智能电网下保护何去何从「国家智能电网」

今天带来智能电网下保护何去何从「国家智能电网」，关于智能电网下保护何去何从「国家智能电网」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

翻译:段跃初

我们的电网老旧不堪，但新技术可以让我们免受大范围停电和网络攻击的影响。

如果你的电突然被切断了，你会怎么办？如果你几天或几周没电了怎么办？如果你所在的城市或州没有人有任何权力会怎样？

大规模、长时间停电的可能性听起来有些牵强，但最近的事件表明人们有理由担忧。

2021年2月，德克萨斯州的电网故障导致超过450万家庭和企业断电。几个月后，大范围的干旱和野火威胁着美国西部，导致轮流停电。

2021年美国土木工程师协会给了我们的能源部门C级。它声明说“美国电网的大部分正在老化，一些组件已经超过一个世纪，远远超过了其50年的预期寿命，而其他组件，包括70%的输电和配电线路，都已进入其寿命的后半期。”

但是电网到底是什么？让它变得“智能”如何帮助保护我们免受大范围停电的冲击？

网格是一个互联机器链横跨北美。电力沿着这条链条从发电机(如涡轮机和太阳能电池板)到高压输电线路，再到低压配电网，再到你的插座、电灯和电动汽车充电站。

电网运营商必须不断监控供应和需求，以确保它们相等:如果有不平衡，它可以结束破坏发电厂。为了避免这种情况，公用事业公司可以采取各种方式应对，比如所谓的负荷削减:自动切断一些人的电源。或者，如果供应和需求真的错位，发电机可能会关闭以避免损害，这可能导致连锁反应的“连锁断电”，或停电。

随着风能和太阳能等新能源的出现，保持稳定的平衡变得更加复杂。这是因为来自这些来源的能量是不一致的。

“智能电网”能更快地感知小的不平衡，做出调整，这样问题就不会变大。她们使用传感器不断测量电网不同部分的状态，以及控制流经不同地点的电流的一系列设备。传感器和控制器由计算机运行，自动调整以最大限度地提高效率。

在深入研究电气化系统如何发展之前，先了解一下它的起源会有所帮助。

美国的电网诞生于1882年9月4日下午3点。托马斯·爱迪生自己打开了开关。

他在2005年建造了该国第一座中央电厂珍珠街255-257号在纽约市。它在曼哈顿下城供电的小电网最初为大约80个客户服务，为400盏灯提供电力。

爱迪生致力于研究直流电，即DC，即电能单向流动。但是他的DC系统有局限性，因为它的电压低，这意味着发电站只能将电流输送到半英里以外的地方。

著名的发明家和科学家尼古拉·特斯拉认为爱迪生是错的。他推动了交流电供电的电网，电力有规律地在线路上来回流动.

交流电网很难建立，因为每台发电机都必须完美无缺的同步，产生同频率、同电压、同相位的电。

这两个人将会被锁在所谓的“洋流之战.”

特斯拉最终赢得了胜利，这得益于变压器的发明，变压器将交流电转换为更高的电压，以便更有效地进行长距离传输，然后降低电压，以供更安全的家庭使用。直流电很难做到这一点。

大约在1920年，美国大部分城市地区都有电力供应。对绝大多数美国农村人来说，这还没有开始直到20世纪30年代。因为建造发电厂和输电线路非常昂贵，州政府让电力公司形成垄断交换条件是把每个人都连接到电网上。

在第一次世界大战期间，当一些城市的军事生产超过了发电能力时， 各个地区开始将他们的电力系统连接起来，以汇集资源。这种连接过程一直持续到北美最终形成五个电网:东部、西部、魁北克、阿拉斯加和得克萨斯，这些电网选择保持独立。

从20世纪70年代开始， 国会开始开放电线给能生产更便宜电力的公司。许多电力公司开始从更远的地方获取电力。

运输链从来就不是为处理这些负荷而建造的，也没有人有动力去升级共享电力线。到21世纪初，这成了一个大问题。

在…里 2003过度生长的树枝摧毁了俄亥俄州的一些电线。故障接踵而至，5000万人断电。

这强调了改善整个电网实时监控的必要性，这将有助于检查即将发生的停电的警告信号，以便系统可以自动防止故障或将故障限制在小范围内。

2007年，国会呼吁制定一个“智能电网".从那以后，它花了数十亿美元新基础设施的最终目标是全面部署智能电网系统.

除了更多的传感器和控制器，许多智能电网模型使用微电网结构。这种设计可以向小型社区供电，同时与更大的网络互联。当一条线路发生故障时，它周围的微电网可以被隔离，因此停电只发生在很小的范围内，而不会蔓延到更大的范围。

智能电网也可能整合使用直流电的新型长距离网络——逆转交流电长达一个世纪的统治地位。随着工程师们发现新的建造方法高压电线，直流电实际上已经成为更有效率距离比以前更远。无论如何，可再生能源倾向于产生直流电。

对可再生能源的更多依赖也增加了对大容量存储的需求电池即使在阳光或微风不足以满足需求的时候，也可以快速打开和关闭，以平衡供应和消费。

然而，智能电网只能做这么多。工程师们还需要让单个发电机更能抵御灾难，特别是由于气候变化，恶劣天气发生得越来越频繁。个人也可以让他们的家更加节能。

智能电网有一些弱点。通过将我们所有的电气系统连接到计算机网络，其中许多被设计为远程控制，安全专家说我们将自己置于潜在灾难性网络攻击的高风险之中。

俄罗斯黑客成功侵入美国电力公司至少一次。和公用事业是还在想办法他们的系统会受到多大程度的危害。

但是我们不应该责怪智能电网。黑客可以瞄准发电机即使它们没有直接连接到互联网.

一旦完成，智能电网应该比我们目前的基础设施安全得多，因为它注重可靠性和备用资源。这种电网有望提供更可靠、更经济的电力基础设施，抵御外部威胁。

鉴于我们使用的互联网设备数量不断增加，我们的日常生活变得更加耗电。我们中的大多数人可能不太考虑这种力量来自哪里。突然失去它——出乎意料地——确实会令人震惊

科学美国人：What Is a Smart Grid, and How Might One Protect Our Energy Future? - Scientific American https://www.scientificamerican.com/video/what-is-a-smart-grid-and-how-might-one-protect-our-energy-future/