电力行业是现代社会的基础性产业，由于其庞大和复杂，很难对电能质量进行全面监控和可靠控制，实时监测和精确估计电网动态已成为一个必要的问题。在许多应用场合，电力系统需要实时测量相量幅度和角度以及判断电压和电流信号中存在的谐波，基于相量测量数据采集技术的广域监测系统应运而生，为电网运营商提供了系统实时监测的机会，是国内外公认最新的电网监测与控制手段之一。本文首先描述了相量测量技术的研究背景与意义，从相量测量原理和测量装置的国内外发展现状出发，对相量测量算法进行了优化研究。提出了三种提高相量测量精度的算法，设计开发了相量测量装置的硬、软件系统，并将其中一种改进算法移植到DSP中，从而提高了相量测量装置的测量精度。本文主要研究内容如下：
　　（1）在查阅大量的国内外相关文献资料的基础上，对本课题的研究背景与意义进行了深入的研究分析，对同步相量测量装置及算法的国内外研究现状进行了分析总结，同时对电力系统领域的行业标准进行了阐述。
　　（2）提出了一种在稳态及动态条件下估计同步相角和频率的方法，该算法是基于加权最小二乘泰勒展开傅里叶算法（Weighted Least Squares Taylor Expansion Fourier，WLS-TF）的改进方法。详细介绍了改进WLS-TF算法的推导过程，并提出一种利用二阶多项式插值函数进行频率估计的新方法。在信号模型中考虑不同稳态和动态信号条件下，对比说明所提方法的有效性。
　　（3）提出了一种估计相量参数的自适应块最小均方算法，将未知相量模型建模为线性滤波问题，使用二阶优化技术估计幅值和相位，不需要任何矩阵求逆运算，具有更少的计算复杂性，仿真验证该算法的收敛性，快速响应能力和准确性。
　　（4）目前市场上推广的基于DSP的相量测量装置普遍采用快速傅里叶算法（FFT）作为数据处理计算方法。传统离散傅里叶变换作为电力系统中相量测量的基本算法，虽然计算简便，对谐波有一定的抑制能力，但受栅栏效应和频谱泄漏影响严重，为提高电力系统相量的快速准确测量，本文提出了基于离散傅里叶的改进方法，仿真验证算法的实用性，并与前两种算法的测量精度进行了对比分析。
　　（5）介绍了同步测量装置的基本原理及总体框架，分析了同步时标位置对相量测量精确性及实时性的影响，表明同步时标最佳位置的选取对于相量测量装置的重要性，提出一种判断时标位置最优值的方法。
　　（6）介绍了相量测量装置的硬件和软件设计，硬件电路包括数据采集模块、数据处理模块、同步时标形成模块等，给出了各个模块的电路原理图，描述了模块的选型及相关电气特性。在硬件电路的基础上对装置软件进行了分块化设计，为提高电力系统相量测量的精度，以CCS3.3软件作为开发平台，将改进DFT算法移植到DSP中。
　　（7）对同步相量测量装置进行调试和运行，在CCS3.3环境下仿真，验证改进DFT算法移植的准确性。用标准源测试装置的整体运行性能，设置标准源的电压电流参数，在CCS环境中读取电压和频率信息。最后在实验室内部进行了装置的整机调试，测试输出的电压和频率值。