电力电子器件故障预测与健康管理技术的研究现状和趋势

电力电子器件故障预测与健康管理技术

的研究现状和趋势

摘要：对电力系统中的电力电子装置分析与研究一直是社会广泛关注的热点

话题之一。为了确保电力系统电子装置的运行水平能够达到预设的工作效果，电

力系统的设计人员应顺应时代发展潮流，采用多元管控措施完善和改进设计方案

的诸多应用不足之处，在对重要零部件进行全面调整后，促使整个电力电子装置

的运行效果能够符合国家倡导的节能环保设计要求。基于此，本篇文章对电力电

子器件故障预测与健康管理技术的研究现状和趋势进行研究，以供参考。

关键词：电力电子器件；故障预测；健康管理技术；研究现状；发展趋势

引言

电力电子技术属于一种新兴技术，主要以电子技术为基础，实现对电能的高

效控制。伴随我国科学技术水平的不断提高，电子技术被广泛应用在多个领域，

目前已经取得较为显著的应用成果。电力电子技术已经成为电气工程中十分重要

的组成部分，在电气设备中有着十分显著的应用优势，合理利用电力电子技术不

仅能够实现能源的节约，还能进一步提高电气工程的整体运行效率，保证各系统

的稳定性。

1电力系统中电力电子装置的应用必要性

随着我国社会发展水平的逐步提升，产业结构在逐步进行调整，人们的生产

生活对于电能的需求也越来越高，不仅需要提供持续且稳定的电能，还需要实现

安全用电和环保节能的综合性目标。在这样的背景下，传统的人为管理方式存在

滞后性，需要利用信息技术打造智能化的电力系统优化方案，这为电力电子装置

的研发和在电力系统中的推广提供了前提条件。电子电工技术的特征。（1）集

成化。集成表示应用电子电工技术可以在电力系统内部实现多个元件、设备整合，从而形成一个完整的全控型器件，该器件可以实现区间统一集合，减少器件占用

的空间，有利于减低系统运行的成本。集成化是电子电工技术最显著的优势之一，可以精准区别传统器件与集成化器件。（2）高频化。电子电工技术的集成化特征，大幅提高了系统内部相关元器件的工作效率，在网络化技术的帮助下能够提

高设备的运行速率，提高设备整体性能。（3）全控化。相较于传统电力系统，

应用了电子电工技术的新型电力系统，可以减少晶闸管的使用。采用自关断器件

可以大幅提高设备的自主系统及设备在系统内的适应力。自关断器件的应用大幅

进化了电子器件的电路，基于全控化改善电子器件的功能，进一步进化了电力系

统并提高系统的运行效能。

2电力系统中电力电子装置的应用现状分析

首先，硬件结构的一体化。在传统落后的电力系统管理模式下，整个电力系

统内部电子装置的散热、驱动及保护重要元器件应以局部安装等方式进行综合管理，安装人员经常凭借主观意识对重要元器件进行管理，从一定程度上导致整个

电力装置的重要零部件体积全面增大，与此同时，由于整个电力系统的电力装置

投入较大的人力物力资源，在整个电力设备对整体运行环境负荷承载压力逐步提

高的基础上，一旦操作人员发现电力装置运行期间出现的问题需要对原有供电线

路进行改进后，会对系统运行情况产生不利影响，在电力资源运行质量下降后，

不利于电力企业可持续发展。其次，电力电子装置控制方式的自动化，随着科学

技术水平的不断发展，电力电子装置的建立模式不再依赖以往参数设置、元器件

调节功能及软件程序设置等人为处理模式，管理人员通过大量模拟试验和实践方

式对装置内部的数据信息进行存储、运行故障相关指令进行全面控制后，应紧密

联系先进的大数据技术及物联网技术，通过相应的智能管控措施，促使电力行业

管理水平全面提升。最后，电能调节方式的灵活化，大量实践表明，电力电子装

置结构内部结构发电最佳频率在51～61Hz左右，但在现实生活中，不是电力设

备的最佳用电频率。故此，设备管理人员应加大研发力度，按照科学合理的自动

系统终端应用程序，确保整个电力系统供电频率能够优化调整，建立健全完整的

电力系统运维管理体系后，能够全面为广大人民群众提供更加优质的电力能源。

3电力电子器件健康管理

从热的生成和热的散发两个角度考虑，主动热管理可以分为散热管理、热功

耗管理。

3.1散热管理

散热管理是指通过一定方式实现对电力电子器件的散热控制，将其内部热量

传递到环境中。可分为主动冷却和热点制热冷。①主动冷却。主动冷却是指冷媒

循环传热，利用媒介将热量从器件内部加速带出至环境中。目前主动冷却的方式有：风冷、直接液冷、微通道、两相强制对流、射流冲击以及喷雾换热②热电制冷。热电制冷主要利用珀尔帖效应将器件温度传至环境中，其制冷效果主要取决

于电偶对材料的热电势。目前，热电制冷已成为制冷领域的一个重要发展方向，

但是由于其转换效率过低且材料成本较高，难以得到广泛应用。通过散热方式的

热管理在日常大多情况下已经够用，然而在极端特殊环境下，便不能满足要求。

如在冰雪、真空等超低温环境下，器件可能需要加热到合适工作温度才能正常工作。这时候，可以考虑结合加热和散热途径调节电力电子器件的结温。

3.2热功耗管理

热功耗管理从减少发热的角度，实现电力电子器件的结温的控制。可以通过

改变开关频率、变换调试方式、调整驱动波形、实现软开关等，降低器件的热功耗。①变换开关频率。当电力电子器件结温过高时，在一定程度上降低开关频率，可以减少单位时间内的开通功耗和关断功耗，以此减少器件内部热的产生，从而

