在“碳中和”的大背景下,国家电网提出大力发展柔性直流输电、分布式能源等项目。模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）因为具有输出平滑、易更换、输送损耗低等优点,是柔性直流输电中最常使用的拓扑模式,目前也在直流配电网领域飞速发展。作为换流器中最容易出现故障的部件电容、IGBT模块,这两者的可靠性影响着整个系统的安全运行。本文以MMC子模块电容、IGBT模块为研究对象,开展子模块电容可靠性评估和子模块IGBT模块封装优化的研究。本文主要内容包括:（1）引入MMC的工作原理,建立了MMC的数学模型,介绍了最近电平控制和电容电压平衡策略。随后总结了电容老化机理,选择了容值作为老化状态监测参数。最后阐述了IGBT模块因热导致的失效机理,总结了键合线剥落、焊料层裂纹等失效原因。（2）针对MMC子模块电容,提出基于开关频率与容值相映射的老化状态监测方法。首先,分析了MMC的最近电平控制和电容电压平衡策略下,开关频率的分布情况;随后,分析了子模块开关频率会随着电容容值下降而变化的原因,并引入神经网络来构建这二者之间的拟合关系;最后,使用电路仿真和RTBOX半实物仿真对该方法进行验证。（3）针对MMC中IGBT模块上下管流过功率不相等的情况,提出一种IGBT模块的非对称封装优化方法。首先,基于已经投产的商业产品内部封装,设计了传统的对称IGBT模块。该模块上下管的芯片数量相当,浪费了部分芯片电流能力,且IGBT芯片和二极管芯片间温差过大。并设计了优化后的非对称IGBT模块封装,充分利用整流、逆变工况中上下管功率非对称的情况,尽可能平衡IGBT和二极管间的温差。随后利用有限元仿真,通过固体传热模块对优化前后的IGBT模块的结温进行了仿真验证,仿真结果表明该优化方法可以降低模块总损耗,同时也降低模块最高平均结温。最后定制了设计的两款IGBT模块实体,在MMC综合实验平台上对这两者进行了实验对比,验证了所提方法在降低芯片平均结温方面的有效性。本文研究成果可以对MMC子模块电容的安全运行、降低维护成本提供理论支撑,并且为MMC系统中IGBT模块的设计提供了一定的设计思路,从而可以为提高MMC子模块可靠性发挥做出贡献。