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
电子设备故障预测与健康管理技术发展新动态
电子设备故障预测与健康管理技术发展新动态摘要：电子设备与其他机械类的设备相比不同，机械类设备老化有明显的特征，而电子设备退化没有明显的外在表现，且没有有效征兆对其老化状态进行提示，所以，在电子设备的故障预测以及健康管理上存在一定的挑战性。
关键词：电子设备；故障预测；健康管理技术；发展新动态当今世界，新技术变革方兴未艾，极大地改变着装备形态，也推动了装备保障方式的变革，产生了自主维修保障、增强型状态基础维修等新型保障模式。
这些保障模式的基础是故障预测与健康管理技术。
电子设备PHM技术代表了装备状态监控、诊断等原有技术适应信息化发展的趋势，代表了装备保障朝着自主化、综合化、一体化、精确化方向发展的趋势，是未来发展的必由之路。
1电子设备故障预测及健康管理技术研究现状1.1电子设备故障预测研究现状在电子设备故障预测及健康管理技术领域，设备故障预测的方式呈多样化，采用的预测模型和数据源不尽相同，其故障预测方式也较多。
相关科学技术人员很早提出了电子设备的故障诊断与预测认知模型，在该模型中将诊断和预测方式分为：基于故障状态实质信息、基于使用环境条件信息、基于损伤标尺、数据整合、基于异常现象信息以及综合诊断等五大类电子设备故障预测和诊断方法。
此种分类能清楚地看出电子设备故障预测和故障诊断发展的完整图像，并结合电子设备的健康状态特点，体现当今电子设备故障预测研究现状。
1.2损伤状态、退化状态、健康状态与使用状态损伤状态是指电子设备内在的物理层面上的某种损坏程度。
退化状态是指电子设备外在的完成某种功能的能力衰退程度。
通常来说，电子设备的退化状态与健康状态是相对应的，即随着电子设备退化状态的逐渐增加，其健康状态是越来越差的。
无论是损伤状态、退化状态还是健康状态，都描述的是电子设备本身固有的健康衰退情况。
由于电子设备的工作环境（使用环境）各不相同且时常变化，健康状态很好的电子设备在恶劣环境中的剩余使用寿命可能很短，而健康状态较差的电子设备在较好的环境中剩余寿命可能很长，因此，损伤状态、退化状态和健康状态还不能独立描述电子设备在使用环境中继续完成规定功能的能力。
故障预测与健康管理系统研究和应用现状综述
·１７６４·系统Ｔ程与电子技术第２９卷模块中应用的一般技术（如传感器、数据传输、数据处理等）和方法（如系统框架模型、状态监测、健康评估和预测推理算法等）进行了大量的研究，同时也进行了大量的工程实践。
２ＰＨＭ系统的应用技术和方法２．１数据采集和传感器应用技术要对一个复杂系统对象进行ＰＨＭ，首先要确定可以直接表征其故障／健康状态的参数指标，或可间接推理判断系统故障／健康状态所需要的参数信息［１“。
这是ＰＨＭ系统的数据基础，传感器技术的应用将直接影响ＰＨＭ系统的效果。
该部分技术应用主要考虑选择待监测的参数（如工作参数、环境参数和性能参数等），选用传感器的类型，传感器安放的位置，传感器的精度和带宽等。
这部分一般侧重于对现有成熟技术的应用，在应用时主要考虑经济性和适用性。
目前，市场上可供选用的传感器类型很多，普通的有温度传感器、振动传感器以及冲击传感器等。
还有一些专用的传感器如光纤传感器、压电传感器、声学发射传感器、腐蚀传感器等瞳””。
应用时可根据实际情况进行选用，一般都有相应的标准和大量的工程实践用于指导各种类型传感器的选择。
除了这些传统的传感器可供选用外，随着微电子技术和测量技术的发展，在一些系统的研制过程中还广泛采用了各种先进的传感器技术，如微电子机械系统（Ｍｉ—ｃｒｏ－ｅｌｅｃｔｒｏ－ｍｅｃｈａｎｉｅａｌｓｙｓｔｅｍｓ，ＭＥＭＳ）ｒｚ”“，智能传感器口”３３以及内建传感器［２”钉等。
这些新类型的传感器具有精度高、适用范围广、智能化等特点，在各种ＰＨＭ系统中已有广泛应用。
２．２数据传输技术传感器采集到的各种数据信息需要通过一定的方式传输到ＰＨＭ系统中的其它部分。
目前主要有两种数据传输方式，即有线传输和无线传输。
有线数据传输是通过各种有线数据总线和各种网络如Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、ＥｔｈｅｒｎｅｔＬＡＮ（１０ｃａｌｎｅｔｗｏｒｋ）等进行数据的传输。
