光伏电池组件产生的直流电需要通过逆变器为负载供电或接入交流电网,因此高性能的逆变器在光伏发电系统中至关重要。多电平逆变器具有实现较低总谐波失真的阶梯电压、减少电磁干扰,以及开关承受较低的电压应力等优点,但其需要大量器件,电压增益低且拓展方式单一。为解决这些问题,本文提出应用于光伏发电场景的一种低应力高输出开关电容多电平逆变器和一种可拓展空间型开关电容多电平逆变器。此外,针对开关电容多电平逆变器使用器件较多带来的可靠性低的问题,本文提出一种基于空间型开关电容多电平逆变器的容错运行策略。论文的研究内容主要包括:（1）为提高光伏发电系统中逆变器的升压能力并提高输出电能质量,提出一种开关电压应力低且输出电平多的开关电容多电平逆变器。所提逆变器拓扑由升压单元与独立电容通过Ⅰ形开关结构连接构成,有效降低逆变器的输出谐波含量。与其它输出相同电平的拓扑相比,所提拓扑使用更少的开关器件;无需后端H桥即可实现逆变过程,能够有效降低开关的电压应力。此外,所提逆变器的电容电压纹波小,而且电容电压自平衡的优点能够简化控制器。（2）为进一步简化开关电容多电平逆变器的拓扑结构,提出一种可拓展空间型开关电容多电平逆变器及其拓展方式。该拓扑将电容的充电电路与放电电路分离,对各电容分别充电,使用开关将电容交错连接以提高输出电平。该拓扑只使用一个直流电源,可以通过增加电容和开关的方式进行模块化拓展;而且具备所提低应力高输出开关电容多电平逆变器拓扑的优点。（3）为提高上述可拓展空间型开关电容多电平逆变器的故障容错能力,提出一种容错运行策略。所提策略能够使上述逆变器承受开路故障,在故障前和故障后运行状态,能够实现电容电压自平衡、升压能力以及连接感性负载的能力。在故障后运行状态下,开关器件的电压应力和电容的电压纹波减小或保持不变。该容错运行策略最多减少四个输出电平,适用于可拓展逆变器拓扑。论文详细给出了所提逆变器的拓扑结构、工作机理与调制策略,描述了其拓展方式;计算了电容电压纹波和功率损耗;分析了开路故障下拓扑的运行策略并对比了不同拓扑的参数。最后搭建原型机,通过实验验证了理论分析的正确性和所提逆变器的可行性。