随着我国坚强智能电网的建设,大规模新能源发电场／站大量接入输电网；高压直流输电(high voltage direct current, HVDC)逐渐增多；柔性交流输电系统(Flexible Alternating Current Transmission System, FACTS)得到广泛应用。上述输电网的发展变化对输电线继电保护的选择性、灵敏性、可靠性、速动性提出了更高要求。另一方面,快速切除超高压及特高压输电线故障,可减小短路电流所产生的较大电动力和热应力对系统设备造成的不利影响,也是增加输电线传输容量和提高系统暂态稳定的一种有效措施。因此,研究快速、可靠、灵敏动作的保护原理对于保障电力系统的安全稳定运行具有重要意义。基于此,本文对基于暂态行波的超高速保护和基于微分方程算法的快速距离保护进行研究。首先,论文应用S变换获取单频率行波的时域分布,提出考虑输电线传输函数的超高速行波纵联单元式保护。为了精确描述行波在输电线路上的传播过程及其衰减规律,依据有损均匀传输线的等效二端口网络建立故障附加网络的集总电路,推导出输电线两端初始反向行波的数学关系。利用线路两端初始反向行波的比值构造识别区内外故障的判据。故障判据从原理上克服了线路模型误差、线路参数不确定性、波速不一致性等因素产生的不利影响。利用PSCAD/EMTDC仿真数据对保护算法进行了测试,仿真结果表明保护算法能可靠识别区内外故障。其次,论文在定义视在波阻抗的基础上,分析了视在波阻抗与母线网络波阻抗和正方线路波阻抗之间的关系,提出了两种行波方向继电器。一种是基于视在波阻抗的方向继电器。依据母线网络波阻抗及正方线路波阻抗分别设置正、反方向欧姆圆,构成双欧姆圆的方向判据。系统发生故障,如果计算的视在波阻抗位于正方向欧姆圆内,判断正方向发生故障,如果视在波阻抗位于反方向欧姆圆内,判断反方向发生故障。另一种是基于视在波阻抗相角的方向继电器。由于正方向发生故障,利用初始行波计算的视在波阻抗相角大于0.5π(rad);反方向发生故障,利用初始行波计算的视在波阻抗相角接近零。依据视在波阻抗相角的大小可构成正、反方向故障判据。大量的PSCAD/EMTDC仿真实验结果表明：提出的两种方向继电器能可靠、灵敏、超高速识别正反方向故障,其性能受故障初始角、故障距离、故障电阻等因素的影响小。再次,论文提出采用希尔伯特-黄变换(hilbert-huang transform, HHT)分解微分方程算法计算结果中高频成分的距离保护方案。该方案将微分方程算法的结果构成时间序列,通过经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)将序列中代表高次谐波的本质模态函数(intrinsic mode function, IMF)分离出来,得到具有单调变化趋势的“残差”,然后根据“残差”计算出故障线路阻抗。仿真结果表明该方案能在线路故障后快速估算出具有较高精度的故障线路阻抗值。最后,提出了利用基波相量变化率的故障选相方法和雷击干扰识别方法。线路发生短路故障后,故障相基波电流相量变化率受衰减直流分量及工频故障分量影响,其值迅速增大,而非故障相基波电流相量变化率变化较小；如果发生接地故障,零序电流基波相量变化率受衰减直流分量及工频故障分量影响,其值也会迅速增大,否则其值在零附近波动。论文依据不同类型故障中基波电流相量变化率的特征,提出了利用基波电流相量变化率的故障选相方法。线路发生短路故障或遭受故障性雷击,附加电流分量中包含衰减周期分量以及基波故障分量,导致基波电流相量变化率大幅度变化；线路遭受非故障性雷击,附加电流分量仅包含高频雷电波,雷击后一段时间内基波电流相量变化率较小。论文依据短路故障、故障性雷击及非故障性雷击产生的附加电流分量对基波电流相量变化率的不同影响,提出了利用基波电流相量变化率识别雷击干扰的方法。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提方法的有效性和可靠性。为了进一步利用动模实验或现场在线测试等方式验证保护算法是否符合继电保护的各种规范要求,论文采用浮点数字信号处理器TMS320C6748设计了保护实验装置的硬件,给出了以实时操作系统内核SYS/BIOS为核心的系统软件架构以及保护应用程序的设计方案。对关键程序及算法进行了测试。