美国能源部下属国家再生能源实验室（NREL）认为智能电网具有如下的特性：具有先进的测量、监视、保护和控制的功能；更加安全、可靠、经济和环保。智能电网的关鍵基础技术包括集成的通信技术、先进的传感和测量技术、先进的电网设备、先进的控制技术以及决策支持和可视化的人机接口技术[16]。
3.1 集成的通信技术
智能电网的通信系统将集成各种通信技术，并可采用开放式的通信网架，具有高速、集成、兼容、双向的特质，可以动态响应实时信息与功率交互，为智能传感器和控制装置、控制中心、保护系统和需求响应系统提供一个安全的、即插即用的网络平台。
3.2 先进的传感与测量技术
智能电网信息的基础，主要用于智能仪表、广域测量系统和电网设备在线监测方面。
3.1.1 智能仪表
智能电网中的智能仪表（Smart Meter）采用先进测量架构（AMI）新技术，除测量功能以外，还可提供实时电价、供求状态等更详尽的用电信息。AMI也引领着未来的自动抄表技术和智能住宅技术的发展。
3.1.2 广域测量系统（WAMS）
系统是由基于全球定位系统（GPS）的同步相量测量装置PMU 群及其通信系统组成。它可以动态地测量和计算电力系统的运行状态相量和发电机功角。在WAMS 基础上结合先进的控制理论和智能技术开发的广域保护和控制系统可以快速分析系统状态，鉴别其安全性。在存在风险的情况下，广域保护和控制系统可通过切机、切负荷、主动解列和灵活分区等安全控制措施，制止级联跳闸和缩小停电范围，还可从集中监视控制发展到分布协调控制[17]。作为自愈电网计划的一部分，WAMS 及其应用已成为电网安全控制的研究热点。
3.1.3 电网设备的在线监测
电网设备的在线监测包括电气量以及非电气量的监测。电气量监测主要通过监测电网设备的电流、电压、相角、功率、功率因数等运行状态量；非电气量监测则包括监测电气设备中的介质的压力、流量、气体成分、温度等。采用先进的传感器通过对以上各状态量的监视，可完成电网设备的在线诊断，为实施电网设备的状态检修和管理提供必要的信息。现时采用电网在线监测技术的应用主要包括变压器在线监测、断路器状态监测以及线路容量动态监测等。

3.3 先进的电网设备技术
先进的电网一次设备是智能电网实现的物理基础。以下4个方面的电网设备技术发展值得关注：分布式能源管理技术；电力电子技术；大容量储能技术；超导技术[18]。
3.3.1 分布式能源管理技术
分布式能源(DR)是指安装在用户端的能源综合利用系统，主要包括分布式电源(DG)和分布式储能系统，同时还包含负荷侧能源管理系统和热电联产系统（ＣＨＰ）。分布式的电源形式主要包括风力发电、光伏发电和小水电等，而分布式储能系统则包括燃料电池和蓄电池等。随着分布式发电装机容量的不断上升，分布式电源并网发电是智能电网发展的大势所趋。分布式电源技术的研究主要包括以下几个方面：
１) 对分布式电源能源间歇性的特点，如何进行分布式能源的运行优化管理。
２) 未来智能电网技术中的分布式电源接入标准和规划方案的制定。
３) 对于分布式电源的接入，使得传统的保护方法不再适用，需要研制新的保护方法和技术。目前有部分学者进行了基于载波通信的配电网保护方面的研究，并取得了一定的效果。
４) 如何提高分布式电源的利用效率，将分布式电源并入大电网是提高输电和电能质量的关键。
3.3.2 电力电子技术
设备可以实现电能质量的改善与控制，为用户提供电能质量满足其特定需求的电力，同时它们也是能量转换系统的关键部分[19]，所以电力电子技术在发电、输电、配电和用电的全过程中均发挥着重要作用。
现代电力系统应用的电力电子装置几乎全部使用了全控型大功率电力电子器件、各种新型的高性能多电平大功率变流器拓扑和全数字控制技术，包括可控硅并联电抗器、多功能固态开关、智能电子装置、静止同步补偿器、有源滤波器、动态电压恢复器、故障电流限制器以及高压直流输电所用装置和配网用的柔性输电系统装置。
3.4 电网智能安全防御技术
当前，电网的安全控制正从面向物理系统的安全防护走向涉及自然和社会因素的灾变防御。和面向物理系统便于采用精确解的安全防护不同，灾变防御除面对电力系统外，还涉及自然和社会诸多因素，因此必须与知识工程的智能解相结合。
诸多灾变防御系统的研发热点中，美国开发的电力基础设施战略防护系统较为引人注目。该系统采用AO技术的3层面向(Multi-Agent)结构：底层为反应层(包括发电、保护)；中层为协作层(包括事件/警报过滤、模型更新、故障隔离、频率稳定、命令翻译)；高层为认知层(事件预测、脆弱性评估、隐藏故障监视、网络重构、恢复、规划、通信)。主要功能有脆弱性评估(电力和通信系统的快速在线评估)，故障分析(隐藏故障监视)，自愈战略(自适应卸负荷、发电、解列和保护)，信息和传感(卫星、因特网、通信系统监视和控制)等。用以防护来自自然灾害、人为错误、电力市场竞争、信息和通信系统故障、蓄意破坏等对电力设施的威胁。
