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近年来,我国高速铁路事业发展迅猛。2019年,全国有十多条新的高铁线开通运营,全年新增高速铁路营运里程超过4000公里,总营运里程稳居世界第一。高速列车由于具有载客量大、正点率高、速度快、舒适方便等众多优势,给人民的出行带来极大的便利,已成为旅客出行首选。但是随着高速铁路运营里程的延长和运量的增加,随之而来的便是能源消耗提高的问题。其中,列车的牵引能耗高达铁路能耗的60~70%以上,因此降低列车牵引能耗是高速铁路急需解决的重要问题。在国内外学者关于列车节能优化方面已取得研究成果的基础上,结合高速列车的运行特点,本文建立了高速铁路单列车单站间节能优化模型、单列车多站间节能优化模型和基于再生制动能量利用的多列车多站间节能优化模型,并考虑了兼顾储能式再生制动能量利用的多列车多站间优化模型,在MATLAB软件中采用遗传算法进行仿真案例分析。论文的主要研究内容如下:(1)简要介绍论文的研究背景,通过对国内外列车节能优化问题的研究现状进行整理,分析目前存在的问题,在此基础上确定论文的研究重点。针对高速铁路列车运行的特点,总结了高速铁路列车牵引能耗的主要影响因素。通过对高速列车进行受力分析,根据高速列车“四阶段”最优运行策略,得到每个运行阶段内列车的耗能情况。(2)设计了以距离步长作为运算步长的牵引能耗计算方法。在此基础上,以牵引距离作为自变量、以牵引能耗最低为优化目标,并且考虑运行时间和乘客舒适度等约束条件,建立了单列车单站间节能优化模型。为了进一步降低列车的牵引能耗,在满足总运行时间约束的前提下,对列车多个站间的冗余时间进行重新分配,以列车的总牵引能耗最低为优化目标,建立了单列车多站间节能优化模型。将优化结果与模拟列车实际运行策略计算得到牵引能耗值进行对比,并对节能效果进行分析说明。研究表明:对于宝兰高铁上的同一车次而言,单列车单站间优化情况下,各站间的节能效果最高可达到11.23%,共计节能效果可达到5.55%;单列车多站间优化情况下,虽然在某些站间的牵引能耗较单列车单站间优化情况下有所增加,但是总牵引能耗与单列车单站间优化结果相比,节能效果可达到1.02%。(3)在满足每辆列车总运行时间约束的前提下,以基于单列车多站间节能优化模型为基础,将多辆列车间可利用的再生制动能量和总准时误差(列车达到终点站的时间误差)的权重差值作为优化目标,以每辆列车距第一辆列车的发车间隔作为自变量,建立了多列车多站间节能优化模型,且列车数目可以任意选取。按照列车数目为3和列车数目为4两种情况分别进行仿真分析,并对两种情况下的节能效果进行分析说明。研究表明:选取宝兰高铁上同向运行的四个车次作为研究对象,当研究对象为其中三辆列车时,最优情况下,列车间可利用的再生制动能量为256.28kW·h,总时间误差为406s;当研究对象为其中四辆列车时,最优情况下,列车间可利用的再生制动能量为441.47kW·h,总时间误差为886s。这些数据均表明了多列车多站间节能优化模型的可行性与必要性。(4)结合多列车多站间节能优化模型,通过在线路经停站加设轨旁储能设备来达到提高再生制动能量利用的目的。以一年内除去储能设备的加设成本之外可节省的电费最大化作为优化目标,建立了兼顾储能式再生制动能量利用的多列车多站间节能优化模型。选取宝兰高铁上全天42个车次的实际运行数据,采用第3章单列车多站间节能优化结果,并对节能效果进行分析说明。研究表明:对于宝兰高铁上全天所有车次而言,通过加设合理数目的轨旁储能装置,一年内可以节省电费44161.06元。这些数据均表明了兼顾储能式再生制动能量利用的多列车多站间节能优化模型的可行性与必要性。(5)在上述研究的基础上,针对宝兰高铁利用MATLAB软件和Access软件对上述优化模型进行了仿真软件设计,并进行了图片展示和功能介绍。