随着能源危机的日益严重,生态环境的日益恶化,能源危机与生态环境可持续发展问题越来越突出。随着新能源发电技术的发展和成熟,风能作为一种清洁且可再生能源正受到前所未有的关注,风力发电装机容量逐年增加,风力发电对于解决当下的能源危机来说至关重要。根据多年来实际工程应用的数据表明,作为风力发电的核心部件功率变流器是风力发电系统中最薄弱的环节之一。在功率变流器中,尤其以功率器件绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar TransistorIGBT)故障率最高。在整个风力发电系统中,变流器担负传输能量的重任,然而由于风能随机波动性大,风力发电功率波动大,使得IGBT模块的结温出现剧烈波动,由于IGBT模块封装材料热膨胀系数差异较大,容易引起常见的键合线脱落和焊料层老化失效等可靠性问题。变流器出现故障影响风机的正常运行,甚至导致风电大面积脱网造成严重的电网事故,可见IGBT模块的可靠性关乎整个风力发电系统的安全稳定运行。对系统中IGBT模块当前的状态进行评估,判断其所处的状态,并根据判断结果来对设备进行检修维护或者及时更换性能退化到一定程度的器件的决策,从而保证整个系统的安全稳定运行。本文提出了一种IGBT模块性能退化状态评估的方法。保持正常的母线电压,在特定驱动电压下测试IGBT模块的短路电流值。根据测得的短路电流值的大小及其变化情况判断IGBT模块的健康状态,本文主要的工作如下:首先,详细分析了IGBT模块的老化机理,从理论上分析了IGBT模块性能退化对应内部寄生参数的变化对短路电流的影响,集射电压和结温对短路电流的影响。根据本文提出的方法,通过测量IGBT模块在特定驱动电压下的短路电流值及其变化情况,可以排除集射电压和结温的影响,直接判断IGBT模块所处的状态。其次,建立了IGBT模块发射极等效电阻网络模型。从半导体物理机理结构出发,详细分析了IGBT芯片及其封装结构,根据其结构特点建立了IGBT模块发射极等效电阻网络模型。并且对电阻网络模型中各类电阻的大小关系进行了定性的分析。以剪断键合线的方式模拟老化,键合线断裂对应模型中电阻的变化,分析了电阻变化对电阻网络作为二端口网络等效电阻值的影响效果。最后在simulink中建立仿真模型,对电阻变化导致的IGBT电流从芯片发射极到铜基板之间电流路径的变化及电流重新分布进行了仿真分析。最后,通过实验验证了本文提出的状态变化评估方法的正确性。设计制作了IGBT模块短路电流测试的可调电压驱动电路,使IGBT模块工作在特定驱动电压下的短路状态。搭建了短路实验测试平台,以剪断键合线的方式模拟IGBT模块性能的退化,对IGBT模块的短路电流在不同模拟老化方式下的键合线断开情况进行测试。对各种方式下短路电流偏差值百分比数据处理分析后得到用于状态评估的区间,并且对最接近实际工况的模拟退化方式进行深入研究,测试对应退化方式下饱和压降值,得到基于饱和压降偏差值百分比的状态评估区间,其划分结果与根据短路电流偏差值百分比得到的状态评估区间基本一致。实验结果与理论分析基本符合,验证了本文提出的基于短路电流的IGBT模块状态评估方法的正确性。