智能電網發展的各個階段，從基礎科學和工程技術的研究直到開發、示范和運行都會出現障礙。指出其中關鍵性的障礙，可以明確如何才能最大限度地發揮其潛能，從而為國家提供廣泛的社會效益和經濟效益。為此，梳理出發展智能電網所面臨的11個關鍵的挑戰性問題，強調指出：計量科學和技術以及標準的制定是需要優先發展的重點領域，多學科交叉合作是發展智能電網的必然選擇，法律框架和監管、市場設計以及管理改革是智能電網成功實施并獲取應得效益的基本保障。

實施智能電網發展戰略不僅能使用戶獲得高安全性、高可靠性、高質量、高效率和價格合理的電力供應，還能提高國家的能源安全，改善環境，推動可持續發展，同時能夠激勵市場不斷創新，從而提高國家的國際經濟競爭力。簡而言之，提高供電安全性、生態可持續性和經濟競爭力是智能電網的3個目標。

智能電網最本質的特點是：電力和信息的雙向流動性，并由此建立起一個高度自動化和廣泛分布的能量交換網絡；把分布式計算和通信的優勢引入電網，實現信息實時交換和達到設備層次上近乎瞬時的供需平衡。

未來的電網將由集成的電力網和通信網組成。電力網是靈活的、可重構的，且電所及之處均有可靠的雙向通信，由底層的智能網絡代理(INA)開始這兩張網高度融合。

微處理器歲月之前創建的集中規劃和控制的電力基礎設施，在很大程度上限制了電網的靈活性，失去了效率，致使在安全性、可靠性等幾個關鍵方面承擔著風險。所以智能電網是分布式智能的基礎設施。

以智能配電網為例，它被分成許多片(Cell)，每個Cell中有許多由片內通信連接起來的INAs(如繼電保護、分布式電源(DER)等)，這些代理能夠收集和交流系統信息，可以對局部控制作出自主決策(如繼電保護)，也可以通過Cell中的配電快速仿真與建模(DFSM)協調做出決策(如電壓調節與無功優化、網絡重構)；同時各片之間有通信聯系，由裝有DFSM的配電調度中心協調各片的決策；進而輸、配電調度中心之間也通過通信聯絡起來，裝有輸電快速仿真與建模(TFSM)的輸電調度中心，根據整個系統的要求協調決策，實現跨地理邊界和組織邊界的智能控制，使整個系統具有自愈功能和強抗擾能力。

在智能電網中由于能夠實時交換信息，使得大量分布式發電(含風能和太陽能等可再生能源發電)和分布式儲能在電網中可以即插即用，進而還可參與運行優化；使得用戶中可平移負荷，可與電網友好合作(猶如虛擬電源)，幫助電網實現需求側管理(如削峰填谷)，并在緊急情況下支援電網運行。

通常把分布式發電、儲能和需求側管理統稱為DER。如何處理數以萬計的DER并應對風能和太陽能等可再生能源發電的間歇性、多變性和不確定性，同時確保電網的可靠性以及人身和設備安全，并激勵市場的問題已經歷史性地擺在面前。

智能電網要實現前述3個目標并具備前述的特點，所面臨的挑戰是極其廣泛的，涉及許多技術、體制和社會問題。在其發展的各個階段，從基礎科學和工程技術的研究直到開發、示范和運行都會出現障礙。厘清其發展過程中關鍵性的障礙，可以幫助明確如何才能使其最大限度地發揮潛能，從而為國家提供廣泛的社會和經濟效益。本文試圖歸納智能電網關鍵的挑戰性問題。

1)基礎設施

2)標準和協議

3)計算機網絡(賽博系統)安全

4)運行和規劃模型

5)負荷與電源計劃安排與調度

6)儲能

7)能源效率、需求響應和負荷控制

9)態勢感知

10)市場設計

11)法律框架和監管路徑

結語

最后需要說明的是：當對智能電網3個目標的側重點發生變化時，智能電網實施的路線圖也會不同，因而上述挑戰性問題的優先級也會略有變化。

這里特別強調指出以下幾點。

1)計量科學和技術上的進步，以及標準的制定，將貫穿這些挑戰，并影響智能電網的各個方面。例如：①缺乏標準和協議是實現系統優化和有效通信的障礙；②缺乏適當的評估、量測和證實方法，制約有效利用EE、DR和DLC策略的能力；③安全性(如電力系統概率的靜態和動態安全性評估)、電網性能以及規劃的測度不充分、不一致或不存在。

所有這些挑戰都具有較強的計量科學和技術的根源。因此，如果得到解決，就可能產生深遠的影響。為了加速智能電網的發展和收獲潛在的(能量的、經濟的、環境的和社會的)效益，這些無疑是至關重要的和需要優先研究的課題。

2)需要應對復雜的、多學科的工程挑戰。為了加快智能電網的創新，同時需要科學與工程兩個方面的進展。物理科學領域的科研人員和工程師需要與信息科學的同行密切合作，并使用共同的語言和協議，以確保獲得具有抗擾能力的、可行的設計。

3)法律框架和監管、市場設計以及管理改革，是智能電網成功實施并獲取應得效益的基本保障，需要國家層面的關注，也需要社會學家(含律師)與科技專家的密切合作。