近年来，随着电网规模的快速发展和运行方式的日益复杂，传统的逐级配合的继电保护离线整定计算方法在定值性能方面存在的问题日益突出，急需找到解决途径。如果能够从整体性能最优出发安排定值，将整定计算作为优化问题进行考虑，并根据电网的实时运行状态调整性能存在问题的定值，则可以大大提高继电保护定值的性能。针对以上问题，本文对定时限保护定值优化及其在在线整定系统中的应用进行了研究，主要内容如下：对继电保护定值全局优化问题的研究现状进行了综述研究。从反时限保护定值优化、混合保护定值优化、定时限保护定值优化三个方面对现有优化模型进行归纳总结；对优化算法则分常规优化算法和人工智能优化算法两个方面进行探讨。在此基础上，对定值优化领域有待解决的问题进行了展望，为本文后续的研究奠定了理论基础。将风险理论引入定值优化问题研究，提出了基于风险指标的定时限保护定值全局优化方法。综合考虑电网的不确定因素以及线路故障造成的严重性后果，定义“继电保护广义动作时间”作为风险指标，以运行风险最小为目标进行优化建模。采用遗传算法对所建模型进行仿真，结果表明该模型得到的定值优化结果可以有效地降低运行风险，提高继电保护的定值性能，有利于电网的安全可靠运行。最后讨论了定时限保护定值优化在在线整定中的应用问题。对继电保护在线校核/整定一体化系统的基本结构进行了概述，在此基础上，提出了计及上级限定值的定值在线优化方法。该方法采用同心松弛搜索算法快速确定定值优化范围，计及上级限定值建立定值在线优化模型，并采用遗传算法进行定值局部寻优，实现了定值的快速在线优化。