随着新能源技术的发展,功率变换器被广泛的应用于新能源发电、输变电、电动汽车、轨道交通等领域。作为关键部件的绝缘栅门极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）和电容器在变换器的运行过程中起到能量转换和储存的作用,一旦发生故障必然会影响变换器的正常运行。因此,对功率变换器中关键部件IGBT和电容器进行状态监测可以及时发现故障,并制定对应的运行维护计划,这对于保证变换器的安全可靠运行极为重要。本文以功率变换器中关键部件IGBT和电容器为研究对象,针对其失效状态监测问题,开展了IGBT模块键合引线失效监测方法研究、多芯片并联模块中芯片失效的监测方法研究、大功率工况下多芯片IGBT模块的状态监测方法研究以及针对电容器的容值监测方法研究,论文的主要研究工作包括:（1）键合引线失效是诱发IGBT模块开路故障的直接因素,针对IGBT模块中键合引线的失效监测问题提出了基于测量热阻降低的键合引线失效监测方法,克服了传统方法使用零温点工况测量而不能在正常工况下应用的局限性。首先,从IGBT工作时的热流原理出发,深入分析引线失效后对热流传导造成的影响;其次,根据引线失效后引起热流变化的机理分析导致测量热阻降低的原因;最后,提出基于散热器测量热阻降低的监测方法实现对引线失效的监测,实现了在正常工况下对引线状态的监测,并通过实验验证了方法的有效性。（2）芯片失效是引起多芯片模块故障的主要原因,针对多芯片模块中芯片的失效监测问题,提出了基于关断延时变化的芯片失效监测方法,减少了对完整门极信号的测量需求,降低了监测的难度。首先,分析了多芯片模块关断过程中的特性变化,构建了计及芯片数量的关断过程持续时间的理论模型;其次,通过研究芯片失效对关断延时的影响,提出了基于关断延时减小的芯片失效监测方法;最后,在不同工况下对所提方法进行了验证。（3）针对大功率工况下测量设备难以兼顾电参量测量所需的高采样带宽、高精度的要求,难以实现对IGBT模块状态监测的问题,提出了基于壳温变化构建神经网络预测模型的IGBT模块监测方法。首先,分析了大功率工况对传统监测方法的影响,并根据IGBT老化后对热流变化的影响提出使用壳温作为大功率工况下IGBT模块老化监测的特征参量;其次,基于多芯片模块中各芯片对应壳温与老化的映射关系,构建了通过壳温变化反映IGBT老化程度的神经网络模型。并针对IGBT模块老化过程中连续变化的状态量难以识别的问题,提出了基于需求偏好的状态监测结果处理方法;最后,在大功率模块化多电平换流阀（Modular multilevel converter,MMC）系统的工况模拟平台上验证了所提方法的有效性,实现了大功率工况下IGBT模块的状态监测。（4）容值是表征电容器健康状态的重要指标,针对容值监测问题提出了一种基于Haar小波变换提取开关序列的无侵入性的监测方法,去除了对开关序列的需求,降低了监测系统的复杂度。首先,分析MMC系统中电容器的工作原理,解析了开关序列和电容电压的变化关系;其次,基于开关序列和电容电压的变化特征,提出了使用Haar小波变换提取开关序列的计算方法,并通过提取后的开关序列实现对电容值的计算;最后,在搭建的MMC仿真平台和实验平台上验证了所提方法的准确性和有效性,并分析了大功率工况对容值监测结果的影响。（5）基于本文提出的关键部件状态监测方法,形成了一套功率变换器关键部件状态监测系统的设计和开发的方法。分析了功率变换器状态监测系统的主要功能结构,提出了硬件系统和软件系统的设计与实现方法,并通过工程实例分析,展示了真实工况下状态监测系统。本论文的研究成果可以用于功率变换器的监控系统设计,为维护功率变换器的稳定运行提供理论支撑和设计参考。对于提升功率变换器运行可靠性,降低运行维护成本,有着重要的学术价值和实用意义。