裝置原理
基於gps時鐘的pmu能夠測量電力系統樞紐點的電壓相位、電流相位等相量數據，通過通信網把數據傳到監測主站．監測主站根據不同點的相位幅度．在遭到系統擾動時確定系統如何解列、切機及切負荷．防止事故的進一步擴大甚至電網崩潰。根據功能要求．pmu應包括同步採樣觸發脈衝的發生模組、同步相量的測量計算模組和通信模組。同步採樣觸發脈衝的發生部分主要功能是提供秒脈衝和當前標準時間(精確到秒)。為了降低對gps的依賴性．在gps丟失衛星後一段時間內．由本機自身晶振提供相當精確的秒脈衝。相量測量運算部分輸入模擬交流信號．a/d由外部產生的同步採樣脈衝觸發．轉換完成後傳送“中斷”給信號處理模組(dsp)．dsp每讀取一點的數據就和前面的採樣數據進行數字傅立葉變換(dff)運算，求出該交流信號基波的幅值和相位。主dsp在計算相位後同時加上相應的時標從通信接口將相量數據傳送到監測主站或保存在本地共控機上．同步串口通信數據除了採樣點時刻的時標外．還有測量cpu發出的當前交流信號頻率。
裝置結構
pmu 的數據採樣/控制硬體類似於傳統的 rtu，但是根據標準的要求，pmu的數據採樣速率/數據傳輸的實時性要遠遠高於傳統的 rtu，pmu 的數據採樣速率一般在 10000 點/s左右，其數據的傳輸實時性要求20ms，因此，這就要求 pmu 的硬體設計上要有較快的 cpu（如採用 dsp 技術或多 cpu 技術） ，要求有較快的數據通信接口（如 10/100mhz 乙太網）。 圖1表示了pmu的各輸入/輸出模組的關係，其 cpu 可以是單 cpu或雙 cpu 結構。
圖中裝置的輸入信號有：①線路電壓、線路電流信號的輸入；②開關量信號的輸入；③發電機軸位置脈衝的輸入，可以是鑒相信號或轉速信號；④用於勵磁、agc 等的 4ma～20ma 控制信號；⑤gps 標準時間信號。
裝置的輸出信號有： ①用於中央信號的告警信號輸出；②用於通信用的 10/100m 乙太網及rs232接口 （採用ieee std 1344通信標準）；③用於控制用的 4ma～20ma 輸出。
裝置功能
1 同步相量測量
(1) 測量變電站線路三相基波電壓、三相基波電流、序量值、開關量等的實時數據及實時時標；
(2) 測量發電機機端三相基波電壓、三相基波電流、序量值、開關量、發電機功角、發電機內電勢的實時數據及實時時標；
(3) 測量勵磁系統、agc 系統等的直流模擬量等。
2 同步相量數據傳輸 裝置根據 ieee std 1344 規約將同步相量數據傳輸到主站，傳輸的通道根據實際情況而定，如：10/100mhz 乙太網、rs232、2m 口等，通信鏈路協定為 tcp/ip。
3 數據整定及就地顯示
(1) 裝置的參數當地整定；
(2) 裝置的測量數據可以在計算機界面上以相量列表、主接線圖相量矢量表計、相量矢量圖、連續相量變化圖、模擬量波形圖、模擬量值、開關量狀態等方式顯示。
4 擾動數據記錄
(1) 具備暫態錄波功能。用於記錄瞬時採樣的數據的輸出格式符合 ansi/ieeec37.111-1991cpu處理電壓輸入電流輸入4ma-20ma輸入開關量輸入gps10mhz乙太網rs232告警信號輸出軸脈衝輸入4ma-20ma輸出控制輸入（comtrade）的要求；
(2)具有全域啟動命令的傳送和接收，以記錄特定的系統擾動數據；
(3)可以以 iec60870-5-103 或 ftp 的方式和主站交換定值及故障數據。
