城市轨道交通具有速度快、安全性能高、运输量大、无污染、准时等优点,因此其得到了快速地推广与发展。本论文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,通过存储城轨车辆产生的制动能量来抑制牵引网压波动。首先总体上分析了车载混合储能系统的整体结构,通过对比四种混合储能系统主电路拓扑结构的优缺点,选取由两个双向DC/DC变换器构成的主动式拓扑结构作为储能系统主电路。然后对锂电池模块、超级电容器模块两个部分的储能原理和等效电路模型分别进行分析和阐述,并对混合储能系统主电路的参数进行计算,为后续仿真研究提供理论依据。其次采用状态空间平均法对混合储能系统主电路拓扑结构进行数学建模,选取电感电流和电容电压为变量,在一个周期内对系统建立微分方程组并得到小信号传递函数。然后基于车载混合储能系统能量流动过程,设计一种基于车载混合储能系统的控制策略,可以实现能量在城轨列车、直流牵引网、混合储能系统三者之间的正常流动,另外针对制动能量的储存分配问题,采用高通滤波器提取出城轨列车负载突变时的高频分量与低频分量,其中高频分量由超级电容器组吸收或补偿,低频分量由锂电池组吸收或补偿。接着对所提车载混合储能系统控制策略中的电流PI控制器与电压PI控制器进行设计,使其合理地控制混合储能装置的充放电状态。然后通过仿真验证了所提控制策略能够有效控制混合储能系统的充放电过程。再次,围绕城轨车辆混合储能系统的容量优化配置展开研究,构建以车载混合储能系统综合总成本为目标函数且满足相关约束条件,并采用量子遗传算法对车载混合储能系统进行容量最优配置。然后针对车载混合储能系统做整体仿真分析,通过对列车的实时运行速度进行监测进而判断列车的运行工况,并根据牵引网电压的变化来开通与关断混合储能系统,最后在搭建的混合储能系统仿真平台上验证了城轨列车车载混合储能系统能够抑制牵引网压波动幅度,另外也可提高城轨列车的运行可靠性与稳定性。