電網最初被設計成單向高速公路，電力從大型發電廠層層輸送到線路末端的城市和城鎮。但由於我們消耗和產生電力的方式發生了變化，管理電網上的電力流動變得更加複雜，而且未來會更加複雜。
隨著更多可變可再生能源上線，電網運營商需要新的方法來維持供需之間的穩定平衡，以確保可靠的服務。一種新興的研究方向是在電力線路上疊加硬體控制器和軟體，以最佳化電力在網路中的流動方式。目標是將電網從固定的中心輻射型架構轉變為更像網際網路的靈活雙向網路。
為了說明執行電網的難度，波士頓大學研究員巴勃羅·魯伊斯調出了一個線上熱圖，該熱圖顯示了從俄亥俄州到華盛頓特區的輸電網的即時定價。在弗吉尼亞州的一個地區，有一片明亮的橙色區域，表明價格超過每兆瓦時 200 美元。在幾個縣之外，地圖是涼爽的藍色，能源價格僅為每兆瓦時 30 美元。
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巨大的價格差異反映了擁堵。魯伊斯解釋說，由於一些暫時的故障——可能是一條過載的輸電線路或變電站——系統中存在約束。電網運營商將需要呼叫更昂貴的本地發電機，以匹配弗吉尼亞州該地區電力供應與需求。
風能和太陽能發電機使情況更加複雜。俄亥俄州的風力發電場可能會產生意想不到的電力爆發，但如果沒有可用的線路來傳輸電力，則需要調低風力渦輪機產生的電力，或用行業術語來說“削減”。換句話說，沒有燃料成本的清潔能源被閒置。“在大多數情況下，由於輸電擁堵，區域電網運營商無法排程成本最低的資源，”魯伊斯說。“輸電系統通常成為限制因素。”
電網運營商正在透過安裝更粗的輸電線路和改進風能和太陽能發電場的預測來解決瓶頸問題。還有可以沿著備用路徑路由電力的硬體。但是像魯伊斯這樣的研究人員，在 ARPA-E 的綠色電力網路整合計劃的資助下，正在探索軟體和新一代潮流控制器是否可以更便宜、更快速地實現一些相同的好處。
魯伊斯領導的團隊編寫了演算法，分析輸電網上的潮流並識別不太擁堵的路線，就像汽車導航程式會在主要高速公路上交通擁堵時建議走小路一樣。然後，電網運營商可以開啟和關閉斷路器以重定向電力，並使最具成本效益的能源可用。在與電網運營商 PJM 的模擬中，魯伊斯估計該專案的拓撲控制演算法軟體每年可以節省 1 億美元的擁堵相關成本，並將風電削減量減少約 50%。
巧妙的演算法也可以使本地配電網的執行更高效。加州理工學院教授史蒂文·洛正在設計軟體系統的基礎，公用事業公司將使用該系統來最佳化向家庭和企業輸送電力的本地電路的執行。
洛說，用於控制電路的現有方法，例如抽頭電容器組，可能不足以滿足擁有大量光伏太陽能電池板或電動汽車的社群的需求。太陽能豐富的地區上空飄過的雲層會導致線路電壓下降，如果消費者同時插入電源，耗電的電動汽車會使電力線的容量緊張。家庭也越來越多地擁有雙向恆溫器，可以在用電高峰時段調整設定。
在一個與南加州愛迪生公司的合作專案中，洛正在開發公用事業公司管理其網路的方法，隨著更多分散式技術的普及。例如，該軟體將幫助電網運營商決定何時減慢電動汽車 (EV) 的充電速度以緩解擁堵，或利用太陽能電池板上的智慧逆變器來提高線路電壓。“如果你在此時更改電動汽車的充電，它會根據物理定律影響整個電力電路，”洛說。“如何協調所有這些裝置？你可以從數學上將其表述為最優潮流。”
新硬體也可以使電網更靈活。例如，田納西河谷管理局安裝了大約100 個潮流路由器——一米半長的金屬箱，安裝在輸電線上——來自初創公司 Smart Wire Grid，用於監控線路活動並將電力轉移到未充分利用的線路。包括 Varentec 和 Gridco Systems 在內的其他公司也在製造旨在比現有裝置更便宜、更可靠的動態路由電力裝置。
國家可再生能源實驗室電力系統工程中心主任聖地亞哥·格里哈爾瓦表示，每個人都同意電網需要擺脫當前集中式模式。他設想，未來不再由公用事業公司和電網運營商決定何時呼叫新的發電機或削減用電量，而是許多客戶將在特定時間自行發電並將電力注入電網。
格里哈爾瓦領導的一個研究小組正在設計他所謂的“電力作業系統”，該系統將允許消費者安排他們的能源使用，以便為公用事業公司提供服務，例如穩定線路電壓或平衡電網頻率。例如，一棟裝有屋頂太陽能電池板和電池的建築物可以儲存能量，並在高峰時段將其出售到批發能源市場以賺錢。“分散式智慧是未來電網的範例，”格里哈爾瓦說。“這是你無法避免的事情。普通使用者越來越意識到他們的能源。”
公用事業可變發電整合集團執行主任 J. 查爾斯·史密斯表示，透過軟體更好地控制潮流只是為高水平可變可再生能源準備電網的難題之一。但他說，由於計算能力繼續以指數級速度增長，這是一個很有希望的研究方向。“計算機中執行潮流和事故分析以在下一分鐘執行決策所需的原始馬力是巨大的，”史密斯指出。“計算機領域正在發生的巨大進步是現在可以考慮這些事情的原因之一。”