城市轨道交通具有站间距较短、运行密度大、速度快等特点,列车启动和制动非常频繁,列车在启动时需要大量能量,导致直流牵引网电压下降;列车在再生制动时产生大量能量,导致直流牵引网电压升高,严重时还会使再生制动失效。针对这一问题,采用了一种新型的储能装置—超级电容储能装置。超级电容器具有功率密度高、充放电速度快、使用寿命长等优点。利用超级电容储能系统在列车启动阶段释放能量,再生制动阶段储存能量;从而达到稳定直流牵引网电压、防止再生制动失效,达到节能的目的。论文采用了直流牵引网电压外环、电感电流内环的控制策略,从而控制超级电容储能系统充放电。对超级电容的各种充放电进行了仿真研究,为超级电容储能系统的优化设计提供理论依据。设计了改进型的双向DC-DC变换器,消除了系统谐振并且实现了零电压开关,减少开关的关断损耗,使系统整体的效率得到提高。在matlab/simulink中搭建了仿真模型,仿真结果验证了改进型双向DC-DC变换器的优越性和参数设计的合理性。用状态空间平均法对超级电容储能系统进行建模,得到传递函数,利用bode图分析得到最佳电流、电压的比列系数和积分系数;在matlab/simulink中搭建了超级电容储能系统和逆变并网系统仿真模型,模拟列车的实际运行状况。仿真结果验证超级电容储能系统能够稳定直流牵引网电压和控制策略的可行性,逆变并网系统能够逆变一部分升高的牵引网电压,减少车载超级电容的体积。最后设计了基于DSP芯片为核心的超级电容储能系统硬件和软件,为建立小功率实验平台提供方案。