随着可再生能源利用的快速发展,高压直流输电系统得到了广泛的应用,其核心装置模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的可靠性也成为了研究热点。MMC的每个桥臂通常由近百个子模块串联而成,通过控制子模块的投切数量调节MMC的输出电压。为了保证子模块的电容电压平衡,MMC需要采用均压控制。由于电容公差的客观存在,每个子模块的充放电工作时间并不相等,导致子模块的功率损耗存在差异,进而影响不同子模块的可靠性。然而现有MMC可靠性分析通常没有考虑均压控制的影响,为此,本文基于MMC的工作原理与寿命预测方法,分析了均压控制对MMC可靠性的影响机理,提出了考虑均压控制的MMC可靠性分析方法,在此基础上研究了不同电容误差下均压控制对MMC器件寿命的影响。全文的主要工作内容如下:首先梳理了MMC可靠性的研究现状,将现有研究分为数理统计分析与基于失效物理分析,并归纳了它们的优缺点。指出了器件可靠性分析与电路可靠性分析之间的复杂关系和研究难度,从而提出了本文的研究意义。第二,系统介绍了MMC的工作原理、均压调制策略以及MMC器件寿命预测方法。并以常用的基于电容电压排序的均压控制策略为例,剖析了子模块电容公差、电容充放电速度、子模块的投切时间、开关状态等变量之间的关系,定性分析了均压控制对不同电容值子模块的影响,为MMC子模块器件的可靠性分析提供了理论基础。第三,提出了基于递推数列的MMC子模块寿命预测算法。具体实现方法为将每个子模块在每个控制时刻的电容电压与开关状态用两个递推数列表示,电容电压为该子模块前一开关状态与桥臂电流的函数,开关状态则为该桥臂所有子模块的电容电压项排序与调制函数的函数,两个数列交替递推即可得到每个器件在长时间尺度下的开关序列,结合器件热阻抗模型与寿命预测模型可以计算得出MMC子模块每个器件预测寿命。最后,参考厦门柔性直流输电系统的参数,开展了考虑均压控制的MMC寿命预测仿真研究。从器件的开关序列、功率损耗、结温或热点温度、预测寿命等方面分析了均压控制对不同电容值分布下MMC可靠性的影响,证明了均压控制的影响对MMC子模块可靠性的重要性,得出电容误差越大MMC的总寿命越短的结论;对比了不同均压控制策略对MMC可靠性的影响,为均压控制策略的选择提供了参考。