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压接式IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT)器件由于其失效短路等优点,在高压大容量柔性直流换流阀中得到广泛应用。然而压接式IGBT器件内部结构复杂、材料属性不一,现有常规基于数据统计和物理失效模型的方法难以准确分析器件内部结构和封装材料的影响,准确评估压接式IGBT器件可靠性具有重要现实意义。论文以大容量柔性直流输电系统典型拓扑模块化多电平换流阀(Modular Multilevel Converter:MMC)为例,开展压接式IGBT器件多物理场建模和可靠性评估方法的研究。本文主要内容包括:(1)为了分析多应力作用下对压接式IGBT器件可靠性的影响,建立了单芯片压接式IGBT器件的多物理场耦合模型。首先,基于压接式IGBT器件实际结构,搭建3300V/50A压接式IGBT器件的多物理场仿真模型。其次,仿真分析不同导通电流、环境温度和外部压力对器件性能的影响。最后,搭建功率循环实验平台,验证多物理场模型的有效性,为提出压接式IGBT器件可靠性评估方法奠定基础。(2)针对常规现有模型很少考虑压接式器件内部材料从而导致可靠性计算不准确的问题,论文基于多物理场耦合失效机理分析,提出一种计及内部材料疲劳寿命的压接式IGBT器件可靠性计算方法。首先,分析压接式IGBT器件在微动磨损失效模式下的机理过程。其次,建立3300V/50A单芯片压接式IGBT器件可靠性模型,分析器件薄弱环节。最后,通过功率循环老化实验验证单芯片压接式IGBT器件可靠性模型的有效性,获取器件在不同温度、压力等多应力作用下的寿命。(3)针对压接式IGBT器件内部多芯片相互作用难以准确分析其对可靠性影响的问题,论文提出了基于多物理场的多芯片压接式IGBT器件可靠性评估方法。首先,基于多芯片压接式IGBT器件两种实际结构,建立3300V/1500A器件的多物理场仿真模型。其次,对多芯片压接式IGBT器件进行可靠性建模。最后,计算器件内部IGBT芯片的故障率,对比分析两种结构下多芯片IGBT器件的可靠性。(4)针对现有MMC换流阀组件可靠性评估难以计及系统运行工况对器件失效影响的问题,论文提出一种基于故障树分析的MMC换流阀组件可靠性评估方法。首先,搭建MMC换流阀电路模型,仿真分析器件承受的电流应力;其次,计及运行工况对压接式IGBT等内部元件故障率的影响,建立MMC换流阀组件故障树模型;最后计算IGBT等器件的故障率,辨识MMC换流阀薄弱环节。论文研究成果对大功率压接式IGBT器件可靠性设计奠定理论基础,也为大容量柔性直流换流阀组件的可靠性评估提供技术支撑。