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广域测量系统（WAMS）是在世界范围内近几年逐步开展的一项全新的研究工作和正在探讨的领域，是将电网自动化从稳态监控向暂态、并向动态稳定控制发展的重要阶段。同步相量测量技术和现代通信技术的广域测量系统的出现，为电网向着大面积实时监测和控制方向的发展提供了先进的和可能的信息技术平台。基于同步相量单元（PMU）是广域测量系统的重要构成部分，本文针对同步相量单元的相量同步测量算法和同步相量测量点配置进行研究。
论文首先介绍了基于GPS的同步相量测量的研究意义、国内外的研究进展情况以及PMU在电力系统中的应用前景。接着，介绍了同步相量测量的信号过零检测法、定频采样和变频采样的离散傅立叶法(DFT)。进而，分析了信号过零检测法测量中存在的误差及改进方法和变频采样的软硬件实现方法以及测量误差。为了提高测量精度，还研究了双采样速率方法。由DFT法自然引入计算量小的递推傅立叶算法，通过变换得到了一种改进型的递推离散傅立叶算法。
论文详细分析了同步相量测量误差并给出了改进措施，包括衰减直流分量、频率偏移带来误差和时间同步与频率同步矛盾问题。本文在分析各种同步采样时和非同步采样时的相量算法的基础上，针对信号存在频偏、谐波、振荡等现实问题，提出采用了一种基于准同步采样和傅氏分析的频率跟踪、相角估计的实用算法。它用克服衰减分量的离散傅立叶算法和线性插值法计算任意时刻的估计相量，用迭代算法寻找相角差为零的相邻周期的两个估计相量，继而对采样数据进行同步化处理以获取信号的相角。仿真结果表明:该方法具有抗干扰能力强、测量精度高和计算速度快等优点，可广泛应用于各种相量测量或频率测量装置中。采用此相量算法，提高了相量测量精度，为下一步PMU的布点配置提供了准确的信息。
本文同时考虑系统可观测性和电压稳定性两方面因素，提出了一种基于电压薄弱区域监视的非完全可观测的同步相量测量单元(PMU)配置方案。应用网损灵敏度法来判断电压崩溃临界点和电压薄弱区域；考虑低电压水平与电压崩溃的关系，提出将电压幅值变化率作为电压薄弱母线分群所观察的信息，并且给出了电压薄弱分群指标，兼顾地域因素，采用模糊最大树聚类法将电压薄弱母线分群；给出了母线非完全可观测程度的度量方法以及PMU的配置流程。最后通过IEEE 118节点系统验证了文中方法的有效性。最后应用此配置方案在江西电网中。