我国电气化铁路普遍采用单相工频交流制式供电,存在电分相环节以及以负序为主的多种电能质量问题。中国铁路“十三五”计划以来,列车的行车密度和运行速度不断提升,电分相和电能质量问题日益突出。贯通式牵引供电系统能够在消除电分相的同时治理电能质量问题,符合未来电气化铁路的发展趋势,是新一代的牵引供电系统。建立贯通式牵引供电系统的仿真模型,能够为新建线路或者贯通供电改造线路提供设计依据和理论支持。本文首先通过分析贯通式牵引供电系统的拓扑结构,给出了组合式同相供电系统的平衡变换原理,推导了其等效模型,给出了组合式同相供电主设备容量计算方法。针对两种外部电源供电方式,分别推导了平行双边供电系统和树形双边供电系统的数学模型,计算了均衡电流和在不同并联方式下的牵引网阻抗。利用Simulink搭建了两种双边供电方案下的仿真模型,验证了理论推导的正确性。根据本文构建的组合式同相供电系统和双边供电系统的数学模型,建立了以全线牵引网链式电路模型为基础的贯通式牵引供电系统仿真模型,用潮流算法求解了贯通式牵引供电系统的潮流分布,并利用Simulink搭建仿真模型与本文建立的贯通式牵引供电系统仿真模型进行了对比,验证了模型和潮流算法的有效性。最后以国内某电气化铁路贯通供电改造为例,进行了贯通式牵引供电系统潮流分布规律及供电能力的仿真研究。结果表明,贯通式牵引供电系统牵引负荷在各个牵引变电所上分配更加均衡,再生制动能量利用率高,供电能力更强,能够体现其技术优越性。同时还对贯通供电方案的越区供电能力进行了分析,校验了在单列车通过时的牵引网最低电压。最后计算了组合式同相供电在远期运量目标下的期望主设备容量,在国标限值内对改造方案进行优化,尽可能减小补偿装置的容量,节约了建设投资。