谐振式无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术是电气工程领域的一项前沿科技,通过电磁转换传递电能,能够有效解决传统电缆供电方式的线路老化、尖端放电、产生电火花等不足,更加适合在潮湿环境、雨雪天气等极端环境下进行智能且安全的供电。但受限于现有技术研究,目前谐振式WPT系统依然存在电能传输效率较低、电能传输距离较短、电能传输容量较小等问题,使得该技术的推广及应用受到了极大地限制,在提高谐振式WPT系统的综合性能等方面依然存在许多技术难题,亟需突破。因此,本文选取采用基础串联-串联(Series-Series,SS)补偿拓扑结构的两线圈谐振式WPT系统作为课题研究对象,针对系统的关键组成部分,为有效提高系统电能传输容量与效率,展开了谐振式WPT系统的功效特性分析与优化研究。为研究谐振式WPT系统的电能传输特性,运用耦合电路理论,建立了完整的WPT系统数学模型,包括线圈系统电路模型和系统中电力电子变换器损耗模型两部分。并以此为基础,对系统直流输入电压、谐振频率、驱动频率、负载电阻和线圈间耦合系数共五个系统关键因素在系统的电能传输容量、线圈系统效率和系统整体效率上的影响进行了详细地分析,从而为提升系统性能的研究提供了理论基础和研究方向。同时,为更好地理解和运用系统参数对系统性能的影响研究结果,提出了三种变负载系统恒功率输出控制方法,并以系统整体效率为优化目标,得到了一种效率导向的变负载系统恒功率输出综合控制策略。通过该控制策略能使系统几个关键参数实现最优匹配,从而在实现变负载系统恒功率输出的同时有效提高系统效率。并通过实验验证了所建立的数学模型的正确性以及所提出的控制策略的有效性。针对提高谐振频率可有效提高SS-WPT系统效率但极大限制系统输出功率的问题,提出了一种线圈系统参数设计方法,使得系统在不同谐振频率下,通过该方法所得到的相应线圈组在使用相同的直流输入电压为同一负载供电时,可产生相同的系统功率等级。同时,在对高频WPT系统的研究中发现,随着谐振频率的提高,系统原边DC-AC变换器效率由于开关损耗的上升而快速衰减。因此,提出了一种通过精确调整驱动频率实现软开关的控制策略,使得SS-WPT系统无需改变系统中硬件设计与参数便可实现DC-AC变换器的软开通或软关断状态,有效提高了高频系统中DC-AC变换器的效率,并最小化了对系统功率等级的影响。所提出的线圈系统参数设计方法和软开关实现策略均通过实验验证了其有效性和准确性。针对目前广泛应用于谐振式WPT系统研究中的平面螺旋线圈,在满足平面螺旋线圈在实际使用中安装空间限制的前提下,同时考虑了系统对电能传输容量和电能传输效率提升的需求,研究了固定面积内平面螺旋线圈结构设计参数对系统的影响。通过对固定面积内平面螺旋线圈结构设计参数对线圈系统物理参数及系统性能的影响分析所得到的优化后的平面螺旋线圈,有效提高了系统的综合性能。仿真和实验结果验证了该部分理论分析的正确性。针对谐振式WPT系统的补偿拓扑结构,以双边LCC补偿拓扑结构和SS补偿拓扑结构为例进行了不同补偿拓扑结构的对比研究。提出了一种双边LCC补偿拓扑结构的参数设计方法,使得在一定条件下采用双边LCC补偿拓扑结构的WPT系统效率相较于采用SS补偿拓扑结构的WPT系统效率可得到有效地提升。同时,为公平对比采用不同补偿拓扑结构的谐振式WPT系统性能,提出了一种直流输入电压调节策略,使得采用不同补偿拓扑结构的WPT系统在使用相同线圈组在相同线圈间距下为同一负载提供无线电能时可产生相同的功率等级。通过所提出的LCC补偿拓扑结构设计方法和电压调节策略,可使LCC-WPT系统和SS-WPT系统通过相同线圈组为同一负载供能时产生相同的输出功率,且相比较于SS-WPT系统,LCC-WPT系统的效率和抗线圈偏移能力得到了有效地提升,系统的原边DC-AC变换器损耗和补偿电容电压应力得到了有效地降低。仿真和实验结果证明了该部分研究的正确性。