卫星授时、电力通信网络和数字信号处理技术的快速发展为同步相量测量技术的应用提供了必要的基础。同步相量测量技术可对广域分布电力系统的电气量进行实时同步测量，为大型电力系统的安全分析和稳定控制提供了新的契机。本文研究了同步相量测量装置(PMU)及其在电力系统状态估计中的应用。 提出了一种新的PMU(Phasor Measurement Unit)构成方案，充分利用数字信号处理器(DSP)的集成资源和高速AVR单片机的特性，以GPS秒脉冲和频率跟踪信号经DSP捕获单元共同形成同步采样信号，以USB接口、CAN总线接口和以太网接口相结合的通讯方式实现高速大容量数据传输，从而形成以DSP芯片测量解算为主、以高速AVR单片机通讯控制为辅的基于变间隔采样的递推DFT算法的双CPU同步相角测量装置的软硬件设计方案。 在基于数字信号处理器(DSP)和高速AVR单片机双CPU的同步相量测量装置(PMU)的研究基础上，提出了一种eCAN总线(Enhanced Controller AreaNetwork)与工业以太网相结合的PMU数据通信方案。讨论了eCAN的硬件设计原理和软件设计流程，设计了基于高性能数字信号处理器TMS320LF2407的连接CAN现场总线和工业以太网的嵌入式现场网关，实现了PMU与现场工控机(动模实验)以及远程控制中心的实时通信。 在PMU的众多应用中，基于PMU的电力系统状态估计已成为一个热门课题。根据电力系统网络的稀疏性和网络图论，在系统中某些节点安装PMU，能实现电力系统的拓扑分块解耦状态估计。本文研究了使状态估计分块解耦的PMU配置，建立了引入PMU的分块解耦状态估计模型，该模型的优点是充分利用了PMU的电压相量和支路电流相量信息。利用PMU的电压量测，可把一个电力系统网络分块成几个子系统网络分别进行状态估计，各个子系统之间不再存在数据的交换。PMU的支路电流相量可转换成相关节点的电压相量或相关的支路潮流，提高了量测系统数据的精度和冗余度，有利于提高状态估计的性能。对IEEE30节点的算例仿真表明，当PMU测量精度较高时，与传规的应用PMU的状态估计模型相比，分块解耦状态估计提高了估计的精度和速度。随着分块的增多，计算机并行技术的使用，有可能实现电力系统实时状态估计。