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当前，电力物联网作为电力行业向能源互联网发展革新的过渡形态，在监控、管理等方向面临着新时代数字化变革。现有数据传输方案应对变革乏力，急需引入先进的数据传输方案作为数字化先导，引领并完善电力物联网的建设。第五代移动通信技术（5G）因具有带宽、时延、传输速率等性能指标上的优势，受到了各行各业青睐，在未来也被期望能够与电力物联网深度融合，应对发展挑战。

为此，西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室的研究人员黄彦钦、余浩、尹钧毅、孟国栋、成永红，在年第17期《电工技术学报》上撰文，以电力物联网数据传输方案为研究对象，首先阐述了电力物联网建设完善过程中数据传输的重要性，通过梳理电力物联网构架，分析了其中的数据传输网络，将数据传输方案应用场景划分为采集、控制和电力业务信息传递三大类；然后，以此为据，梳理、讨论了现有数据传输方案在电网中的应用现状，并结合当下数字化变革分析了电力物联网对数据传输方案的新需求；随后，从5G技术特征出发，分析了5G技术在电力物联网中的适用性，并对其在电力物联网中的研究现状进行了概述；最后，指出5G技术在电力物联网中应用将会面临的挑战，并展望了电力物联网数据传输方案将承载多元化的海量信息和以一体化通信架构发展的趋势，以期为电力物联网的深入研究和实践提供参考。

随着工业4.0时代的到来，以“信息物理系统（CyberPhysicalSystem,CPS）”，“物联网（InternetofThings,IoT）”等为基础技术架构的战略部署再度引发了人们对于建设能源互联网的深入思考。自能源互联网这一概念提出以来，其在我国的发展便紧密围绕电力系统，通过融入以大数据、云计算、物联网、移动互联网等为代表的互联网技术，以期跨领域实现与可再生能源系统以及其他能源系统深度的数据融合和高度的系统协调运行，从而最终形成一个高效智能且双向互动的能源服务网络，推动社会与经济的可持续发展。

当前，电力物联网作为物联网架构在电力行业的具体表现形式和应用落地，是电力行业向能源互联网发展革新的过渡形态。在能源互联网的建设愿景中，电力物联网将发展成为一个数据流与能量流紧密结合的系统。

其中，数据流的形成依托先进的数据感知、数据传输、数据分析及数据共享技术，数据流是实现合理调配和管理能量流的关键前提和必要保障，它对系统的运行性能起着决定性作用：一方面，在电网的各环节上尽可能全面地部署了感知终端，获取类型丰富且多样化的数据信息，依托实时响应且高度可靠的数据传输技术将信息传输至数据平台，进行数据挖掘、融合分析，并将分析结果进行反馈，从而满足随着电网建设规模扩大和智能化进程中对规划建设、生产决策、运营维护、监测调控、资产管理等内在业务的需求；另一方面，在能源互联网中，通过对接入的电力网、热能能源网、太阳能能源网等其他能源系统分享的数据进行交互分析，从而由数据传输网络向可再生能源及其他能源系统反馈协调运行的对应信息，以形成一种多能源协调互补的能源网络。

由此可见，数据传输技术是实现监测、控制和管理的基本手段，是应对电力物联网发展中数字化变革与大数据挑战的核心要素，也是建设能源互联网的重要支撑，对其展开研究具有极其重要的意义。现阶段，电力物联网中数据传输技术的选择方案包括了各种有线和无线技术，它们在诸如传输速率、功耗、覆盖范围等方面都有自己独特的优势。

但由于缺乏统一的标准化平台，数据之间的共享交互能力差，一些技术在网络访问和传输能力上不足，且存在时延无法满足特定业务需求等问题，这些都使得电力物联网应对数字化变革乏力，严重阻碍了电力物联网的进一步发展。故引入能够应对数字化变革与能源革命，促进电力物联网建设完善，且支持能源互联网相关业务发展的数据传输方案显得至关重要。

伴随着5G技术的成熟，其凭借高速率、低延迟、高带宽和支持大规模接入等特性将适应绝大部分电网业务的数据传输需求，有望应对目前电力物联网面临的数字化挑战。且通过该项先进通信技术能够映射出更多的电网业务，助力新兴产业的发展，这将为电力物联网带来颠覆性的变革，为电力物联网的建设提供强有力的支持。

因此，本文梳理了电力物联网中的数据传输网络，分析了现有数据传输方案应用现状，认为5G作为无线传输奇点技术，将能够成为数字化战略先导，引领电力物联网应对数字化发展。最后，展望了5G应用于电力物联网中将会面临的挑战，分析了未来电力物联网数据传输方案的发展趋势。

近些年，随着大数据、人工智能、智能感知、物联网及无线通信等技术的大力发展和推行，使得在电网内进行更加全面的数据获取、数据分析、以及价值信息分享和利用等逐渐成为可能。面对这样的数字化变革挑战，先进的数据传输技术作为建设电力物联网的核心要素之一，是电网系统运行的重要支撑。

它不仅为采集的各类电力相关数据提供了安全、高效的传输通道以助力计算分析，还为发布控制、检修类信息提供了实时、可靠的承载，也为对内对外分享整合的各类电力数据信息提供了桥梁。在美国国会的一项研究报告中也同样指出：电网四大建设目标将紧密围绕高效、安全且可靠的数据传输方案来最终实现，如图1所示。

