一种IGBT剩余使用寿命预测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种IGBT剩余使用寿命预测方法及装置，该方法包括：初始化状态识别模块、状态跟踪模块和寿命预测模块参数；状态识别模块采用马氏距离通过失效前兆参数对器件状态进行识别；状态跟踪模块和寿命预测模块基于正则化粒子滤波算法对器件的失效前兆参数进行跟踪或预测，当器件处于健康状态时，启动状态跟踪模块；当器件处于老化状态时，启动寿命预测模块。该装置包括：传感单元、通信单元、供电单元、存储器和处理器以及控制中心。通过实施本发明专利技术，在器件进入老化状态后进行预测，提升了预测的准确性。采用正则化粒子滤波算法相比粒子滤波算法减少了粒子多样性损失。此外，该方法结构完整，且预测部分比其他算法运行时间短，可实时使用。可实时使用。可实时使用。

【技术实现步骤摘要】
一种IGBT剩余使用寿命预测方法及装置


[0001]本专利技术涉及电力电子可靠性
，具体涉及一种IGBT剩余使用寿命预测方法及装置。

技术介绍

[0002]由于具有驱动损耗小、开关速度快等优点，IGBT(绝缘栅双极型晶体管，Insulated Gate Bipolar Transistor)成为电力系统、高速铁路、汽车、航空等领域中最常用的功率半导体器件。复杂的实际工作环境使得IGBT长期在高温、高压和大电流的状态频繁切换。由于IGBT模块封装的各物理层材料热膨胀系数的差异，起固定、连接作用的焊料层和键合线长期承受由于功率波动、温度波动而引起的热机械应力，逐渐产生裂纹，最终导致疲劳失效。对于电动汽车、海上风机、换流站等高可靠性要求的场景，IGBT失效引起的系统故障会带来难以估量的损失。如果能够提供有效的状态评估和预警方案，就可以避免灾难性事故的发生，所以对IGBT器件进行寿命预测方向的研究有着非常重要的实际意义。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术实施例提供了涉及一种IGBT剩余使用寿命预测方法及装置，以解决现有技术中缺少实时进行IGBT剩余使用寿命预测方法的技术问题。
[0004]本专利技术提出的技术方案如下：
[0005]本专利技术实施例第一方面提供一种IGBT剩余使用寿命预测方法，包括：基于功率循环试验数据对状态识别模块、状态跟踪模块及寿命预测模块相关参数进行初始化；启动状态识别模块，采用马氏距离通过实际工程运行器件的实时失效前兆参数进行状态识别，确定待测IGBT器件的运行状态；当待测IGBT器件的运行状态为健康状态时，启动状态跟踪模块，基于正则化粒子滤波算法对待测IGBT器件进行状态跟踪，不断更新粒子状态；当待测IGBT器件的运行状态为老化状态时，启动寿命预测模块，基于正则化粒子滤波算法进行待测IGBT器件状态跟踪以及实时剩余使用寿命的预测。
[0006]可选地，启动状态识别模块，采用马氏距离通过实际工程运行器件的实时失效前兆参数进行状态识别，确定待测IGBT器件的运行状态，包括：计算当前时刻失效前兆参数的马氏距离；根据所述马氏距离进行标准化计算，确定当前时刻的偏移系数；将所述偏移系数和预警偏移系数进行比较，确定待测IGBT器件的运行状态为健康状态或老化状态。
[0007]可选地，所述偏移系数采用如下公式计算：
[0008][0009]式中，d
i
表示第i时刻失效前兆参数的马氏距离，μ
d
表示健康状态马氏距离集合的均值，σ
d
表示健康状态马氏距离集合的标准差。
[0010]可选地，启动状态跟踪模块，基于正则化粒子滤波算法对待测IGBT器件进行状态跟踪，不断更新粒子状态，包括：步骤11：建立正则化粒子滤波算法的状态方程和观测方程；
步骤12：设置粒子数为N，从先验分布中抽取初始状态；步骤13：当已知k时刻的实际测量数据，但k+1时刻数据尚未传入时，基于k时刻测量的失效前兆参数以及状态方程预测k+1时刻粒子的状态；步骤14：当k+1时刻测量数据传入后，计算k时刻每个粒子的权重，并进行权重归一化；步骤15：基于归一化的权重，从后验分布的连续近似中进行重采样，得到新的粒子集合；步骤16：置k＝k+1，转步骤13。
[0011]可选地，启动寿命预测模块，基于正则化粒子滤波算法进行待测IGBT器件状态跟踪以及实时剩余使用寿命的预测，包括：步骤21：建立正则化粒子滤波算法的状态方程和观测方程；步骤22：设置粒子数为N，从先验分布中抽取初始状态；步骤23：当已知k时刻的实际测量数据，但k+1时刻数据尚未传入时，基于k时刻测量的失效前兆参数和状态方程预测k+1时刻粒子状态；步骤24：置基于时刻预测的新的粒子状态，继续预测时刻的粒子状态，其中以任一时刻的粒子均值作为该时刻的失效前兆参数预测值；步骤25：判断所述失效前兆参数预测值是否达到阈值；若没达到阈值，置转步骤24；若达到阈值转步骤26；步骤26：基于失效前兆参数预测值达到阈值时的时刻和时刻k的差值确定待测IGBT器件的实时剩余使用寿命；步骤27：当k+1时刻测量数据传入后，计算k时刻每个粒子的权重，并进行权重归一化；步骤28：基于归一化的权重，从后验分布的连续近似中进行重采样，得到新的粒子集合；置k＝k+1，转步骤23。
