随着大规模新能源接入和超/特高压输电技术的应用,我国已经形成世界上规模最大、电压等级最高的交直流混联电网,交流系统单一故障引起连锁故障的风险大大增加,因此对交流系统的继电保护提出了更高的要求。大规模新能源接入的交直流混联电网中故障暂态特性复杂、工频相量难以准确提取、线性电路叠加原理存在失效的风险,导致稳态工频相量距离保护在电网新形势下性能劣化。提升距离保护在大规模新能源接入的交直流混联电网中的适应性是亟待解决的问题,基于输电线路暂态分量的保护原理是解决工频量保护难题的重要研究方向。本文在国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助下,主要围绕基于输电线路暂态分量的快速距离保护原理和应用开展研究。针对等传变快速距离保护算法存在的出口近区故障方向判别困难的问题,提出适用于传统交流线路和双馈风电场送出线的输电线路出口近区故障快速保护方法;针对基于暂态等值电路的虚拟数字CVT(Capacitor Voltage Transformer,CVT)设计方法需要根据CVT拓扑结构和参数进行定制化设计以及在线计算量大等不足,提出一种基于暂态特性拟合的虚拟数字CVT通用化设计方法,通过参数整定实现不同CVT的暂态特性拟合;进而形成了快速距离保护整体方案;研制了快速距离保护装置样机,通过实时动态仿真(Real Time Dynamic System,RTDS)闭环系统对提出的快速距离保护整体方案进行验证。针对等传变快速距离保护算法存在的出口近区故障方向判别困难的问题,提出一种基于暂态低频电气量的故障方向判别元件。利用系统等值阻抗上“记忆电压降落”和“实际电压降落”在正方向和反方向故障时变化趋势的差异确定故障方向。为避免故障方向判别元件超范围使用,提出一种线路出口近区故障快速识别元件。利用“整定电压降落”和“故障残压”在故障后一段时间内绝对值积分的大小实现线路出口近区故障的快速识别。通过出口近区故障快速识别元件和故障方向判别元件之间的配合,实现出口近区故障快速动作,完善了等传变快速距离保护方案。通过虚拟数字CVT传变环节和故障点电压重构算法,克服CVT暂态特性对出口故障快速识别的元件的影响;同时分析了系统等值阻抗变化对故障方向判别元件的影响,论证了提出的故障方向判别元件对系统等值阻抗变化不敏感、具有较强适应性。仿真分析表明,提出的快速距离保护方案提升了出口近区故障的动作速度,有效克服了CVT暂态特性的影响,提升了距离保护的性能。双馈风电场送出线出口近区故障方向判别是送出线距离保护亟需解决的问题。从双馈风电场等值暂态电势的演化规律出发,建立双馈风机瞬时值等效模型,分析对称性故障和不对称故障条件下转子磁链的变化规律,指出双馈风机暂态等值电势在故障后仅存在短时惯性。然后,提出一种利用双馈风电场等值暂态电势短时惯性的线路出口故障方向判别方法,实现线路出口近区故障方向的快速判别,通过与出口近区故障快速识别元件配合实现出口近区故障快速动作。在此基础上形成了双馈风电场送出线快速距离保护整体方案,该方案采用等传变快速距离保护算法应对送出线非出口故障,采用提出的出口近区故障快速保护方法实现出口近区故障的快速切除。仿真分析表明,提出的快速距离保护方案能实现出口近区故障的快速动作,在送出线内部故障时具有较快的动作速度。虚拟数字CVT环节作为等传变快速距离保护算法的关键环节之一,目前尚缺乏通用化设计方案,难以适应实际工程中CVT结构和参数的差异,是等传变快速距离保护工程实用化亟待解决的问题。本文提出一种基于暂态特性拟合的虚拟数字CVT通用化设计方法,利用级联无限冲击响应(Infinite Impulse Response,IIR)数字滤波器拟合真实CVT的传变特性,通过数字滤波器零极点优化配置和排列,来简化虚拟数字CVT的实现过程。从快速距离保护装置标准化设计的角度,提出的方法可通过参数整定实现不同CVT的暂态特性拟合。针对不同结构和参数的CVT,仅需重新设置级联数字滤波器的级数和对应数字滤波器的参数,有利于快速距离保护装置的工程推广应用。为验证提出的快速距离保护方案的性能,基于现有高压交流输电线路继电保护平台,研制了快速距离保护装置样机。在实验室搭建了RTDS闭环测试系统,在线路出口近区、线路内部设置不同类型的故障对快速距离保护装置进行全面测试。实验结果表明提出的基于暂态分量的快速距离保护方案动作速度快、可靠性高。发生线路出口近区正方向故障时,可在故障后5ms内快速动作;发生区内非出口金属性故障时,可在故障后15ms内快速动作;发生区外故障时,可靠不动作。最后对全文研究工作进行了总结,并对后续研究工作进行了展望。