直流输电技术的新的一代是柔性直流输电技术，柔性直流输电技术避免了无功补偿、换向失败的问题，具有控制灵活、故障后恢复能力强等优点。作为柔性直流输电工程中的关键设备，模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)的可靠运行对保障输电工程的安全稳定有重要意义。为了提高其输电的可靠性并降低长期运行成本，对MMC的可靠性与维修策略展开了研究。
　　本文研究思路为从关键部件的多物理场耦合分析到MMC整体长期运行的可靠性分析。
　　首先进行了器件级的多物理场耦合研究。传统焊接式绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)有焊料层故障、键合线易断裂等缺点，压接型IGBT克服了这些缺点，在柔性高压直流输电(voltage source converter, high voltage direct current transmission，VSC-HVDC)中的应用越来越广泛，也是构成大功率模块化多电平换流器的首要选择。然而压接式IGBT所承受的循环热应力会长时间存在，构成IGBT的材料会逐年老化失效，影响器件的可靠性。本文通过IGBT和电容的电压电流应力计算功率损耗，通过Cauer热网络模型进行结温波动探测，并将损耗作为有限元模型的输入进行多场耦合仿真，通过多场耦合结果计算IGBT、电容故障率。根据结温波动信息对于IGBT的寿命评估，为MMC的可靠性评估提供依据。
　　为了提高MMC系统的可靠性，应对MMC配置适当冗余子模块(sub-module，SM);另外，对正常子模块进行维护和对故障SMs进行更换可以有效提高MMC长期运行的稳定性，该系统的可用度可以通过马尔科夫过程来描述。根据上文得到的故障率，建立MMC整体的可靠性模型，在热备用的情况下，用马尔科夫模型描述了MMC在长期运行状态下的可靠性指标，将MMC作为可修系统推导了MMC可用度评估参数。
　　最后，除了用冗余改善MMC可靠性，高效的修复系统也有重要作用。在换流器运行进程中，维修性问题的考虑不周可能导致维修费用极大地超出预算。特别是在系统突发故障时，容易造成巨大经济损失。所以在故障前进行预防性维修是保障运行稳定性和降低运行成本的极为重要的举措。因此本文对MMC维护策略也进行了相关研究，讨论了年龄更换策略与成批更换策略下的最优维护周期。针对定期维修问题，建立了关于维修费用的基于年龄更换策略和成批更换策略的最小费用模型与关于停机时间的最小停机时间模型;最后通过算例，得出了不同维修策略下MMC的最优维修周期，及最优维修周期关于故障率等参数的灵敏度。结果表明:随着维修周期的增长，费用成本与停机时间皆先降后升，平衡预防性维修成本与故障停机损失可取得最优维修周期，选取合适的维修周期可显著降低运行成本与故障频率。该结果可为MMC的稳定运行与定期维修问题提供参考。