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国内智能电器的发展已有20余年的历史，从开始的引进、仿制、消化吸收到自主创新，其技术水平已逐步与国外企业平齐，有些关键技术指标甚至超过国外同类产品。近年来，我国智能电网建设加速，以及“物联网”、“大数据”和“能源互联网”等概念的兴起，进一步推动了智能电器的产业发展和技术革新。
智能电器应当满足智能电网发展的基本需要，能够以数字方式全面提供系统中的各种运行参数和状态参数，这些信息能够以数字化的方式被加以有效利用。智能电器具有强大的自我诊断能力和自适应的控制能力，同时所有信息可以高度共享。
智能电器的内涵主要包括三个方面：①智能电器完成基本职能过程中的智能感知、判断与执行功能；②智能电器完成智能状态监测与寿命评估功能；③智能电器具有交互和互动能力，运行过程中对电网和环境友好。
智能电器应具备以下四方面的特征：①参量获取和处理数字化；②自我监测与诊断能力；③自适应控制能力、决策优化；④信息交互能力和环境友好性。
智能电器的研究热点与进展主要体现在如下方面：高压开关设备的智能化、新型电流传感技术和混合式电力开断技术等。
智能变电站是构建智能电网的重要支撑节点。智能高压开关设备是智能变电站的核心设备，它通过装设各类传感器采集设备运行状态，对数字化信息进行就地处理，实现自适应控制和故障诊断等功能。此外，它还具有高速网络交互接口，能够为智能电网的优化运行提供信息支撑。
1.智能高压开关设备的信息化建模
IEC 61850标准是变电站自动化领域的国际标准，其应用涉及发电、输变电、配用电和调度等领域，已成为智能电网重要的基础性标准。基于IEC 61850标准，采用面向对象技术对智能高压开关设备的物理结构和功能（服务）进行抽象，建立智能高压开关设备的信息模型，实现现场参量的测量信息流、状态数据的监测信息流和操作控制信息流的集成，这是智能高压开关设备的重要研究内容。
自IEC 61850标准颁布以来，在智能高压开关设备的数字化方面取得了很大的发展。国际上ABB、GE、AREVA、SIEMENS和TOSHIBA等公司开发了集数字化测量、控制和监测于一体的新型开关设备。当前，智能高压开关设备的产品方案主要是在一次设备附近装设智能电子装置（IED），其具备与一次设备的电缆接口和光纤以太网接口，完成信息格式转换，实现传统一次设备和后台在线监测系统（或其他IED）的信息交互功能。典型产品如ABB公司的PASS、SIEMENS公司的HIS/SICAM及TOSHIBA公司的H-GIS产品。
随着2009年国内智能电网建设的开展，国家电网公司发布了一系列相关标准，加快了智能高压开关设备的研制进度。2012年经国家科技部批准，由中国电力科学研究院作为承担单位，西开电气、平高电气、清华大学、西安交通大学和华北电力大学作为参与单位，启动863课题“高压开关设备智能化关键技术”的研究，提出了高压开关设备智能组件设计和质检标准，建立了智能开关设备的技术标准体系。目前已研制出了252kV智能GIS、550kV智能GIS和800kV智能断路器，并获得试点应用。
IEC 61850作为变电站内部通信网络的技术标准，主要偏重于继电保护、测量与监视等领域的应用。虽然IEC 61850中定义了液体介质绝缘SIML、气体介质绝缘SIMG、电弧监视与诊断SARC和局部放电SPDC等专门的逻辑节点，但仍然无法满足高压开关设备状态监测集成平台的需要。我国电网企业基于DL/T 860标准，制定了变电设备在线监测装置数据建模及通信规范、变电设备在线监测系统数据库规范，其内容涵盖变压器、GIS、断路器、电流互感器和电压互感器等重要电力设备的常用监测参量。另外，国内也已具备智能开关设备的一次设备与二次设备的一体化试验能力。
2.智能高压开关设备状态监测、诊断技术
