电场耦合无线电能传输（Electric-field Coupled Wireless Power Transfer,EC-WPT）技术是指利用高频电场实现电能从电网或电池以非电气接触的方式传输至用电设备的技术。EC-WPT系统采用金属电极作为电场耦合机构,使得耦合极板简易轻薄、设计灵活、成本低;系统工作时绝大部分电通量分布于耦合电极之间,使得系统整体电磁辐射较低;当耦合机构之间及其周围存在金属导体时,由EC-WPT系统引起的涡流损耗非常小;此外,EC-WPT系统具有可穿越金属障碍传能的特性;在EC-WPT技术的实际应用中,系统的传输性能在很大程度上受到耦合电容和负载的影响,而它们在系统运行中是常常发生的且不可避免的。一方面,用电设备的移动会导致耦合偏移或者传输距离改变,从而影响耦合机构的耦合电容的大小;另一方面,即使系统的耦合机构完全对准,耦合电容也会因为环境因素而发生改变。此外,相当一部分用电设备的负载在供电过程中发生改变,尤其是以锂电池为储能装置的无线供电设备。耦合电容和负载的变化对系统传输性能的影响是多方面的:1)严重影响系统输出电压/电流,从而导致系统输出特性发生改变;2)改变系统输入阻抗特性,导致系统功率因数降低,从而引起系统损耗增加、伏安容量增加等问题;3)改变系统频率特性,从而引起频率漂移、频率分裂、频率分岔等现象。本文针对耦合电容和负载的变化引起的EC-WPT系统输出特性改变、功率因数降低、频率特性改变等问题,围绕参数设计方法、补偿网络变换和系统控制展开研究,改善在耦合电容和负载变化下系统的传输性能。具体而言,本文主要做了以下研究工作:针对耦合电容和负载变化引起的输出特性改变和功率因数降低的问题,围绕双侧LC补偿EC-WPT系统,提出一种兼具恒压输出特性和高功率因数的参数设计方法。基于基波近似法,在考虑无功元件的等效串联电阻的基础上,建立系统补偿网络的输出电压增益和输入阻抗模型,从而给出了系统在耦合电容和负载变化下的恒压输出的限定条件和参数条件,并分析了系统主要参数对功率因数的影响规律。在此基础上,考虑实际系统的限制和需求,给出了一套兼顾系统恒压输出特性和功率因数的参数设计方法。最后通过仿真和实验验证了系统在耦合电容和负载变化时的恒压输出特性,确保了系统在给定变化范围内的功率因数,并验证了参数设计方法的正确性和有效性。针对耦合电容和负载变化引起的输出特性改变的问题,面向实际应用中恒压/恒流特性以及输出特性转换的需求,提出了一种LC-LC/LCLC混合补偿网络的EC-WPT系统。基于基波近似原理,在考虑等效串联电阻的基础上,建立了电能发射端和接收端补偿网络的输出电压/电流增益模型,从而推导了系统在耦合电容和负载变化下的恒压/恒流输出的限定条件和参数条件,并给出了恒压/恒流模式中耦合电容和负载对输入阻抗角的影响规律。结合LC网络和LCLC网络的拓扑特点,给出了混合补偿网络的切换方式及其控制方法。最后建立了系统的仿真模型并搭建了实验装置,仿真和实验结果验证了在耦合电容和负载变化时所提出的系统具有恒压/恒流输出特性,也验证了所提出的混合补偿网络的切换方式的有效性。针对耦合电容和负载变化引起的频率特性变化和输出特性改变的问题,提出一种基于系统频率特性的频率相位控制方法。基于全电容模型,建立了EC-WPT系统的输出电压/电流模型,推导了系统负载无关的输出电压/电流条件,分析了系统的频率分岔和频率分裂特性,并分析了系统输入输出量之间的相位关系。基于有限元仿真软件COMSOL,分析了耦合偏移对系统频率的影响。最后建立了系统的仿真模型并搭建了实验装置,仿真和实验证明了系统在耦合电容和负载变化时始终工作在恒压/恒流频率,且系统输出电压/电流始终为目标值。同时,仿真和实验结果也验证了频率调节采用跟踪输入电压与输出电压相位差代替零相位输入的自动频率跟踪策略,可以有效的跟踪系统的分裂频率（也即恒压频率）,也可以有效避免系统工作在由频率分岔引起的其他谐振频率。