随着电力电子技术的飞速发展,高电压、大容量的非线性设备如电弧炉、轧钢机以及电气化铁路等的广泛应用,使得电力系统信号产生严重的畸变,使电网信号具有严重的波动性和骤变性,电能计量的合理性和准确性直接受到了影响。采用正弦或非正弦电路功率理论设计的电能计量设备将不能准确合理的计量畸变信号条件下的电能。因此,如何合理准确的计量畸变信号条件下的电能已经成为电能计量领域亟待解决的问题。本文首先阐述畸变信号条件下电能计量的研究背景和意义,介绍现有的适合于畸变信号的计量标准和计量算法。研究模拟式电子电能表和电子式电能表的基本结构,定性分析畸变信号引起电流互感器磁饱和,产生相位误差的规律;定量分析畸变信号中谐波信号对模拟乘法器和数字乘法器的影响,给出功率计量误差表达式;定量分析畸变信号中非周期性信号对后置滤波器的电能影响,给出电能计量误差表达式,为电能计量算法研究与装置设计奠定基础。根据畸变信号的特点,构建畸变信号条件下的功率数学模型,提出基于新型优化窗改进FFT和快速小波变换功率算法。对于稳态信号提出基于K-N互卷积窗的三谱线插值FFT的功率计量算法,并通过稳态信号仿真验证算法的准确性。对于非稳态信号提出基于改进快速小波变换的功率计量算法,并通过非稳态信号仿真验证算法的准确性。深入研究单相半波整流电路、电弧炉和高铁牵引变的工作原理,搭建各情况下的simulink模型,产生畸变的电压电流信号,通过MATLAB仿真生成后续分析的畸变电压电流信号,基于新型优化窗改进FFT和快速小波变换功率算法计算功率,仿真试验结果表明,本文提出的基于新型优化窗改进FFT和快速小波变换畸变电能计量算法能准确计量电网畸变信号的功率。基于本文提出新型优化窗改进FFT和快速小波变换畸变电能计量算法,设计了ADC+DSP+ARM结构的电能计量装置,并详细介绍了信号采集模块、数据处理模块和数据管理模块的硬件设计电路,并完成设备的主程序、畸变电能计量和数据传输等功能模块的软件设计,及触摸屏的人机交互模块设计。最后对电能计量装置进行了实际测试与检验,验证了本文提出方法的准确性和有效性。