针对城轨列车在起动、制动过程中对牵引网电压造成冲击从而引起网压不稳定的问题,提出一种由超级电容与钛酸锂电池组成的混合储能系统,该混合储能系统满足城轨列车对高能量和高功率的需求。以混合储能系统的整体结构为研究对象,着重介绍了预充电回路的设计与仿真验证,它能明显提升混合储能装置的性能以及延长使用寿命。针对该混合储能结构,提出采用综合控制策略,该策略通过控制主电路中两个双向DC/DC变换器的工作模态来实现储能单元工作在恒流充放电状态。最后仿真对比综合控制策略与传统电压电流双闭环控制策略,仿真波形对比分析表明:对于牵引机车等大容量负荷突增与突减造成的网压波动,综合控制策略能更有效、快速调节混合储能系统的充放电状态,确保牵引网压波动幅度较小,提高城轨列车的运行可靠性与稳定性。