智能变电站以站内一、二次设备为数字化对象,以基于IEC61850标准的高速网络通信平台为基础,通过建立标准化的信息模型,实现变电站数字信息的共享和互操作。随着传感、通信、控制、数字信息、人工智能等先进技术的发展以及IEC61850标准体系在电力系统自动化中的广泛应用,不同生产厂商的智能电子设备以统一的通信规约在统一的信息平台上实现了进行信息交互,共享资源。本文以研究、解决智能变电站过程层中一次智能化设备的关键技术为目标,结合高压电子式互感器和智能真空断路器的研究与设计,进行了一系列的理论分析和实验研究。针对电子式互感器的可靠性问题,本文重点解决如何将过程总线上的采样值报文实时,可靠,准确的传输到间隔层的保护测控装置。为此设计了过程层的同步组网方案,并以此为基础分析了电子式互感器的信号处理通道和以太网通信信道对采样值传输延时的影响。提出了一种可以在FPGA(Field-programmable Gate Array)中实现的基于两级同步的数字化同步算法。该算法以过采样技术,线性相位的数字移相器,动态的内插重采样算法为核心,使用数字移相和相位均衡器将数字信号波形作大范围的前移并保持近似于线性的群延时；使用二次插值算法在小范围做精细的相位调整,从而解决了IEC61850-9-2过程总线上采样值报文的精确同步问题。最后,通过基本准确度测试,多路信号的同步性能测试和循环温度测试,证明本文提出的同步算法具有精确的同步性能和良好的温度性能,可以用于智能变电站中的报文同步。针对电子式互感器的通信灵活性问题,提出分布式采样值控制块的设计思想。分布式采样值控制块将一个完整的控制块类模型在物理上分割为两个部分,分别由不同的物理系统实现；在逻辑上,分布实现的采样值控制块通过映射被重新整合在一起,构成一个符合面向对象思想的完整的类。在此基础上本文进一步定制了分布式系统之间的通信协议。分布式采样值控制块的设计思想改进了IEC61850标准定义的服务原语响应顺序,解决了采样值报文传输灵活通信的问题,实现了完备意义上的IEC61850-9-2通信接口,为更进一步的通用SMV(Sampled measurement Value) MMS(Manufacturing Message Specification)服务器的研究奠定了思想基础。为了将大量的基于IEC61850-9-2LE标准的合并单元改造为IEC61850-9-2标准接口,本文寻求一种低成本的改造方案,基于通用SMV MMS服务器以较低的代价实现大批量合并单元的接口改造。针对MMS服务设计复杂,数据冗余度高,实时性差等缺陷,在完成对通用SMV MMS服务器的研究和设计时,首次将采样值控制块的数据属性映射到以太网链路层,是对未来将IEC61850标准定义的抽象服务(Abstract Communicationservice Interface, ACSI)映射到其他协议栈(非MMS协议栈)的一个初步尝试。在高压电子式互感器的实用化研究方面,本文研究并解决了高压采集系统的低功耗和低温漂等实用化问题；使用单片FPGA完成了合并单元的设计,为开发专业SMV(Smpled Measurement Values)芯片奠定基础。最后,按照IEC60044标准和国家电网公司2012年3月发布的《电子式互感器性能检测方案(独立安装)》中规定的条目对样机进行了现场测试,样机的主要参数符合相关规定的要求,证明上述关键技术的解决是成功的。针对真空断路器智能化程度低的现状,本文研究了真空断路器状态信息智能检测的原理和方法。在此基础上,将IEC61850标准与IEC62271标准相结合,扩充了IEC61850标准的信息库,构建了能够提供灵活多样状态可视化手段的服务器模型。最后以GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event)报文为研究重点,完成智能真空断路器的数字化通信平台的研究和设计,实验证明了真空断路器状态信息在线监测的可行性。本文在过程层智能电子设备的研究上,形成了一系列比较独特的见解,为发展我国独立自主的知识产权核(IP核)作贡献。