智能变电站是智能电网建设和发展的核心,其发展趋势之一为集成化。智能变电站集成化的目标是在应用功能不缩减、设备可靠性能不降低的前提下,精简站内设备数量和降低后续运维成本。目前的集成化方案主要集中在间隔层或过程层,如继电保护功能和测控功能的融合,或者合并单元和智能终端的融合等。本论文提出了一种更为全面的集成方案,将单间隔内的间隔层功能和过程层功能合并至单一装置内,即二次多功能合一装置。论文分析了全面集成方案下装置内外部的通信需求及数据流向,理论分析了三网合一的网络负载及可行性。二次多功能合一装置的方案在实现单间隔内功能全面集成的同时也改变了智能变电站的网络架构。在标准的三层架构智能变电站中,间隔层设备和过程层设备间通过光纤互连来传递SV、GOOSE等过程层信息。由于多功能合一装置的方案囊括了单间隔内间隔层和过程层的全部功能,因此设备间光纤互连的通信方式转变为装置内部的总线通信。本论文提出了一种基于M-LVDS的装置内部高速通信总线,用于替代之前的光纤互连;根据过程层功能和间隔层功能的数据交互特点,此总线设计为多主并发竞争模式,通过令牌和优先级机制保证总线上设备均等会占有总线,因此能够保证过程层和间隔层间数据通信的实时性要求。智能变电站的交流量采样系统呈现分布态,但此分布式系统在横向和纵向两个角度需要协调处理。横向角度上,由于电流差动保护功能的需求,相关间隔的采样需要进行同步处理;纵向角度上,采样值从过程层向间隔层传递时需要进行采样频率的转换。不论是采样同步还是采样率转换均涉及到对于采样值的插值处理,即重采样技术。目前应用较为广泛的插值算法为一阶线性插值,即用直线拟合采样波形曲线,因此插值算法会带进插值误差,进而会影响到智能设备的可靠运行。本论文创新性地分析了重采样技术中,一阶线性插值算法带来的采样值误差问题;通过理论计算和实际验证两个环节,着重研究了采样频率、插值位置这两个核心要素在插值算法中对于各次谐波造成的幅值误差和相位误差,并针对于此提出了工程可实施性的改进建议。论文针对全面集成的方案进行了二次多功能合一装置的样机设计和工程验证。装置架构以平台化概念为基础,自下而上设计了硬件平台、软件平台、应用软件和辅助调试软件。硬件平台以功能模块为单元采用标准化接口设计,使其具有伸缩性和可裁剪性;软件平台以实时操作系统为基础,搭建适用于电力系统自动化产品的软件库,并将应用软件嵌入其中;辅助调试软件包含逻辑图等配置软件,便于产品的快速开发和调试。二次多功能合一装置已在某省级220kV户外GIS智能变电站投入运行,其性能指标均优于非集成方案,达到了设计之初的目标,可进行推广使用。