随着电气化铁路的迅速发展，电力机车运行产生大量谐波注入电网，严重影响电力系统的安全与稳定运行。现有的电能表不能检测机车产生的谐波次数以及计量各次谐波的含量，更难以精确计量非平稳信号的电能值，而计量各次谐波含量为电能计费管理和谐波治理提供可靠依据。针对单独利用快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,简称FFT）或小波包变换（Wavelet Packet Transform,简称WPT）分析方法难以同时兼顾稳态和非稳态谐波电能的计量精度问题。论文研究了电力机车的谐波特性，并用Matlab/Simulink软件搭建了仿真模型产生机车谐波信号。通过对FFT和WPT计量的理论和实验对比分析，提出了一种基于FFT与WPT相结合的机车电能计量算法，该方法首先对采样信号进行FFT运算，通过计算功率谱极大值包络的动态测度检测主要频率点；其次针对主要频率点所在的频带采用WPT对信号进行稳态性检测，确定后续电能计量算法，若是稳态信号采用FFT计算电能值，否则采用WPT计量电能值；最后累加计量、显示各次机车谐波电能值。仿真结果表明所提算法不仅能有效计量基波电能，也能精确计量信号内的谐波含量。设计了一种机车谐波电能计量实现方案，计量系统的设计包括硬件和软件，硬件以TMS320F2812为核心构建了数据采集、人机接口和数据通讯等模块。软件设计了数据采集和数据处理等模块，其中数据处理主要实现本文提出的FFT与WPT相结合的电能计量算法。设计的电能计量算法和系统具有较强的理论和工程价值，为解决当前谐波、间谐波以及非稳态信号电能难以精确计量问题提供有益参考。