达到控制结温的目的。②改变调制方式。牺牲一部分电路性能，通过改换或调整

开关调制方式以减少开关次数。如空间矢量脉宽调制实现方式中，零矢量集中的

实现方法开关损耗略大于零矢量分散的方法；通过在连续和离散的60°脉宽调

制(pulsewidthmodulation，PWM)之间的转换来减少损耗以达到控制结温的效果。

③调整驱动波形。不同的开关驱动波形会对电力电子器件的导通和开关性能产生

影响。通过调整驱动电压的幅值、上升时间、下降时间等，可以轻微调整电力电

子器件功耗，从而调整结温。

4电力电子技术的未来发展方向

（1）电力电子技术将更加注重绿色和可持续发展。在不断加强环保意识的今天，电力电子技术也将更加注重低碳、高效、环保的发展方向，以适应社会对清洁能源的需求。（2）电力电子技术将更加注重智能化和自主化。随着人工智能、云计算等技术的不断发展，电力电子技术也将逐渐向着智能化和自主化的方向发展，从而实现更加高效、精准、可靠的控制和管理。（3）电力电子技术将更加注重协同和集成。随着电力系统的规模不断扩大和复杂度不断增加，电力电子技术也将更加注重协同和集成的发展方向，以实现各种电力设备的互联互通和智能化管理。（4）电力电子技术将更加注重安全和稳定性。随着电力系统的不断发展和运行，电力电子技术也将更加注重安全和稳定性的保障，以确保电力系统的安全稳定运行，保障社会的经济发展和人民生活的需求。

结束语

电力电子技术在电气工程中已经得到了广泛的应用和发展，不仅解决了电力系统中的实际问题，而且也推动了电力系统的现代化发展。目前，随着可再生能源发电技术的不断发展和电力电子技术的不断创新，电力电子技术在未来的应用前景非常广阔，所以，加强电力电子器件故障预测与健康管理技术的研究十分迫切。

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[5]孙凤艳.电力电子电路故障预测关键技术研究[D].南京航空航天大

学,2018.

作者：张辉，林琼宇，何军，赵玉新

简介:张辉(2001-)，男，大学本科，专业自动化，研究方向电力电子与自动化控制

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电力系统故障诊断的研究现状与发展趋势 随着我国经济建设的发展，电力的需求越来越大，电力系统的正常运行不仅关系到城乡百姓的生活质量，也关系到地区经济的发展。因此，提高电力系统故障诊断符合社会发展需求。本文将对电力系统故障诊断技术展开探讨，电力系统故障诊断现状和发展趋势进行分析。 标签：电力系统;故障诊断;现状;发展 电力系统故障产生的原因多种多样，气候的变化和人为因素都将导致电力系统故障的出现。今年来随着经济建设的发展，电网企业规模在不断扩大，电网结构越来越复杂，各个区域的联系也越来越紧密，故障的发生几率也在不断增加。加强电力系统故障诊断是确保电网企业正常运行的有效手段。 一、电力系统故障诊断概述 随着当前电网企业规模的不断扩大和业务量的增加，电网结构越来越复杂。在复杂的电网结构中，往往会由于各种因素的影响，在运行过程中发生各类故障。由于电网企业业务覆盖范围较大，故障的发生将给地区电力运营带来重要影响，因此，加强电力系统的故障诊断成为电网企业重要工作。变压器是电力系统的重要构成之一，是电力系统故障诊断中重点环节。在变压器故障诊断中，又有内部诊断和外部诊断之分，相比较而言，内部诊断更为复杂，主要对由于局部温度过高产生的故障和绝缘性能降低產生的故障进行诊断。 二、电力系统故障诊断的研究现状 从我国改革开放以来，我国电力系统故障诊断技术也在不断研究和探索中。由于我国此类工作开展较晚，依然存在较多的困难，但是在逐渐的探索中也取得了许多骄人的成绩，形成了一些符合我国电力系统实情的故障诊断理论。 （一）专家系统 1.专家系统的特点 我国电力系统诊断中专家系统理论被广泛应用，专家系统电力故障诊断利用了计算机技术，通过计算机程序对电力系统进行检测，具有较高的智能化特点，通过人工智能在一定的规则范围下进行推理，解决以往只有在专家层面才能够解决的现实问题。 2.专家系统的应用 随着我国电力技术的不断发展，电力系统所应用的设备越来越复杂，自动化程度越来越高，给电力系统故障诊断提出了更高的要求。专家系统充分发挥了自

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0 引言 电力电子技术就是使用电力半导体器件对电能进行变换和控制的技术，它是综合了电子技术、控制技术和电力技术而发展起来的应用性很强的新兴学科。随着经济技术水平的不断提高，电能的应用已经普及到社会生产和生活的方方面面，现代电力电子技术无论对传统工业的改造还是对高新技术产业的发展都有着至关重要的作用，它涉及的应用领域包括国民经济的各个工业部门。毫无疑问，电力电子技术将成为21世纪的重要关键技术之一。 1 电力电子技术的发展［1］ 电力电子技术包含电力电子器件制造技术和变流技术两个分支，电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。 1.1半控型器件（第一代电力电子器件） 上世纪50年代，美国通用电气公司发明了世界上第一只硅晶闸管(SCR)，标志着电力电子技术的诞生。此后，晶闸管得到了迅速发展，器件容量越来越大，性能得到不断提高，并产生了各种晶闸管派生器件，如快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等。但是，晶闸管作为半控型器件，只能通过门极控制器开通，不能控制其关断，要关断器件必须通过强迫换相电路，从而使整个装置体积增加，复杂程度提高，效率降低。另外，晶闸管为双极型器件，有少子存储效应，所以工作频率低，一般低于400 Hz。由于以上这些原因，使得晶闸管的应用受到很大限制。 1.2全控型器件（第二代电力电气器件） 随着半导体技术的不断突破及实际需求的发展，从上世纪70年代后期开始，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。此外，这些器件的开关速度普遍高于晶闸管，可用于开关频率较高的电路。这些优点使电力电子技术的面貌焕然一新，把电力电子技术推进到一个新的发展阶段。 1.3电力电子器件的新发展 为了解决MSOFET在高压下存在的导通电阻大的问题，RCA公司和GE公司于1982年开发出了绝缘栅双极晶体管（IGBT）,并于1986年开始正式生产并逐渐系列化。IGBT是MOS⁃FET和BJT得复合，它把MOSFET驱动功率小、开关速度快的优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点集于一身，性能十分优越，使之很快成为现代电力电子技术的主导器件。与IGBT 相对应，MOS 控制晶闸管(MCT)和集成门极换流晶闸管（IGCT）都是MOSFET和GTO的复合，它们都综合了MOSFET

