)(FERC)的鼓勵(lì)下，許多電力企業(yè)也在出售它們的部分子公司，以進(jìn)一步促進(jìn)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。電力傳輸行業(yè)已經(jīng)逐漸變成管制服務(wù)和非管制服務(wù)的復(fù)雜混合體，不同的公司各自掌控著其中的一部分業(yè)務(wù)。
目前，發(fā)電行業(yè)基本上已經(jīng)解除了管制，投資者覺(jué)得該行業(yè)頗具潛力，值得關(guān)注。而輸電系統(tǒng)只有一部分解除管制，因此該行業(yè)并不明朗的前景令投資者謹(jǐn)小慎微。(配電系統(tǒng)的管制解除工作仍處在初期階段。)與此同時(shí)，盡管接力送電(Wheeling，即通過(guò)各地的輸電線路接力將電能送往遠(yuǎn)方)早已存在，但20世紀(jì)90年代以來(lái)，越來(lái)越多的電力采用了這種遠(yuǎn)程輸送方式。電力企業(yè)在幾十年前建造的、供當(dāng)?shù)厥褂玫妮旊娋€路，至今仍在輸送大量電力。
即便輸電能力得到提升，停電事故仍然無(wú)法避免。由于現(xiàn)有的監(jiān)控技術(shù)(即快速監(jiān)測(cè)小規(guī)模線路故障或大規(guī)模不穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵技術(shù))已經(jīng)陳舊過(guò)時(shí)，整個(gè)電網(wǎng)都必須重新改造。為了保持穩(wěn)定可靠的運(yùn)行狀態(tài)，未來(lái)的電網(wǎng)不得不像一架戰(zhàn)斗機(jī)那樣，大多數(shù)時(shí)間由自動(dòng)控制系統(tǒng)操作運(yùn)行，必要時(shí)則可由調(diào)度員接管，以阻止事故的發(fā)生。
現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)配備著大量的尖端傳動(dòng)裝置，因此飛行員必須依靠一個(gè)由傳感器和自動(dòng)控制裝置組成的網(wǎng)絡(luò)，才能迅速收集信息并采取相應(yīng)的行動(dòng)。幸運(yùn)的是，能夠像駕駛戰(zhàn)斗機(jī)一樣控制電網(wǎng)，實(shí)時(shí)調(diào)整輸電路線，及時(shí)關(guān)閉發(fā)電廠的一整套軟硬件新技術(shù)，我們已經(jīng)掌握了。
可是，改造一個(gè)相互聯(lián)系得如此廣泛的系統(tǒng)，是一項(xiàng)極為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。大部分發(fā)電廠和輸電線都由一個(gè)監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(SCADA)監(jiān)管。這個(gè)系統(tǒng)由一些簡(jiǎn)單的傳感器和控制裝置構(gòu)成，提供了三個(gè)極為重要的功能:獲取數(shù)據(jù)、控制電廠和發(fā)出警報(bào)。系統(tǒng)還允許中央調(diào)度室的調(diào)度員執(zhí)行某些任務(wù)，例如斷開(kāi)或閉合斷路器。SCADA會(huì)監(jiān)控安裝在發(fā)電廠、變電站和輸配電線路交叉點(diǎn)的開(kāi)關(guān)、變壓器、可編程邏輯控制器(programmable logic controller)和遠(yuǎn)程終端。該系統(tǒng)還會(huì)通過(guò)通信信道將信息或報(bào)警信號(hào)反饋給調(diào)度人員。
然而，SCADA技術(shù)已有40年的歷史，系統(tǒng)中的許多部件速度緩慢，無(wú)法應(yīng)對(duì)目前的挑戰(zhàn)，系統(tǒng)也無(wú)法對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的各個(gè)部分實(shí)施足夠的監(jiān)控。雖然這項(xiàng)技術(shù)可使不同電力企業(yè)之間的輸電作業(yè)得到某種程度的協(xié)調(diào)，但這一協(xié)調(diào)過(guò)程極其緩慢，很大程度上仍然依靠各公司調(diào)度中心調(diào)度員之間的電話聯(lián)系來(lái)實(shí)現(xiàn)，遇到意外事故，反應(yīng)遲緩的弱點(diǎn)就暴露無(wú)遺。更麻煩的是，系統(tǒng)中大部分可編程邏輯控制器及遠(yuǎn)程終端裝置出現(xiàn)時(shí)，整個(gè)電力行業(yè)的互通性標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺(tái)，因此相鄰電力企業(yè)所用的控制協(xié)議往往互不兼容。目前電力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方式已經(jīng)接近20世紀(jì)60年代控制系統(tǒng)的安全承受極限。
