城市轨道交通的快速发展,缓解了道路交通压力,提高了公共交通出行效率。但随着城市轨道交通系统日趋庞大,运营里程持续增加,地铁系统能耗迅猛增长。如何有效降低系统能耗,减少电力成本,是城市轨道交通系统可持续发展的关键。本文分别从能量需求和供给两个层面,分析影响牵引能耗的因素及目前再生制动能量利用效率低下的原因,建立列车节能操纵优化模型和基于再生制动能量利用的时刻表优化模型,实现降低线路牵引能耗、提高再生制动能量利用效率、节省列车运行总能耗的目的。论文的主要研究内容如下：首先,从减少能量需求层面,考虑实际线路坡道、曲线、限速条件,建立列车节能操纵优化模型,通过优化列车的工况序列、手柄级位和对应的转换位置点,达到牵引能耗最小的目标。针对求解问题的特点改进了遗传算法,对不满足时间、速度约束的个体进行基因修正和定“方向”随机变异,实现算法的快速有效搜索。针对两个不同线路条件站间,设计了节能操纵策略,并分析了不同载荷工况、站间运行时间对操纵策略及牵引能耗的影响,算例结果证明了模型的有效性和适用性。其次,从提高能量供给层面,在列车节能操纵优化模型的基础上,建立基于再生制动能量利用的时刻表优化模型,以列车运行所需的能量和反馈的再生制动能量之差的绝对值最小化为目标,调整列车的站间运行时间和停站时间。采用遗传算法,动态改变交叉、变异算子,对模型进行求解。算例结果证明,本文提出的时刻表优化模型,在兼顾列车运行服务水平的同时,进一步降低了线路牵引能耗,提高了再生制动能量的利用效率。最后,采用北京某地铁线路的数据,求解各站间不同运行时间下的节能操纵策略,在此基础上对现有的时刻表进行优化。优化方案分为站间运行时间单独优化方案、停站时间单独优化方案、两者综合优化方案和以利用的再生制动能量最大化为目标函数的方案,并对这四种优化方案的节能效果进行对比。结果表明综合优化站间运行时间和停站时间方案的节能效果最优,较原有时刻表,节省的列车运行总能耗比例达到11.59%。