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电力设备健康管理知识图谱：基本概念、关键技术及研 究进展 电力设备健康管理知识图谱：基本概念、关键技术及研究进展 引言 随着电力系统的快速发展，电力设备的健康管理成为了一个引人关注的领域。电力设备健康管理旨在通过监测、评估和维护电力设备的状态和性能，实现设备的安全、高效运行，从而提高电力系统的可靠性和可用性。为了更好地对电力设备的健康状况进行分析和管理，知识图谱成为了一种热门的技术选择。本文将介绍电力设备健康管理知识图谱相关的基本概念、关键技术和研究进展。 一、电力设备健康管理知识图谱的基本概念 1.1 电力设备健康管理 电力设备健康管理是指通过采集、处理和分析电力设备的相关数据，实时评估设备的运行状态，预测设备的潜在故障，并制定合理的维护策略，以确保电力设备的安全可靠运行。其核心目标是最大程度地延长电力设备的使用寿命，减少故障发生的可能性，提高供电系统的可靠性和稳定性。 1.2 知识图谱 知识图谱是一种将知识以图形的形式进行表示和存储的方法。它通过抽取、整合和推理分析来构建知识之间的关联和语义关系，形成一个网络结构。知识图谱能够帮助我们从大量的数据中获取和理解知识。 1.3 电力设备健康管理知识图谱 电力设备健康管理知识图谱是将电力设备健康管理领域的

知识整合成一张庞大的图谱。该图谱包含了电力设备、设备状态、故障诊断、维护策略等相关信息，并对这些信息进行了层次化组织和结构化存储，以实现对电力设备健康管理的全面分析和决策支持。 二、电力设备健康管理知识图谱的关键技术 2.1 数据采集与预处理技术 数据采集是电力设备健康管理的基础，它包括传感器的选择、数据采集系统的设计和数据采集方法的优化。数据预处理是针对采集到的原始数据进行噪声去除、异常值处理、数据清洗和数据融合等操作，以提高后续数据分析和挖掘的准确性和可靠性。 2.2 数据挖掘与分析技术 数据挖掘技术是电力设备健康管理知识图谱构建的关键环节，它主要包括特征提取、模式识别、故障诊断和预测分析等。特征提取是从原始数据中提取能够有效反映设备状态的特征，模式识别是通过已有的故障案例进行模式匹配和分类，故障诊断是根据传感器数据和设备模型进行故障定位和诊断，预测分析是利用历史数据进行设备寿命预测和故障预测。 2.3 图谱构建与知识表示技术 图谱构建是将电力设备健康管理领域的知识进行抽取、整合和组织的过程。知识表示是将抽取到的知识以一种形式进行存储和表达，以便后续的查询和推理分析。常用的知识表示方法包括本体、三元组和规则等。 三、电力设备健康管理知识图谱的研究进展 近年来，电力设备健康管理知识图谱在学术界和工业界都取得了一定的研究进展。研究者们通过大量的实验和实践经验，逐步构建起了一些电力设备健康管理知识图谱的典型应用案例。

故障预测与健康管理系统方案

故障预测与健康管理系统方案 故障预测与健康管理系统方案 随着科技的发展和工业化的加速，设备故障对生产和运营的影响越来越突出。为了减少故障发生的概率并降低故障带来的损失，故障预测与健康管理系统（PHM）应运而生。PHM是一种集成了数据采集、处理和预测技术的综合性系统，旨在实时监测设备的运行状态，预测故障发生的可能性并采取必要的措施，以最大程度地提高设备的可靠性和安全性。 一、PHM的基本构成 PHM系统主要由三个部分组成：数据采集、数据处理和故障预测。 1、数据采集：该部分负责收集设备在运行过程中的各种数据，包括振动、温度、压力、功率等。这些数据可以通过传感器和监控设备进行采集。 2、数据处理：收集到的数据经过清洗、转换和统计分析后，由算法和模型对设备的健康状态进行评估。 3、故障预测：基于数据的分析和模型的预测，PHM系统能够预测设备可能发生的故障，从而提前采取维护和修复措施。 二、PHM的应用领域

PHM系统适用于许多关键基础设施，如航空航天、电力、石油化工、交通运输等。在这些领域，设备故障可能会导致严重的事故和损失。PHM的应用可以显著提高设备的可靠性和安全性，降低意外事故的发生概率。 三、PHM的优势 与传统的故障检测方法相比，PHM具有以下优势： 1、实时监测：PHM能够实时监测设备的运行状态，及时发现潜在的故障。 2、预测能力：通过分析设备和系统的历史数据，PHM可以预测未来的故障，从而提前采取措施。 3、提高效率：通过对设备进行预防性维护，PHM可以延长设备的使用寿命，提高设备的利用率。 4、降低成本：通过减少意外停机和维修的成本，PHM可以显著降低运营成本。 四、PHM的发展趋势 随着物联网和大数据技术的发展，PHM将会朝着更智能化、更精准化的方向发展。未来，PHM系统将能够更有效地整合和分析来自多个传感器和设备的数据，提供更准确、更及时的故障预测。此外，通过与

