绿色公共交通技术的提升和普及是城市生态环境治理的主攻方向之一,受到学术界的普遍关注。在众多类型的绿色公共交通工具中,超级电容储能式电动车辆具有对环境污染小、运行效率高和寿命长的特点,成为未来城市交通工具的主要种类。为了提升超级电容车辆的竞争力,克服其能量密度低带来的阻碍,需要沿途建立地面预储能充电站。本文主要围绕超级电容预储能充电站的相关技术问题开展研究工作,旨在降低对配电网的功率冲击、优化特定时间窗口下的车辆大功率充电、提升大功率超级电容系统的能量管理与安全控制的水平,为超级电容储能式车辆的推广提供技术参考。首先,对超级电容预储能电站整体架构与数学模型展开研究。针对超级电容有轨电车设计其预储能充电站的架构。为了深入研究预储能电站性能并实现充电站的仿真与控制,建立了预储能电站的数学模型。在所建立的储能电站模型中,涵盖了功率因数可控的PWM高频整流器模型、采用软开关技术的隔离三电平DC/DC变换器模型、多重化buck/boost变换器模型以及大功率超级电容组模型等;其中,重点研究含有电压均衡系统的大功率超级电容组模型,并对其进行简化。提出基于RLS与RELS双最小二乘法的超级电容组参数在线识别方法,解决等效串联内阻与微分电容互相耦合问题。其次,研究模块化快速电压均衡系统,以保障超级电容储能系统的安全性并延长超级电容组使用寿命。通过减小频率可以提高多绕组变压器均衡拓扑的均衡电流,以此提高电压均衡速度。为了将多绕组变压器拓扑应用到大规模储能系统中,提出模块化多绕组变压器均衡拓扑。多绕组变压器均衡拓扑无法对超级电容单体电压进行差异化的控制,提出模块化放电式电压均衡拓扑可实现单体电压差异化的均衡策略。为延长超级电容组寿命,研究基于SOH的均衡策略。为减小超级电容单体SOH估计的成本,以提高基于SOH的均衡策略的经济性,提出基于电压变化量的超级电容单体SOH估计方法。然后,对预储能电站超级电容组高品质的充电技术展开研究。通过PWM整流器实现了不平衡电网情况下的单位功率因数整流。为减小磁性器件体积、充电电流纹波以及EMI发射,提出基于有源换流辅助电路的软开关拓扑,实现了隔离三电平DC/DC变换器全负载范围ZVS软开关。为保证AC/DC与隔离DC/DC变换器组成的级联系统稳定运行,研究了充电装置稳定性分析方法。为优化储能站超级电容组的充电电流,提出基于SOC的充电策略,并提出基于滑模观测器的超级电容组SOC估计方法。最后,对预储能电站超级电容组大功率放电技术展开研究。大功率放电拓扑由多重化buck/boost变换器组成,研究buck模式与boost模式独立控制方式并提出两种模式的切换策略。针对变换器工作在buck模式下存在的稳定性问题,设计前置LC滤波器的阻尼电路。针对输入输出电流均衡问题,提出民主均流与滞环电流控制相结合的民主滞环电流均衡方法。为实现连续电流情况下变换器的ZVS软开关,研究buck/boost变换器有源钳位ZVS软开关技术。提出增加电流转移电路的有源钳位软开关拓扑,减小续流二极管电流应力与主开关管电压应力,提高了变换器效率以及可靠性。论文对超级电容预储能电站相关技术进行较为全面的研究,研究成果具有理论及工程意义,为绿色公共交通工具的快速发展提供技术支持。