自動(dòng)恢復(fù)的智能電網(wǎng)
正在研發(fā)的智能電網(wǎng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，在故障發(fā)生之前消滅可疑隱患。就算事故不可避免，智能電網(wǎng)也可以隔離故障線路，阻止事故擴(kuò)散。

相互連接的復(fù)雜電網(wǎng)意味著，任何一位調(diào)度員或任何一家電力企業(yè)，都無(wú)法單槍匹馬地解決或隔離一起輸電故障。實(shí)時(shí)管理一個(gè)現(xiàn)代電網(wǎng)，需要使用更多的自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝備，調(diào)度員、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)采集傳感器之間的相互配合也必須更加默契。此外，每家發(fā)電廠和變電站的每一個(gè)重要部件都必須配備數(shù)據(jù)采集傳感器。電網(wǎng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)還依賴于每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的多路、大容量雙向通信信道(這在今天還無(wú)法實(shí)現(xiàn))，調(diào)控中心也必須配備性能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)設(shè)備。整個(gè)電網(wǎng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)還必須安裝智能處理器，它們能夠在發(fā)現(xiàn)停電故障苗頭時(shí)，對(duì)輸電路線自動(dòng)進(jìn)行重新配置。
要讓電網(wǎng)像戰(zhàn)斗機(jī)一樣運(yùn)行，首先要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。目前，非線性動(dòng)力系統(tǒng)、人工智能、博弈論和軟件工程等方面的研究，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一套通用理論，專門指導(dǎo)如何設(shè)計(jì)一些適應(yīng)不斷變化情況的復(fù)雜系統(tǒng)。隨同這一新興學(xué)科發(fā)展起來(lái)的數(shù)學(xué)和計(jì)算技術(shù)，正為電網(wǎng)工程技術(shù)人員提供一些新的工具。電力行業(yè)的一些研究團(tuán)隊(duì)，比如本文作者之一阿明在美國(guó)電力研究所(EPRI，位于美國(guó)加利福尼亞州帕洛阿爾托市)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組，已經(jīng)設(shè)計(jì)出一些可用于大型區(qū)域性電網(wǎng)的復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)。好幾家電力企業(yè)已經(jīng)開(kāi)展了小規(guī)模試點(diǎn)，在電網(wǎng)中布置了一些聰明的遠(yuǎn)程終端單元和可編程控制器。它們不需要調(diào)度員的介入，就能自動(dòng)對(duì)一些故障進(jìn)行簡(jiǎn)單處理。操作人員還可以對(duì)它們進(jìn)行遠(yuǎn)程編程。當(dāng)然這些系統(tǒng)還需要經(jīng)受大規(guī)模試用的考驗(yàn)。
