美国的电力系统规模庞大、复杂且正在迅速转型。电网最初是为大型集中式发电源设计的，这些发电源向消费者单向输送电力，但近年来，客户需求、政策变化和技术进步等多种因素推动了该系统的发展。对可再生资源、电动汽车、分布式能源和电气化的需求不断增加，确保未来电网的结构要求与当今电网的结构要求大不相同。此外，政府（地方、州和联邦政府）正在为经济深度脱碳设定越来越积极的目标。拜登政府设定的目标是到 2030 年减少 50% 的排放量，到 2035 年实现 100% 的清洁电力，到 2050 年实现净零排放 [1]。为了实现这些积极的目标，整个电力行业必须进行大幅升级，并需要改进电网基础设施以支持电力行业的转型。通过这种转变，未来的电网将面临许多挑战。极端天气事件、可再生能源发电来源和其他先进技术的波动性和间歇性以及日益复杂系统中的网络安全都是利益相关者必须做好准备的考虑因素。结合表 1 所示的能源系统趋势，这些因素正在推动美国发电、输电和配电系统向多种未来架构快速演变。电网作为超大规模系统，可能会因地区不同而出现不同的架构，从而导致未来系统的不同部分可能以与其他部分截然不同的方式运行。政策、经济、技术准备情况和客户需求推动着不同地区对架构的考虑不同，从根本上说，也推动着不同的技术要求。