智能电网是物联网的重要应用领域。物联网技术在电力公司应用较早，现有的输变电状态监测、配电自动化、用电信息采集、统一视频监控等，都是不同形态的物联网应用。
以国家电网为例，目前电力物联网的架构如图11.29所示，可分为感知层、网络层及应用层等3个层次及公共支撑技术。
图11.29 电力物联网体系架构
1.感知层
感知层支撑电力物联网基础设施，由多种设备包括环境量传感器、电气量传感器、电力开关状态传感器、电子标签、视频传感器及智能终端等对电网环境、电力设备信息进行感知测量，通过无线或有线通信方式实现对感知信息的传输，并由汇聚节点进行统一汇聚、分析、处理并上报，将最终的结果上报到应用层进行数据交换及相关决策。
2.网络层
网络层主要实现物联网设备对电力系统中各类测、感、调、信、控等采集的信息在感知层与应用层（服务处理端）的传输，包括公网、电力专网、无线专网等。网络层中，近距离采取有线或无线通信方式传输，远程通信采用光纤专网实现信息传输。此外，为适应智能终端和设备数量众多以及部署环境的千差万别，可以采用无线公网、无线专网、卫星通信等补充的通信方式。
3.应用层
应用层即电力物联网的应用、服务或控制中心，利用中间件技术、云计算技术、虚拟化技术、数据挖掘技术等，实现对感知层采集的信息的集中存储、分布式快速处理及深度挖掘，形成决策或决策依据，提供智能化服务或可视化展现。
4.公共支撑技术
公共支撑技术主要包括电力物联网信息安全防护、标识编码、标准规范等公共支撑技术。
具体到智能电表抄表业务，目前国家电网中的智能电表抄表系统架构如图11.30所示，主要由应用层的采集主站、传输层的通信通道和采集终端组成。
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图11.30 智能电表抄表系统物理架构图
1）采集主站：包含营销采集业务应用、接口服务器、前置采集平台和数据库，一般单独组网，与其他应用系统以及公网信道采用防火墙进行安全隔离，保证系统的信息安全。
2）通信通道：系统主站与采集终端之间的远程通信信道，主要包括光纤信道、无线公网信道、无线专网信道，目前电网中大部分情况是采取租用运营商无线公网的手段。
3）终端：安装在现场的终端及计量设备，主要包括专变终端、可远传的多功能电表、集中器、采集器以及电能表计等。其中，电表业务用户主要包括大型专变用户、中小型专变用户、三相一般工商业用户、单相一般工商业用户、居民用户、公用配变等。
目前智能电表抄表应用中存在如下问题：
（1）覆盖问题
为了满足广覆盖要求，目前智能电网通常采用2G公网或LTE专网，但这两种方案信号穿透能力弱，无法满足智能抄表的深度覆盖要求。为应对深度覆盖，通常搭配有线网络或短距离无线通信技术，而这些方案都有各自的弊端。对于居民楼宇、工业园区和地下室等智能电表的主要应用场景，有线网络存在布线复杂、后期线路被破坏、易老化等维护困难的问题，而常见的近距离无线通信技术（如Wi-Fi、ZigBee、蓝牙等）信号穿透能力弱，通信距离一般只有几十米，若要覆盖一个地区，则部署成本较高。另外，工作在非授权频谱，可靠性和安全性较差。
（2）容量问题
智能电表是一种典型的物联网应用，用户终端量大，对网络容量有较高要求。目前，TD-LTE电力无线专网和2G公网主要面对的是传统的语音业务和互联网高流量业务，信令开销较大且传输冗余多，不适合智能电表这种小数据量、业务频次低的LPWA业务，因此无法满足容量要求。在目前的抄表系统中，可以通过加入集中器作为中继的方式来缓解容量问题，但是会增加部署成本。
（3）业务应用问题
基于目前的智能抄表系统架构，绝大部分场景都需要集中器设备，需要多跳收集信息，这种复杂的方式制约了业务采集频度及互动需求的发展。随着费控业务、高频数据采集、双向互动等新型业务需求的涌现，越来越需要电表直采的部署方式，使电表通过一个网络直接与主站系统进行数据交互，减少中间环节，能够支撑更多新型的业务需求，也可以节省大量集中器、采集器等设备的投入。
基于上述智能抄表应用中遇到的问题，急需一种能够解决深度覆盖、具备海量用户接入能力、成本低的LPWA物联网技术应用到智能抄表行业中，在安全可靠、经济高效、节能减排、客户满意等方面取得突破，提升城市电力管理效率和服务水平，分析不同群体的用电习惯，促进科学合理地指导电网建设和改造，给老百姓带来实实在在的便捷和安全，满足经济社会可持续发展的需要。
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