随着经济的飞速发展以及城市化的快速推进,国内许多城市正在进行大规模的轨道交通建设。但是轨道交通发展的同时,减少运行能耗已变成亟待解决的问题。在此背景下,轨道交通中由于列车制动时产生的能量,可以通过再生制动能量（Regenerative Braking Energy,RBE）利用装置将其回收和利用,既解决了列车制动时牵引网电压波动问题,又能将RBE回收利用,减少了能量的浪费。本文的轨道交通再生制动系统中,以超级电容储能型RBE利用装置及其变换电路的控制策略为主要研究方向。首先,介绍了超级电容单体,进而对超级电容器组进行分析和设计;其次,对轨道交通再生制动系统中的变换器进行工作原理的分析,推导分析其特性,并且通过与两电平双向变换器的对比,突出了三电平双向直流变换器（Three-level bidirectional DC-DC converter,TLBD变换器）的优点,并且对其参数进行设计。然后,对系统中的TLBD变换器控制策略进行研究,这是本文的核心内容。在TLBD变换器的传统控制策略中,双闭环控制是采用最多且最有效的一种方法,所以采用了一种超级电容器组电流内环、牵引网电压外环的双闭环控制策略,同时为了更好地保持飞跨电容电压的稳定,还加入了飞跨电容电压的控制环;针对上述这种控制方法,利用状态空间平均法对系统进行建模,得到其传递函数,然后通过复频域bode图响应法对闭环控制的效果进行了稳定性分析。但双闭环控制中由于PI控制器的参数设置较为复杂,参考模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）在电力电子中的应用思路,通过MPC与PI控制结合,对TLBD变换器进行控制。这种控制方法不仅可以减少PI控制器的数量,而且控制的难度降低,另外也减小了输出电感的电流纹波,并且控制效果较好。针对上述这种控制方法,通过其状态空间方程建立其预测模型,然后通过合适的目标函数评价,得到TLBD变换器的最优开关状态,实现对系统的优化控制。最后,通过在MATLAB仿真软件上进行仿真测试和在半实物仿真平台上进行实验,完成了对整个系统的两种控制策略的仿真和实验,结果验证了两种控制方法对整个系统都能够达到相应的控制效果,具有一定的有效性以及可靠性,同时对比两种控制方法,与传统的双闭环PI控制相比,优化的控制方法具有相同的控制效果时,减少了PI控制器的数量,减小了计算量,降低了控制的复杂度,同时减小了输出电感的电流纹波。