相比于两电平全桥逆变器,多电平逆变器具有输出谐波含量低、器件电压应力低、电磁干扰小、功率上限高等优点,因此广泛应用于中高压输配电、有源电力滤波器、不间断电源、电动汽车和新能源分布式发电等领域。而传统多电平逆变器如二极管箝位型或飞跨电容型逆变器存在开关器件和电容数量多、电容电压平衡复杂等问题。基于开关电容的多电平逆变器具有开关器件复用、电容电压自平衡和电压利用率高等特点,所以受到广大学者的关注和深入研究。本课题以开关电容结构为基础,研究其在多电平逆变器中的应用,提出并完善开关电容型多电平逆变器及其衍生拓扑,以弥补目前拓扑研究中的不足。具体研究内容如下:1.针对单电源单相应用场合,提出一种开关电容型九电平升压逆变器拓扑。该逆变器仅使用8个开关管、3个二极管和3个开关电容,实现9个相等电平的输出,并具备最高4倍的输出升压能力。该拓扑中的开关电容均能实现电压自平衡。2.在研究1的基础上引入飞跨电容原理和结构,提出三种混合型电容电压自平衡的多电平逆变器拓扑。第一种九电平拓扑结合使用了2个开关电容和1个飞跨电容。其中,开关电容实现倍压功能,飞跨电容的电压可自动平衡在1/2输入电源电压,两者结合有效地扩展了电平数;第二种七电平拓扑仅使用了2个电容,其电容电压的均衡同时利用了开关电容和飞跨电容的工作机理,可实现电容电压均分和提供升压输出;第三种拓扑为有源中点箝位结构与开关电容结构相结合的混合型七电平逆变器。该拓扑只需一组直流电源侧组件便可工作于三相状态,直流侧的2个箝位电容能自动实现电压均分。研究2中的三种混合型拓扑丰富了开关电容多电平拓扑族。3.研究1和研究2中所提出的多电平逆变器拓扑均有一对开关管的电压应力为峰值输出电压,其电压应力高且输出电平固定。因此提出两种扩展型开关电容多电平逆变拓扑,拓扑每个开关电容模块中的器件应力不会随电平数的扩展而增加,每个模块使用较少的器件便能扩展电平和提升升压因子,适用于低压输入、高质量输出的应用场合。本课题对所提出的拓扑结构和原理均进行了参数分析与对比,并在此基础上进行了实验验证。实验结果均证明了所提拓扑结构的可行性与原理分析的正确性,表明所提开关电容结构及其衍生结构在多电平逆变器中的适用性与应用前景。