美国的电力市场结构：软件技术篇
本周焦点
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电网作为气候转型的基础设施，通过架空和地下电线和光纤将我们所有人连接起来。为了实现2050年净零排放的目标，我们需要一个足够大的电网，其解开的电缆足以延伸到太阳。要实现这一目标，电网需确保可靠性、韧性和安全性。人口增长和电气化转型导致电力需求的不断增长。
为了量化这种增长需求，国际能源署（IEA）预计到2040年全球需要建设或升级的新电力线路长度达8000万公里！而电力线路还只是“轨道”，与之配套还需要其他硬件、软件和服务，这些都是创建可靠、韧性、清洁电网所必需的。
如果实现净零排放意味着电气化一切，那么对电网技术的投资将至关重要。因此，今年我们看到公共和私营资本在该领域的投资都有所增加。例如美国能源部宣布了35亿美元用于电网升级，作为电网韧性和创新计划（GRIP）的一部分。
如今的电网变得比以往任何时候都更加复杂。这种复杂性表现在物理资产（如输电线路、变压器和变电设备）的大量增加，可再生能源的不断入网，以及分布式能源和用户的涌入。
运营商/公用事业公司长期以来一直用软件及相关服务来确保对电流的控制和可见性。当电力只是单向流动时，这些软件运行良好。但是，监控和数据采集（SCADA）和广域监控系统（WAMS）等单向传统解决方案已经无法应对当今电网的复杂性。
这就是下一代电网软件和服务发挥作用的地方。它们通过在所有资产和系统之间建立情境意识，帮助运营商/公用事业单位实现对电网的更大控制和可见性。我们可以将这些技术和服务视为为运营商/公用事业单位管理电力流动、运营和规划的操作系统，或“中间件”。
在这里，我们将介绍一些关键技术以及推动最新技术发展的相关创新企业。
市场地图：谁在做什么
运营商/公用事业公司历来对新项目能否成功缺乏可预见性。如何能让他们从一开始就最大限度地提高成功的机会呢？
电网扩建软件（GridExpansion）
电网扩建软件提供了新电网项目规划的可视化、模拟和数字建模工具，比如通过预测性智能工具，无需铺设一根电线或竖立一根电杆就可以设计和验证新的电网项目的可行性。这种可见性使运营商/公用事业公司能够积极降低潜在电网项目的风险，并对成本和瓶颈进行初步评估。该软件为多个团队（跨运营商、公用事业公司和EPC公司）和利益相关者提供了合作的机会，打破团队之间的隔阂，并提供一个统一的平台来规划电网扩建。
主要创新者：encoord 使用模型就绪数据集帮助实现新基础设施规划。Neara 的 3D可视化平台为新的电网基础设施提供预测性和可见性。PearlStreetTechnologies提供了一个仿真平台，可缩短发电上网模型构建的时间。
应用：全国电网(NationalGrid)已经实施了encoord的电网规划软件，该软件有助于量化不同规划决策之间的权衡。Neara与Ausgrid合作，部署其3D可视化平台，用于配电级电网规划。PearlStreetTechnologies与MISO和Ulteig合作演示了他们的上网项目排队场景模型构建过程，从而将项目并网时间从三周缩短到30分钟。
检查和风险缓解（InspectionandRiskMitigation）
在美国，电网检查是为满足政府的要求而执行的过程。检查间隔由美国各地的公用事业委员会设定，通常每1-2年一次。由于这种按年计的时间间隔，故障和电网中断的风险永远无法完全缓解。因此，解决资产和系统中的异常通常与风险识别同时发生。
检查和风险缓解软件和服务旨在电网资产和系统中的异常导致故障、中断和进一步损害之前发出预警，减轻这类风险的影响。通过结合AI/ML、分析和来自监控系统（如无人机）的数据，检查和风险缓解解决方案为公用事业公司提供了智能预测。这不仅消除了部署现场工作人员进行人工检查的必要，降低了运营成本，也提高了公用事业公司对电网的态势感知能力。他们不再依赖于每年或每半年才进行一次的现场检查，而是可以以分钟为单位进行实时检查评估。
主要创新者：NoteworthyAI可以自动检测和定位配电线杆，评估其状况。BuzzSolutions 提供了一个基于AI的可视化处理平台，用于评估资产异常，并可以预测资产故障。