能夠自動(dòng)恢復(fù)的智能電網(wǎng)可以幫助設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)三大目標(biāo)。首先是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和快速反應(yīng)。一系列傳感器將監(jiān)測(cè)電壓、電流等電氣參數(shù)和重要部件的運(yùn)行狀況。這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠讓系統(tǒng)不斷進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)。
第二個(gè)目標(biāo)是預(yù)測(cè)。該系統(tǒng)必須不斷尋找可能引發(fā)較大事故的隱患，比如變壓器過(guò)熱等。計(jì)算機(jī)將評(píng)估這些隱患及可能帶來(lái)的后果，確定若干種補(bǔ)救方案，并模擬每種方案的實(shí)施效果，將最有效的解決方案提供給調(diào)度人員。調(diào)度員則調(diào)配電網(wǎng)中的許多自動(dòng)控制裝置，迅速采取相應(yīng)的措施。電力行業(yè)把這種能力稱為快速超前模擬(look-ahead simulation)。
第三個(gè)目標(biāo)是隔離。一旦故障發(fā)生，整個(gè)電網(wǎng)就將拆分為若干孤立的“島嶼”，每一部分都必須獨(dú)立運(yùn)作。每座孤島都將盡最大的努力，重新調(diào)整發(fā)電廠的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，重新規(guī)劃電力輸送路線。盡管這種調(diào)整可能導(dǎo)致電壓波動(dòng)，甚至造成小范圍的電力中斷，但是卻能避免故障向外擴(kuò)散的多米諾骨牌效應(yīng)，防止大面積停電事故的發(fā)生。檢修人員修復(fù)故障線路之后，調(diào)度人員就可以將每座孤島平穩(wěn)地重新連入整個(gè)電網(wǎng)之中。調(diào)度員和他們的計(jì)算機(jī)將構(gòu)成一種分布式網(wǎng)絡(luò)，彼此通過(guò)微波、光纖或輸電線本身進(jìn)行通信。一旦恢復(fù)供電，系統(tǒng)便會(huì)再次自動(dòng)調(diào)整，優(yōu)化自身的運(yùn)行狀態(tài)。
要把現(xiàn)有的電力基礎(chǔ)設(shè)施改造為能夠自動(dòng)恢復(fù)的智能電網(wǎng)，技術(shù)人員必須綜合應(yīng)用若干種技術(shù)。先要在每個(gè)開(kāi)關(guān)、斷路器、變壓器和匯流條(bus bar，從發(fā)電機(jī)中將電流傳輸出來(lái)的巨型導(dǎo)體)上安裝一個(gè)處理器，還要給每條輸電線配備一個(gè)能夠與其他處理器通信聯(lián)系的處理器。所有處理器都能通過(guò)內(nèi)置的傳感器，監(jiān)測(cè)各自“轄區(qū)”的運(yùn)行狀況。
一旦設(shè)備的每一部件都置于監(jiān)控之下，目前所使用的數(shù)百萬(wàn)個(gè)電磁開(kāi)關(guān)就可以被固體的電力電子電路(power-electronic circuit)取代。不過(guò)這種電路本身必須加以改進(jìn)，以便能夠處理最高超過(guò)34.5萬(wàn)伏的輸電電壓。從模擬設(shè)備升級(jí)到數(shù)字設(shè)備，將使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以用數(shù)字方式加以調(diào)控，這是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)恢復(fù)的唯一可行的方式。
要完成徹底改造，為每個(gè)家庭和企業(yè)供電的小型低壓配電線路也必須實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。關(guān)鍵的一步，就是用數(shù)字電表替換已經(jīng)使用了幾十年的電度表(power meter)。數(shù)字電表不僅能記錄流進(jìn)某一建筑物的電流，還能監(jiān)測(cè)從該建筑物流回電網(wǎng)的電流。這將使電力企業(yè)能夠很好地評(píng)估獨(dú)立生產(chǎn)企業(yè)反饋回電網(wǎng)的有功功率和無(wú)功功率的數(shù)量。數(shù)字電表還能讓電力企業(yè)監(jiān)測(cè)每家每戶的電力波動(dòng)，可以更早發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)正在增加的隱患，從而改善超前模擬的效果。