新一代智能变电站是我国在智能变电站基础上提出的以“系统高度集成、结构布局合理、装备先进适用、经济节能环保、支撑调控一体”为目标的变电站。变电站通信网络（Substation Communication Network,SCN）业务流作为站内电气量等信息数据的携带者和继电保护等应用功能实现的承担者,其传输的时效性不仅决定了变电站二次系统控制决策的有效性,而且影响了电力一次系统的安全稳定运行。合理、有效的变电站通信网络方案有助于实现高效、可靠的数据传输与交互,从而保证业务流时效性需求。然而目前对于SCN的分析与设计主要依靠相关人员的经验判断或者时延的估算,缺乏科学的分析和论证。因此,本文从业务流的视角出发,针对通信时延进行数学建模和定量分析研究。首先剖析业务流传输时延的产生机理,发现交换机处因带宽竞争而产生的随机排队情况导致了时延具有不确定性。在明晰传输时延对不同类型业务流的约束上界之后,针对SCN中确定性业务流的确定性时效性要求和不确定性传输时延的现象,提出以时延上界量化不确定性时延,以网络演算为工具展开时延上界的定量研究。为了进行业务流时延上界的定量计算,借鉴潮流计算的思路,将通信网络参数定义为注入流量、等效速率和时延上界,并引入图论、矩阵分析等数学工具,提出了基于网络演算的业务流建模方法,可以通过代数方程求解业务流的每条路径在每个端口的时延上界及端到端时延上界,为时效性研究提供简单、清晰的定量手段。为了改善传统网络演算端到端时延上界评估结果的悲观性,将在端口排队的业务流分为有效竞争流和无效竞争流,提出了基于有效竞争流的时延上界确定性计算方法和通信网络性能评估方法,可以通过时延上界及端口关键度指标对通信网络性能进行分析,为通信网络组网方案的设计与设备型号的选择提供定量化的参考依据。