2003年8月14日，至少有5000万人失去了为房屋降温、冷藏食物、照亮办公室、计算和通勤的能力，以及现代世界中电力提供的无数其他必需品。俄亥俄州一条故障的电力线引发了一连串的事件，导致了北美历史上最大的停电，并使美国东北部大部分地区瘫痪了两天。
在灾难发生后的一年里，美国-加拿大电力系统停电工作组召开会议，以查明事件发生的原因。
在10周年纪念日之前，《大众科学》采访了电力工程师杰夫·达格尔，他是工作组的成员，也是太平洋西北国家实验室电网弹性方面的专家，以了解我们现在知道的当时不知道的事情，以及类似的事故是否仍然可能发生。
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[以下是采访的编辑稿。]
2003年8月14日发生了什么？
停电本身，这是一次大停电，影响了5000万人和60000兆瓦的电力，估计造成100亿美元的经济损失。它始于8月14日下午3:05。俄亥俄州北部的一条电力线跳闸[离线]。它实际上承载的[电力]比它所能承载的要少，因此不应该跳闸，但线路下的树木离电线太近了。它只是悬挂在电线中的带电铝，它依靠空气来提供绝缘。如果有什么东西太靠近它，它会产生电弧并短路。
所以我们在俄亥俄州北部失去了一条345千伏的线路。通常，电网的设计具有足够的弹性，以至于失去一条线路不会产生任何影响。但在那天，控制中心的软件也出现了问题。拥有该线路的公用事业公司[第一能源]通常会进行监视并采取预防措施，但他们甚至不知道该线路已经跳闸。
由于失去了第一条线路，大约30分钟后，由于类似的原因，一条相邻的线路跳闸。与任何重载输电线路一样，电流产生的热量会加热金属并使其膨胀。线路会下垂，更靠近下面的物体。因此，它在额定值范围内，但[再次]允许树木长得太高。十五分钟后，第三条线路跳闸。
现在，我们有三条关键线路在大约45分钟的时间内离线跳闸。电网的设计没有这种程度的冗余。
此时，电力仍在试图流动。因此，您会看到一系列事件的级联，这些事件加速了。下午4点刚过，这种级联就蔓延到了俄亥俄州北部以外。因此，阿克伦和克利夫兰停电，然后蔓延到底特律，并绕过伊利湖，使多伦多停电。然后它蔓延到西北部，纽约州的大部分地区以及安大略省的大部分地区都关闭了，这使其成为北美有史以来最大的停电。
您是调查该事件的委员会成员。树木是主要问题吗？
另一个关键的根本原因是态势感知能力的丧失，这比仅仅是软件故障要深入一些。我们很想知道为什么运营中心没有开始将线索联系起来。事实上，直到控制室的灯熄灭，他们才真正意识到电网正处于危险之中。
真的吗？
他们接到了很多电话和活动，表明存在问题，但他们没有将这些点联系起来。他们允许系统在那大约一个小时的时间里崩溃。
还有其他问题。
在公用事业公司之上还有一个由可靠性协调员组成的组织层。这是从1996年西海岸停电事件中吸取的教训。您需要一个组织来监督所有公用事业公司。在该地区有两家大型公用事业公司——第一能源和[美国电力公司]——以及两个可靠性协调员——[中西部独立系统运营商，或MISO]和[宾夕法尼亚州、新泽西州、马里兰州电力池]。MISO自身的软件故障阻止了其计算机工具评估系统的整体风险。
第四个主要原因是人们对系统的理解不足。早在20世纪80年代就进行过一项研究，该研究在某种程度上预测了这次停电。该研究预测，如果电网像8月14日那样从南向北输送电力，并且电压降至某个点以下，并且您失去了关键线路，那么您将看到一系列级联事件，这些事件将在伊利湖周围和新英格兰地区造成问题。因此，该报告建议我们不要允许电压降至某个阈值以下，大致为95%。然而，一些关键站点的电压经常低于该值运行。
为什么他们在低电压下运行？
当我们向第一能源询问时，他们的回答是：“什么研究？”它在时间的流逝以及兼并和收购中丢失了。目前的人们只是不了解这种类型的系统限制。如果他们保持研究中建议的防御性操作姿态，那么这个序列根本不可能开始。所有这些原因共同导致了当天的停电。
我们没有正确的规则，还是人们没有遵守它们？为什么系统无法足够快地做出反应？
