2010年我国将形成北、中、南三个跨区大型互联电网,电网的大范围互联对电力系统稳定性提出了更高的要求,不仅要求故障能够被快速、准确、可靠的切除,还要求当发生较大的系统扰动时,能保证电力系统的安全稳定运行。传统线路后备保护是基于本地信息的元件保护,它是通过多段式保护的动作时限、动作定值和动作区的相互配合来实现的。随着电网规模的不断增大、网络拓扑结构的日趋复杂,给后备保护的整定、时限的配合造成了很大困难,而且在保证元件安全的同时可能会牺牲系统的稳定性。广域保护通过获取电网多点信息,对故障进行更加准确、可靠的切除,同时考虑故障切除对系统安全稳定运行的影响,防止保护动作导致系统稳定性的破坏。本文介绍了广域保护的功能组成和一般结构,介绍了广域保护在稳定控制领域、继电保护领域的研究现状。本文在分析了输电线路方向高频保护原理的基础上,研究了输电线路故障分量方向比较原理的广域后备保护方案。利用故障后电流、电压的负序分量或零序分量对功率方向进行判别,将方向判别结果应用于广域保护算法进行故障判断。理论分析和仿真试验表明,该方案有较高的区内故障灵敏性,但故障切除后的可靠性不高,需要借助故障分量的幅值进行辅助判断,以保证正常运行和故障切除后保护不误动。在分析了输电线路电流差动保护原理和电网拓扑结构的基础上,研究了一种基于拓扑树的电流差动广域后备保护。利用电网的拓扑树进行保护单元划分,在划分好的保护单元内进行差流计算和故障判断。理论分析和仿真试验表明,该方案能准确地判断出故障的位置,并将故障限制在较小的范围内切除。它的不足是算法需要得到多点的电流采样值,随着保护范围的扩大,交换的信息量增加,对通信系统的要求较高。