智能电网所面临的挑战是广泛的，特别是如何处理数以万计的DER并应对风能和太阳能等可再生能源发电的间歇性、多变性和不确定性，同时确保电网的可靠性以及人身和设备安全，并激励市场的问题已经历史性地摆在面前。这涉及许多技术的、体制的和社会的问题，在发展的各个阶段，从基础科学和工程技术的研究直到开发、示范和运行都会出现障碍。天津大学余贻鑫院士等开展了智能电网的挑战性问题的梳理工作，通过《电力系统自动化》2015年第2期《智能电网的挑战性问题》一文指出其中关键性的障碍，有助于明确如何才能最大限度地发挥其潜能，从而为国家提供广泛的社会和经济效益。文章总结了现阶段梳理出的11个挑战性问题，包括：
1、基础设施
未来电网的典型网络拓扑结构的构想还不够清晰，智能电表、PMU等量测设施的功用需大力挖掘(如：进一步明确其如何支持电网规划和运行)，需要扩展适用于多互联的通信基础设施，以及电力电子技术的新进展，特别是面向未来高级智能配电网(互联网形式的配电网)的电力电子式智能万用变压器(ITU)和支撑经济可靠的、高压大容量的交直流灵活输电技术的新型电力电子器件与技术。
2、标准和协议
通信、互操作、数据收集与管理等标准和协议的制定至关重要，标准化(特别是与DERs和储能相关的标准化)的缺乏会抑制各个运行单元(发电、输电、配电和电力消费者)之间的数据(信息)交换，阻碍系统的完全优化，使系统效率降低。
3、计算机网络(赛博系统)安全
伴随电网和信息通信技术的深度融合，智能电网将是一个复杂大规模的赛博—物理系统。计算机网络开放、兼容和互联，必然伴随着风险，必须确保其安全，以保证信息的保密性、完整性和可用性。需要建立计算机网络设计方法、指标和分析工具，构建同时考虑物理系统动态行为和基于信息技术建立的控制网络运行特性的网络安全风险综合评估模型，识别最具毁坏性的(对物理设施或信息网络的)侵袭并对其做出快速有效的响应。
4、运行和规划模型
理想的运行和规划模型应能综合考虑计算机网络基础设施、市场乃至国家政策的影响，并可考虑同物理装置的互联。目前，缺乏评估智能电网性能的模型和仿真工具、改进调度决策的高保真预测分析能力和动态电价下负荷预测的概率模拟方法，运行人员不能基于由动态数据所创生的正在变化的条件来调整决策逻辑和对新增加的电源选择做出快速响应，需要进一步量化评估智能电网行为的指标(特别是与可再生能源发电和负荷不确定性、储能的影响相关的指标)以支持决策，并应对DERs高渗透率情况下系统的优化运行这一重大挑战。
5、负荷、电源计划安排与调度
在基于逆变器的可再生能源发电日益增加的趋势下，电网兼容性标准需要做出很大改变，以实现对传统发电和基于逆变器的可再生能源发电的同时管理。现在对分布式电源的调度模式还不能使利益相关方均获益，缺乏能识别最优负荷和电源平衡的好模型。
6、储能
电网储能还处于开发和配置的初期阶段，而且由于现有储能技术成本高和多功能性有限，还未被广泛使用。现阶段很难评价什么储能技术对智能电网是最适宜的，但是从可再生能源(离网和在网)使用的角度看，当前亟需开发高效、长寿命、可靠、价格合理和有较长放电持续时间的化学电池。
7、能源效率(EE)、需求响应(DR)和负荷控制(DLC)
为了提高电网利用率,在不具备经济可靠的储能的条件下，需要开发高级配电市场，实现更具弹性的负荷需求特性。在需要充分可信的、大家共同接受的EE、DR和DLC的评估、测量和证实方法的同时，必须确保信息的安全可靠。此外，电动汽车的充电功率和储能量均很大，充放电时间的安排是否恰当直接关系到电网峰谷差的改善还是加剧,，电网需要为大量电动汽车的接入提供市场与技术支持。
8、信息管理和数据共享
借助于各装置之间的通信和即将配置的数以十亿计的先进传感器，将会获得巨量数据。智能电网的命脉就是充分地挖掘数据和信息应用的潜力，而这些应用又反过来使开发新的和改进的运营策略成为可能。这就产生了数据挖掘、分析、储存和管理大数据集等方面的新挑战以抽取有意义的信息。继续关注数据集兼容性问题的同时，需要在计及系统的安全性和可靠性、技术和成本的局限性条件下，合理地定义信息共享范围和实时数据分享的指标(该指标显示数据共享的程度)，但是测定数据的共享程度非常困难并且耗时严重，需要分层地定义一些数据分享的指标。各种层面上的信息垄断与信息孤岛将会成为大数据应用的严重障碍，与之相关的管理改革(changemanagement)日益重要。
9、市态感知
仅停留在信息管理和数据共享是不够的，还要求数据的能见度(visibility)，增强态势感知能力：不仅能够提供系统(当前和未来)的状态(包括DER的不确定性程度、性能、供电状态等全新元素)及存在的问题，还应能提供问题的根源和有效解决方案;开发便于运行人员快速准确捕捉系统状态(关键信息)的可视化技术;引入认知学方法，整合人的因素并使人的积极作用最大化。鉴于智能电网中用户的角色发生了极大变化，对于大部分不具备电力专业知识的用户而言，更应提高数据/信息的可观测性，需要开发激励和方便客户参与及管理的可视化系统(如家庭能量管理系统)。
10、市场设计
出台旨在开放电力市场和激励智能电网投资的新法规:实施分时/实时电价，使“电能”作为一种商品的市场价值得到合理地体现，刺激居民用户提供需求响应；制定鼓励DERs卖电回电网和作为后备电源使用的政策；建立智能电网投资成本回收的政策。我国目前的费率结构和电力公司收入模式不足以促进和鼓励分布式能源价值的体现，因此建立一个好的商务模型或商业案例极其重要。
11、法律框架和监管路径
法律框架和监管对于实施智能电网极其重要，需要研究制订智能电网实施的路线图，通过监管为电力系统基础设施和信息的使用创造公平的竞争环境，并为促进电网的扩建与升级激励投资。
以上挑战性问题都是针对智能电网的目标及其特点而言的，对智能电网3个目标(提高供电安全性、生态可持续性和经济竞争力)的侧重点发生变化时，智能电网实施的路线图也会不同，上述挑战性问题的优先级也会略有变化。需要进一步强调的是：计量科学和技术以及标准的制定是需要优先发展的重点领域，多学科交叉合作是发展智能电网的必然选择，法律框架和监管、市场设计以及管理改革是智能电网成功实施并获取应得效益的基本保障。