随着工业生产技术快速发展，从传统的炼钢厂、铸造厂、电解铝厂，到新兴的地铁、动车，电气化铁路，日益增多的冲击负荷接入到电网中，不仅使电网系统中各种污染越来越严重，电能质量也日趋下降，而且这些负荷具有严重的功率冲击、谐波、三相不平衡，电流和电压剧变等复杂特性，会对电力系统中的电能质量构成严重威胁，使得传统计量算法难以在冲击负荷条件下准确计量。由于现行大部分适用的电子式电能表的结构和计量算法的局限性，决定了其在冲击负荷条件下进行电能计量会产生误差，所以设计和改善在该条件下合理有效的计量方案是电力供需双方的迫切需求。本文阐述了在冲击负荷情况下电能计量的现状，深入分析冲击负荷特别是在谐波环境下，对电能计量的影响。结合对本地电网系统中典型冲击负荷的调查分析、现场测试数据，深入地研究各种功率理论和计量算法，同时提出一种适合冲击负荷计量的设计方案。通过分析比较，该方案拟定有功功率的算法采用了高速点积和的积分方式，无功功率的算法采用瞬时无功功率理论作为基础来实现算法。理论数据表明，该算法在正弦稳态的情况下与传统的方法具有一致性，而在冲击负荷条件下同样能准确计量。软件设计釆用模块化的编程思想，研究了软件系统的总体设计方案，包括FLASH驱动模块、SPI数据接收模块、冲击负荷计量算法处理模块以及UART通讯模块这4个主要模块。并详细分析了冲击负荷计量算法处理模块的软件实现。结合软件设计，研究分析了硬件系统的运作原理及功能实现，并对比了系统的硬件配置和电路设计，根据冲击负荷特性，硬件上选取了宽量程高精度电流互感器、24位高精度A/D转换器、高速率DSP芯片、FLASH存储芯片以达到信号采集通道频带宽，动态范围大，精度高的要求。通过完成了系统软硬件的初步调试工作，并进行样机在冲击负荷条件下完成试挂，通过对现场采集的数据分析对比，测试结果与理论分析的结果保持了较好的一致性，证实本文的理论分析和表计设计的正确性。