在单侧电源网络，当线路发生短路时，短路的功率方向只有一个，就是从电源流向短路点，如下图所示：

对于保护1而言，功率方向是由背后的“母线”流向前方的“线路”，把这个方向定义为“正方向”，它与电流的方向一致。

现代电力系统一般都是多电源系统，其目的是提高供电的可靠性，如下图所示双侧电源网络：

当K1点发生短路，根据选择性要求，应跳开断路器2和6来切除故障，这样可使线路的所有母线仍能正常工作，不影响对负载的供电。

但双侧电源网络也会有新的问题产生，如保护1和保护5，它俩离保护6和保护2很近，流过的短路电流基本一样。当短路电流大过保护1或保护5的整定电流时，就会发生误动。仔细分析，K1点发生短路时，保护1和保护5的功率方向都是由线路指向母线，这个方向刚好与“正方向”相反，则定义为“反方向”。也就是说发生误动的保护，功率方向都是反方向的。如果能找到一个器件，能区分正、反方向，就可以解决上述问题。这正是引入“功率方向继电器”的目的，它通过输入的参考电压和参考电流，来判断功率的正、负，功率为正，则动作；功率为负，则闭锁，如下图所示：

图中KW为功率方向继电器，通过电压互感器TV，电流互感器TA获取参考电压和电流。而功率方向继电器内部是直接将电压、电流相乘得到有功功率来判断正负，还是其它方法？接着往下看。

先假定在保护1的正方向d1点发生三相短路，保护1至短路点的等效电路如下：

Zd1是线路的阻抗，对于中低压输电线路，阻抗角fai(d1)约500-600，超高压输电线路的阻抗角约750，可知母线电压U是超前短路电流Id1一个“锐角”，如下图所示：

当在保护1的背后d2点发生短路，如下图所示：

保护1至短路点的等效电路其实和上面差不多，如下图所示：

同样可知母线电压U超前Id2一个锐角，但是要注意，因为功率方向继电器已按规定的接线方式连接好，母线电压U就一定要和Id1来比较，而Id1与Id2刚好是相差1800，可以画出相应的相量图，如下：

可见反方向短路，母线电压U超前Id1的角度在第3象限，正方向短路的超前角在第1象限，可得结论：通过短路电压和电流的相位关系就可判断流过保护的功率方向，这就是功率方向继电器的工作原理。