电力电子转换技术的现状与发展趋势

电力电子转换技术的现状与发展趋势 一、概述 电力电子转换技术是电力系统中的一项重要技术，其主要任务 是实现不同电压、频率、功率和形态的电能之间的互换，其中包 括从交流到直流、从直流到交流、从低压到高压、从高压到低压、从自然波形到非正弦波形等转换。本文将从技术现状、应用领域 和发展趋势等方面进行探讨。 二、技术现状 1.电力电子转换设备的种类 电力电子转换设备的种类较多，其中包括变频器、逆变器、整 流器、斩波器、谐波滤波器等。不同种类的设备在应用领域、工 作方式、性能指标等方面有所差异。 2.电力电子转换技术的主要发展方向 (1)功率和效率的提升：目前电力电子装置的功率已达到数百千瓦，并且效率已经超过了90%。未来的发展方向是进一步提高功 率密度和效率，实现更为高效的电力转换。 (2)小型化：随着电子技术的发展，电力电子装置的体积和重量 正在不断减小。未来的发展方向是实现更加小型化和轻量化。

(3)可靠性的提高：电力电子装置的可靠性是一个重要的问题。未来的发展方向是通过改进电路设计、制造工艺和故障诊断技术等手段，提高电力电子装置的可靠性。 3.电力电子转换技术在能源领域的应用 (1)风力发电：风力发电是目前比较流行的清洁能源。电力电子转换技术在风力发电中主要用于控制风力机的输出电压和频率，以及将风力机输出的交流电能转换为直流电能。 (2)太阳能发电：太阳能发电是未来的重要发展方向。电力电子转换技术在太阳能发电中主要用于控制太阳能电池板的输出电压和电流，并将其输出的直流电能转换为交流电能。 (3)电动汽车：电动汽车是未来汽车发展的一个重要方向。电力电子转换技术在电动汽车中主要用于将电池输出的直流电能转换为交流电能，控制电机的转速和转矩，以及实现制动能量回馈。 三、发展趋势 1.新型器件的应用 新型器件如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）器件等具有更高的工作温度、更高的开关频率和更高的效率，能够替代传统的硅器件。这些新型器件的应用将会进一步提高电力电子装置的性能指标。

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电力电子电路故障诊断技术探索与预测 摘要：电力电子电路是电子系统的重要组成内容，目前在电子产品、电子系统中有着广泛的应用，但如果出现设备失效的问题就会带来严重的后果，继而影响产品或系统的使用。为了保证电子系统的正常运行，维修人员要运用科学的电力电子电路故障诊断技术来进行预测，及时发现电力电子电路的故障问题，从而避免电力电子电路发生故障。本文将对电力电子电路故障诊断技术来进行分析，希望可以为相关研究提供有价值的参考依据。 关键词：电力电子电路；故障诊断技术；分析； 随着现代社会的发展，电子设备有了广泛的运用，同时也加大了电力电子电路的使用。对于电子设备和系统来说，最重要的是其使用功能，为了推动电子系统结构朝着更大的平台发展，要加强对其故障的诊断工作。因此，要想保证电子设备及电子系统的正常运行，就要做好电力电子电路的故障诊断，将科学的故障诊断技术运用到故障诊断工作中，有助于及时发现电力电子电路的故障问题，从而避免电子设备和系统产生故障，达到减少市场经济损失的目的。 1. 电力电子电路故障诊断与预测技术的难点 1. 失效机理的研究 电子系统是由若干个电子元件组成的，多数电子系统发生故障的原因就是元件失效，一旦电子系统出现故障问题，维修人员就会根据电子元件的失效原因来选择相应的检修技术。通常情况下，使用预测技术就可以判定电路的使用时间及性能的好坏程度，目前我国用于检测电子电路故障的技术有很多。从电子元件方面来说，预测元件故障有着很大的复杂性，主要原因是电子元件的数量很多，不同的元件具有不同的状态，其性能与运行规律也有所不同，所以元件的实效原因也有很多。由此可见，在电力电子电路故障诊断工作中，预测难点主要是在于元

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电力电子器件的发展与趋势 随着现代电力系统和电子技术的快速发展，电力电子器件在能源转 换和电力控制方面的作用日益重要。本文将探讨电力电子器件的发展 历程和当前的趋势。 一、电力电子器件的发展历程 电力电子器件起源于20世纪50年代，最早用于电力电子转换器和 变频器等领域。在过去的几十年中，电力电子器件经历了从硅基材料 到碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体材料的转变。这些新材料具有更高 的电子迁移率和温度稳定性，能够承受更高的温度和电压，提高了电 力电子器件的效率和可靠性。 同时，电力电子器件的封装技术也在不断发展。最初的器件封装采 用普通结构，如二极管、三极管等采用金属外壳，使得器件散热效果 相对较差。而随着电子器件功率密度的提高，高效的封装结构应运而生，如无机封装、有机封装和双轨封装等。这些封装结构不仅提高了 散热性能，还减小了尺寸和重量，满足了电力电子器件高密度集成和 散热要求。 二、电力电子器件的当前趋势 1. 高频高效率 随着电子技术的进步，电力电子器件正朝着高频高效率的方向发展。新材料的应用和器件结构的改进使得电力电子器件的开关频率不断提

