模块化多电平变流器（Modular Multilevel Converter,MMC）凭借输出波形质量高、开关损耗低、扩容维修灵活方便等优点,已经广泛应用于风力发电系统中。风电MMC变流器长期工作在波动剧烈且频繁的复杂工况下,其核心零部件功率器件IGBT长期经受热载荷,因此也是变流器中最脆弱的零部件。对风电MMC的IGBT进行充分的可靠性分析并在此基础上探讨IGBT的设计选型方法,这对风电系统的设计、长期安全可靠运行以及后期维护等有着重要的意义。基于此,本文对风电MMC的IGBT模块进行了多时间尺度的可靠性分析,根据分析结果以及MMC的特点对功率器件进行了定制化设计,主要研究内容包括:首先,根据风电系统中各种影响因素的多时间尺度特性,分成短时间尺度、长时间尺度以及全寿命尺度去分析风电MMC的功率器件可靠性。在短时间尺度下,关注器件的芯片失效模式,避免器件的结温越限;而长时间尺度与全寿命尺度关注器件的封装失效模式,采用数值迭代的方式提取长时间的结温曲线,考虑基频与低频结温波动对器件寿命的影响,而在全寿命尺度中,同时考虑器件的老化对寿命的影响。然后,根据风电MMC的IGBT模块电流应力不均衡特性,通过多目标优化算法来合理地定制化配置IGBT模块的芯片面积,以此提高器件的利用率、减小设计裕量,从而在保证可靠性的前提下,实现IGBT芯片成本和全寿命尺度下平均损耗的综合最优。最后,在实际工程投运前,需要先测试设计的可靠性与可行性,因此结合MMC实际工况下功率器件的应力特点,设计了一种可以方便高效地复现实际MMC功率器件应力的试验平台。该试验电路对H桥电流源进行高频调制,以产生平滑的试验电流,以确保电流应力的等效性。对被测模块施加真实的低频投切信号,以复现MMC的开关应力。为被测模块与辅助模块设计了电容电压控制器,以确保试验电路的正常运行。并且搭建了试验电路的实验样机,推导了试验电路主功率回路的硬件参数选型原则,并给出了软件设计方法。实验结果表明,该试验平台能够复现MMC功率器件的应力信息。