[发明专利]计及疲劳损伤的多尺度风电IGBT可靠性评估方法及系统

权利要求书

1.一种计及疲劳损伤的多时间尺度风电IGBT可靠性评估方法，其特征在于，包括：

(1)对可靠性评估时间尺度进行划分，利用多时间尺度来综合提取功率器件的寿命信息；

(2)针对风电变流器拓扑和IGBT型号，建立IGBT模块的电热耦合模型用以获得结温数据，并结合IGBT疲劳损伤理论，建立IGBT在不同老化状态下的稳态结温数据库；

(3)在短期时间尺度剖面下，基于SCADA监测数据，全面考虑环境温度及风速的影响，通过所述电热耦合模型实时输出结温数据，并计算实时热应力循环次数；

(4)在长期时间尺度剖面下，依托风机SCADA监测数据建立风速的威布尔概率分布模型，获得风速概率分布曲线，归一化后进行热应力冲击检验次数概率分布，并结合Bayerer寿命预测模型和所述稳态结温数据库预先获得在不同老化阶段IGBT可承受的最大热应力循环次数；

(5)以热应力循环次数为衔接不同时间尺度的评估结果，计算风电变流器IGBT的累积损伤度和预估寿命；

步骤(5)包括：

在短期时间尺度剖面下，获得IGBT模块在当前运行状态下的实时热应力循环次数；

在长期时间尺度剖面下，获得计及疲劳损伤的IGBT最大承受循环冲击次数；

以热应力循环次数为衔接，综合各个时间尺度下的输出结果，计算风电变流器IGBT的实时累积损伤度和预估寿命；

由计算风电变流器IGBT的实时累积损伤度，其中，N_t表示在短期时间尺度剖面下，获得的IGBT模块在当前运行状态下的实时热应力循环次数，N_m表示在长期时间尺度剖面下，获得的计及疲劳损伤的IGBT最大承受循环冲击次数；

由计算预估寿命，其中，T表示监测数据的时间序列长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对可靠性评估时间尺度进行划分，包括：

在长时间尺度剖面，侧重考虑功率器件老化特性，忽略结温波动的瞬态细节仅考虑稳态结温从而保持较高的计算效率；

在短时间尺度剖面，侧重考虑风速和环境温度的影响，全面计及观测到的结温波动数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立IGBT在不同老化状态下的稳态结温数据库，包括：

基于疲劳损伤理论，利用累积损伤度D来反应IGBT模块的损伤程度；当D≦a时，不对所述电热耦合模型热网络参数进行修正；当累积损伤度aD≦b时，按照第一预设值增大电热耦合模型热网络参数；当累积损伤度bD≦c时，按照第二预设值增大电热耦合模型热网络参数；当累积损伤度cD≦d时，按照第三预设值增大电热耦合模型热网络参数；当累积损伤度dD≦e时，按照第四预设值增大电热耦合模型热模型参数，其中，所述第一预设值、所述第二预设值、所述第三预设值及所述第四预设值依次增大，a、b、c、d、e的值依次增大；

在风机切入风速与切出风速之间进行采样，得到风电IGBT的特征工况，计算各特征工况不同老化状态下电热耦合模型输出的稳态结温数值，建立IGBT稳态结温数据库。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，由确定累积损伤度，其中，N_f为IGBT模块在某幅值大小不变的应力循环作用下的失效周期数，N表示承受该应力的循环次数。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)包括：

依托风机SCADA监测数据建立风速的威布尔概率分布模型，获得风速概率分布曲线；

归一化后进行热应力冲击检验次数概率分布，并判断IGBT老化进程，选定对应老化阶段的稳态结温数据库；

结合Bayerer寿命预测模型和选定的稳态结温数据库预先获得在不同老化阶段IGBT可承受的最大热应力循环次数。