高，传输损耗减少，效率更高。例如，功率MOSFET和晶闸管等器件，其开关频率已经达到数兆赫兹，能够实现更高的电力变换效率。 2. 大功率大电流 随着电力电子应用领域的扩大，对于大功率大电流电力电子器件的 需求不断增加。同时，新材料的应用和器件结构的改进也使得电力电 子器件能够承受更高的电流和功率，满足更多领域的需求。例如，碳 化硅MOSFET和氮化镓HEMT等器件，其电流密度和耐压能力大大提高，适用于电力电子交流传输、电机驱动等高功率应用领域。 3. 高可靠性 电力电子器件通常在高温、高电压和高电流等恶劣工况下工作，因 此高可靠性是其发展的重要方向。新材料的应用、封装技术的改进和 智能控制系统的应用，可以减少器件的故障率、延长器件的寿命、提 高系统的稳定性。例如，采用双轨封装和无机封装等高可靠性封装结构，能够有效降低器件的温度和电压应力，提高器件的工作可靠性。 4. 绿色环保 随着全球环境污染和能源消耗的问题日益突出，绿色环保已成为电 力电子器件发展的重要趋势。新材料的应用和能源管理系统的发展， 使得电力电子器件能够更好地实现能量的高效利用和资源的节约。例如，利用新材料制造的高效能量变换器以及智能控制系统的应用，能 够实现能量的自动调整和优化使用，减少功率损耗和能源浪费。

电力变压器故障检测技术的现状和发展趋势分析

电力变压器故障检测技术的现状和发展趋势分析 电力变压器是电力系统中不可或缺的重要设备，其故障对电网的稳定运行和经济运行 都会带来巨大的影响。因此，电力变压器的故障检测技术一直是电力工业的研究热点之一。本文将从现状和发展趋势两个方面分析电力变压器故障检测技术的研究现状以及未来的发 展方向。 1.常用的故障检测手段 电力变压器故障检测技术可以分为在线监测和离线检测两种方式。其中，在线监测主 要是通过监控变压器内部的状态参数，如温度、油位、湿度、气体、振动、铁芯磁通等， 实时地监测变压器的工作情况，提前发现潜在的故障。而离线检测主要依靠现场测试和实 验室分析技术，对变压器油和绕组进行测试和分析，查找变压器内部的故障。 目前，较为常用的在线监测技术包括气体绝缘状态监测（DGA）、红外热像、振动监测、铁芯磁通高次谐波监测等。离线检测技术主要包括柿子油色谱分析、红外光谱分析、电位 差谱分析、高压套管局部放电检测等。 2.存在的问题和不足 尽管电力变压器故障检测技术已经取得了一定的进展，但是在实际应用中，还存在不 少问题和不足。 （1）缺乏统一的故障检测标准和技术规范。由于电力变压器的型号和规格繁多，因此对于不同型号、规格的变压器，故障的判断标准和检测技术也有所不同。这给电力变压器 的故障检测带来了一定的困难，也限制了该技术的应用范围。 （2）机器学习技术的应用还有待进一步探索。尽管在电力变压器故障检测领域，机器学习技术已经得到了越来越广泛的应用，但是其应用范围和效果还有待进一步探索和完善。例如，在变压器油色谱分析方面，机器学习技术可以帮助减少测试数据的干扰和误差，提 高故障检测和诊断的准确性和效率。 （3）成本和人力资源的问题。电力变压器故障检测技术需要专业的测试和分析人员，而这方面的人才较为稀缺，并且这些人员需要接受长期的培训和实践。另外，该技术涉及 到测试设备的购置和维护成本，也对企业的经济造成了一定的负担。 1.发展多元化的故障检测技术 随着电力变压器的电压等级和容量不断提高，变压器内部的性能追求也越来越高。因此，在未来的发展中，我们需要探索和发展多元化的故障检测技术，包括机器学习、人工 智能等新型技术，完善和提升现有的技术指标和性能，确保其在逐渐提高的应用要求下， 能够满足电力变压器的故障检测需求。

新型电力电子器件的研究现状及应用展示

新型电力电子器件的研究现状及应用展示 随着电力工业的不断发展，电力电子技术逐渐成为电力行业中 不可或缺的一部分，在电能转换、传输、控制等方面发挥着重要 作用。而新型电力电子器件作为电力电子技术研究的重要方向之一，其研究现状及应用展示备受关注。 一、新型电力电子器件的研究现状 1. SiC器件 硅碳化物(SiC)器件是目前最具代表性的新型电力电子器件之一。SiC在高温、高压、高功率、高振动环境下具有优异的性能，并且较Si器件有更高的击穿电压、更高的导电能力和更快的开关速度。目前，SiC器件在电力电子变换器、逆变器等方面的应用有了很大的突破，成为了当今电力电子器件研究的热点之一。 2. GaN器件 氮化镓(GaN)器件是一种新型的半导体材料，在高电压、高电流、高频率下具有许多优异的性能，并且相比SiC器件，GaN器

件的能量损耗更低，可靠性更高。虽然GaN器件的应用领域和生产工艺都相比SiC器件相对较少，但其潜力巨大，被认为是将来电力电子技术的重要发展方向之一。 3. 其他新型器件 除了SiC、GaN器件之外，还有一些其他的的新型电力电子器件在电力电子技术领域中也得到了广泛关注，如具有较高续流能力和优异导通特性的GTO器件、能够在更高温度和功率下工作的金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)器件等。 二、新型电力电子器件的应用展示 1. 电能转换 新型电力电子器件在电能转换方面具有重要作用，如在对直流电进行变频控制时，可以采用SiC或GaN器件来进行功率放大和开关控制，能够实现高效能量转换，并减少能量损耗，提高系统效率和稳定性。

2. 电机驱动 在电机驱动方面，新型电力电子器件也有广泛应用。如使用SiC或GaN器件作为功率开关，能够提高电机的运行效率、响应速度和控制精度，同时也能节省电能，保护环境。 3. 光伏发电 在光伏发电领域，新型电力电子器件的应用也得到了重视。如使用SiC或GaN器件能够提高光伏系统的效率并增加系统的可靠性，同时还能降低光伏系统的成本。 4. 电网接入 对于电网接入来说，新型电力电子器件能够提高电网对于无功功率和主动功率的控制能力，保证电网的质量，同时也能提高电力系统的稳定性和可靠性。 总的来说，新型电力电子器件的研究和应用在促进电力行业节能减排、提高电力系统可靠性等方面，发挥着至关重要的作用。

