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无线电能传输（Wireless Power Transfer,WPT）技术作为一种新型的供电方式,可以解决传统接触供电方式带来的漏电,火花等弊端,是未来供电技术的重要发展方向。目前,无线供电技术主要包括磁场耦合式（Inductive Power Transfer,IPT）和电场耦合式（Capacitive Power Transfer,CPT）。前者利用磁场来构建电能传输通道,需要大量高频利兹线和磁芯来构建耦合机构。而后者则采用电场作为传输媒介,利用金属极板来制作耦合机构。相比于IPT系统,CPT系统具有结构简单、成本低、耦合机构重量轻、无涡流损耗等优点,因此受到了大量科研人员的关注,CPT供电技术发展迅速。然而CPT系统的耦合电容较小,当传输距离达到数百毫米时,耦合电容仅为p F级别。如此小的耦合电容给CPT系统设计带来了巨大的挑战。受限于逆变器开关器件的工作频率和耦合机构可用空间,目前提升系统的传输功率主要依靠提高耦合机构传输电压。为了实现k W级别的功率传输,耦合机构的电压已经高达数k V。而对于轨道交通等更大功率需求应用时,系统电压应力将会对CPT系统的耦合机构、补偿拓扑等系统器件带来巨大风险。传统的CPT拓扑已经难以满足k W及以上的大功率传输时的需求。针对以上问题,本论文开展一系列传输功率为k W及以上大功率CPT系统研究,从CPT系统拓扑结构及其优化的角度针对系统电压安全、多通道功率提升、耦合机构抗偏移等问题进行了研究探讨。论文的主要工作可以归纳为:1.针对大功率CPT系统耦合机构电压过高的问题,本论文分析了耦合机构传输容量的边界条件,得到了最大传输功率情况下的发射端和接收端补偿拓扑结构与参数配置方法。基于该方法,CPT系统耦合机构的端口电压可全部用来实现传输有功功率,从而降低大功率传输下耦合机构端口电压的需求,有助于降低耦合机构的击穿风险和构建成本。实验结果表明所提出的补偿拓扑结构和参数配置方式可以实现端口电压相位是90°的关系,验证了耦合机构端口电压全部用于CPT有功功率传输。2.针对CPT系统元件最大电压过高的问题,本论文提出了一种新型的双边CL补偿拓扑结构,可应用于大功率、大间距传输的CPT系统。基于此补偿拓扑结构,提出了一种系统补偿元件电压优化分配方法。该方法可合理分配CPT系统元件的电压分布,有效降低系统补偿元件的最大电压,从而保障大功率CPT系统安全可靠运行。实验结果证明了本方法的有效性。3.针对CPT系统传输通道单一,不能有效提升系统功率的弊端,本论文提出了一种CPT和IPT结合的混合系统。该混合系统充分利用CPT系统的补偿电感构建了一个新的IPT传输通道,从而将单一的CPT通道,扩展为CPT和IPT混合的双通道系统。本论文分析了CPT和IPT系统的工作模式,给出了基于系统传输功率提升目标的混合系统耦合机构连接方法。提出了一种基于串联-串联（SeriesSeries,SS）补偿拓扑的CPT-IPT混合系统结构。实验测试结果表明,在相同的补偿元件电压电流受限条件下,混合系统相对于单个CPT或IPT系统,可实现更大功率传输。4.为了解决大功率CPT系统耦合机构偏移导致系统输出变化剧烈的问题,本论文提出了一种可适用于大功率、大间距的CPT系统的新型LC-CLC补偿拓扑结构。基于电压分配优化策略,本文给出了系统补偿参数的设计流程,优化后的拓扑可有效提高耦合机构的抗偏移性。仿真和实验结果验证了所提结构相比于传统的补偿拓扑,具有更好的耦合机构抗偏移特性。本论文明确了耦合机构偏移对于系统输出功率的影响机制,给出了具有高抗偏移性CPT系统的补偿拓扑结构设计思路。