随着我国经济的腾飞,过去以资源换发展的情况早已远去,国家以可持续为发展目标,大力提倡节能降耗。我国高速铁路再生制动能量丰富,除被同供电臂牵引工况列车吸收利用外,只能被制动电阻以热形式消耗或反送至电网侧,再生制动能量未能得到有效的回收利用。对于铁路系统而言,再生制动能量的处理方式不仅不具有经济性,同时还存在使网压抬升,加剧负序等电能质量的问题。高速铁路作为我国最大的单一负荷,改善其运行的经济性,具有重要价值和意义。而发展带有储能技术的高速铁路将是我国高速铁路系统改善运行经济性的有效方法。为此,论文围绕高速铁路混合储能系统(Hybrid Energy Storage System,HESS)的拓扑结构,控制策略以及混合储能系统的容量优化配置三个方面进行研究,主要内容如下:(1)制定了以铁路功率调节器(Railway Static Power Conditioner,RPC)作为能量中转站的混合储能方案。首先分析了牵引供电系统负荷特性。然后对超级电容器和蓄电池两种储能元件分别进行建模分析以及经济指标的研究。最后,针对负荷特点、再生制动能量特点以及储能元件特性,给出了混合储能方案的拓扑结构。(2)制定了以RPC为能量中转站的高速铁路混合储能系统的控制策略。首先采用直轴交轴(Direct axis-Quadrature axis,dq)电流解耦算法对系统进行控制,外环控制功率流动及实现RPC直流侧稳压,内环控制RPC实现电能质量补偿。然后采用一阶低通算法作为混合储能功率分配方案,对储能系统进行协调控制。最后通过在MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,并通过对仿真实验结果的分析,验证了方案的可行性和控制策略的正确性。(3)建立了基于全寿命周期的混合储能系统优化模型并进行求解。首先,分析电气化铁路电费计价方式,建立以低通滤波算法作为混合储能系统协调控制的能量管理策略。建立基于全寿命周期混合储能系统的双层优化模型。然后,通过改进的粒子群算法对混合储能系统优化模型进行求解。最后,结合实测数据进行算例分析,对模型优化结果以及混合储能系统的运行情况进行仿真分析。最后,对本文的工作进行了总结,并针对本文研究的不足进行了展望。