1.1电力物联网构架

电力物联网包括感知层、网络层、平台层和应用层四层结构，如图2所示。其中感知层是电力物联网的底层基础，需要由该层完成各类数据的采集以及就地处理等工作。在这个环节中，由微型化、智能化的传感器对电力设备运行状态、气象环境、用户信息等数据进行全面获取，通过传输路径输送至本地数据中心，过程中由边缘计算模块等配合进行数据的本地化处理；本地数据中心（如变电站数据中心、光伏发电站数据中心等）作为感知层内的基本单元，它们之间、以及感知层与平台层间广域范围内的业务信息传输则依靠网络层来实现；平台层作为管理环节，负责电力物联网业务数据流的统一接入管理，并对业务信息进行高效处理；应用层则向下反馈调节信息并对外输出价值信息，实现规划建设、生产运行、经营管理、客户服务等对内、对外业务的支撑。

1.2电力物联网中的数据传输网络

电力物联网中的数据传输网络一方面承载由海量传感器、智能电器设备等采集的信息流接入上位机、云平台、智能电表等本地数据中心；另一方面，支撑了本地数据中心之间，或本地数据中心与电网数据中台间的信息互联；同时，对于由综合分析、评价产生的信息，电网系统仍需借助数据传输网络反馈这些调控信息并对其中的价值信息进行外部分享，以此完成电力信息的双向流动和对外价值创造，电力物联网中的数据传输网络如图3所示。由此可见，数据的传输需求贯通整个电力物联网的构架，协调电力系统整体的高效运行。

1.3数据传输方案在电网中的应用现状

经过多年经营建设，电力行业中数据传输方案应用场景总体上可以划分为：采集、控制和电力业务信息传递三大类。现阶段，不同数据传输方案的使用满足眼下的暂时性需求，基本能保障各类电力业务安全、可靠的运行。数据传输方案可划分为有线和无线的形式，用以实现远程数据传输或者本地数据传输。

有线传输方案主要包括光纤、电力线载波、以太网及总线等技术。早期主要依靠总线或以太网技术满足来自采集或控制的数据传输需求。而对于业务信息的传输，则主要采用电力线载波技术和工业以太网技术。

例如，在采集场景中，西安交通大学成永红教授团队基于现场总线技术开发了国内第一套电力设备综合在线监测系统，该系统通过PXI总线集成技术实现了单台变压器的多参量在线监测，起到了良好的示范性作用；湖南大学汪沨等通过以太网技术设计了GIS设备的局部放电监测系统。在控制信息传输场景中，山东大学赵建国等研究了基于总线技术的继电保护系统；杨奇逊等基于总线通信构建了应用于变压器差动保护的过程总线通信实验平台。

随着光纤技术开始在电力行业中应用，其凭借传输速率、带宽、可靠性和实时性等方面的优势，逐渐替代了以太网和总线技术中以同轴线缆以及双绞线等为主的传输介质，并衍生出了xPON光纤技术，用以满足电网中采集、控制、业务信息流动等诸多业务场合对数据传输可靠性、实时性等的苛刻需求。据统计，截至年，35kV及以上厂站、自有物业办公场所/营业所已经实现了光纤全覆盖。

各类有线传输的方式应用至今，虽然能够基本满足电网中的数据传输需求，但却存在布线、改线繁琐及通信网络扩展升级受限等问题。除此之外，在传输过程中，线路噪声、线路易老化受损等问题都会大大提高工业成本并降低工作效率。所以，有线方式在一定程度上制约了电网发展的灵活性。

另一方面，在我国电力部门发布的文件中指出：做好安全隔离措施的前提下，无线传输可以应用于电力行业。无线传输技术凭借灵活强大的扩展性、可嵌入性和较低的成本等优势协同物联网技术逐渐在电力行业中获得了良好的应用，并在采集、控制和业务信息传递三大类场景中取代了部分有线传输的方案。

当前应用在电力行业的无线传输方案主要有MHz无线电力专网、3/4G蜂窝技术、卫星通信技术、WiFi、ZigBee、Bluetooth、低功耗广域网（Low-PowerWide-AreaNetwork,LPWAN）技术等多种方案。无线传输技术投入初期，主要替代本地通信网络中使用有线方式的采集类业务，选择如WiFi、ZigBee、Bluetooth等技术作为无线方案。这些无线传输方案传输距离较短，传输速率有限，仅适合传输部分基础类型的数据，无法满足图像、视频等需要高带宽数据传输的需求，它们的主要性能参数见表1。

表1中，ZigBee技术的时延可以达到ms级，这使其能够满足一些对时延要求不高的短程控制类型业务对响应速度的要求，所以ZigBee技术也常常用于部分自动控制类业务。

随着蜂窝技术、卫星技术、低功耗广域网（Low-PowerWide-AreaNetwork,LPWAN）技术的迅速发展，以及电力行业对于电力无线专网的大力建设，无线传输方案在覆盖面积、设备功耗、可靠性等方面得到了大力提升。

其中，随着物联网技术发展而来的LPWAN技术更是凭借其低功耗、覆盖面广的突出优势成为了