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智能变电站是建设坚强智能电网的重要基础和支撑，但智能变电站的建设并没有改变传统继电保护的配置模式，仍采用就地信息的传统保护，继而导致定值整定配合困难、后备保护延时长、自适应能力差、潮流转移情况下可能发生连锁动作等问题。在此种情况下，基于广域测量系统的广域后备保护已经引起了高度关注。应用智能变电站的信息高度共享技术，为从根本上提高和改善后备保护性能，实现广域保护提供了技术和基础。良好的广域通信系统对广域后备保护正确、快速地切除电网故障具有至关重要的作用，但目前的通信系统受到某些约束条件不能很好地满足广域后备保护的需求： 1）保护结构的配置限制了保护信息的流通； 2）站点间各模块节点的通信处理能力和信道带宽使网络性能受到制约； 3）用于继电保护的广域同步信息对通信网络的带宽和可靠性要求极高。 基于此，本文主要针对通信约束条件下的层次化保护展开研究。 本文首先依照实际电网地理接线图和光纤通信主干网拓扑图，利用OPNET Modeler软件搭建了鄂东鄂南电网的广域通信模型。该模型涵盖区域约为62,500平方公里，91个站点。模型搭建中主要考虑了线型的选择、站点的内部结构设计以及SAV报文和GOOSE报文的设置原则。该部分内容最大程度的结合了工程实际，为后文提供较为真实的仿真平台。 论文分析了广域通信中分布式和集中式架构在信息处理和信道带宽方面受到的限制，说明了其在小系统范围内使用的条件。进一步阐述了分布集中式架构在系统数据流量较大时会产生信息堵塞问题，基于此本文提出了一种不同于传统通信模式的四层式结构。该结构在传统主站的基础上增加一层调控层，分担信息阻塞情况下的信息集中处理和决策。进一步，对该结构下的关键技术，包括系统分区、通信监视，特别对时延和流量两方面进行验证。结果表明四层式结构在通信量较大的情况下能明显改善信息堵塞问题。 为降低广域保护算法的通信量，本文在广域综合阻抗的基础上，提出了一种基于单端母线电压与线路差电流比值的复合阻抗概念，并在站域层转换复合阻抗为方向元件，基于方向元件构成一种新的广域保护算法。由于复合阻抗直接利用就地线路保护装置的信息，无需严格的同步性要求，且大大减小了通信量。本文详细分析了区内外故障下复合阻抗的动作特性、故障区域和故障支路方向判据，并基于PSCAD仿真软件验证了算法的有效性。