运行数据表明，SF 6 气体泄漏、内部绝缘缺陷、操动机构故障、导电回路异常发热以及二次控制回路失灵是高压开关设备的主要故障类型。智能高压开关设备通过装设局部放电、SF 6 气体状态、机械特性和主回路温度等监测模块，实现对自身运行状态的感知和诊断，并适时地通过网络接口向后台监控系统发出状态或告警信息。依据状态信息对设备进行科学的评价，从而制定合理的检修策略。例如TOSHIBA公司研制的C-GIS中采用了电晕、压力、气体和泄漏电流等多种传感器监测绝缘性能，利用光纤温度传感器监测导电性能；SIEMENS公司开发的SICAM系统实现了对SF 6 断路器、隔离开关的数字化控制和状态监测及故障诊断。
（1）局部放电监测
高压开关设备内部故障以绝缘故障为主，在制造及安装过程中，由于内部缺陷、导体之间接触不良等使内部电场发生畸变而产生局部放电。可以通过监测放电粒子特性或放电产生的物理及化学变化发现局部放电故障，一般分为电检测法和非电检测法。电检测法包括耦合电容法、外部电极法、绝缘子内部预埋电极法和超高频法等；非电检测法包括超声波检测法、光检测法和化学检测法等。
（2）SF 6 气体状态监测
SF 6 气体是高压开关设备主要采用的绝缘和灭弧介质，其压力、密度、温度和水分等对产品的绝缘性能有重要影响。采集SF 6 气体压力、密度、温度和水分等参量，归算后可以对是否存在气体泄漏、水分超标进行评估。另外，若运行设备存在放电、过热等故障，则SF 6 气体发生分解并与设备内部其他物质反应，生成多种产物，主要有SOF 2 、SO 2 F 2 、SO 2 、H 2 S、CO、CF 4 和HF等，这些气体分解物与其缺陷存在很高的关联度。目前的现场检测手段已经可以有效地检测出SO 2 、H 2 S和CO等成分。
（3）机械特性监测
国际上高压开关设备机械状态评估及故障诊断技术的研究开始于20世纪80年代，研究重点主要集中在对动触头行程、分合闸线圈电流、辅助触点状态以及振动信号等机械状态参量的在线监测，依靠人工参照基准数据进行比对，分析其劣化趋势。基于振动信号的分析可以实现潜伏性机械故障监测，目前已经提出了一些较为实用的振动信号处理方法，并逐渐应用到实际的断路器状态监测系统中，如ACI方法、欧氏距离法、积分参数法、信号熵法、短时能量法和小波-分形理论等。
（4）主回路温度监测
电力开关设备在高电压、大电流的状态下运行，主回路导体的温度与其电接触状况有着极其密切的联系，可以作为诊断依据。对于全封闭式气体绝缘高压带电设备，结构比较复杂，发热点处于设备内部，导体与壳体之间充有SF 6 气体，不易直接测量。红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等诸多优点。近年来，国内外在红外辐射测温和红外热诊断方面开展了大量研究。
鉴于高压开关设备应用环境的特殊性，上述技术在环境适应性、测量准确度、长期工作的稳定性和接口的标准化等方面上尚需要进一步研究。
3.智能高压开关设备寿命评估技术
高压开关设备的寿命主要指机械寿命和电寿命。触头行程及断路器的分/合闸速度是断路器机械特性的集中体现，可以有效地反映出其劣化趋势。断路器触头磨损是影响断路器电寿命的重要因素，对于其剩余寿命评估有着重要的参考价值，然而，触头电磨损不能直接获得成为研究难点。
（1）电寿命模型
研究表明，断路器电寿命主要取决于断路器触头电磨损的状况。国外对断路器触头的研究较早，主要集中在材料对触头电寿命的影响以及电弧对触头的侵蚀方面。由于各类断路器的灭弧原理不同，断路器的电寿命变化规律也不同。为了便于工程应用，可以将燃弧时间、触头及喷口的结构与材料等因素对灭弧室烧蚀的影响用累计的方式加以简化，如累计开断电流、累计电弧能量法和累计开断电流加权法等，从而得到估算电寿命的近似公式。法国高能试验室（EDF）和意大利工程指导公司（ENEL）针对SF 6 断路器提出的等效开断次数与相对开断电流的关系曲线是一种有效的工程方法。
（2）综合诊断技术
