2003年8月14日，下午两点刚过美国东部夏令时，俄亥俄州北部的一条高压输电线刮到一些杂草丛生的树木上而关闭——这在电力行业中被称为故障。电线在流经它的大电流的高温下变软了。正常情况下，这个问题会触发俄亥俄州公用事业公司第一能源公司(FirstEnergy Corporation)控制室的警报，但警报系统失灵了。

在接下来的一个半小时里，当系统操作人员试图弄清楚发生了什么事时，另外三根电线倒在树上并关闭了，迫使其他电线承担额外的负担。由于负担过重，他们在下午4点05分停止运营，导致加拿大东南部和东北部8个州出现了一连串的故障。

在最大的一次地震中，总共有5000万人断电长达两天停电在北美历史上该事件造成至少11人死亡，估计损失60亿美元。

那么，五年后，我们还会面临大规模停电的风险吗?

2004年2月，经过三个月的调查，美国-加拿大电力系统停电特别工作组得出结论，人为错误和设备故障共同导致了停电。该集团的最终报告提出了46条建议以减少未来大范围停电的风险。首先是制定行业可靠性标准的强制性和法律可执行性。

在停电之前，北美电力可靠性委员会(NERC)制定了自愿标准。在停电报告之后，国会通过了2005年能源政策法案，该法案扩大了联邦能源监管委员会(FERC)的作用，要求它向NERC(现在的北美电力可靠性公司)征求、批准和执行新的可靠性标准。

到目前为止，FERC批准了96个新项目可靠性标准．＊去年9月成立的FERC电力可靠性办公室主任Joseph McClelland说，这些涵盖了三个t——“树、培训和工具”——这是由停电特别工作组确定的，但并不局限于它们。例如，标准PER-003要求操作人员至少接受过识别和处理电网关键事件所需的最低培训;标准FAC-003规定必须让树木远离输电线路;标准TOP-002-1要求电网操作系统能够经受住电源线故障或任何其他单一故障，无论多么严重。FERC可以对违规行为每天处以高达100万美元的罚款，具体数额取决于违规行为的恶劣程度和所带来的风险。

如果这些标准减少了停电的次数，证据还有待证实。NERC的研究停电数据匹兹堡卡内基梅隆大学的研究人员发现，从1984年到2006年，影响5万多人的停电频率基本保持在每年12次左右。合著者保罗·海恩斯现在是伯灵顿佛蒙特大学工程学的助理教授，他说，目前的数据表明，2003年水平的停电将每25年发生一次。

他说，许多研究人员认为，级联停电可能是电网复杂性固有的，但他仍然认为有改进的空间。“我认为我们肯定可以把它的频率降低到每25年一次。”

美国电网由三个松散连接的部分组成东部，西部和德克萨斯州。在每一个,高压电线将电力从煤炭或水力发电厂等发电来源输送到当地公用事业公司，再将电力输送到家庭和企业，电灯、冰箱、电脑和无数其他“负载”利用这些能源。

因为输电线上的电无法储存，所以发电量和负荷必须一直保持一致，否则电网就会进入停电状态。这可能是由于发电能力不足——2000年加州停电的原因——或由于一个或多个故障，如2003年的停电。的互联性电网的补偿更容易弥补负荷和发电量的局部变化，但它也为停电提供了更广泛的传播渠道。

散布在全国约300个控制中心的输电系统操作员从放置在变压器、发电机和其他关键点的SCADA(监视控制和数据采集)系统监控电压和电流数据。电力工程师监视数据，寻找故障的迹象，理想情况下，彼此沟通以跟上重要变化的步伐。

自2003年以来的一个认识是，“您不能只看您的系统。你必须看看你的系统如何影响你的邻居，反之亦然，”加州帕洛阿尔托电力研究所电力传输和利用副总裁Arshad Mansoor说。

