储能系统应用于城市轨道交通直流电网上，可以回收再生制动能量，稳定电网电压。超级电容具有功率密度高、充放电速度快等优点十分适用于此种瞬时高功率的储能系统应用场合。当前已有的吸收再生制动能量的超级电容储能系统较多限于750V以下直流供电系统，对于1500V及以上电压等级的供电系统使用的储能系统的研究仍有重要研究意义和实用价值。本文主要研究用于1500V地铁电网电压等级的超级电容储能装置做出研究设计。储能系统设计主要包括以下部分：双向变换器的设计，变换器控制策略的设计，其他控制电路的设计和控制软件的设计。首先结合用于地铁制动能量回收的储能系统设计要求，选择输入级联三通道交错并联Buck/Boost拓扑作为双向变换器的结构，并对此拓扑进行了工作原理的分析，在此基础上对变换器所使用的功率变换器元件参数的进行了设计。主要包括了功率开关，输入滤波器，输出滤波器和吸收电路的参数设计。之后对储能系统的整体控制要求作出分析，主要包括能量管理控制的要求和输入模块均压的要求。结合相关文献分析，设计了相应的能量管理控制策略和模块输入电压均衡控制策略。使用Saber仿真软件对所设计的控制策略进行仿真，仿真结果说明所使用的能量管理控制策略的能够根据地铁电网情况和超级电容储能情况，完成电网和储能系统之间的能量双向流动；中点均压策略能够实现双向变换器双向运行时的输入模块的电压均衡。在此前功率变换器元件参数计算的基础上，给出了超级电容储能装置原理样机各功率元件的选型和相应的损耗分析。并对储能系统的控制电路做出设计。完成了系统中各控制器控制软件的设计，给出了各个部分的程序流程图和原理框图。在详细设计的基础上搭建了一台用于地铁制动能量回收的储能系统样机并进行了实验研究。主要包括1/5额定电压等级下的低压实验和1/2额定电压等级下的中压实验，分别给出了实验条件和实验结果。实验结果表明所设计的双向变换器运行稳定，控制策略能够满足整体的控制要求，控制软件能使储能系统正常的工作。