储能式有轨电车具有载客运量大、能量效率高、无温室气体排放、无视觉污染和成本低等优点,近年来在国内各个城市逐步得到推广。发展储能式有轨电车不仅可以缓解能源短缺和环境污染,还可以丰富城市的公共交通系统,促进城市的发展。车载储能系统、地面充电站和供电网络是储能式有轨电车线路能量转换的核心组成。如何明晰储能式有轨电车线路的运行特征,并全局地优化车载储能系统及其地面能量补给是实现线路经济运行的关键。目前,关于储能式有轨电车的研究问题主要集中于单列有轨电车车载储能系统的优化配置和能量管理,缺少以全线路作为研究对象且兼顾地面能量补给的研究。因此,本文以广州海珠线作为研究对象,首先构建了有轨电车的典型运行工况,然后建立了地面储能系统的容量配置优化模型及其效率分析模型,进而基于典型运行工况特征参数和地面储能系统凸优化模型,形成了面向实际运营线路的地面储能随机优化模型和面向设计线路的车地一体化储能系统优化设计方法。相关的研究成果对于储能式有轨电车线路的优化设计具有理论指导意义和实际应用价值。主要的研究工作列出如下:（1）构建储能式有轨电车线路的典型运行工况。本文以广州海珠线作为试验对象,采集线路实际运行数据;对于每一个站间运动学片段,首先通过速度相关特征参数筛选出预选短行程集,然后推演基于能耗相关特征参数的欧式距离函数,并从预选短行程集中提取出代表性短行程;进而,由于有轨电车的停站时间和首末站换向等待时间直接影响车地一体化的经济运行,需要在典型运行工况中插入站点平均停站时间;最后,按照站点顺序排列每个站间工况的代表性短行程,即可构建出有轨电车的单程典型运行工况。对比典型运行工况与原始运行数据的特征参数相对误差、速度概率分布、功率概率分布和功率-速度相关分布,结果表明构建的典型运行工况可同时表征储能式有轨电车的速度特征和能耗特征。（2）建立储能式有轨电车线路地面储能与供电设备的容量配置优化模型。由于沿线的充电站共用一个供电网络,当多列储能式有轨电车同时停站充电时,供电网络会出现充电功率需求叠加的情况。本文提出安装地面储能协同供电网络向有轨电车充电,以降低地面供电设备的额定容量和供电网络的运行成本。为了评估部件成本和电网运行成本之间的平衡,本文推演一个地面储能优化问题,同时考虑地面储能系统的元件选型、容量配置、能量管理以及安装拓扑。进而,为了快速、有效地获得地面储能优化问题的最优解,本文对推演的优化问题进行凸建模,并以广州海珠线作为算例分析,验证了凸优化模型的有效性和增加地面储能的经济性。（3）提出储能式有轨电车线路地面储能的随机优化模型,同时优化储能系统的容量配置和能量管理。由于储能式有轨电车在实际运行时,其到站时间和车载储能系统的能量状态与理想发车时刻表下的运行工况不能完全一致,因此需要研究在不确定性的充电需求下地面储能与电网的优化协同。本文基于机会约束规划推演了地面储能的随机优化问题,其中储能式有轨电车线路充电需求的满足被描述为概率意义上的机会约束条件。进而,通过将线路的充电功率需求限幅至其随机上确界,并延长充电时间以满足车载储能系统的充电能量需求,使得推演的机会约束规划可以转换为鲁棒的、确定的含整型变量的二次锥规划。最后以广州海珠线的实际运行数据作为算例输入,结果表明,在满足线路原始充电需求的情况下安装地面储能系统具有可观的经济效益;当只满足原始充电需求99%的情况时,延长充电策略和安装地面储能系统的经济性显著。（4）提出储能式有轨电车车载储能与地面能量补给的联合优化模型,同时考虑车载储能系统的容量配置和地面充电站的最佳选址。研究不同类型车载储能及其对应的能量补给模式有助于提高储能式有轨电车线路的适应性。本文考虑四种车载储能类型,即纯超级电容、纯锂离子电容、纯锂离子电池和由超级电容和锂离子电池组成的混合储能;进而,推演包含车载储能系统成本和地面充电站建设成本的凸优化模型,以实现车载储能系统的优化配置、能量管理和充电站的最佳选址;最后,在算例分析中基于不同停站时间、不同首末站换向等待时间和不同充电站建设价格对车载储能及其地面能量补给的优化方案进行敏感性分析,量化地评估不同优化方案的适应性和经济性;并以构建的典型运行工况作为输入,验证优化配置方案的有效性。