我国电网已进入跨区域联网、交直流混联、超高压、大容量输电的新阶段，受“西电东送、南北互剂”发展战略与环境保护、远距离输电以及城市化发展的影响，输电走廊日益紧张，同杆并架、不完全换位与强磁弱电联系的输电线路日益增多，给电力系统故障分析带来了许多新的挑战。另一方面，近年来发达国家电网相继发生多次严重的电力系统崩溃事故，国内区域电网也出现大面积停电事故，从而将电网的安全问题提到了前所未有的高度，使得保障电网安全运行的继电保护系统的动态行为与电力系统的动态过程日益受到关注。 平行线路的增多导致发生在这些线路间或线路内部的复杂故障日益增多，跨线故障就是其中一种新的故障类型。为精确分析跨线故障的端口电气量，本文推导了基于对称分量法的跨线故障三序分量边界方程，提出了其边界条件的统一表达形式并制定出相应的复合序网，并将其用于分析不同或相同电压等级的跨线故障，丰富了经典电力系统不对称故障分析的内涵。 大规模电力系统故障计算出现的新问题主要有回路间强磁耦合、局部不对称、多故障端口等需统一处理的问题，传统的计算模型与方法难以处理。本文提出了故障计算时多回互感线路的对称分量与相分量模型，通过线路架设的地理信息反映其实际互感参数，确保平行线路上各类复杂故障计算的准确性；系统地建立了横向故障、纵向故障、横纵向混合故障以及跨线不接地、接地故障等迄今为止所有故障类型的故障端口统一与通用的相分量模型，便于形成故障计算的编程算法；结合对称分量法与相分量故障计算方法各自的优势，提出了融合对称分量法与相分量法的电力系统复故障计算方法，解决了现代大规模电网任意地点、多重以及跨线等复杂故障计算问题。所研发的故障计算与分析软件已投入实际电网应用。 平行线路的接地保护因受回路间零序互感的影响，在系统运行方式变化、并行线路运行状态变更等情况下发生接地故障时其零序电流与接地测量阻抗将出现更大幅度的变化，从而加剧了保护选择性与灵敏性之间的矛盾，给电力系统的安全与稳定运行带来一定的隐患。本文分析了同杆并架线路常规接地保护测量量的变化规律，提出了补偿零序互感的零序电流自适应保护与接地距离自适应保护方法，通过对其整定值进行在线自适应修正从而消除平行线路零序互感的影响、实现接地保护的自适应。 处于实际电网运行环境与极端运行条件下的继电保护动态行为是影响电力系统动态进程的重要环节。本文基于混杂系统理论及其赋时PN(Petri Net)模型对继电保护的离散动态系统进行建模，提出了基于混杂系统理论研究继电保护动态 特性的建模与仿真方法，并利用精确到采样周期的保护算法与PN模型的矩阵运算对继电保护系统内部的混杂动态过程进行仿真分析。在此基础上，构建了基于电网实际运行场景的继电保护系统动态分析平台，利用实际电网的故障数据对该模型进行了仿真分析。经过与实际保护装置的对比测试表明，两者在保护的选择性、灵敏性以及测量元件的动作时间等方面具有良好的一致性，为继电保护系统的精确动态分析奠定了基础。