此外，它還讓電力企業(yè)能夠設(shè)置不同的分時(shí)電費(fèi)，鼓勵(lì)家庭和企業(yè)將高耗電設(shè)備或機(jī)器安排在非高峰時(shí)段運(yùn)轉(zhuǎn)，減少可能使電網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)定的電力需求高峰的出現(xiàn)。這種數(shù)字電表還能根據(jù)用戶對(duì)電費(fèi)定價(jià)變化作出的反應(yīng)，智能化地調(diào)整電網(wǎng)中的電力配送路線。它還是一種重要的工具，可以將傳統(tǒng)的電力輸送業(yè)務(wù)擴(kuò)展為全新的多元化能源服務(wù)業(yè)務(wù)，使電力輸送行業(yè)像今天的電信行業(yè)一樣生機(jī)勃勃。
從1998年到2002年，美國(guó)6所大學(xué)的研究機(jī)構(gòu)、兩家電力企業(yè)和美國(guó)國(guó)防部參與實(shí)施了EPRI計(jì)劃，旨在設(shè)計(jì)一種名為“創(chuàng)新型復(fù)雜交互網(wǎng)絡(luò)/系統(tǒng)”的智能電網(wǎng)原型。這項(xiàng)計(jì)劃的實(shí)施，促使美國(guó)能源部、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、美國(guó)國(guó)防部和EPRI本身開(kāi)展了一系列后續(xù)研究工作，試圖為電網(wǎng)開(kāi)發(fā)一個(gè)中央神經(jīng)系統(tǒng)。研究表明，只要調(diào)度人員都能對(duì)各地正在發(fā)生的情況了如指掌，電網(wǎng)就能以接近理想的穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行。調(diào)度員需要監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正在發(fā)生的變化情況以及氣候會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)的影響，還要全面了解如何最好地維持電力負(fù)荷與發(fā)電量之間瞬息萬(wàn)變的平衡狀態(tài)。
EPRI計(jì)劃的目標(biāo)之一，就是要進(jìn)一步提高調(diào)度員預(yù)判大規(guī)模電網(wǎng)不穩(wěn)定性的能力?，F(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)需要延遲至少30秒，才能評(píng)估系統(tǒng)的某一部分是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，這就如同依靠一個(gè)模糊不清的后視鏡來(lái)駕駛一架飛機(jī)。在EPRI計(jì)劃中，快速模擬及建模項(xiàng)目組正在開(kāi)發(fā)超前模擬系統(tǒng)來(lái)預(yù)測(cè)故障，這比實(shí)時(shí)監(jiān)控還要迅速，就像一位大師級(jí)棋手提前若干步計(jì)算出對(duì)手的棋招一樣。電網(wǎng)的這種自建模(self-modeling)能力，可以通過(guò)假定推測(cè)分析來(lái)避免故障的發(fā)生。它還有助于電網(wǎng)的自動(dòng)修復(fù)，在停電或突發(fā)故障發(fā)生之后，迅速適應(yīng)新的情況，就像戰(zhàn)斗機(jī)受損之后立即重組系統(tǒng)繼續(xù)飛行一樣。
誰(shuí)來(lái)埋單
從技術(shù)上說(shuō)，能夠自動(dòng)恢復(fù)的智能電網(wǎng)已不是遙不可及的夢(mèng)想。然而，籌集巨額資金建造智能電網(wǎng)卻是另一回事。
建造智能電網(wǎng)的花費(fèi)極大，不過(guò)投資成本并非空前絕后。EPRI估計(jì)，整個(gè)美國(guó)輸配電系統(tǒng)的測(cè)試安裝可能要花10年左右的時(shí)間，每年的費(fèi)用支出高達(dá)130億美元，占美國(guó)電力行業(yè)年投資總額的65%以上。其他一些研究預(yù)計(jì)，建造智能電網(wǎng)每年需花費(fèi)100億美元，用時(shí)長(zhǎng)達(dá)10年以上。此外，調(diào)度人員的培訓(xùn)也需要花錢。這個(gè)花費(fèi)看起來(lái)很高，但是根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)的估計(jì)，停電事故每年給美國(guó)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失就高達(dá)700億到1，200億美元——盡管大面積停電事故大約每10年才發(fā)生一次，但每天都有50萬(wàn)美國(guó)用戶需要忍受兩小時(shí)以上的停電之苦。
