随着间歇性能源以及柔性负荷在电网的渗透率不断提高,电力能量流的不确定性及有功功率瞬时平衡的难度愈加提升,未来将极大程度地依赖于信息技术的支撑,通过信息流快速调控能量流,以使电力系统达到高效、稳定及可靠的运行状态。由此,电力系统的组织形态将向着由物理系统及信息系统所交互而成的二元复合系统方向发展,即所谓的电力信息物理融合系统(Cyber Physical Power System,CPPS)。在CPPS的架构下,保护系统的组织与形态都出现了崭新的变化。智能变电站的继电保护系统的动作决策依赖于本地的多点电气信息量,广域保护系统的全局精确故障点的辨识也是离不开广域电气信息量的有效感知,而这些分布的电力信息有效地双向传输也需要借助广域或局域通信网络。糅杂多源信息的保护系统较于传统基于单点或双点电气信息量的保护系统,从理论上因其能更准确地切除故障,降低了保护不正确动作的概率,由此使系统的可靠性获得了实质性的提升。然而,信息网络的时延丢包等现象的存在却增加了潜在的隐患。以往的保护可靠性分析模型的理论基础为基于“运行-故障”的二状态Markov链,而在新的组织架构下,二态马氏模型无法有效地描述动态信息流对电力设备的干预过程,亟需针对新的架构形式构造新的可靠性分析模型。由此,本文着眼于CPPS架构下的电力通信网络及保护系统的可靠性分析模型的构建。首先,针对电力广域通信网络的可靠性建模,在元件层面上,提出了信息设备的复合马氏过程可靠性分析模型,该模型重点考虑信源设备的流推送规律,在建立了信息流的多态马氏链基础上,嵌入反映设备物理特性的二态马氏模型当中,从而描述了设备受到信息和物理扰动综合的运动过程。然后,在系统层面上,基于信息潮流的构想,在考虑了不同类型通信设备的流约束特性上,结合图论的网络拓扑描述,建立了网络最大流的线性规划模型,获知网络的统计学分布特性,推导出能够有效地反映由网络信息流波动与元件的物理状态切换过程所影响的广域通信网络可靠性指标。其次,在智能变电站保护系统的可靠性建模研究当中,提出了由复合马氏链嵌入的动态随机流网络模型,以d下界点来界定保护系统的有效状态与失效状态。由此建立了几种典型的组网架构的随机流网络模型,并进一步拓展了传统保护系统的可靠性指标:可用度、可靠度、Birnbaum重要度等,使之能反映局域网络信息流对保护可靠性的影响。另外,在求解可靠性指标的过程中,随着信息元件增多,系统的状态数量将出现井喷式的增长,全局状态枚举的传统方法将导致维数灾问题,致使可靠性指标无法求解,由此提出了改进的深度优先状态树搜索方法,提高了对大规模系统可靠性指标求解的可行性。最后,在广域保护系统的可靠性建模研究当中,基于随机流可靠性分析模型,进一步研究了具体的广域保护算法收到何种数量的广域电气信息才能准确地辨识故障点的问题,由此提出了新的可靠性分析指标:有限广域信息下保护算法对故障辨识的正确率,并在此基础上嵌入了广域通信网络的统计学模型及本地保护可靠性模型,提炼出了一般性意义下的CPPS保护系统可靠性分析模型。仿真结果表明了,本文所建立的可靠性模型能够体现信息流对保护系统的作用与机理,挖掘保护系统的脆弱部位,对未来保护系统网络化控制的组织与架构有实用的参考价值。