[发明专利]一种基于参量变换的IGBT健康状态监测方法

说明书

本发明公开了一种基于参量变换的IGBT健康状态监测方法，其包括以下步骤：S1、特征数据采集：建立老化数据采集平台，采集与目标IGBT同规格IGBT在不同工作条件下的集电极和发射极之间电压值Vce；S2、数据处理：选取体现与目标IGBT同规格IGBT退化行为的Vce时域特征，使用主成分分析算法对选取的特征进行降维简约；S3、得到新参量：选取主成分分析处理后的第一特征量作为新的健康指标参量I；S4、建立老化特征数据库：根据采集的与目标IGBT同规格IGBT在不同健康状况下的参量I幅值，建立一个关于目标IGBT健康状况与参量I幅值的数据库；S5、健康状态监测：采集目标IGBT的参量I幅值，与建立的老化特征数据库中进行比对，判断IGBT的健康状况。本发明提供了一种基于参量变换的IGBT健康状态监测方法，通过主成分分析算法将特征空间降维得到一个新的IGBT健康指标，解决了IGBT运行退化趋势参数的选择问题。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种基于参量变换的IGBT健康状态监测方法。

背景技术

随着环境问题逐渐受到重视，人们越来越青睐于选择低碳环保的生产、生活方式，在这种大环境下，全球可再生能源的发展正在推动风能系统成为一种主流能源。根据目前已投入使用的风能系统可知，风能系统的可用性极高，其能量利用率取决于涡轮机，平均水平可以达到96％。虽然风能系统的能量利用率很高，但它仍然会受到机械和电气故障的影响。根据调查可知，在风能系统中，电气故障率远高于机械故障率。风能系统的电气部分由双馈感应发电机、功率转换器和变压器组成。

当下，功率转换器的实际使用寿命小于其他子系统，以年为时间尺度进行统计，功率转换器故障大约占风能系统全部故障的20％。根据最近的一项调查，功率半导体器件是功率转换器中最脆弱的组件，由于功率转换器中半导体的数量庞大，使得这个组件成为功率转换器中最重要的组件。而IGBT又占据了风能系统中功率半导体开关的42％。因此，一个可以对IGBT实现准确的健康状态监测和运行状况管理的系统是必要的，它可以防止由于IGBT故障导致风能系统关闭。

众所周知，健康状态监测方法可以分为三种不同的类型，分别是：基于物理的、基于数据的和混合的方法。每种方法都利用了不同的信息。基于数据的方法中，人们所研究的出发点几乎都是寻找什么参数才是最适合表征IGBT健康状况的参数，选择合适的数据取决于许多因素，如噪声和波动。

发明内容

针对IGBT组件健康状态监测参数选取困难的问题，本发明提供了一种基于参量变换的IGBT健康状态监测方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于参量变换的IGBT健康状态监测方法，其包括以下步骤：

S1、特征数据采集：建立老化数据采集平台，采集与目标IGBT同规格IGBT在不同工作条件下的集电极和发射极之间电压值Vce；

S2、数据处理：选取体现与目标IGBT同规格IGBT退化行为的Vce时域特征，使用主成分分析算法对选取的特征进行降维简约；

S3、得到新参量：选取主成分分析处理后的第一特征量作为新的健康指标参量I；

S4、建立老化特征数据库：根据采集的与目标IGBT同规格IGBT在不同健康状况下的参量I幅值，建立一个关于目标IGBT健康状况与参量I幅值的数据库；

S5、健康状态监测：采集目标IGBT的参量I幅值，与建立的老化特征数据库中进行比对，判断IGBT的健康状况。

进一步地，步骤S1中，工作条件包括栅极与发射极间的栅电压、集电极电流和管壳温度。

进一步地，步骤S2中，选取Vce的标准差、峰峰值、平均值等时域特征作为健康状态监测的原始特征。