令人遺憾的是，電力行業(yè)的研發(fā)融資正處于歷史上的最低水平，在各大主要工業(yè)行業(yè)中，僅排在造紙業(yè)之前。電力企業(yè)必須滿足來(lái)自用戶和管理機(jī)構(gòu)的需要，還要對(duì)他們的投資者負(fù)責(zé)，而股東往往著眼于短期回報(bào)，因此智能電網(wǎng)的資金籌集是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
此外，一些其他的因素也必須考慮。比如面對(duì)恐怖威脅時(shí)，電力行業(yè)和政府應(yīng)該各自承擔(dān)哪些職責(zé);如果電費(fèi)不允許漲價(jià)，電力企業(yè)又該以何種方式籌集資金等等。只有對(duì)耐心的投資者作出長(zhǎng)期承諾，相關(guān)的公營(yíng)和私營(yíng)企業(yè)聯(lián)手協(xié)作起來(lái)，才能真正改善電力行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施。
美國(guó)政府也許已經(jīng)意識(shí)到，他們?cè)摮雒娌扇⌒袆?dòng)了。美國(guó)白宮科技政策辦公室和國(guó)土安全部最近宣布，將“能夠自動(dòng)恢復(fù)的基礎(chǔ)設(shè)施”定為美國(guó)支持關(guān)鍵性基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)的國(guó)家研發(fā)計(jì)劃的三大戰(zhàn)略目標(biāo)之一。目前，協(xié)調(diào)性決策的缺乏已經(jīng)成為該計(jì)劃實(shí)施的一個(gè)主要障礙，因此國(guó)家的統(tǒng)一監(jiān)管必不可少。美國(guó)各州對(duì)電力系統(tǒng)的監(jiān)管規(guī)定基本上各自為政，足以扼殺任何一家電力企業(yè)推動(dòng)全國(guó)性計(jì)劃的努力。除非美國(guó)所有的州都能通力合作，否則對(duì)電力行業(yè)強(qiáng)制實(shí)施全國(guó)化將是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)戰(zhàn)略目標(biāo)的唯一選擇。
關(guān)鍵性基礎(chǔ)設(shè)施能否繼續(xù)安全可靠地運(yùn)行，已經(jīng)成為美國(guó)社會(huì)的一個(gè)重大問(wèn)題。有了能夠自動(dòng)恢復(fù)的輸電系統(tǒng)，起碼能夠?qū)⑶袛嚯娋W(wǎng)這類恐怖行動(dòng)帶來(lái)的影響減至最小。有了智能電網(wǎng)，大面積停電事故將不再發(fā)生，電網(wǎng)將擁有承受破壞的能力，斷電次數(shù)將明顯減少，電力也將更加高效地輸送給每一個(gè)用戶。
如果2003年8月，美國(guó)俄亥俄州地區(qū)性輸電線發(fā)生故障時(shí)，能夠自動(dòng)恢復(fù)的智能電網(wǎng)已經(jīng)安裝到位，接下來(lái)的情況就會(huì)迥然不同。在那根下垂的輸電線出現(xiàn)故障的幾小時(shí)之前，位于輸電線一端的故障預(yù)測(cè)裝置就會(huì)檢測(cè)到一些異常信號(hào)，進(jìn)行自我調(diào)整，讓電流改道繞過(guò)這條輸電線，將這一隱患隔離開(kāi)來(lái)。超前模擬系統(tǒng)將確定該輸電線發(fā)生故障的可能性較高，電網(wǎng)沿線和調(diào)度中心具有自我建模能力的軟件會(huì)預(yù)判出事故最終的發(fā)展態(tài)勢(shì)，提出最合理的補(bǔ)救應(yīng)對(duì)措施。調(diào)度員將批準(zhǔn)并實(shí)施這一應(yīng)變方案。如果最終輸電線的故障無(wú)法排除，傳感器網(wǎng)絡(luò)便會(huì)檢測(cè)出電壓波動(dòng)，并將情況通知附近變電站中的處理器。這些處理器會(huì)重新規(guī)劃路線，通過(guò)電網(wǎng)的其他部分傳輸電力。在這種情況下，普通人最多會(huì)看到燈光稍稍閃爍了一下，大部分人根本察覺(jué)不到任何異常。