[發明專利]一種車輛牽引傳動系統中IGBT退化趨勢預測方法及系統

在審

• 申請號: 202011104159.X
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112462220A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 鄧艷俊;楊盼奎;岳剛;江斌;張鵬;王治軍;王曉明;張璟鑫;劉華漢;趙敏
• 申請（專利權）人: 中車青島四方機車車輛股份有限公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G06N3/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本發明公開了一種車輛牽引傳動系統中IGBT退化趨勢預測方法及系統，包括：獲取牽引傳動系統中設定個數的IGBT加速老化試驗過程中的退化試驗數據；利用所述退化試驗數據分別擬合IGBT的性能退化方程，其中，所述性能退化方程表征IGBT飽和壓降的大小與循環次數之間的關系；基于所述性能退化方程，構建狀態方程和觀測方程，利用粒子濾波算法，得到IGBT飽和壓降的變化趨勢，基于所述變化趨勢對待測IGBT的退化趨勢進行預測。本發明通過粒子濾波算法對狀態方程進行不斷的更新，避免了IGBT模塊個體之間的差異而導致的退化參數的差異。

技術領域

本發明涉及軌道交通設備技術領域，尤其涉及一種車輛牽引傳動系統中IGBT退化趨勢預測方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

高速運行車輛的安全性和可靠性問題對行車安全有著至關重要的影響。而牽引傳動系統作為高速運行車輛的動力組成部分，其安全可靠運行是保障高速列車安全、穩定運行的關鍵。

絕緣柵雙極型晶體管(以下簡稱IGBT)作為牽引傳動系統中牽引變流器的主要電力電子元件，主要承擔的任務是通過IGBT不斷的開通和關斷來實現電力的轉換與電能的傳輸，因此IGBT是否能夠安全運行直接關系到高速運行車輛是否能夠安全運行。

目前，高速運行車輛要求IGBT的使用壽命達到30年以上，針對IGBT可靠性研究方面，國外研究機構提出了與加熱時間、鍵合線等因素有關的Bayerer壽命預測模型；國內研究機構根據線性疲勞損傷累積理論和壽命模型計算了功率循環壽命，并通過功率循環試驗發現溫升與壽命符合Coffin-Manson關系；另外，通過紅外探測法和熱電阻接觸測溫法對鍵合線脫落情況下的芯片溫度進行了狀態監測。

但是，上述對于IGBT的監測和可靠性評估方法主要基于解析壽命模型和物理壽命模型，在實際操作過程中會出現諸多問題，例如：無法準確測量結溫，以及模型的適用范圍有限等。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種車輛牽引傳動系統中IGBT退化趨勢預測方法及系統，在IGBT實際的壽命周期條件下，利用IGBT實際測量的老化前兆信息對IGBT進行可靠性評估，利用這些前兆信息采用數據驅動的方法來預測IGBT退化失效將要發生的時間，從而消除牽引傳動系統故障的風險。

根據本發明實施例的第一個方面，提供了一種車輛牽引傳動系統中IGBT退化趨勢預測方法，包括：

獲取牽引傳動系統中設定個數的IGBT加速老化試驗過程中的退化試驗數據；

利用所述退化試驗數據分別擬合IGBT的性能退化方程，其中，所述性能退化方程表征IGBT飽和壓降的大小與循環次數之間的關系；

基于所述性能退化方程，構建狀態方程和觀測方程，利用粒子濾波算法，對待測IGBT飽和壓降的變化趨勢進行預測。

根據本發明實施例的第二個方面，提供了一種車輛牽引傳動系統中IGBT退化趨勢預測系統，包括：

數據獲取模塊，用于獲取牽引傳動系統中設定個數的IGBT加速老化試驗過程中的退化試驗數據；

數據擬合模塊，用于利用所述退化試驗數據分別擬合IGBT的性能退化方程，其中，所述性能退化方程表征IGBT飽和壓降的大小與循環次數之間的關系；

退化趨勢預測模塊，用于基于所述性能退化方程，構建狀態方程和觀測方程，利用粒子濾波算法，對待測IGBT飽和壓降的變化趨勢進行預測。

根據本發明實施例的第三個方面，提供了一種終端設備，其包括處理器和計算機可讀存儲介質，處理器用于實現各指令；計算機可讀存儲介質用于存儲多條指令，所述指令適于由處理器加載并執行上述的車輛牽引傳動系統中IGBT退化趨勢預測方法。