虚拟同步发电机技术解决了分布式发电系统在接入电网时存在的高渗透率、低惯性等问题,然而,虚拟同步发电机中使用的传统并网逆变器存在诸多缺点,严重制约了系统的效率和性能。而开关电容型多电平逆变器作为一类新型的逆变拓扑,拥有效率高、功率密度大、升压变比高及成本低等诸多优点。因此,将开关电容型多电平逆变器作为并网逆变器应用于虚拟同步发电机中,有利于提高系统的效率与性能,具有广阔的应用前景。基于上述思想,首先提出了一种单级式开关电容型七电平逆变器,并对其拓扑结构和工作模态进行了分析,并通过改进工作模态实现了电容电压平衡。在此基础上,基于逆变器输出电平特点,提出了一种不等幅载波层叠PWM控制策略,使逆变器获得升压能力的同时,部分开关可工作在工频下,改善了输出波形质量。其次,提出了一种两级式开关电容型九电平逆变器,对其拓扑结构和工作模态进行了分析。分别设计了开关电容模块和逆变模块的控制策略,实现了电容电压平衡及九电平交流输出。对拓扑中的电容进行了优化设计,为电容容值选取提供了参考依据。在此基础上,提出了一种优化的不等幅反相载波层叠PWM（PODPWM）控制方法,并根据此方法,以输出电压THD最小化为目标,进行了开关角优化设计,得到了使输出电压THD最小的开关角的计算方法。最后,分别进行了开关电容模块和逆变模块的损耗计算,获得了两级式开关电容型逆变器效率计算方法。然后,分析了传统同步机的数学模型,并基于此对虚拟同步发电机的原理进行了研究,分别设计了虚拟调速器和虚拟励磁调节器。搭建了基于VSG的开关电容型逆变器控制模型,对其闭环系统进行分析。本文最后对以上提出的单级式开关电容型七电平逆变系统和两级式开关电容型九电平逆变系统进行设计,搭建了仿真模型和实验样机,对逆变器的工作模态和控制策略进行了验证,对其工作效率进行了测试和分析。建立了开关电容型虚拟同步发电机仿真模型,仿真验证了逆变器输出波形和系统频率的动态响应特性。