近年来全国各城市轨道交通建设如火如荼,轨道交通里程持续增长。一方面,发展建设轨道交通,推动公交优先策略,能够有效地缓解城市交通拥堵;另一方面,同等运力下,轨道交通系统的能耗要远低于其他交通方式。然而,由于总运量大,城轨系统能耗总量仍较高,运营企业开始聚焦减少能源消耗的途径和措施。在城轨系统总能耗中,牵引供电系统占比最高,节能潜力很大。通过优化列车运行,减少牵引能耗,有助于城轨系统成功实现节能减排。列车运行的节能优化主要涉及两个维度:一方面,可以优化单列车在站间的运行牵引策略,另一方面,可以优化多列车运行的协同策略。整合上述两个维度,在国内外文献研究基础上,论述了单列车运行优化模型,建立了基于再生制动能量吸收的多列车运行优化模型。通过亦庄线运营实际情况,开展案例分析验证模型及节能效果。本文主要完成的工作及成果如下:(1)梳理了列车运行的动力学理论,根据属性维度完成了列车运行牵引能耗的影响因素划分,提出了基于功能转化的牵引能耗测算方法。(2)在“四阶段”牵引策略基础上,论述了单列车站间运行节能优化模型,构造了基于准点率指标、停站准确度指标、速度安全指标的能耗惩罚函数,利用布谷鸟搜索算法求解,计算可得单列车全线的运行策略,案例分析节能效果良好,也证明了模型的正确性。进一步分析了不同技术条件对能耗的影响,包括站间运行时间和载荷情况两个方面,结果表明,列车牵引能耗随着站间运行时间的增加而减少,随着列车总重量增加而增加。(3)分析了再生制动产生的原理及流动过程,总结和对比了几种常见的吸收利用方式的应用效果。考虑多列车全线运行的再生制动利用场景,分为相邻两车利用和不相邻两车利用再生制动能量两大类共计4种场景讨论,提出了重叠时间的计算步骤,建立了基于多列车牵引、制动相位的重叠时间最大化为目标函数的多列车运行节能优化模型。将模型类比完全背包问题,设计了贪心算法和动态规划求解步骤,比较了两种算法适用性情况。采用北京亦庄线案例分析验证模型有效性,得出以下结论:1)发车时间等间隔时,重叠时间随发车时间间隔的变化呈现多峰性,最大重叠时间为54.88s,折合能量14.1kWh,对应发车间隔时间为181s,此时重叠时间约占制动总时间26.5%,对比其他文献计算结果较低,原因是本文考虑了供电分区的实际情况。2)发车时间不等间隔,设计了25列车的发车方案,优化发车方案的重叠时间为1245s,相比于平均分配发车状态下625s,增幅达99.2%,节能效果良好。3)重叠时间受停站时间的改变的影响不大,原因是牵引、制动相位的平移而并没有横向拉升,牵引、制动持续时间不变。(4)分析了考虑早晚高峰和延误干扰下的多列车优化。建立了考虑高峰平峰的多列车优化模型,设计了全线240列车的运行方案,对应再生制动重叠时间值为7449.7s,占总制动时间的15%,折合再生制动能量约为2390kwh,节能效果良好。综合分析了列车延误产生的原因,提出了调整步骤实现列车运行恢复正常,案例分析延误10s,能耗增幅达32%,延误对区段运行能耗影响较大。