随着电力市场的逐步发展,合理计量电能是铁路部门和电力部门共同关注的问题。电气化铁路作为一个高压大容量用户,产生的谐波、负序等电能质量扰动使得电能计量问题较为复杂。为了有效地计量电能,需要对电网和牵引供电系统中的负序、谐波、无功等电能质量干扰因素进行分析,找到造成电能质量的干扰源,判定扰动方向、明确责任、正确计算电能的数量。本文将高速铁路牵引负荷作为研究对象,以改善电能计量方式为研究目的,主要从功率定义、负序功率的流向、负序条件下的电能计量方式和谐波对电能计量方式的影响等方面开展研究,具体工作可总结如下:首先,对国内外电能计量方式的研究现状和高速牵引供电系统的特点进行了分析总结,介绍了牵引供电系统的原理和结构、电气化铁路牵引供电系统的电能质量特性以及电气化铁路的负荷特性。其次,分析了现行功率因数定义、算术功率因数定义、矢量功率因数定义和有效功率因数定义,从功率因数调整电费的角度对比分析了负序和谐波条件下功率定义的合理性。研究了数学模型并引入实测数据验证了不同功率定义的应用特性。结果表明:有效视在功率因数更能反映牵引供电系统负序和谐波对电网产生的影响,具有广泛的适用性与合理性。再次,分析了牵引负荷负序功率流向,阐述了负序条件下有功电能计量方式存在的问题,对此提出正序有功电能计量方案。通过正序、负序潮流分析对比正序有功和有功功率计量方式的合理性。推导得出了在三相不平衡系统正序、负序功率算法下,正序有功计量和有功计量之间的误差理论计算式。通过计算机仿真和实测数据研究对所提方案和算法进行了验证,结果表明:正序有功功率计量方案能提高负序条件下电能计量的准确性,以及误差定量计算式的正确性和有效性。最后,针对谐波条件下电能计量方式,分析了有功电能计量方式存在的问题,对比分析了基波有功计量、带加权系数的有功计量和有功计量方式的合理性。由三相非正弦系统基波、谐波功率算法,推导得出基波有功和有功的计量误差理论计算式。通过计算机仿真和实测数据研究对所提方案和算法进行了验证,结果表明:基波有功功率计量方案能够提高谐波条件下电能计量的准确性,带加权系数的计量方式考虑了谐波的具体影响;计算机仿真和实测数据验证了不同计量方式误差定量计算式的正确性和有效性。