智能变电站作为变电站自动化技术发展的趋势方向,是智能电网的重要组成部分,近年来,我国开展了一系列的智能变电站实践,有力地推动了这一新技术在我国电网的发展和推广。智能变电站继电保护系统突破了常规继电保护采样—计算—出口一体化的实现模式,大幅度提升了继电保护系统内信息资源共享水平和设备间的互操作能力,为实现更高性能的继电保护架构体系创造了条件。然而,与这一目标相适应的智能变电站继电保护理论与技术支撑体系尚未形成,使得智能变电站继电保护的可靠性存在诸多质疑,也制约了智能变电站的推广进程。本文密切结合智能变电站继电保护的工程应用需要,以提升智能变电站继电保护可靠性为根本目标,以智能变电站信息流为研究的基本载体,建立了智能变电站信息流模型,提出了信息流的潮流计算方法、继电保护通信网络的智能故障诊断方法、继电保护的系统级测试方法以及高可靠性的采样数据同步方法。主要工作包括:(1)建立了智能变电站通信网络的信息流模型。信息流模型包括通信网络的端口连接模型、信息源模型、信宿模型以及信息流服务模型,通过引入网络微积分理论和图论描述了智能变电站通信网络信息源的各类属性,交换机对信息流的服务特性,各设备之间的通信关系以及信息间的关联关系等,是实现信息流潮流计算、通信网络智能故障诊断以及系统级测试方法的重要基础。(2)基于信息流模型提出了智能变电站通信网络信息流的潮流计算方法,利用该方法能够获取各链路报文、各信息流流量以及报文最大延时在整个通信网络中的分布,并提出了基于信息流流量分布的网络异常流量在线监测方法和最大延时分布的灵敏度分析方法,实现对智能变电站通信网络的性能评估、运行方式评价,并为高可靠智能变电站通信网络的设计与设备选型以及为网络异常流量的在线监测整定提供定量化依据。在实验室环境下搭建测试平台验证了信息流模型和潮流计算方法的有效性,并以一典型220 kV智能变电站为例阐述了所提出模型和方法的相关应用。(3)基于信息流模型提出了报文传输路径搜索算法,报文的传输路径建立了报文与其传输过程中所要经过的实体设备之间的映射关系,使得网络分析仪可以从单纯的分析报文内容跨越到以整个实体通信网络作为分析对象。并基于报文传输路径提出了通信网络的智能故障诊断算法,该算法可以作为网络分析仪的高级应用,利用网络分析仪实时采集的报文信息实现通信网络的在线实时故障诊断。(4)研究了面向风险点识别的智能变电站继电保护系统级测试方法,将整个继电保护系统作为一个整体、一个对象进行测试,把测试的视角从单体继电保护设备扩展到整个继电保护系统。分析了智能变电站继电保护系统的风险点,针对于风险点的识别和管控提出了有针对性的系统级测试方法,研发了系统级测试装置,试制了样机,并以广东云浮220 kV都杨智能变电站为对象进行了系统级测试方法的工程应用。(5)提出了基于传输延时补偿的不依赖于外部时钟的同步方法,从理论分析、装置研发,实验验证等方面展开了系统研究。分析了网络采样传输延时的构成及其特性,建立了具有延时快速精确测量和记录功能的交换机模型,并研发了样机。理论分析和实验测试表明所研发的交换机及采样同步方法能够可靠地实现不依赖于外部时钟的网络采样同步,有效提升了智能变电站继电保护的可靠性。本文得到两项国家自然科学基金项目(项目编号:51577073和51377026)的资助,部分研究成果已经在南方电网实际工程中得到应用,并获得南方电网公司科学技术进步一等奖,中国电力科技三等奖,取得了良好的技术和经济效益,验证了本文工作的正确性和有效性。