随着近年来我国城轨交通运营里程的快速增长,城轨系统耗电急剧增加。为减小牵引变电所的功率输出,充分利用城轨列车制动时产生的再生制动能量,改善直流牵引网电压波动,可在直流牵引供电系统中引入储能装置。由于地铁直流牵引供电系统中城轨列车的再生制动能量多、功率大、制动频繁,高能量密度的钛酸锂电池与高功率密度的超级电容混合的储能装置能够契合其特点,也能作为紧急备用电源用于广域电力故障发生时的列车紧急救援。本文在混合储能系统传统固定功率阈值控制策略的基础上,考虑锂电池相较超级电容寿命较短的特点,动态调整锂电池功率阈值以减小电池充放电循环深度,通过将混合储能系统单周期的部分节能收益转移到系统全寿命周期上,从而提高混合储能装置的总体收益。论文首先对直流牵引供电系统中的牵引变电所,列车等进行了模型构建和特性分析,然后对混合储能系统中锂离子电池和超级电容分别分析建模,并建立了电池使用寿命的预测模型,并针对多重化DC/DC变换器的控制效果进行原理分析和仿真验证,为后文混合储能系统控制策略研究提供了理论基础。其次,考虑混合储能装置的节能效果等经济效益以及锂电池相较超级电容循环寿命较短的特点,本文提出了基于电池SOC跟随的动态功率阈值控制策略。该策略通过动态调整锂电池充放电功率阈值,调控锂电池功率输出,减小锂电池充放电循环深度,有效延长电池使用寿命。同时针对不同发车间隔下再生制动能量大小不同的特点,通过优化算法离线优化得到最佳的控制参数,最大化混合储能装置的节能收益。通过搭建的多站多车仿真平台验证了所提控制策略的有效性。最后,本文搭建了1MW的地面式钛酸锂电池-超级电容混合储能系统样机,阐述了系统的软硬件设计并对其进行了功能性的实验验证。实验结果表明混合储能系统样机能在双环控制策略下实现节能稳压的效果。