智能高压开关设备的故障诊断技术主要有基于知识的方法和基于信号处理的方法。前者利用领域专家启发性经验知识和故障特征进行演绎推理，或者基于先验知识和相应算法对诊断对象自适应调整后获取诊断结果。基于知识的方法不需要建立待诊断对象的精确数学模型，易于工程应用。国内外研究人员先后采用人工神经网络、贝叶斯网络、证据理论、粗糙集理论、模糊集理论和云模型等研究和建立了高压断路器机械状态评估系统。
电流测量是电力系统中继电保护、电能计量、系统监测和分析等功能实现的关键。随着智能电器领域的发展，电流测量环节已经成为电器智能化、小型化的瓶颈，基于空心线圈、磁光学和磁阵列等原理的电流互感器具备绝缘结构简单、体积小、动态范围大且以数字量方式直接输出等优势，对传统的电磁式电流互感器提出了挑战。
1.空心线圈电流互感器
空心线圈电流互感器技术相对成熟，在工业界得到了较多应用。空心线圈电流互感器主要由Rogowski线圈、数字采集和传输等部分组成。高压系统中一般采用光纤传输信号和激光供能，易于实现高低电位隔离。空心线圈与高准确度分流器组合，可实现对直流电流和谐波电流的同时测量，也是目前高压电子式直流电流互感器的主要方案。
国际上ABB公司等率先在其智能组合电器（PASS）、SF 6 气体绝缘开关（GIS）和智能化开关柜产品中使用了空心线圈电流互感器。国内南京南瑞继保电气有限公司、西安西电高压开关有限责任公司等企业也分别研制了500kV直流电子式电流互感器、±800kV直流电子式电流互感器。
从现阶段工程应用和现场试验情况分析，空心线圈电流互感器的主要故障类型为采集器故障、光纤故障及电磁干扰影响等。隔离开关操作产生的快速暂态过电压（VFTO）对此类互感器正常工作易产生较大影响，严重的会导致采集器硬件损伤。
2.光学电流互感器
光学电流互感器基于法拉第（Faraday）磁光效应和萨格纳克（Sagnac）效应实现电流感测，主要有磁光玻璃式电流互感器和全光纤电流互感器两种类型。后者结构简单，具有很宽的动态范围，可同时实现测量和继电保护的需求，目前在不同电压等级的智能变电站试点项目中得到了应用。
国内开展了大量关于光学电流互感器的研究。重庆大学研究了不同参数下光学电流传感器的响应波形以及幅值、频率特性。北京航空航天大学提出变温条件下对平均波长影响的自补偿方案，有效减小了传感光纤中平均波长的漂移程度。北京邮电大学采用归零方波调制相位调制器，以正弦波信号作为本征信号进行模拟相干解调，实现了大电流闭环检测。哈尔滨工业大学对光学电流互感器的长期运行稳定性问题进行了研究，实验结果证明样机的综合误差满足工程计量检定要求。
虽然光学电流互感器的优点很多，但是其目前还处于工程应用初期，成本较高，长期运行的稳定性仍需进一步考验。
3.磁阵列电流传感器
磁阵列电流传感器测量方法是利用多个磁敏元件测量电流周围的磁场，利用数值方法反算电流，具有体积小、测量范围大、功耗小、响应快和交直流通用等优点，是一种全新的电流测量方法。
西安交通大学对交流和直流的多母线平行导体系统进行了研究，建立了以求解系数矩阵条件数最小值为目标函数的磁传感器阵列拓扑优化模型，实现了稳态电流的求解；提出一种基于5%平带宽（FBW）概念和基波电流与磁场对应关系的时域瞬态电流计算模型，实现了瞬态电流的快速求解。上述研究解决了磁传感器阵列电流测量方法的基础理论问题，推动了该方法的工程应用。
北京航空航天大学提出了一种智能化巨磁阻直流电流互感器的实现方法，利用在高压侧电路中嵌入自校准模块，实现巨磁阻传感器输入输出特性的在线校准。中国电力科学研究院电工研究所提出了基于最小二乘支持向量机与粒子群参数优化相结合的多传感器信息融合算法，对被测电流进行估算，对巨磁阻传感器的非线性和温度漂移取得了较好的补偿效果。华中科技大学从工程实际出发，采用印制电路板技术实现了点阵式霍尔电流传感器。海军工程大学构建了外部平行导线对霍尔电流传感器的影响模型和测量误差计算方法，设计了一种12点阵矩形阵列霍尔电流传感器，额定电流达到10 kA。
智能电网是一个互动系统，对于系统变化、用户需求和环境改变，要求智能电网具有最佳的反应和快速适应能力，而电力电子技术是支撑电网迅速反应并采取相应措施的有力手段。当前，电力电子器件已经通过多种不同方式融入智能电器中，高压大功率电力电子器件已经能够作为主断路器，承担短路电流的开断功能。特别是在直流开断、短路电流限制等方面，电力电子器件更具优势。
