随着无线通信技术的快速发展,无线通信技术与各行各业的融合越来越广泛,使得传统工业实现信息化、数字化发展成为可能。智能电网是第五代移动通信技术(The 5th Generation of Mobile Communication Technology,5G)的重要应用场景,继电保护业务是智能电网中的一项重要业务。在传统的继电保护业务场景下,两端电力设备使用光纤传输数据。然而,随着电力设备的接入越来越多,光纤架构的成本较高且其可扩展性较低等问题日愈凸显。5G的高可靠性及低时延特性对解决上述问题至关重要,但存在频谱资源短缺、能量消耗过高等问题。在此背景下,本文研究了面向智能电网业务的同时同频全双工终端直通（Device-to-Device,D2D）通信技术,其主要工作以及创新点如下:首先,结合全双工D2D通信技术研究了智能电网信息交互系统,该系统由电力线路两端的电力设备、蜂窝用户及基站组成,其中两端电力设备通过D2D通信进行信息交互,且与蜂窝用户共享频谱。针对D2D通信因受蜂窝用户同频干扰而难以满足通信时延对称性的问题,提出了一种面向全双工D2D通信时延对称的电力设备发送功率优化方法,构建了基于D2D通信时延对称的电力设备发送功率优化问题。以D2D通信时延和蜂窝通信质量为约束,以最小化D2D通信时延差为目标,设计了功率迭代优化算法,并利用凸近似方法进行求解。仿真结果表明,相比较于等功率数据传输方案,所提方案显著降低了D2D信息交互的时延差,提高了电力设备间D2D通信的时延对称性。其次,针对D2D通信在蜂窝用户同频干扰下的和速率问题,提出了一种基于电力设备D2D通信速率对称的机会接入与功率优化方法,构建了基于D2D通信速率对称的机会接入与功率优化问题。以D2D通信速率对称和蜂窝通信质量为约束,以最大化和速率为目标,给出了电力设备发送功率的优化方法,并以和速率作为准则来选择相应的蜂窝用户与电力设备进行频谱共享。仿真结果表明,相比较于频谱随机接入方案,所提方案显著提高了电力设备进行D2D通信时的和速率。最后,针对智能电网中电力设备的通信能耗问题,提出了一种基于电力设备通信速率保障的D2D传输能耗最小化方法,构建了基于通信速率保障的D2D传输能耗最小化问题。以电力设备的通信速率和蜂窝用户通信质量为约束,以最小化D2D传输能耗为目标。通过采用非线性规划方法对电力设备的发送功率进行优化,并以能量消耗作为准则,选择相应的蜂窝用户与D2D通信设备进行频谱共享。仿真结果表明,相比较于频谱随机接入方案,所提方案显著降低了电力设备进行D2D通信时的能量消耗。