城市轨道交通通常采用的电压等级为750V直流和1500V直流。针对轨道机车制动能量回收再利用的问题，通过在直流电网上安装超级电容储能装置，可以提高能量的利用率，并稳定电网电压。超级电容储能系统分为车载式和置地式。目前针对750V直流电网的置地式超级电容储能系统的研究较为成熟。本文内容为针对1500V直流供电系统的基于超级电容的置地式地铁制动能量回收装置的研究。地铁制动能量回收装置包括超级电容储能模块和高压大功率双向DC-DC变换器。本文首先分析了用于地铁制动能量回收的置地式储能系统的设计要求，通过对多种储能系统设计方案的综合比较，确定了置地式地铁制动能量回收系统的设计方案。基于系统的设计方案，采用两组双向BUCK/BOOST变换器高压侧串联低压侧独立的功率电路结构。本文从理论计算和实验验证两个方面对比了多通道双向BUCK/BOOST变换器的交错并联和同步并联两种控制方式的优缺点。为了解决串联变换器电压均衡问题，本文采用了中点电压均衡控制，结合系统的能量管理策略，使储能系统在储能工作模式和释能工作模式以及两者切换过程中，始终能够保持高压侧电压均衡。根据地铁机车制动/启动的能量的波动过程和地铁线路机车的运行情况，优化设计了超级电容组容量，并且设计了组合式超级电容电压均衡方案。为了能够满足超级电容初次初次充电的要求，本文还设计了超级电容恒流初充电电路，并分析了该电路的性能。本文研究了一种超级电容能量管理策略，根据地铁直流电网电压和超级电容荷电状态，自动调整储能系统的工作状态，实现储能和释能的自然平滑切换。仿真分析和实验验证结果均证明了该能量管理策略能够有效地工作。