电子器件故障预测与健康管理技术的研究现状和趋势

电子器件故障预测与健康管理技术的研 究现状和趋势 省市：江苏省南京市 邮编：211100 摘要：故障预测与健康管理(prognostics and health management,PHM)技 术是利用系统中产生的各类数据，经过信号处理和数据分析等运算手段，实现对 复杂系统的健康状态监测、预测和管理的系统性工程。PHM技术最早源自20世纪70年代航空发动机领域，以维护机械设备的安全性、可靠性，节约维修保障成本。目前，PHM已广泛应用于航空航天、大型建筑结构、重要机电装备等高可靠性行 业与领域。 关键词：电子器件；故障预测；健康管理 1 电力电子器件状态监测 1.1 参数尽限使用 所谓参数尽限使用是指电力电子器件工作时某项或多项参数达到最大值，一 般有开关频率极限、通态电流极限、通态功耗极限等。目前，研究电力电子器件 参数尽限使用而引发失效的文献并不多，主要原因有：1）我国芯片制造水平和 工艺相对落后，国外厂商的技术封锁很难提供有价值的参考资料，因此研究基础 薄弱；2）在大功率应用场合中，现有的电力电子器件容量满足需求，而高功率 密度的小容量电能变换装置对参数尽限使用设计需求不高。但面对未来的超大型 电能变换应用场合，参数尽限使用设计的研究十分重要。 1.2 结温监测

热是系统性能和使用寿命的主要限制因素，而电力电子器件PN结的温度(结温)对器件性能的影响巨大，近60%的器件失效是由温度引起的，在正常工作温度 范围内，温度每上升10℃，器件失效率以近2倍的速率上升。因此，实现热实时 监控并高校控制至关重要。 1）物理接触式测量法。 物理接触式测量法是指将热敏电阻或热电偶等温度传感器直接嵌入待测模块，监测其内部温度。该方法简单直接，但需要外部激励并对模块的封装进行一定的 改造。热量从芯片传导至基板时经历了多层热阻网络，安装于基板处的热敏电阻 并不能及时响应芯片结温的变化。因此，与芯片的实时结温相比，传感器监测到 的温度信息具有一定的时间滞后和空间差异。该类方法不适用于器件结温快速变 化的在线应用场合。 2）光学非接触式测量法。 光学非接触式测试法利用物质固有的热辐射检测结温。如在-20～150℃的IGBT工作温度内，热辐射以红外线方式传播，红外热成像仪可以直接提取和显示IGBT芯片的温度信息。但该方法在测量结温时需破坏IGBT封装，使芯片暴露。 因此，即使红外热成像仪检测结温具有高分辨率、高精度的优点，也不适合在线 结温监测，通常用于验证其他结温监测方法的有效性。 1.3 老化估计 对于长时间的运行的电力电子器件，有必要掌握其实际的工作状态。此工作 状态不仅是电气参数是否越限、器件内部各处温度是否正常，更需要监测此时模 块内部各处材料的老化状态，即退化程度，从而对各内部模块的剩余使用时间的 预估，达到对模块整体的剩余寿命的估计。影响电力电子器件工作寿命与可靠性 的失效类型主要是芯片失效和封装失效。在正常状态到失效状态这一过程成为器 件老化过程。 1）芯片老化。

国内外故障预测与健康管理(PHM)技术发展及应用调研报告

智研瞻产业研究院专注于中国产业经济情报及研究，目前主要提供的产品和服务包括传统及新兴行业研究、商业计划书、可行性研究、市场调研、专题报告、定制报告等。涵盖文化体育、物流旅游、健康养老、生物医药、能源化工、装备制造、汽车电子、农林牧渔等领域，还深入研究智慧城市、智慧生活、智慧制造、新能源、新材料、新消费、新金融、人工智能、“互联网+”等新兴领域。 发展概况 故障预测与健康管理PHM（Prognostics Health Management）为了满足自主保障、自主诊断的要求提出来的，是基于状态的维修CBM (视情维修，condition based maintenance)的升级发展。它强调资产设备管理中的状态感知，监控设备健康状况、故障频发区域与周期，通过数据监控与分析，预测故障的发生，从而大幅度提高运维效率。 历史渊源 PHM早期应用主要集中于航空发动机领域，例如GE的F404发动机、PW的F117发动机等等。让它声名显赫的时期，是在F35联合战斗机项目的智能后勤信息系统ALIS，该系统囊括了飞机系统状态监控、健康评估、故障预测、维修计划、后勤保障等若干功能。在F35之前的PHM，只是测试、监控，或者是健康管理，都不是真正意义的PHM。F35战机是第一个真正有故障预测概念的，才能称得上PHM。 PHM最早可以源自70年代，早在1982年F-18大黄蜂机队F404发动机检测系统，用于大黄蜂战机的发动机的监测。那时候，似乎没有故障预测功能，也没有着重于大数据分析，或是没有凸显出大数据分析能力。这其实不属于真正的飞机PHM。当时只有剩余寿命评估、操作极限监控、传感器失效检测、熄火检测、着陆推力评估、飞行员启动记录等，缺失了故障预测功能。 早期资料上的PHM都很少涉及故障预测，尽管F22已经有了类似的设备与系统，但是F22的PHM应该还属于状态监测范围。F22在飞行时传输部分数据，落地后采集全部数据。可以通过维修辅助计算机插入接口，发送激励信号采集重点部件测试数据，在当时已经很先进了。但是似乎还处于基于状态监测的健康管理水平，不能称之为预测健康管理(PHM)。 发展现状难点 而F35项目的PHM在F22之上又得到了长足的发展，已经基本上达到了预期的设计目标，整机监测与故障预测。预期设计目标是飞行过程中就采集数据，实时传输部分数据，落地后采集全部数据，并且可以通过维修维修辅助计算机发送激励信号，采集重点部件数据。该系统具有实时分析与故障预测功能。 PHM的特点是，必须有海量数据分析和健康判断。数据是基础，而有了数据如何分析也是一个大问题。国内的航空公司，几十年海量的数据，都无法自己开发PHM系统。这个难点就是模型：健康模型怎么评价，而预测模型更难。这就是工业技术体系，如何将

