近年来,我国城市轨道交通发展迅速,截至2020年底,大陆地区城轨交通运营里程已达7978.19千米。然而随着城轨交通规模的快速扩大,随之而来的能耗问题也日益突出,以北京地铁为例,2019年总耗电量达20亿千瓦时以上。为了降低列车运行能耗,可以利用超级电容、锂电池和飞轮等储能装置吸收和利用再生制动能量。由于超级电容具有功率密度高、循环寿命长的优点,地面超级电容储能系统在国内外城轨交通中得到日益广泛的应用。但是在实际应用中发现储能装置在某些工况下动态响应速度较慢以及列车运行过程中牵引功率较大时牵引网电压振荡。本文以地面超级电容储能装置中双向DC/DC变换器为研究对象,通过优化变换器的控制策略,解决上述问题。本文首先建立了包含储能装置和列车在内的小信号模型,分析了列车电流以及DC/DC变换器占空比对于储能装置动态性能的影响。为了提高储能装置在不同稳态工作点下的动态性能,提出基于自抗扰控制的双环控制方法。首先,设计了自抗扰控制器,针对自抗扰控制器参数较多难以调节的问题,设计目标函数,在不同稳态工作点下利用遗传算法对控制器的参数进行寻优,之后利用最小二乘法对寻优结果进行拟合,实现了控制器参数实时最优调节。通过仿真和实验对方法的有效性进行了验证。当储能装置接入牵引供电系统之后,硬件参数、恒功率负载的负阻抗特性以及储能系统的状态都会对系统的稳定性产生影响。本文以单站单车单地面储能装置模型作为分析对象,分析了影响系统稳定性的因素。为了解决由于列车作为恒功率负载负阻抗特性导致的牵引网电压振荡问题,设计了一种基于自抗扰控制和无源控制的储能装置控制器。通过仿真和实验对控制器的效果进行了验证。最后搭建了超级电容储能实验平台和带超级电容储能的城轨交通牵引供电系统功率硬件在环实验平台,基于两个平台,实现了对本文所提出的控制策略和PI控制器的控制效果对比分析,验证了本文所提出的变换器控制策略的有效性。