当前,直流牵引供电系统普遍应用于多列车地铁系统中。在多列车动态运行过程中,再生制动功率的不同分配情况直接影响系统的能量损耗和供电安全。多列车地铁系统的能量损耗较大,如何实现系统节能一直是国内外研究的热点。另外,线路中常常出现过高的钢轨电位和杂散电流,不仅威胁到了乘客的人身安全及轨旁设备运行安全,还会对线路周边的埋地金属管线造成严重的电化学腐蚀。因此,亟需研究牵引变电所的输出特性和时刻表参数优化方法,实现系统的节能和供电安全。本文主要研究内容如下:首先,本文针对多列车直流牵引供电系统动态运行特性进行研究。分析了多车多站并列运行下直流牵引供电系统结构及特性,包括牵引变电所、列车、牵引网、回流安全保护装置等;基于列车受力分析及运动方程建立了列车牵引计算方法以实现列车运行参数计算分析;阐明了回流安全参数分布特性及多列车动态运行过程中系统能量损耗特点。其次,研究了多牵引所多列车动态运行下系统快速潮流计算方法。提出了基于平行多导体结构的车网耦合系统动态运行计算模型,研究了包含分布参数和集中参数的混合参数回流系统模型等效及参数修正方法。基于链式电路模型建立系统潮流计算方程实现多牵引所多列车并列运行的快速潮流计算。同时,建立了系统再生制动功率分配计算方法以进行多节点间的功率分配追踪。第三,针对当前普遍应用的能耗型直流牵引供电系统,分析了再生制动功率越区下全线钢轨电位计算方法,阐明了功率越区分配对回流安全参数的影响。针对系统最大钢轨电位控制,提出基于改进人群搜索算法的多列车时刻表优化方法,通过优化多列车运行图实现系统功率分配调整从而限制系统最大钢轨电位。进一步,考虑系统功率分配对能量损耗的影响,提出基于核密度估计的非支配排序遗传算法,对节能与供电安全的双目标优化问题进行求解,实现多列车运行过程中节能、供电安全的协调控制。最后,针对新型柔性直流牵引供电系统双向变流机组输出特性可控的特点,建立柔性直流牵引供电系统最大钢轨电位、系统能量损耗及牵引所最大牵引电流的三目标优化模型,提出基于增强型第三代非支配排序遗传算法对三目标优化问题进行求解,实现柔性直流牵引供电系统双向变流机组输出特性及多列车运行图的优化。综上所述,本文针对多列车地铁系统的车网耦合下的快速潮流计算方法及直流牵引供电系统的节能和供电安全问题进行系列研究,提出了系统多目标优化运行方法,实现了系统的节能安全运行。