1.高压直流开断
直流断路器是高压直流输电系统、轨道交通牵引配电系统、舰船直流电力系统、电信设备配电系统和直流微电网等的关键设备，其性能对系统的安全运行至关重要。与交流电流相比，直流电流由于没有“自然过零点”而难以开断，特别是在高电压、大电流条件下，这一问题更加严峻。
直流开断目前主要采用三种方式：①快速拉长电弧，直至其在一定电弧电压下不能持续，从而实现电路开断；②由电感、电容组成振荡电路，利用电容放电形成电流零点，再利用传统的交流开断方式切断电路；③基于可关断电力电子器件构成混合式断路器，机械开关快速打开将故障电流转换至电力电子开关，再由其开断电路。方式①适用于中压、低压直流断路器。目前商业化的高压直流断路器主要采用方式②。基于人工过零的原理，俄罗斯较早研制了额定3.3kV/3kA直流真空限流断路器。目前，我国研制出55kV高压直流断路器单元样机，成功开断16kA电流，开断时间小于5ms。采用方式③的混合型直流断路器的通流能力强、分断能力高，有望成为直流开断技术的重要发展方向。基于强迫换流型直流开关原理，国内外研究机构提出了多种不同拓扑结构的强迫换流开断的电路方案。ABB公司最新研发的混合式高压直流断路器的设计参数达到额定电压320kV，额定电流2kA，电流开断能力9 kA。
2.短路电流限制
随着用电负荷不断增加，电力系统中的短路电流水平不断提高。在我国沿海经济发达地区，电网的短路电流水平直逼甚至超过电力规程所规定的最大允许水平。因此，采取有效的短路限流措施限制电力系统的短路容量，已成为目前我国电力系统安全稳定运行和电力建设发展的迫切问题。
目前国内外研究较多的是超导限流器和固态限流器。超导限流器可在高电压下运行，实现检测、转换和限流一体化，能够在毫秒级时间内限制故障电流。然而受到失超恢复时间、临界值整定困难等材料特性以及成本因素的限制，超导限流器在高压、大电流条件下的应用尚有若干难题需解决。
固态故障限流器利用电力电子器件进行电路拓扑控制，其反应迅速、拓扑结构与控制策略灵活，易于同时实现正常工作时调节线路潮流、故障时限制故障电流的功能，非常适合于柔性输电的应用场合。但是，受到电力电子器件的特性限制，目前主要适用于4～15kV及以下的中低压配电系统。
机械开关具有极低的导通电阻（μΩ级），通过智能控制将其与其他液态金属、串联谐振等限流技术相结合，构成的混合式故障限流器具有不可替代的特殊性能，成为新的研究热点。
大规模接纳可再生能源电力和智能化成为当前电网发展的趋势和方向。新能源发电在世界范围内呈现超高速增长，对智能电器的发展提出了新的需求。随着技术进步、应用领域的扩展，智能电器的内涵和外延仍在不断发展变化。智能电器的智能感知、判断与执行功能的实现，需要借助于传感器技术、信息处理技术与控制技术的融合。
智能电器应当适应当前电网技术的发展需要，支持新兴清洁能源利用，强调设备与智能电网的信息交互、友好互动、实现电网优化运行的技术理念，并且符合绿色低碳、节能环保的发展趋势。其主要发展趋势如下：
1）智能电器继续向高性能、小型化、智能化、高可靠、绿色环保和系列简洁方向发展，以更好适应智能电网的发展需要。
2）应用新型电力电子器件和超导新材料，开发电网友好、环境友好的智能电器，节约原材料和降低运行功耗，减少对环境的污染。
3）融合多种传感器技术，适应大数据时代的发展需求，实现运行状态的数据汇聚、发掘利用和信息资源共享，为用户提供双向互动服务。
4）具有比较完备的自身监测、诊断和寿命管理功能，更加科学地把握设备的运行状态，预防性地进行维护，从而提高系统整体可靠性和安全性。
5）产品设计模式从单个智能电器元件设计转变为从系统发展和功能融合角度去考虑构建智能电器系统，提供整体解决方案，实现全寿命周期服务。
6）面向可再生能源领域的需求，研发适用于分布式发电系统的潮流随机变动、特殊保护方式和高准确度测量、分析功能的新型智能电器。