电力设备状态监测技术的研究现状及发展

一、引言 20世纪90年代以来，在发电厂中应用状态监测技术以及发展新的状态监测技术已成了发电厂最重要的任务之一。两方面原因促成了这种需要：首先，发电厂电气设备的安全运行非常重要，任何意外故障都可能造成重大事故，停电会带来巨大的经济损失，这在当前竞争日趋激烈的环境下尤为显著，而设备本身是发电厂的贵重资产并消耗大量维护费用。应用状态监测技术可以避免意外停机!最大限度缩短停机时间!减少维护费用!延长机器寿命，它为最优使用机器提供了大量有价值的信息，有很大的经济效益。其次，计算机技术!传感器技术!信号处理技术以及人工智能技术的发展使得对电气设备实施有效的状态监测成为可能。随着状态监测系统在可靠性!智能化和经济性方面的进一步提高，状态监测技术将在电力系统中获得广泛应用。 然而，状态监测在很多方面仍处发展之中，当前的研究工作主要集中在监测系统的灵敏性!可靠性和自动化方面，同时希望系统的成本不致太高。本文全面综述了当前状态监测技术的发展现状，介绍了状态监测的基本概念，阐明了变压器、发电机、电动机、高压断路器的各种状态监测方法，文章的最后给出了状态监测技术的发展趋势。 二、状态监测的基本概念 状态监测可定义为一种监测机器运行特性的技术或过程，通过提取故障特征信号(故障先兆)，被监测特性的变化或趋势可用于在严重故障发生前预知维护需要，或者评估机器的“健康”状况。状态监测利用了整个设备或者设备的某些重要部件的寿命特征，开发应用一些具有特殊用途的设备，并通过数据采集以及数据分析来预测设备状态发展的趋势。状态监测是为基于状态的维护(Condition-Based Maintenance，CBM)或预知性维护(Predictive Maintenance，PM)服务的一种技术。在应用状态监测技术以前，一直采用基于时间的维护(Time-Based Maintenance，TBM)策略。基于时间的维护根据检修时间表或运行时间离线检修设备，可以防止许多故障，然而在检修间隔期内仍会发生意外故障。由于没有设备当前状态的任何信息，维护活动的安排具有盲目性，浪费了大量人力、时间和金钱。与此相反，CBM将让运行人员了解许多设备的状态信息，清楚地知道什么时候需要何种维护，从而在确保设备不会意外停机的情况下，减少人力的消耗。借助于状态监测系统提供正确和有用的机器状态信息，CBM 将发展成为一种最优维护策略。 要构成一个状态监测系统，必须首先考虑监测及诊断对象的故障机理，这有赖于监测对象物理模型的建立。例如，大型发电机的定子温度监测、振动监测，首先要考虑物理模型，由模型分析确定出合适的特征量，为故障检测和诊断提供基础。状态监测系统借助于电气接口，监控运行中的设备，在故障发生前预知维护需要，判定并详细定位故障，甚至估计设备寿命。表1给出了状态监测系统的主要任务及处理过程。要实现这些功能，一个状态监测系统应包括以下四个部分：

电子电路故障诊断与预测技术

电子电路故障诊断与预测技术 摘要：近些年，受我国社会的不断发展，科学技术水平不断进步。其中，电力 电子电路是组成电子系统的重要内容，其在电子产品、系统中应用广泛，其一旦 失效，便会引发电子产品、系统故障，继而导致严重的后果。为改善电子系统的 运行状态，维护人员应及时预测设备隐藏故障，以便有效预防和处理。针对电力 电子电路故障，首先介绍了一种基于小波分析与马氏距离的诊断方法，然后对电 力电子电路故障预测技术进行了研究。 关键词：电子电路；故障诊断；故障预测 引言 电子用户随着科技的迅猛发展对电子系统的要求也随之提高，现在对于电子 设备与系统来说，最重要的就是逐渐完善其功能，使电子系统的结构逐渐向更大 的平台发展，在发展的过程中，发生故障以及失效的概率就日益增加，在分析问 题以及解决故障的过程中效率就成了最核心的内容，否则就会因为此产生很大的 经济市场的损失，在未来的电子系统中，是否能提高预测故障的技术，决定着我 国电子系统的发展道路的平坦与否。 1电子电路故障诊断与预测技术现状分析 1.1电子电路故障原理 电子电路相比模拟电路和数字电路来说过载能力较小，容易在短时间内受损，这为故障的预测和排查带来了挑战。传统的故障诊断使用不同频率输出的波形， 能够对缓变故障进行有效的判断，但对于发生在10微秒之内的电子电路而言， 快速、突变的故障是无法进行有效预测和诊断的。理论上讲，传统算法的使用对 实际应用中故障的诊断产生了较大的干扰，由于电路中电器元件产生故障信号的 频率参数随部件的承载能力减弱而相应地降低，就导致了元器件的信号频率参数 降低，甚至出现漏检。 1.2预测的精确度、可靠性和实时性 可靠性是电子设备必须具备的一个性能，所以为了保证其性能，就要提高预 测时的精确度。电子设备的故障原因和预测使用的技术都是非常重要的方面，所 以及时对电路进行预测是十分必要的，不仅降低电路失效的概率，还能减少在这 方面的相应损失，因此，检测的精确度和实时性都是必不可少的。 2电子电路故障诊断技术 2.1 PHM关键技术 健康管理和预测都是PHM中核心的两个方面。健康状态是评判与正常性能相差大小的一个内容；我们预测故障的过程其实就是通过对电路健康状态的波动的 过程，对电子电路的性能预测不仅能测定其寿命长短，还能避免一系列不便的发生，准确地对不同电路的不同故障采取匹配的检测技术是很重要的。 当今，无论是在国内还是在国外，PHM的发展都很迅速，具有自己独特的框 架结构。图1就是PHM的监测预测流程，处理数据、设备的运行以及判断相应 健康程度和发生的故障等内容都是流程中十分重要的几部分。当前无论是在理论 上还是实际应用上PHM技术的地位都很高，PHM的技术可以归结于三方面：物 理技术、数据驱动技术以及混合技术。PHM技术之所以被我国所承认和使用，很 大一方面原因是因为其涉及领域较广，其中包括科学领域、农业领域、医药学领域、军事设备等多个领域 2.2 HMM技术