应用：NothworthyAI与包括FirstEnergy、AlabamaPower和Exelo在内的多家公用事业客户合作，积极部署其配电线路异常检测服务。BuzzSolutions与POWEREngineers合作，帮助公用事业公司更好地确定检查案例的优先级并降低现场工作人员的部署成本。
电网资产管理（GridAssetManagement）
大多数电网资产已有50至70年的历史。这些老化的资产会导致电力传输的损失，并且越来越容易受到故障和停电的影响。更糟糕的是，这些资产中的大多数都没有数字化，无法提供对实时资产运行状况和生命周期状态的可见性。
资产要么1）仅在发生故障和中断时更换，要么2）在不了解资产基础运行状况的情况下更换。更换或维护服务通常仅在电网出现故障时才启动（那时为时已晚😬）。对哪些资产以及何时更换知之甚少。
电网资产管理软件和服务旨在为运营商/公用事业公司提供电网资产的实时数据和见解。这使运营商/公用事业公司能够更好地规划和优化资产更换周期。由于并非所有资产都可以同时替换，因此此类软件可以改善电网规划。电网资产管理软件可以确定资产相对于彼此的健康状况，以便运营商/公用事业公司可以更好地规划更换周期。
主要创新者：CosmoTech提供资产生命周期模拟和管理工具，使运营商和公用事业公司能够更好地了解更换周期。通用电气的资产生命周期管理（ALM）将数据和咨询服务相结合，帮助电站所有者制定资产维护和升级策略。
应用：CosmoTech与TenneT 合作，通过场景建模和数字孪生模拟来优化其电网资产的维护和更换策略。GE为一家总部位于卡塔尔的公用事业公司优化了维护策略，帮助降低了资产故障率并延长了资产寿命。
物理事件检测（PhysicalIncidentDetection）
2003年美国东北大停电和其他由故障引起的停电事故可以追溯到植被管理不善。为了消除这类停电事故再次发生的可能，FERC的FAC-003-4输电线路植被管理等监管框架为公用事业提供了标准和要求。然而，要达到树木修剪和清除植被的输电线路的标准，是一个成本高昂且劳动密集型的过程，需要派出野外工作人员来评估地面植被状况。
事件检测软件和系统使公用事业公司能够更好地了解植被生长和更广泛的气候风险，降低停电和野火的风险。通过卫星图像、预测分析和物理风险评估，事件检测解决方案提供实时电网风险监控。
这些功能使公用事业公司能够提前了解潜在威胁，绘制可能使电网面临的物理风险的致灾地图，并提供了一个统一的界面，让所有公用事业团队成员都可以查看。这意味着现场工作人员只在必要时和最关键的事件时出动，从而减少不必要的人力和资源浪费。
主要创新者：Overstory将机器学习应用于卫星图像，以识别植被造成的潜在风险。Rhizome 为公用事业公司提供气候风险分析，以帮助更好地管理电网韧性和规划。
应用：Overstory通过他们的第一份公用事业合同向EDP 提供了植被筛选解决方案。Rhizome与西雅图城市之光合作，帮助他们更好地了解气候风险，并为气候适应计划提供信息。
先进配电管理系统（ADMS）
电网的基本义务是向最终用户提供可靠电力。这种压力正在积累，特别是在公用事业面临前所未有的需求的情况下。电气化、人口增长和DER参与度的增加使电网里的电流变得越来越复杂，增加了停电的可能性，也增加了客户互动性。从历史上看都是通过为解决单个问题而构建一个个一维方案来解决。例如，通过故障定位、隔离和服务恢复（FLISR）监控故障，通过中断管理系统（OMS）管理断电问题。
那么公用事业公司能否可以通过单一解决方案处理所有这些问题呢？先进配电管理系统（ADMS）将故障检测、停电响应和客户交互结合在一起，为公用事业公司提供一个单一界面来管理电网配电问题。将ADMS视为一把瑞士军刀，通过完全集成的系统为公用事业公司提供更好的控制。公用事业公司不再需要自己处理多个孤立的解决方案（如FLISR和OMS），而只需在ADMS平台上操作。
