城市轨道交通多采用直流供电制式,但存在供电电压较低,牵引网损耗大,列车再生制动能量不易回馈电网以及杂散电流突出等问题。交流供电制式具有供电能力强、供电效率高等优点,但也存在以负序为主的电能质量问题和列车过分相问题。将组合式同相供电技术应用于城市轨道交通牵引供电系统,可以扬长避短,更好地满足城轨牵引供电的技术需求。本文主要针对城轨供电系统采用组合式同相供电技术开展优化设计研究,提出主要供电设备的容量优化配置方法,为供电系统高效、安全和高质运行提供重要理论依据和技术支撑。作为牵引供电系统设计的基础,列车牵引计算是牵引供电仿真的重要组成部分。本文在常规牵引计算的基础上对列车节能运行优化问题进行了研究,建立了基于空间状态转换的列车节能运行优化模型,采用遗传算法寻优搜索列车最佳节能运行轨迹,实现了列车在给定运行时分条件下的节能优化运行。其次,推导了计及同相供电装置主变电所戴维南等效模型,并在此基础上建立了基于多导体传输线理论的同相供电系统牵引供电仿真模型,为供电系统的优化设计提供了仿真平台。为兼顾同相供电系统可靠性与经济性,提出了以可靠度为约束的同相供电装置容量的优化配置方法。最后,以某城市轨道交通实际线路为例,给出了城轨列车牵引计算结果,计算了不同区段下的牵引阻抗和导纳参数。对牵引供电系统进行供电仿真,根据仿真结果校验了牵引网的载流能力,并优化了牵引变压器和同相供电装置的容量配置。对比分析了组合式同相供电方案与原供电方案的经济性,表明组合式同相供电方案在建设投资和运营效益方面更具优势,具备较好的应用前景。