由于高速铁路线路设计都是按照远期运量进行设计的,线路运行前期和中期运量小,导致了牵引供电系统全线在设备利用率方面相对较低,主要集中在牵引变电所内牵引变压器的容量利用率低。通过对牵引供电系统全线的设备进行容量、数量和位置的优化配置,可以降低全线能耗和提高设备利用率。因此,本文以高速铁路牵引供电系统为研究对象,主要开展以下几方面的研究,包括牵引供电系统基本结构设计、负荷过程计算以及设计方案优化等。本文研究内容具体为:(1)分析牵引供电系统的结构,根据牵引变电所端口电气量的变换关系,推导适合各种牵引变压器各种接线方式的统一牵引变电所数学模型;根据牵引计算理论,得到列车全线的取电功率;基于牵引网统一链式网络模型实现对牵引供电系统负荷过程的仿真操作,最后得到牵引供电系统全线潮流分布。(2)以高速铁路牵引供电系统为研究对象,对牵引供电系统的外部电源进线、全线设备投资、基本建设和运行维护费用进行了分析;研究牵引网电能损失和全线牵引变压器的容量利用率;提出牵引供电系统多目标优化方案。(3)为实现牵引供电系统优化设计的精确性要求,本文同时采用四维可视化算法和NSGA-Ⅲ算法对牵引供电系统进行了优化设计。以牵引供电系统投资费用、运行维修费用和全线有功功率损失为目标函数,以接触网对地电压为约束条件,根据铁路电力牵引供电设计规范对牵引供电系统供电方案进行优化设计。(4)最后基于本文提出的牵引供电系统多目标优化方法,选择某高速铁路牵引供电系统作为算例进行优化设计,同时和其它优化设计方法进行比较论证。结果显示,在本文中所设计优化的结果能够在满足约束条件的同时能很好的减少系统投资建设费用和降低线路有功功率损失,验证了本文方法的可行性。