随着光伏发电技术的不断发展和各大城市轨道交通网络的加速建设,光伏电池在市域城轨列车和短途城际列车上的应用将是未来轨道交通新能源领域的发展方向之一。目前,对城市轨道交通车载光伏发电技术的研究仍然较少,搭载光伏电池的商业化城轨列车仍然处于探索阶段。城轨列车车载光伏面临三个方面的问题:一是城轨列车快速行驶过程中可能出现的光照快速变化带来的最大功率追踪难问题;二是在城轨列车运行线路环境条件下,光伏电池面对的快速变化的动态局部阴影下全局寻优速度慢问题。三是光伏发电波动性较大,当光伏和混合储能装置协调出力时需要适用于城轨列车的光储能量管理策略。因此,本文以光伏电池在城轨列车上的高效利用为目标,对上述三个问题进行了研究。首先,针对问题一,提出一种改进功率预测变步长扰动法。一方面为减少功率震荡损失,基于牛顿插值法建立三点采样函数模型以减少预测功率值与实际功率值的偏差。另一方面在确定变步长的过程中纳入光照强度变化这一动态因素,通过引入对光照强度变化的修正系数提出一种变步长的确定方法。最后搭建仿真进行最大功率点追踪仿真,结果表明改进功率预测变步长扰动法在改善误判和失效问题的同时能更加平稳地追踪最大功率点。其次,针对问题二,提出一种改进蝙蝠算法。为进一步提高蝙蝠算法的追踪速度,针对最佳蝙蝠数量、最优占空比初始化、脉冲强度系数及频率系数这三个问题提出相应的解决方案:通过局部收敛概率来得出最佳蝙蝠数量、通过多峰值光伏功率-电压曲线的预期占空比来得出最优占空比初始化、通过动态参数来增强算法的全局搜索能力和局部搜索能力。仿真结果表明,改进的蝙蝠算法在全局最大功率点跟踪时间方面优于蝙蝠算法和粒子群算法。最后,针对问题三,提出一种城轨列车混合储能控制策略。蓄电池维持母线上能量供需平衡,超级电容提供波动功率高频分量。论文提出一种基于混合储能系统功率一次分配和超级电容实时荷电状态来调整低通滤波时间常数的混合储能系统能量管理方法。同时,提出蓄电池和超级电容之间过充过放保护和最大功率限制的规则。仿真结果证明,该方法在提高混合储能系统对功率波动的稳定控制效果的同时可减少储能系统的充放电次数。