这有点像两者的结合。所以存在[修剪树木]方面的缺点，但当时并没有真正的国家标准。由每个公用事业公司自行决定如何最好地维护可靠性。如果您需要找到一种在不违反任何规则的情况下削减预算的方法，那么推迟维护是很诱人的。因此，2005年能源政策法案赋予了[联邦能源管理委员会]监管可靠性的能力，现在他们制定了强制性的可靠性标准，对于不合规行为处以经济处罚。
我可以给人类操作员一些宽限。人类操作员需要时间来评估情况并找出适当的响应，然后采取行动。但是，如果它在一个小时的过程中展开，您不得不怀疑：他们是否只是如此依赖他们的自动警报？这是否归结为培训或自满？我不确定那里的根本原因是什么。
您的调查中出现了什么重大意外吗？
最初，人们对停电的范围感到惊讶。这有点令人震惊。包括我在内的人们认为如此大的停电不太可能发生——一些看似良性的根本原因导致5000万人突然断电。
那么，在这次大规模停电之后，对电网进行了哪些重大修复？
最重要的是强制性的可靠性要求和新的植被管理标准。
我们在技术方面也取得了长足的进步。我记得最近参观了一个控制室。负责运营的高级副总裁指着他们带有系统数字显示的大型新显示墙。他笑着说：“那是停电的钱。”公用事业公司投入了大量资金来修饰控制室。他们看到了缺乏态势感知能力的教训。
我个人还参与了一项名为同步相量的技术。它更擅长测量电网以真正了解正在发生的事情。它利用了共同的时间参考。该技术配备GPS，可在整个电力系统中提供微秒级的时间精度。……它允许的测量直接指示电网上的压力。我使用的类比是从X射线到核磁共振成像。在过去，公用事业公司每四秒钟收集一次数据。有些快到每两秒钟一次。如果您只是向人类操作员提供信息，那足够了，但它没有时间同步。随着新的[同步相量]安装在变电站中，这些东西使用更高的采样率。它们的运行速度约为每秒30个样本。有些甚至更快。
但是电网本身没有重大变化吗？
2009年的美国复苏与再投资法案为智能电网技术提供了一些赠款。但在电网本身方面，则没有那么多。电网的运行方式没有根本性的改变。您仍然有电力线和变压器，以及主要的集中发电[发电厂]。在输电级别，它与我们10年前的技术非常相似。
电网是否变得太大而无法处理，还是答案是建立更大的电网？
电网越大，就越可靠。想想2003年停电是如何发展的。东部电网的峰值为800000兆瓦，但只有60000兆瓦被淘汰了。这只是电网的一小部分。答案是将电网的一部分进行划分。
那么，我们有一天会在整个北美拥有统一的电网，以使系统更加安全吗？这方面的问题是基础设施建设的经济性。假设我们在达科他州和怀俄明州，就在东西部电网的接缝处，建造风力发电，并建造输电线路将风能[-产生的电力]输送到城市？也许有一天连接东西部是有道理的，但是目前没有令人信服的理由建造大量电力线，因为成本效益根本不存在。
但是分布式发电，例如人们屋顶上的太阳能电池板，似乎对这种集中式电网概念提出了根本性的挑战？
基础设施本身就是一个非常复杂的机器。我们正在整合大量可变发电，如风能和太阳能等。由于天然气的价格以及燃煤电厂的退役，我们看到天然气的使用量大大增加。同时，我们也看到一些以前从未出现过的新型负荷[比如电动汽车在夜间充电]。未来我们将看到很多变化，而且我们已经开始看到了。这些变化会带来风险。
如果光伏发电的价格下降到人们都不再想从公用事业公司购买电力，而是选择自给自足的地步，我们是否正处于某种真正的重大颠覆的边缘？届时电网会是什么样子？
我个人认为，我们需要一个能够汇集资源的大型电网。我不认为我们会放弃它，但这种模式将面临一些商业挑战。运营该系统的公用事业公司将面临一些根本性的挑战，以继续运营下去。这需要从监管机构到客户、供应商的每个人共同努力才能解决。
何时会再次发生大规模停电？
这些停电之间存在一定的周期性。经过一段时间，人们可能会忘记并变得更加自满。在2003年之前，1996年8月西海岸发生过一次停电。 2011年圣地亚哥[亚利桑那州-加利福尼亚州]也发生过停电。
我绝不会说我们永远不会再停电。我们正在努力开发技术，以最大程度地减少停电的几率。我们的目标是提高可靠性。我只是希望我们能采用正确的技术来最大程度地减少停电的影响。