现代有轨电车具有编组灵活、造价低廉、外形美观等优点,已成为了城市轨道交通的重要组成部分。近年来,现代有轨电车的新型无接触网供电技术得到日益广泛的应用,其中,车载储能式供电是广受欢迎的无接触网供电方式之一。本文以兼具高功率密度与高能量密度的电池-超级电容车载混合储能供电技术为对象开展相关研究,主要研究内容如下:(1)为了充分发挥电池与超级电容优势互补的特点,本文提出了一种基于电池与超级电容能量交互的固定功率比例分配策略。该策略在传统的规则策略的基础上,考虑有轨电车部分区间能耗大的运行需求,在超级电容电压低于设定阈值的情况下,进入电池主动状态,实现电池与超级电容之间的能量转移,使混合储能系统实现稳定的高功率输出,并能够有效降低储能系统的配置重量。(2)提出了现代有轨电车混合储能系统能量管理策略与容量配置的三步式协同优化方法。第一步为能量管理策略的改进,即基于能量交互的固定功率比例分配策略的提出。第二步为能量管理策略参数的多目标优化,通过拆解优化过程,清晰地展现能量管理策略与容量配置的联系和对系统性能的影响,克服了通过优化算法进行单步配置易陷入局部最优的缺陷。第三步为容量配置的最终优化,基于优化后的策略参数,通过改进的粒子群算法得到电池寿命与系统重量的多目标最优配置结果。本文通过案例仿真分析,验证了该配置方法的优势。同时,为了解决前期设计中计算效率低的问题,本文开发了一套能量管理策略与容量配置优化软件,可快速完成车载储能系统容量配置优化及能量管理策略验证,并基于该软件,进行了参考供电方式的快速分析。(3)提出了有轨电车的运行工况构建方法,并进行了有轨电车行驶工况的区域性特征分析。有轨电车具有多路权模式、线路固定、运行灵活的特点,兼具城轨车辆与非轨道交通车辆的运行特性。本文借鉴电动汽车的工况分析方法,通过主成分分析及K-均值聚类构建有轨电车的行驶工况,把有轨电车的工况分成了拥堵工况、畅通工况与高速工况三类。同时,基于有轨电车运行规则性强的特点,根据线路条件对有轨电车运行区域进行划分,并通过数据统计进行各工况下的短行程归属分析,判断各区域是否具有明显的工况特征。通过工况构建与区域划分,能够利用有轨电车的运行特点对混合储能系统进行深度优化,进一步提升供电系统的运行效率,实现电气化铁路节能的目标。(4)为了实现混合储能系统的效率提升和电池的寿命延长,本文提出了具有实时优化效果的工况自适应的能量管理策略。工况自适应策略由滚动优化策略和规则型策略组成,其中滚动优化策略通过小波神经网络进行有轨电车的状态预测,并基于动态规划算法进行功率分配的优化。工况自适应策略充分利用了有轨电车运行过程中的工况分析成果与区域性特征,结合了规则型策略和算法型策略的优点,既能够接近全局最优策略的优化效果,又能够实现对策略的简化,保证混合储能系统的稳定运行,方便工程应用。(5)为了验证本文的研究内容,搭建了90k W电池-超级电容混合储能样机,基于本文所提出的运行策略与充电策略,对混合储能系统进行了控制方案的设计与实验,验证系统的动态特性。并对本文所提出的能量管理策略进行了实验验证,证明策略的有效性和工程应用价值。