[0012]可选地，基于功率循环试验数据对状态识别模块、状态跟踪模块及寿命预测模块相关参数进行初始化，包括：对待测IGBT器件进行功率循环试验，全程记录失效前兆参数数据；基于三西格玛原则对所述失效前兆参数进行预处理；基于预处理后的失效前兆参数构建初始寿命模型，初始化状态识别模块、状态跟踪模块及寿命预测模块中的参数。
[0013]本专利技术实施例第二方面提供一种IGBT剩余使用寿命预测装置，包括：传感单元、通信单元、供电单元、存储器和处理器以及控制中心。所述传感单元用于采集功率循环试验中的器件失效前兆参数数据；所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如本专利技术实施例第一方面任一项所述的IGBT剩余使用寿命预测方法；所述通信单元用于将所述存储器及处理器中的器件状态上报给控制中心，所述控制中心负责监控所有器件的运行状态，确定器件的运行策略；所述供电单元为所述传感单元、通信单元、存储器和处理器以及控制中心供电。
[0014]本专利技术提供的技术方案，具有如下效果：
[0015]本专利技术实施例提供的IGBT剩余使用寿命预测方法及装置，能够根据器件失效前兆参数当前的特点，基于马氏距离判定器件所处的状态，在器件进入老化状态时刻启动预测，提升了预测的准确性，更符合实际工程应用。
[0016]本专利技术通过正则化粒子滤波算法，解决了粒子滤波算法样本多样性损失的问题，进一步提升了预测的准确性。
[0017]此外，该方法结构完整，且预测部分相比于其他算法所需的运行时间短，适合实时使用。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体
实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1是根据本专利技术实施例的IGBT剩余使用寿命预测方法的流程图；
[0020]图2是根据本专利技术实施例的器件老化过程中的失效前兆参数轨迹图；
[0021]图3是根据本专利技术实施例的采用的正则化粒子滤波算法与基本粒子滤波的对比图；
[0022]图4是根据本专利技术实施例提供的装置的结构示意图。
具体实施方式
[0023]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IGBT剩余使用寿命预测方法，其特征在于，包括：基于功率循环试验数据对状态识别模块、状态跟踪模块及寿命预测模块相关参数进行初始化；启动状态识别模块，采用马氏距离通过实际工程运行器件的实时失效前兆参数进行状态识别，确定待测IGBT器件的运行状态；当待测IGBT器件的运行状态为健康状态时，启动状态跟踪模块，基于正则化粒子滤波算法对待测IGBT器件进行状态跟踪，不断更新粒子状态；当待测IGBT器件的运行状态为老化状态时，启动寿命预测模块，基于正则化粒子滤波算法进行待测IGBT器件状态跟踪以及实时剩余使用寿命的预测。2.根据权利要求1所述的IGBT剩余使用寿命预测方法，其特征在于，启动状态识别模块，采用马氏距离通过实际工程运行器件的实时失效前兆参数进行状态识别，确定待测IGBT器件的运行状态，包括：计算当前时刻失效前兆参数的马氏距离；根据所述马氏距离进行标准化计算，确定当前时刻的偏移系数；将所述偏移系数和预警偏移系数进行比较，确定待测IGBT器件的运行状态为健康状态或老化状态。3.根据权利要求2所述的IGBT剩余使用寿命预测方法，其特征在于，所述偏移系数采用如下公式计算：式中，d
i
表示第i时刻失效前兆参数的马氏距离，μ
d
表示健康状态马氏距离集合的均值，σ
d
表示健康状态马氏距离集合的标准差。4.根据权利要求1所述的IGBT剩余使用寿命预测方法，其特征在于，启动状态跟踪模块，基于正则化粒子滤波算法对待测IGBT器件进行状态跟踪，不断更新粒子状态，包括：步骤11：建立正则化粒子滤波算法的状态方程和观测方程；步骤12：设置粒子数为N，从先验分布中抽取初始状态；步骤13：当已知k时刻的实际测量数据，但k+1时刻数据尚未传入时，基于k时刻测量的失效前兆参数以及状态方程预测k+1时刻粒子的状态；步骤14：当k+1时刻测量数据传入后，计算k时刻每个粒子的权重，并进行权重归一化；步骤15：基于归一化的权重，从后验分布的连续近似中进行重采样，得到新的粒子集合；步骤16：置k＝k+1，转步骤13。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙鹏，吴奕霖，王品颐，杨艺烜，王高勇，周军川，贺之渊，
申请(专利权)人：华北电力大学国网山西省电力公司超高压变电分公司，
类型：发明
国别省市：