随着轨道交通的迅猛发展,其供电安全问题日益明显。由于城轨大多利用直流电供电、钢轨回流的方式,在回流过程中钢轨电位问题突出,钢轨电位限制装置动作频繁,严重影响系统的正常运营,危及人身安全。钢轨电位的分布规律及控制方法尚待进一步阐明,为解决上述存在的问题,本文主要对直流牵引供电系统功率分配影响下钢轨电位异常升高机理进行研究。本文首先针对多列车多牵引变电站并列运行模型开展研究。分析包含再生制动能量吸收装置(READ)的牵引变电站、牵引网、列车的工作特性,建立相应的数学模型;分析排流柜、钢轨电位限制装置的动作特性,建立回流系统混合参数模型,利用参数修正法得到集中参数等效模型,建立多列车多牵引变电站整体仿真模型;分析列车运行时的受力情况,建立列车牵引计算模型,结合实际线路得到多列车运行时的距离、功率和运行图。其次,针对多列车多牵引变电站并列运行仿真开展研究。基于“链式网络+节点电压法+Picard迭代算法”进行直流牵引供电系统静态及动态潮流计算;结合供电系统的潮流分布,建立全线钢轨电位动态分布计算模型;仿真结果表明,该潮流算法及钢轨电位的动态分布计算方法能够准确仿真复杂工况下钢轨电位的分布规律;同时,经过仿真和现场实测验证了直流牵引供电系统中广泛存在牵引电流跨区供电现象。然后,针对钢轨电位动态分布规律开展研究。建立钢轨电位与牵引电流跨区供电的理论模型,基于网络矩阵法建立系统多节点之间的功率分配计算方法,分析典型时刻下系统的功率分配对钢轨电位的影响;研究改变系统功率分配如调节READ的启动阈值、列车运行图和牵引变电站间距对钢轨电位的影响;结合现场实测验证了功率跨区分配对钢轨电位的影响;同时分析排流柜的投入对钢轨电位的影响。最后,针对钢轨电位的优化措施开展研究。以降低钢轨电位为优化目标,基于遗传算法,建立系统功率分配优化模型,仿真表明该优化算法能够有效降低钢轨电位。该论文有图45幅,表14个,参考文献80篇。