由于电网规模逐渐扩大、电网结构日趋复杂，传统后备保护已经逐渐显现出级联跳闸、保护失效等多种缺陷。同时，随着分布式电源的逐渐应用，统一坚强智能电网的逐渐建成，传统后备保护将面临更多问题。由于通信和计算机技术的不断发展，使得基于这些技术的广域后备保护有望解决传统后备保护的各种不足。论文作者在阅读了大量国内外文献的基础上，总结了传统后备保护的不足，阐述了广域后备保护的概念和构架，分析了主要的广域后备保护算法的优缺点，提出了一种分层区域集中式结构的电网广域后备保护系统的总体设计方案。论文就电网广域后备保护系统中的主站和子站进行了硬件、软件和通信协议等方面的研究和设计，该系统能实现大区域电网广域后备保护功能。子站保护由以微处理器STM32F103VET6为主的CPU板、交流信号板、开关量输入板、开关量输出板、电源板和人机接口板构成，可以完成信号的高精度与高速度采集、故障判断与处理、通信等多种功能；该子站采用突变量选相、序电流和阻抗选相，利用零负序方向元件、阻抗方向元件、振荡闭锁元件和振荡闭锁开放元件进行故障定位。主站以32位高性能STM32F103VET6芯片作为微处理器，在此基础上扩展了双以太网口、RS485口、RS232等多种通讯接口。主站利用子站上传的信息，结合网络拓扑结构完成故障定位和决策。主站和子站之间采用以太网通信和RS485通信。论文作者在电力安全与高效湖北省重点实验室搭建了500kV三站点输电模型，并将所研制的含有主站和子站的电网广域后备保护系统应用于该模型，进行了动模试验，模拟了不同线路不同地点发生各种故障、断路器失灵、振荡、振荡中再故障等多种情况。结果表明，该系统具有较高的灵敏性和可靠性，可有效抑制级联跳闸等重大事故的发生，相比传统后备保护具有明显的优越性。