金属化膜电容器(Metallized Film Capacitor:MFC)具有高可靠性、高储能密度等优势,是模块化多电平换流阀(Modular Multilevel Converter:MMC)中电容器的主流选择。然而金属化膜电容器MFC在长期电压波动的作用下会出现电极腐蚀导致电容量下降的失效问题,常规基于数据统计的可靠性评估方法难以描述电容器老化失效机理,准确分析金属化膜电容器失效及MMC换流阀组件可靠性对其安全运行和主动维护具有重要意义。论文以MMC换流阀应用工况为例,开展金属化膜电容器MFC的多物理场建模与可靠性评估的研究。本文主要内容包括:(1)为了准确分析MFC的电热行为,建立多元件并联的MFC多物理场模型。首先,基于电容器元件实际结构,搭建电容器元件的二维电场模型,计算电容器元件的等效串联电阻等参数;其次,基于MFC的电场模型,获取损耗分布规律,建立电容器元件和多元件并联MFC温度场模型;最后,对MFC的电-热物理场模型进行验证。(2)计及电容器老化速率与温度耦合关系,建立一种考虑老化效应的金属化膜电容器失效物理模型。首先,基于电容器腐蚀失效机理,建立MFC故障率模型;其次,通过提取等效串联电阻及其老化速率与温度的耦合关系,建立MFC老化失效模型;最后,以等效串联电阻为表征,分析MFC在不同老化程度下的故障率变化规律。(3)针对基于恒故障率的传统换流阀可靠性评估方法难以反映部件老化失效的问题,提出基于MFC老化失效的MMC换流阀组件的可靠性评估模型。首先,分析MMC换流阀应用工况下IGBT、MFC等关键部件的电热应力特性;其次,结合IGBT、MFC等关键部件的故障率模型,建立MMC换流阀组件的可靠性模型;最后,对MMC换流阀组件在逆变与整流运行工况下的可靠性进行评估和比较,并形成基于关键部件失效的MMC换流阀组件的可靠性评估软件。论文上述研究成果对金属化膜电容器MFC的设计和失效分析提供理论支撑,也为MMC换流阀组件的可靠性评估奠定基础。