伴随着城市轨道交通发展日益加快,城轨系统能耗剧增和安全运营等问题被广泛关注。在城轨牵引供电系统中引入电池/超级电容混合储能系统,可以充分利用列车再生制动能量的同时,可减小牵引变电所的峰值功率和改善牵引网的网压波动,此外还可以作为备用电源为牵引供电故障时对列车进行紧急自牵引,为城轨系统降耗和安全运营提供有力支持。首先,本文分析了含有混合储能系统的城轨交通牵引供电系统结构以及混合储能系统的工作原理与控制方法。搭建了含有地面式电池/超级电容混合储能系统的城轨交通牵引系统仿真模型。以实际线路数据为例分析了混合储能系统容量配置对能量流动影响,并对混合储能系统功率分配策略进行了仿真分析。为混合储能系统容量配置和控制策略研究提供基础。其次,考虑混合储能系统中电池和超级电容特性和成本差异以及其对城轨交通牵引供电系统的影响,本文从全局角度提出了一种适用于城市轨道交通的地面式电池/超级电容混合储能系统容量配置优化方法,该方法以节能率、峰值功率减小率和经济效益率为目标,同时以工程实现和全线列车紧急牵引为约束,可以取得较为理想的节能效果的前提下,大幅度降低变电所的峰值功率,得到较高的经济效益率,并以实际算例验证了该方法的有效性。然后,本文提出了一种基于列车运行工况的混合储能系统全时段多模式控制策略。该方法针对混合储能系统全天运行,为了充分发挥系统作用,保证系统的功率和能量在不同时间尺度上两种储能元件间的优化分配,考虑不同容量配置和全线网全时段能量流管理,针对不同的列车运行工况切换不同的工作模式,动态调整电池、超级电容充放电先后顺序,实时分配电池、电容的功率比例,并且通过控制储能元件SOC（State of Charge）,在完成再生制动能量吸收利用的同时,最大限度降低变电站峰值输出功率。通过实际算例进行了控制策略的验证。最后,本文研制了一套1MW地面式钛酸锂电池/超级电容混合储能系统样机,对样机进行了大功率的充放电试验和系统功能验证试验,最后在实际线路上进行了挂网运行,在全天运行下对本文所提的控制策略进行了验证。通过挂网运行期间全天节能效果和变电所峰值功率的降低,验证本文提出控制策略的可行性和有效性。