磁场耦合式无线电能传输和电场耦合式无线电能传输由于其效率高、传输距离适中,逐渐成为国内外研究热点,得到了广泛应用。然而,在上述两类系统中,当发射装置和接收装置之间的正对关系和传输距离发生变化时,系统的工作状态和传输特性亦会随之改变,这使得无线电能传输技术的实际应用范围受到限制。为了解决该问题,本文对考虑方向和距离变化的无线电能传输系统进行建模与分析,研究了相应的改善方案,以实现高效、稳定的电能传输。本文的主要内容包括:首先,基于微扰法推导出耦合模方程各项与电路模型参数的对应关系,进一步说明了无线电能传输系统耦合模方程项的物理意义;分析了负载参数、传输距离、方向、电源参数对系统耦合模方程的影响,得到了参数变化下无线电能传输系统耦合模模型的建模方法。接着,建立了考虑方向变化的无线电能传输系统耦合模模型,基于模型分析了方向变化对系统传输特性造成的影响;提出了一种基于旋转发射线圈的动态无线电能传输方案,该方案降低了对线圈间相对位置的要求,在一定程度上改善了方向性问题;建立了基于旋转线圈的单负载、多负载、双电源系统动态耦合模模型,得到了系统平均输出功率与平均传输效率的表达式。其次,建立了考虑距离变化的无线电能传输系统耦合模模型,根据模型说明了距离变化对系统传输特性造成的影响;基于宇称时间对称理论并结合磁场和电场两种耦合机制,提出了一类双耦合无线电能传输系统,该系统在有效提高传输效率的同时能够消除对传输距离的敏感性;建立了双耦合系统的耦合模模型,研究了其在宇称时间对称未破碎态和破碎态中的工作机理,分析了系统在两种情况下不同的传输特性。最后,对基于旋转线圈的无线电能传输系统进行了仿真和实验,结果表明通过线圈的旋转能够使得系统均匀地为发射线圈周围的多负载同时供电,增加旋转线圈的数量可以消除供电死区;对基于宇称时间对称的双耦合无线电能传输系统搭建了电路仿真模型,结果表明当系统处于宇称时间对称未破碎态时,传输效率及输出功率均保持恒定,同时双耦合机制提高了传输效率,系统可以在几米的范围内实现大功率能量传输。