近年来,城市轨道交通因其运量大、安全舒适、快捷方便、无污染等优点得到了快速的发展。然而城市轨道交通系统的能耗问题日益严重,降低运营成本、减少城轨系统能耗是目前城市轨道交通亟待解决的问题。由于列车运行能耗在城轨系统能耗中占比最大,本文针对城轨列车的节能运行进行研究,通过优化列车运行曲线减少单列车的牵引能耗以及提高多列车的再生能利用两种方式降低城轨系统能耗。本文的主要研究工作如下:(1)考虑直流牵引供电系统的结构和特点,分析了牵引变电所、牵引网以及城轨列车的等效电气模型,建立了单列车和两列车的城轨直流牵引供电仿真模型。然后,利用北京地铁亦庄线的实际数据验证了仿真模型的有效性,与牵引力做功的能耗计算方法相比,本文基于牵引供电仿真模型的能耗计算方法更接近实际情况。(2)在牵引供电仿真模型的基础上,考虑了不同速度下的电机效率以及牵引网电压波动对列车牵引力/制动力的影响,结合列车运动学模型,建立了单列车曲线优化的综合模型,并采用动态规划进行求解。为了避免状态空间过大导致算法求解效率低的情况,提出了通过设计列车的“最快”和“最慢”运行曲线来缩减状态集合的策略,提高了算法的求解效率,并通过算例分析验证了算法的有效性,实现了37.7%的节能效果。(3)在单列车曲线优化综合模型的基础上,以最小化变电所处的总能耗为目标,建立了两列车运行下曲线优化的综合模型。并在已知前车控制策略的前提下,采用改进的遗传算法求解该综合模型,以实数编码的方式简化了求解过程,同时设计了自适应的交叉和变异方法提升了求解效率。分析了两列车在上下行协同运行、前后追踪运行两种场景下的仿真结果,优化后的节能效果分别为6.37%和4.52%。(4)最后,在MATLAB的GUI中开发了基于牵引供电计算的城轨列车运行仿真软件,可针对单列车和两列车的运行过程进行仿真,实时显示列车和变电所电流、电压及能耗的变化情况,进而分析列车在不同运行曲线下的节能效果。图50幅,表13个,参考文献64篇。