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单相工频交流牵引供电系统存在以负序为主的电能质量问题和电分相问题,西南交通大学李群湛教授提出的贯通同相牵引供电系统不仅能够从根本上解决牵引网电分相问题,还能对负序电能质量进行治理,代表了牵引供电系统未来的发展方向。传统牵引供电系统优化设计多从系统建设投资成本或运行成本角度进行单独考虑,设计方案难以在系统投资与运行之间取得平衡,为此,本文基于全寿命周期成本理论,开展了贯通同相牵引供电系统优化设计方法研究。本文基于列车运动学原理建立列车牵引计算模型、基于多导体传输线理论建立考虑多车运行组织的贯通同相牵引供电系统潮流计算模型,并编写仿真程序,将仿真结果与专业软件仿真结果进行对比分析,验证了仿真模型的正确性和仿真软件的可用性,为贯通同相牵引供电系统优化设计奠定了基础。本文对贯通同相牵引供电系统变电所负荷波动、牵引网电压水平和三相电压不平衡度治理进行了模拟分析,计算并比较了贯通前后变电所牵引变压器安装容量和固定容量电费,引入负序电能质量奖惩因子对满意补偿和完全补偿的经济性差异进行了对比,为贯通同相牵引供电系统优化设计做好了准备。基于全寿命周期成本理论,对贯通同相牵引供电系统在投资阶段、运行阶段和废弃阶段的成本支出进行量化,建立贯通同相牵引供电系统全寿命周期成本优化模型;提出全局收敛性更好的改进粒子群优化算法,引入种群适应度方差值对粒子群进化状态进行判断,并对处于停滞状态的粒子所对应的全局最优位置进行随机变异以增加种群多样性,为提高贯通同相牵引供电系统优化设计效率创造了条件。以贯通同相牵引供电系统全寿命周期成本最小为优化目标,以牵引供电系统主要设计原则为约束条件,以沿线牵引变电所数目、位置和负序电能质量补偿目标为优化变量,以改进粒子群算法为优化手段,提出基于全寿命周期成本的贯通同相牵引供电系统优化设计方法。最后,基于本文提出的优化设计方法对国内某高速铁路进行优化设计,并将优化设计方案与其他方案进行对比分析。算例分析表明,优化设计方案在满足技术条件约束的同时表现出良好的经济性,验证了上述模型的正确性和设计方法的可行性,为贯通同相牵引供电系统优化设计提供了新的思路,为其工程应用提供了参考。