既有牵引供电系统中以负序为主的电能质量问题以及电分相环节严重制约了其安全、高质和高效运行,目前理想的解决方案是基于对称补偿理论的同相供电技术。通过同相补偿装置中的直流母线接入光伏发电系统以及混合储能装置,还可以进一步实现再生回馈能量利用和牵引负荷削峰填谷,提高光伏渗透率。如何基于可控元件对牵引负荷进行主动协调控制,缓解供需矛盾,同时计及以负序为主的电能质量指标,并进行混合储能装置容量规划设计,值得进一步研究。本文围绕该问题,进行了如下研究:1)集成光伏和混合储能的同相牵引供电系统优化运行策略。面向单个同相牵引变电所和潮流贯通模式下多个同相牵引变电所2种场景,分别建立了以同相牵引变电所日运行成本最低为目标,以混合储能装置充放电策略、光伏出力以及潮流控制器功率为决策变量的同相牵引供电系统优化运行模型,尤其考虑了电网侧三相电压不平衡度约束。将原始优化模型中非线性约束进行线性化处理,得到混合整数线性规划模型并利用商业规划求解器CPLEX进行求解。2)不确定环境下同相牵引供电系统优化运行策略。计及光伏出力和牵引负荷的不确定性,建立了同相牵引供电系统日前运行的双阶段鲁棒优化模型。第一阶段基于光伏出力及牵引负荷区间预测信息,制定混合储能装置充放电策略以及与电网的电量交易方案;第二阶段解析光伏出力与牵引负荷的最恶劣场景以及对应的最优潮流功率。最后基于列与约束生成算法求解该双阶段鲁棒优化模型,得到最恶劣场景下同相牵引变电所最优运行计划。3)混合储能装置容量优化配置。面向工程规划设计场景,提出一种混合储能装置双层规划模型:外层模型以全寿命周期成本最低为目标的混合储能装置规划模型;内层模型则是以日电费成本最低为目标的混合储能装置优化调度模型。针对该非凸非线性规划模型,提出一种内嵌CPLEX求解器的灰狼优化算法,得到混合储能装置最优安装容量和功率,并对不同参数灵敏度以及算法收敛性进行了分析。