本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
根据过去 6 个月发布的报告，田纳西河谷管理局 (TVA) 和南方公司已成功部署分布式潮流控制设备网络，以缓解国家电网的压力。这些报告记录了两个正在进行的大型项目的研究结果，这些项目可能代表着解决国家电网现代化挑战的一种经济选择。
这些设备由位于加利福尼亚州奥克兰市的初创公司 Smart Wires 开发，公司名称恰如其分。该公司是 ARPA-E 资助的首批技术初创公司之一，隶属于其绿色电力网络集成 (GENI) 计划。
如今，Smart Wires 拥有三项核心技术——PowerLine Guardian、Router 和 Commander。前两种设备是直接连接到输电线路的潮流控制硬件，而第三种设备是控制和数据聚合软件包，用于管理已安装在输电网内的设备群。PowerLine Guardian 是田纳西河谷管理局 (TVA) 和南方公司项目中部署的核心技术。
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2012 年：与 TVA 启动大型试点项目
TVA 的安装工程于 2012 年完成，包括在 TVA Knox-Douglas 161 千伏 (kV) 输电线路 7.5 英里长的段上安装了 100 个第一代 PowerLine Guardian 设备。Guardian 设备和相关的通信基础设施创建了一个网状网络，能够通过 GSM 频段进行通信。该试点项目代表了 Smart Wires 技术的首次公用事业规模部署，并获得了 ARPA-E 的资金支持。
TVA 系统包括三个主要组件
1. PowerLine Guardian – 直接连接到输电线的设备，用于增加线路阻抗并测量输电网该部分的状态。
2. PowerLine Commander – 系统的软件部分，包括图形用户界面 (GUI)、数据聚合器和记录器、操作员日志以及警报生成器，电网操作员使用它来管理 PowerLine Guardian 设备群。
3. 蜂窝网络 PowerLine Guardian – Guardian 设备和 PowerLine Commander 之间的通信桥梁。
在初步测试之后，TVA 在连续 12 个月的时间内使用了这些设备，以评估它们的能力，从而
1. 降低 Knox-Douglas 线路的负荷，并将该负荷转移到两条备用半平行线路（即潮流控制），转移程度有所不同。
2. 提供设备自身的实时传感能力，目标是在运行一年后，至少 95% 的设备可用于潮流控制和数据收集。
Smart Wires 和 TVA 于 2014 年发布的一份报告证实，该试点系统已实现这两个目标。根据他们的 2014 年报告，总体而言，该网络使电网运营商能够更密切地监控 Knox-Douglas 输电线路的状态，有效地将电力从这条重负荷输电线路推送到容量更大的线路上，并应对可能威胁电网可靠性的各种中断和事件。
在这个大型试点项目中获得的关键经验教训之一是，PowerLine Guardian 设备的声振动会对输电走廊的噪声水平产生重大影响。根据 Smart Wires 的说法，通过改进螺栓设计和增加将 Guardian 装置固定到输电线路的螺栓扭矩的组合，已成功降低了当前设备中的这种噪声。
2013 年：与南方公司佐治亚电力公司启动商业项目
2013 年 3 月，Smart Wires 和南方公司成功地在两条 115 千瓦输电线路（Grady-Moreland 和 Grady-West End）上安装了 33 个 PowerLine Guardian 装置。这些线路由佐治亚电力公司管理，该公司是南方公司目前拥有和运营的四家电力公用事业公司中最大的一家。设备网络于 2013 年 4 月上线，并连续运行 16 个月以测试其性能。
在为期 16 个月的期间内，允许设备在四种不同的模式下运行
1. 待机 – PowerLine Guardian 装置无法通信或向系统注入阻抗，因为输电线路上的电流不足以驱动设备。
2. 监控 – 有足够的电流可用于驱动设备，但没有阻抗注入线路。
3. 注入 – 装置的磁化电感被施加到线路上以增加其阻抗。请注意，由于操作员可以将单个设备置于多种模式，因此线路上的总注入阻抗可以在一定范围内变化。
4. 紧急状态 – 在这种状态下，装置保护自身免受可能损坏硬件的极端条件（例如，故障引起的电流）的影响。
根据 Smart Wires 于 2015 年 1 月发布的报告，设备网络用于注入大约 75%（平均）的使用该系统可以实现的总可能阻抗。
此外，2013 年 3 月安装的 33 个装置中有 31 个在 2014 年底仍然在线。另外两个因故障而退役，其中一个是由于设备顶部和底部两半之间的电气连接出现问题，通过改进的连接设计，当前设备已对此进行了纠正。在最初的部署和测试期之后，南方公司决定扩展该系统，将安装的 PowerLine Guardian 数量增加一倍，并致力于将 PowerLine Commander 软件与其现有的能源管理系统 (EMS) 集成。
TVA 和南方公司的项目都在进行中。根据 SmartWires 的说法，预计将在 2016 年 安装其 PowerLine Router 技术。这项技术不仅能够增加输电线路阻抗（如 PowerLine Guardian），而且还可以直接降低线路阻抗。
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图片来源
1. TVA 安装照片来自 Smart Wires 并经许可使用。
2. TVA 徽标由美国联邦政府提供