直到最近，还没有一个地方可以跨网格查看信息。麦克利兰说，FERC正在与工业界和其他政府机构合作，将数据导入位于华盛顿特区总部的一个海岸到海岸实时监测系统原型中。他说:“我们已经把这个系统整合在一起了，它的功能是正常的，”尽管“有些部分比其他部分要好”:FERC对美国西部有全面的覆盖，来自东南部的信息也很好，但来自德克萨斯州和其他地区的数据仍然参差不齐。

收集数据只是一个开始。圣杯是一个智能电网能够自我监测和修复，类似于空中交通管制系统用来协调飞机航线的方式。曼苏尔说，实现这个梦想还需要20年的时间，因为这取决于更好的数据、可靠的通信网络和能够根据数据做出决策的计算机程序。

一种很有前途的收集更好数据的工具叫做相量测量单元(PMU)，它可以测量电力线上的电压和电流，并使用GPS(全球定位系统)连接将数据的时间戳精确到微秒。这种跨pmu网络的分辨率水平可以揭示电力线的一种重要电学特性阶段海恩斯说，它可以判断发电机是否在相互同步旋转。

当停电临近时，这种称为相位的差异被认为会迅速增大。海恩斯说:“许多人猜测，如果我们能看到[2003年8月14日]发电机之间的[相位]距离在增加，我们就可以避免停电。”

现时，在东区互连处安装的机动车辆管理单元约有100个，而二零零三年则为零北美同步相量计划位于华盛顿州里奇兰的太平洋西北国家实验室。Mansoor说:“我们还需要几百个pmu来实现全面覆盖。”但他补充说，pmu已经在帮助当地公用事业公司比以前更快地诊断停电原因。

保持网格平衡的另一个挑战是对电力日益增长的需求——换句话说，就是不断增加的负荷——因为消费者购买了更多的电脑、空调和可充电手持设备。美国能源部能源信息管理局项目从现在到2030年，负荷每年增长1.05%，这意味着输电能力必须保持同步。

建设新输电线路的主要障碍是选址，这被称为“不要在我家后院”效应:没人希望电线靠近他们。解决这一问题的一个潜在方法是所谓的智能电表——每小时的用电量读数，允许公用事业公司在非高峰时段提供电价折扣。爱达荷州、加利福尼亚州和其他州正在试行智能计量项目。

曼苏尔指出，先进的计量工具可能会变得有用，考虑到日益间歇性的电源的潜力。例如，风力发电是随着微风停止和启动的，这意味着系统运营商必须调整负载来补偿。尽管风力发电在美国占19.5千兆瓦的发电量，不到总发电量的2%，但它在2007年占新装机容量的35%，高于2003年的5%。

在城市和其他城市地区的电力线路的替代方案是基于高温超导体(HTS)技术的电力电缆。当冷却到零下321华氏度(77开尔文，或零下196摄氏度)时，复合材料氧化钇钡铜开始携带几乎为零电阻的电流。因此，高温超导电力电缆可以做得比铜质电缆更小。

在一个被称为安全超级电网的概念中，它将加强现有的传输线，并抵抗可能导致停电的压力，因为当电流峰值时(反映出高温超导电缆的“几乎”电阻为“几乎零”)，线路就会关闭。一些研究人员建议将高温超导超级电网与海岸到海岸的电网相结合氢气管道为汽车和家庭提供燃料电池。

今年4月，长岛电力局(Long Island Power Authority)启动了一个耗资5,000万美元、69千伏的高温超导系统，为多达30万户家庭提供电力。纽约爱迪生联合公司和美国国土安全部已经为曼哈顿市中心价值4000万美元的超级电网系统铺设电缆Hydra项目计划于2010年投入使用。

这些工具都不能保证大规模停电的消失。当研究人员研究复杂的系统在美国，无论是电网还是沙堆，他们经常发现一个简单的关系:停电或雪崩等更大灾难的发生频率仍然相对较高。曼苏尔说:“如果你看看2003年以来采取的所有措施，我认为现在的总体风险比2003年要小。”“但风险总是存在的。”

*更正(8/14/08):这篇文章最初说FERC已经批准了83个新的可靠性标准;这个数字指的是2007年6月18日生效的第一批标准。