状态监测技术作为提高电力电子可靠性的有效手段,在倡导安全生产和智慧运维的当下得到了广泛的关注。其通过实时评估设备健康状态、及时预警器件老化程度来避免灾难性故障的发生,能够在提升运行可靠性的同时大幅降低维护所需成本。然而状态监测系统在电力电子变流器领域成功应用的案例并不丰富,理论研究与工业应用之间依旧存在一定距离。阻碍现有研究成果向工程应用推广的几个原因包括:对额外传感信息的依赖降低了应用可行性;对特定拓扑结构的依赖减小了推广普适性;参数识别过程忽略非理想因素导致模型输出精度不足;预定义的老化评估判据在应用于目标场景时的性能存疑。为了解决以上问题,本文以变流器功率模块单元状态监测策略的工程应用为首要目标,针对变流模块两个关键器件以及多层次状态监测策略中的相关环节展开研究,主要解决的问题以及研究内容包括以下几点:（1）针对IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）模块物理层评估模型存在的参数耦合严重和老化敏感度低的问题,提出了一种基于零状态开通过程的IGBT老化评估方法,该方法无需使用其他传感信息进行老化状态的解耦,能够取得高正确率的封装老化评估结果。首先,分析了IGBT模块封装老化过程中寄生参数的变化规律,揭示了IGBT模块在零直流电压和零负载电流开通过程中的集射极电压形成机理。然后,建立了零状态开通过程中指定时刻集射极电压值与寄生参数的函数表达式,提出了全新的健康指示量并以此实现了IGBT模块的封装老化状态评估。最后,提出了使用关断期间集射极电压值进行温度补偿,实现了全参数解耦和高精度的IGBT模块封装老化状态评估。（2）针对交直交变流系统支撑电容器物理层评估模型存在的硬件依赖性强和应用普适性差的问题,提出了一种单边信息使能的等效电容值实时计算方法,所提方法无需额外的硬件成本且不干扰系统的正常工作流程,实现了高响应速度和高计算精度的电容器老化状态评估。首先,建立注入信号特性与电流谐波畸变的函数表达式,提出了基于信号频率选择和前馈拍频控制策略的谐波抑制方法。然后,提出了单边信息使能的电容电流计算方法,基于调制信息和功率分析实现了最低传感器配置下的电容电流信号重构。最后,提出了基于滑动傅里叶算法的等效电容值实时计算框架,实现了变频变负载运行工况下的电容器老化状态评估。（3）针对多层次状态监测体系存在的数据传输效率低和储存单元成本高的问题,提出了一种基于压缩感知算法的信号处理框架,改善了信号传输速度、储存单元利用率以及压缩算法执行效率,完善了多层次状态监测策略的体系架构。首先,研究了压缩感知算法的相关理论,分析了傅里叶和小波稀疏变换矩阵的构造办法,并提出基于压缩感知算法的多层次状态监测体系信号处理框架。然后,定义了全新的信号重构性能评价指标,为稀疏矩阵和测量矩阵的适应性选型提供了参考。最后,提出了一种基于验证和训练流程的测量矩阵设计方法,实现了矩阵的降维和算法效率的提升,为多层次状态监测策略高性能信号传输体系的数字硬件实现奠定了基础。（4）针对基础评估模型在非理想因素和差异化系统下存在的预测精度存疑的问题,提出了一种基于遗传规划体系的回归模型和分类模型修正方法,该方法通过输出简易直观的显性函数表达式,为提升基础评估模型在复杂环境的预测精度提供了重要的技术手段。具体的,提出一种自适应特征选择的回归校正方法,能够形成复杂度低且可解释性强的修正模型,改善了等效电容值的计算精度,最终输出误差稳定在1%以内。提出了一种基于特征映射函数和支持向量机的多元分类模型,实现了IGBT模块多个健康指示量的非线性融合,提升了封装老化状态的评估精度和效率。提出了一种重复实验使能的迁移学习方法,改善了基础评估模型在差异化目标使用场景中的预测精度,能够取得80%成功率和95%正确率的IGBT模块老化程度评估结果。本文分别针对IGBT模块和支撑电容器提出了两种物理评估模型,并在此基础上引入了相关算法对模型输出精度进行修正,所提方法对器件级状态监测策略在工程应用中的推广具有重要意义。