5 當地通信接口 裝置提供通信接口用於和勵磁系統、agc 系統、電廠監控系統進行數據交換。
6 數據存儲 存儲暫態錄波數據；存儲實時同步相量數據。
裝置套用
20世紀90年代以來，pmu陸續安裝於北美及世界許多國家的電網，針對同步相量測量技術所進行的現場試驗，既驗證了同步相量測量的有效性，也為pmu的現場運行積累了經驗。其中包括1992年6月，喬治亞電力公司在scherer電廠附近的500 kv輸電線上進行了一系列的開關 試驗，以確定電廠的運行極限並驗證電廠的模型；1993年3月，針對加利福尼亞—俄勒岡輸電項目所進行的故障試驗等。試驗中套用pmu記錄的數據結果與試驗結果相當吻合。
研究與套用領域
目前，同步相量測量技術的套用研究已涉及到狀態估計與動態監視、穩定預測與控制、模型驗證、繼電保護及故障定位等領域。
(1) 狀態估計與動態監視。狀態估計是現代能量管理系統(ems)最重要的功能之一。傳統的狀態估計使用非同步的多種測量(如有功、無功功率，電壓、電流幅值等)，通過疊代的方法求出電力系統的狀態，這個過程通常耗時幾秒鐘到幾分鐘，一般只適用於靜態狀態估計。
套用同步相量測量技術，系統各節點正序電壓相量與線路的正序電流相量可以直接測得，系統狀態則可由測量矢量左乘一個常數矩陣獲得，使得動態狀態估計成為可能(引入適當的相角 測量，至少可以提高靜態狀態估計的精度和算法的收斂性)。將廠站端測量到的相量數據連續地傳送至控制中心，描述系統動態的狀態就可以建立起來。一條4800或9600波特率的普通專用通信線路可以維持每2～5周波一個相量的數據傳輸，而一般的電力系統動態現象的頻率範圍是0～2 hz，因而可在控制中心實時監視動態現象。
(2) 穩定預測與控制。同步相量測量技術可在擾動後的一個觀察窗內實時監視、記錄動態數據，利用這些數據可以預測系統的穩定性，並產生相應的控制決策。基於同步相量測量技術，採用模糊神經元網路進行預測和控制決策，取pmu所提供的發電機轉子角度以及由轉子角度推算出的速度(變化率)等作為神經元網路的輸入，輸出對應穩定、不穩定。在弱節點處安裝pmu，可以觀測電壓穩定性。pss利用pmu所提供的廣域相量作為輸入，構成全局控制環，可以消除區域間振盪。
(3) 模型驗證。電力系統的許多運行極限是在數值仿真的基礎上得到的，而仿真程式是否正確在很大程式上取決於所採用的模型。同步相量測量技術使直接觀察擾動後的系統振盪成為可能，比較觀察所得的數據與仿真的結果是否一致以驗證模型，修正模型直到二者一致。
(4) 繼電保護和故障定位。同步相量測量技術能提高設備保護、系統保護等各類保護的效率，最顯著的例子就是自適應失步保護。對於安裝在佛羅里達—喬治亞聯絡線上的一套自適應失步保護系統，從1993年10月到1995年1月的運行情況分析表明，pmu是可靠和有價值的感測器。另一個重要套用是輸電線路電流差動保護，在相量差動動作判據中，參加差動判別的線路二端電流相量必須是同步得到的，pmu即可提供這種同步相量。
對故障點的準確定位將簡化和加快輸電線路的維護和修復工作，從而提高電力系統供電的連續性和可靠性。傳統的單端型故障定位方法是基於電抗測量原理，這種方法的精度將受故障電阻、系統阻抗、線路對稱情況和負荷情況等多種因素的影響。解決這一問題的根本出路是利用線路兩端同步測量的電壓和電流相量進行故障距離的求解，能獲得高精度和高穩定性的定位結果。
廣域測量系統
電力系統的穩定已是越來越突出問題。以pmu為基本單元的廣域測量系統可以實時地反映全系統動態，是構築電力系統安全防衛系統的基礎。