电力电子技术发展趋势分析

电力电子技术发展趋势分析 电力电子技术是一门涉及电气工程、电子工程和控制工程等多个领域的交叉学科。随着科技的快速发展，电力电子技术也在不断地发展和升级。本文从硬件发展、软件发展以及应用发展三个方面来分析当前电力电子技术的发展趋势。 一、硬件发展趋势 1.小型化 在电力电子领域，小型化其实并不是一个新概念。然而，随着电子元件的尺寸越来越小，电力电子设备也朝着小型化的方向不断发展。小型化不仅能够使设备更加轻便，便于携带，也能节省空间，更容易安装和维护。 2.集成化 集成电路技术的发展使得电力电子设备能够更好地完成各种电气功能。随着芯片设计能力和制造水平的不断提高，电力电子集成电路在功率密度和效率方面的表现也在不断提升。 3.高性能 随着人们对设备性能的要求越来越高，对电力电子设备的要求也越来越高。高性能的电力电子设备能够在各个方面都表现得更

加优异，例如响应速度快、精度高、可靠性强等一系列指标都能够得到更好地满足。 二、软件发展趋势 1.智能化 在越来越复杂的电力电子设备中，软件系统的智能化越来越受到人们的关注。智能化软件系统能够自动适应不同的工作环境，简化操作流程，提高设备使用效率。 2.可编程化 软件编程技术在电力电子领域的应用也越来越广泛。可编程化的电力电子设备不仅能够灵活地满足不同的任务需要，而且能够随时根据工作环境的变化自动调整。 三、应用发展趋势 1.新能源电力电子技术 随着新能源技术的不断发展和应用，新能源电力电子技术也得到不断升级和完善。新能源电力电子技术可以更好地满足新能源发电和储能系统的需求。 2.绿色电力电子技术

随着全球环保意识的不断提高，绿色电力电子技术也成为一个 引人注目的领域。绿色电力电子技术能够有效地减少电气设备的 能耗，降低环境污染。 3.电力互联网技术 随着物联网技术的发展和应用，电力互联网技术也逐渐走进人 们的视野。电力互联网技术能够将多个电力系统与网络互联起来，实现能源信息的共享和传递，使得能源资源更加高效地利用。 电力电子技术的未来可谓是充满了无限的可能性和挑战。只有 不断发展和创新，才能使电力电子技术更好地服务于人们的生产 和生活。

故障预测与健康管理(PHM)技术的现状与发展

故障预测与健康管理（PHM）技术的现状与发展 曾声奎 北京航空航天大学可靠性工程研究所，北京 100083 Michael G. Pecht, 吴际 美国马里兰大学 CALCE电子产品与系统中心，马里兰，2074 Status and Perspectives of Prognostics and Health Management Technology) ZENG Sheng_kui1, Michael G. Pecht2, Wu Ji2 (1Institute of Reliability Engineering, Beihang University, Beijing# 100083, China) (2CALCE Electronic Products and Systems Center ,University of Maryland, College Park, MD 20742） 摘要：结合故障预测与健康管理（PHM）的技术发展过程，阐述了PHM的应用价值。论述了PHM技术系统级应用问题，提出了故障诊断与预测的人机环完整性认知模型，并依此对蓬勃发展的故障诊断与故障预测技术进行了分类与综合分析，给出了PHM技术的发展图像。针对故障诊断与预测的不确定性特征，对故障诊断与预测技术的性能要求、定量评价与验证方法进行了分析。最后，以PHM技术的工程应用为线索，提出了PHM技术发展中的几个问题。 关键词：故障预测；故障诊断；故障预测与健康管理 Abstract: This paper has briefed the potential benefits of Prognostics and Health Management (PHM) against its evolution history. The architecture for PHM system-level application is outlined, and a cognition model for diagnostics and prognostics is built based on the integrality of man-machine-environment. Directed by this model, various diagnostics and prognostics methods are classified and analyzed, and a whole picture of PHM is drawn. Uncertainty is a critical factor of PHM，its requirement-making, quantitative assessment and validation are discussed. Finally, key issues to do of PHM are listed with the goal of practical extensive use. Key words: prognostic and Health Management; diagnostics; prognostics; cognition model 1. 引言 现代武器装备的采购费用和使用与保障（O&S）费用日益庞大，经济可承受性成为一个不可回避的问题。据美军综合数据[1][2]，在武器装备的全寿命周期费用中，使用与保障费用占到了总费用的72%。与使用保障费用相比，维修保障费用