多电平逆变器是一种能将直流电转换为波形逼近正弦波的交流电的电力电子设备。在大力发展新能源的趋势下,研究新能源发电系统中关键的逆变环节越发重要。与传统多电平逆变器相比,基于开关电容的多电平逆变器结构灵活且电容电压能够自平衡,因此可作为一种比较理想的新能源逆变装置。本文在研究各种开关电容多电平电路的基础上,提出了一种多电平功率变换电路及系统。首先以开关电容直流三电平单元为基础,提出一种七电平逆变电路;接着将七电平逆变电路与级联技术相结合,提出了开关电容级联多电平系统。与现有的级联多电平电路拓扑相比,本文所述的逆变电路具有更好的输出特性;而与现有的开关电容多电平电路相比,本文所述的逆变电路具有更高效的功率转换能力。该电路结构简单、可靠性高,通过优化调制算法能使电路系统高效运行并提供高质量交流电输出。论文主要研究内容如下:(1)对开关电容多电平电路优化,提出一种新型开关电容直流三电平单元。该开关电容单元由1个全桥,2个二极管和2个电容器组成,利用不同开关组合与输入电源实现串并联的分时运行从而实现3种电平输出。(2)基于新型开关电容直流三电平单元,结合H桥提出七电平开关电容逆变电路,该逆变电路利用SHE调制输出含7个电平的阶梯波。与现有的开关电容逆变电路相比,减少了元器件数量,在保证了高逆变效率的前提下,使电路结构更加简单,避免了复杂的电容电压平衡控制,并通过控制策略优化了电压纹波。(3)针对电容电压纹波的优化问题,提出既能使系统输出多电平PWM电压,又能自动平衡开关电容电路中各电容器功率和电压纹波的混合调制算法。(4)对所提七电平逆变电路进行级联扩展,提出了对称与非对称两种级联多电平逆变器结构,充分利用它结构灵活的优点来增加系统输出电平数,并通过调制算法使其高效运行。文中详细分析了该系列逆变电路的拓扑结构、工作原理、参数设计和调制算法等。在理论分析的基础上,通过仿真与实验证明了所述多电平功率变换电路及其调制策略的可行性和正确性。