电网最初被设计成单向高速公路，电力从大型发电厂层层输送到线路末端的城市和城镇。但由于我们消耗和产生电力的方式发生了变化，管理电网上的电力流动变得更加复杂，而且未来会更加复杂。
随着更多可变可再生能源上线，电网运营商需要新的方法来维持供需之间的稳定平衡，以确保可靠的服务。一种新兴的研究方向是在电力线路上叠加硬件控制器和软件，以优化电力在网络中的流动方式。目标是将电网从固定的中心辐射型架构转变为更像互联网的灵活双向网络。
为了说明运行电网的难度，波士顿大学研究员巴勃罗·鲁伊斯调出了一个在线热图，该热图显示了从俄亥俄州到华盛顿特区的输电网的实时定价。在弗吉尼亚州的一个地区，有一片明亮的橙色区域，表明价格超过每兆瓦时 200 美元。在几个县之外，地图是凉爽的蓝色，能源价格仅为每兆瓦时 30 美元。
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巨大的价格差异反映了拥堵。鲁伊斯解释说，由于一些暂时的故障——可能是一条过载的输电线路或变电站——系统中存在约束。电网运营商将需要调用更昂贵的本地发电机，以匹配弗吉尼亚州该地区电力供应与需求。
风能和太阳能发电机使情况更加复杂。俄亥俄州的风力发电场可能会产生意想不到的电力爆发，但如果没有可用的线路来传输电力，则需要调低风力涡轮机产生的电力，或用行业术语来说“削减”。换句话说，没有燃料成本的清洁能源被闲置。“在大多数情况下，由于输电拥堵，区域电网运营商无法调度成本最低的资源，”鲁伊斯说。“输电系统通常成为限制因素。”
电网运营商正在通过安装更粗的输电线路和改进风能和太阳能发电场的预测来解决瓶颈问题。还有可以沿着备用路径路由电力的硬件。但是像鲁伊斯这样的研究人员，在 ARPA-E 的绿色电力网络集成计划的资助下，正在探索软件和新一代潮流控制器是否可以更便宜、更快速地实现一些相同的好处。
鲁伊斯领导的团队编写了算法，分析输电网上的潮流并识别不太拥堵的路线，就像汽车导航程序会在主要高速公路上交通拥堵时建议走小路一样。然后，电网运营商可以打开和关闭断路器以重定向电力，并使最具成本效益的能源可用。在与电网运营商 PJM 的模拟中，鲁伊斯估计该项目的拓扑控制算法软件每年可以节省 1 亿美元的拥堵相关成本，并将风电削减量减少约 50%。
巧妙的算法也可以使本地配电网的运行更高效。加州理工学院教授史蒂文·洛正在设计软件系统的基础，公用事业公司将使用该系统来优化向家庭和企业输送电力的本地电路的运行。
洛说，用于控制电路的现有方法，例如抽头电容器组，可能不足以满足拥有大量光伏太阳能电池板或电动汽车的社区的需求。太阳能丰富的地区上空飘过的云层会导致线路电压下降，如果消费者同时插入电源，耗电的电动汽车会使电力线的容量紧张。家庭也越来越多地拥有双向恒温器，可以在用电高峰时段调整设置。
在一个与南加州爱迪生公司的合作项目中，洛正在开发公用事业公司管理其网络的方法，随着更多分布式技术的普及。例如，该软件将帮助电网运营商决定何时减慢电动汽车 (EV) 的充电速度以缓解拥堵，或利用太阳能电池板上的智能逆变器来提高线路电压。“如果你在此时更改电动汽车的充电，它会根据物理定律影响整个电力电路，”洛说。“如何协调所有这些设备？你可以从数学上将其表述为最优潮流。”
新硬件也可以使电网更灵活。例如，田纳西河谷管理局安装了大约100 个潮流路由器——一米半长的金属箱，安装在输电线上——来自初创公司 Smart Wire Grid，用于监控线路活动并将电力转移到未充分利用的线路。包括 Varentec 和 Gridco Systems 在内的其他公司也在制造旨在比现有设备更便宜、更可靠的动态路由电力设备。
国家可再生能源实验室电力系统工程中心主任圣地亚哥·格里哈尔瓦表示，每个人都同意电网需要摆脱当前集中式模式。他设想，未来不再由公用事业公司和电网运营商决定何时调用新的发电机或削减用电量，而是许多客户将在特定时间自行发电并将电力注入电网。
格里哈尔瓦领导的一个研究小组正在设计他所谓的“电力操作系统”，该系统将允许消费者安排他们的能源使用，以便为公用事业公司提供服务，例如稳定线路电压或平衡电网频率。例如，一栋装有屋顶太阳能电池板和电池的建筑物可以存储能量，并在高峰时段将其出售到批发能源市场以赚钱。“分布式智能是未来电网的范例，”格里哈尔瓦说。“这是你无法避免的事情。普通用户越来越意识到他们的能源。”
公用事业可变发电集成集团执行主任 J. 查尔斯·史密斯表示，通过软件更好地控制潮流只是为高水平可变可再生能源准备电网的难题之一。但他说，由于计算能力继续以指数级速度增长，这是一个很有希望的研究方向。“计算机中运行潮流和事故分析以在下一分钟运行决策所需的原始马力是巨大的，”史密斯指出。“计算机领域正在发生的巨大进步是现在可以考虑这些事情的原因之一。”