大电网智能安全防御系统通过广域、迅捷、同步、精确的量测感知，自适应智能决策，基于决策指令和应对动态响应相协调的控制执行，形成具备自我感知、自我诊断、自我预防、自我愈合的大电网智能安全控制能力。实现电网正常运行状态下的优化调度，经济运行，并通过提高输电容量，降低电网运行成本，实现电网运行、维护、建设的节能增效；实现电网警戒状态下对故障隐患及时发现、诊断和消除，避免事故发生，降低电网运行风险；实现电网故障状态下，通过及时告警、提供辅助决策方案，避免系统偶发故障扩大，减小事故影响和损失。进一步能通过故障隔离、清除，实施优化控制，平息事故，避免大停电事故的发生。极端灾害情况下，通过全局优化整定的控制策略和分布式控制装置，实施有序的主动减载、切机、解列等手段，避免电网无序崩溃，保障重要负荷供电，减小停电范围，并为电网后续的恢复控制、启动提供条件和执行策略。
3.5 电网状态监测技术
输电线路的状态监测技术是通过微气象、绝缘子污秽、应力及覆冰、导线金具及温度、微风振动等在线监测系统的应用及监测数据作为研究对象，通过专家诊断分析系统，实现各子系统采集数据的整合、综合分析功能[20]。
目前，可以通过建设输电线路状态监测中心，创新输电线路运行管理模式，以有效的集中监测与管理手段来获取线路自身运行及周边环境状态，为线路生产管理、设备运行维护、状态检修、应急防灾提供动态信息，实现输电线路安全预警和辅助决策。
随着技术进一步发展，未来智能电网的状态监测应可提供如下方面的应用：
1) 电网系统级的全景实时状态监测。未来智能电网的状态信息采集量将涵盖电网运行的各个方面，这些海量信息不仅提供给装备级应用，还应经过信息重组、处理，提供给更高层面的高级控制和高级管理使用。
2) 真正意义的电网装备全寿命周期状态检修。未来的电网装备状态检修，不仅仅是孤立地拘泥于装备本身的技术状态和健康状态，还应考虑到电网运行条件的约束；不仅仅是考虑保证电网装备的运行可靠性，还应考量如何尽可能使电网装备保持长期可靠性，进一步延长装备使用寿命，达到提高电网装备投资效益、经济环保使用装备的目的。
3) 基于态势的电网最优化灵活运行方式。未来智能电网的运行，在汇集全网状态信息的基础上，可以根据电网装备状况、电网运行状况，实时、明确地掌控全网运行态势，及时、适时地调整运行方式和运行策略，真正意义上实现全网运行于安全、经济、高效状态下，获取最佳运行效益。
4) 及时可靠的电网运行预警。基于准确可靠的全景信息，未来智能电网可以及时感知装备级的健康状态越限、运行参数越限、临近危险工况等险情，可以获得系统超越经济运行工况、系统稳定发生劣化、负荷潮流发生突变等预警，及时调整运行方式，敏捷变换运行工况，保证系统的安全、稳定、可靠。
5) 实时在线快速仿真及辅助决策支持。全网全景信息的获取，使得进行局域、区域、广域的实时在线快速仿真成为了可能，并在此基础上，形成辅助决策及仿真预警。
3.6 智能用电技术
智能用电就是依托坚强电网和现代管理理念，利用高级量测、高效控制、高速通信、快速储能等技术，实现市场响应迅速、计量公正准确、数据采集实时、收费方式多样、服务高效便捷，构建电网与客户能量流、信息流、业务流实时互动的新型供用电关系[21]。
3.6.1 智能化客户服务
智能化客户服务主要包括：整合供配电资源，自动生成最优的客户业扩方案；依托社会化资源和自助缴费渠道，实现电费收取多样便捷；帮助客户实现故障自动诊断、快速排除，自动寻找替代供电线路；客户用电信息实时监测，异常状态在线分析、动态跟踪和自动控制；为客户提供标准化或定制服务选择；利用智能电表或智能终端获取电网供需信息和用电价格，实现用能状况、电费构成可视化展示和智能控制。
3.6.2 智能化量测及控制
智能化测量及控制主要有以下几个方面：
1) 智能双向结算：实现客户与电网企业间互供电量、电费的自动结算。
2) 电能质量管理：远程监测客户侧电能质量(电压、无功、谐波等)，自动进行信息发布。
3) 线/变损实时分析：基于用电、配电、输电实时数据，完成电网分层、分级的实时线/变损自动分析。
4) 电费回收保障：实现客户价值、信用等级、风险评价。
5) 市场分析与预测：自动完成购、售电市场分析与预测，为输配电网络规划、建设提供依据。
6) 供用电安全隐患检测：按照客户重要程度分级判据，对照客户供电方式、自备应急电源配备等客户资料，分析检测客户供用电安全隐患。
7) 工作质量控制：对业务处理、流程执行、工作时限、工作效果等情况进行评价、考核。
8) 智能分析决策：对营销指标进行统计、查询、分析、预测，为国家电价政策、节能减排政策的制定提供决策信息，为公司经营管理提供决策依据。
3.6.3 智能化需求侧管理
智能化需求侧管理包括以下几个内容：
1) 用电设备智能控制：实现客户用电设备在线监测、停/投运控制，满足社会有序用电、客户经济用电的需要[22]。
2) 用电设备状态智能诊断：实时诊断客户用电设备健康状况，为客户提供安全用电服务。
3) 能耗监测与能效诊断：为客户用能系统提供能耗监测与能效诊断、能效项目实施效果验证等服务。
4) 有序用电管理：有序用电方案自动编制和优化、自动实施、过程跟踪、自动监测、效果评价。
5) 分布式能源入网监控：对客户分布式能源上下网及运行情况进行监控，实现故障情况自动隔离。