主要创新者：Volue的 ADMS解决方案支持实时分销级操作，可以24/7全天候运行。Survalent的ADMS解决方案将SCADA、OMS和DMS结合到一个在图形界面上。
应用：Volue 协助服务于挪威南部的电网运营商AgderEnergiNett从传统SCADA系统过渡到他们的ADMS解决方案。Survalent与HolyCrossEnergy和NREL合作，演示了他们的ADMS解决方案与DERMS软件之间的交互。
电网拓扑优化（TopologyOptimization）
满足电力需求是一个微妙的过程，经常会出现小问题，尤其是当输电线路过载时。而拥堵使电力无法按预期交付。这体现在拥堵成本上，这些成本被转嫁给最终用户，并且一直在上升，2022年这部分成本在美国增加了56%。
目前，运营商通过电流控制和开关来缓解拥堵。然而，通过这些硬件技术重新配置电流需要时间，并且通常依赖于人类耗时的手工计算。拓扑优化软件简化了这一过程，通过对拥塞事件的自动响应来修复拥塞。
可以把它想象成能实时搜索最佳路线的卫星导航软件。拓扑优化软件无需手动提出重新配置或重新路由路径，而是自动分析和评估缓解拥塞的可能方法，让操作员能够全面鸟瞰正在发生的事情。
主要创新者：NewGrid提供拓扑优化软件，使运营商能够减少输电拥塞。
应用：NewGrid与PJM 合作，通常在一分钟内识别并生成拓扑重新配置。结果显示，在高度拥堵时，传输容量增加了5-10%，并且能够将成本降低多达50%。
总结
作为市场参与者，您应该记住......
应用需要时间。运营商/公用事业公司在测试或采购可能危及电网可靠性或性能的新技术方面往往进展缓慢。与运营商/公用事业公司共同开发解决方案将有助于将这种风险降至最低，使用新软件的人员技能提升计划也将有助于将这种风险降至最低。
资本支出与运营支出模型。公用事业公司基于费率的资本支出模型允许在费率增加的情况下将电网硬件等资本化投资转嫁给消费者。由于公用事业的收入取决于其费率基础的大小，这抑制了他们投资于基于运营支出的SaaS（软件即服务）解决方案的积极性，而这些解决方案无法添加到其费率基础中。
解决当下的迫切问题。对于希望解决运营商/公用事业公司目前面临的短期问题的公司来说，进入电网软件和服务市场的范围更大。运营商/公用事业公司正在寻找已经部署或与其他运营商/公用事业公司一起试点的解决方案。
构建“中间件”层。物理资产和设备的特点是不同的协议和标准，例如不同的变电站接口和不同的传感设备。嵌入互操作性将降低电网参与者的采用风险，并为其他开发人员提供基于此“中间件”层进行应用拓展的机会。
位置，位置，位置。不同的标准、法规和程序给电网领域的技术提供商带来了不确定性。紧紧依靠美国的 FERC、英国的 Ofgem 和法国的CRE 等监管机构。
随着市场的成熟，请留意...
实时性。 到目前为止，对历史和静态数据的依赖一直是电网的特征。利用实时数据来解决拥塞等问题并为检查服务提供信息，正日益成为大多数电网软件解决方案的基础。
可视化是关键。电网变得越来越复杂，需要同时解决多个问题。设置一个统一的界面，允许运营商/公用事业公司使用统一平台来解决问题。
创新者与运营商的伙伴关系。对于拓扑优化软件等早期阶段的电网技术，请注意技术提供商与运营商/公用事业公司之间的合作伙伴关系，共同构建和共同测试软件。拥有这种伙伴关系的公司应该具有优势，因为与运营商/公用事业公司共同开发可以从一开始就获得更多的支持和更大的成功机会。
真正的AI/ML创新。与其他行业一样，电网软件解决方案也不能幸免于AI/ML的虚热。可证明和经过验证的改进将增加运营商/公用事业公司采用的机会。
跨行业软件提供商也参与进来。Palantir和C3AI等提供商正在将其数据工具应用于电网领域。他们的软件解决方案服务于石油和天然气或其他公用事业（天然气、水）等行业，通常经过验证，可以在电网领域复制成功。
一站式方案。一些公司正在创建一站式应用，在电网价值链的多个领域提供软件和服务解决方案。这些工具套件最大限度地减少了运营商/公用事业公司到其他地方寻求其他解决方案的需求和可能。
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