目前这方面的技术较为成熟，并且大多都有各种通讯标准、网络协议如ＴＣＰ／ＩＰ、ＵＤＰ／ＩＰ等可以遵循。
电子系统故障预测方法现状与展望
电子系统故障预测方法现状与展望
近年来，随着物联网技术的发展，电子系统故障预测技术的研究越来越受到重视，从而被广泛应用于各类电子系统的日常维护和维修之中。
近几年来，已经出现了许多针对电子系统故障预测的技术方法，为电子系统的维护和维修提供了有效的支持。
电子系统故障预测主要是指利用特定的数据挖掘方法来预测电子系统可能出现的故障，以及即将出现的故障的可能性。
通过分析电子系统中的历史数据和性能数据，可以对电子系统的故障有一定程度的预测，从而为电子系统的维护和维修提供支持。
从目前存在的电子系统故障预测方法来看，基于回归分析的故障预测方法是最常用的，回归分析是一种统计学方法，可以分析一个变量与多个变量之间的关系，以便预测电子系统的故障的发生。
另外，还有基于神经网络的故障预测方法，神经网络是一种人工智能技术，可以有效地分析电子系统中的历史数据和性能数据，从而预测故障的可能性。
此外，还有基于数据挖掘的故障预测方法，数据挖掘可以从大量数据中发现特定的规律，从而帮助我们对电子系统的故障有更深入的了解，从而更好地预测故障的发生。
从目前电子系统故障预测方法来看，已经取得了一定的成果。
电力系统故障诊断的研究现状与发展趋势
电力系统故障诊断的研究现状与发展趋势随着电力系统的发展，越来越多的电力系统故障事件发生，使电网的安全性和稳定性受到严重威胁，这也使得电力系统故障诊断成为一个研究热点。
本文论述了电力系统故障诊断研究的现状，重点讨论了电力系统故障诊断及其未来发展趋势。
首先，本文对电力系统故障诊断研究的发展历史和现状进行了介绍。
近年来，电力系统故障诊断技术发展迅速，由于高科技产品的应用，电力系统故障诊断技术急需不断改进。
凭借现代计算机技术的发展，电力系统的实时监测、诊断和管理技术得到了极大提高和改善，并不断推动着电力系统故障诊断技术的发展。
其次，本文重点讨论了电力系统故障诊断及其未来发展趋势。
在技术上，电力系统故障诊断技术未来发展的趋势：1.基于模式的故障诊断技术与基于数据的故障诊断技术有机结合起来，实现多元化的故障诊断;2.用现代技术，如机器学习、深度学习等，研发电力系统的智能故障诊断技术;3.展和实施全面的电力系统运行监控和安全保护系统;4.分利用大数据技术，建立电力系统故障诊断综合信息系统。
最后，利用新兴科技推动电力系统故障诊断技术的发展，可以实现智能化、高效化、安全化的电力系统运行，进而更好的保障电力系统的安全性和稳定性。
综上所述，随着电力系统故障诊断技术的发展，电力系统故障诊断研究在未来会受到更多关注，未来也将有多种更加先进的技术应用于电力系统故障诊断，从而提高电力系统的安全性和稳定性。
电子系统故障预测方法现状与展望
种 ：一种 是基 于Ｋａｌｍａｎ滤波 器 的预测方法 ｜ｌ ２１，ｚ ］；一
兰壁堡型塑 鲨 卜ｆ１ 竖 堡 鲨
滤 波 器 棚 测 法
延展 性 ，既 只能针 对个别 结构 有较好 效果 ，而 缺乏
扩充 、修 改 以及适应 的能力 。
图１ ＰＨＭ基础模型框 图
４）验 证难 。由于 电子系统 的发展 较快且较新 ， 相 关 的历 史数据 不足 ，因此缺 乏大量 的数据去 验证
·３６· 电 子世 界
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ ·探 索 ｓ 观 察
生 ，从而 更大程度 的避免 故障造成 的损 失 。特 别是 Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍｏｖｉｎｇ Ａｖｅｒａｇｅ Ｍｏｄｅｌ，ＡＲＩＭＡ）两种 ［￣６－１９］。
针对 电子 系统 ，由于 电子 系统在 当今复杂 系统 中应 灰色理 论预测 方法 是基 于我 国邓 聚龙 教授 １９８２年提 出的
如 图 １为 ＰＨＭ的基 础 模 型框 图 ，如 图 １可 知ＰＨＭ
１ 引言
的研 究主要分为 图中六 个方面 ，而这六 个方 面 中故 障诊 断和故 障预测是最 重要 的两个方 面 。在 这两个
系 统 故 障 预测 与 健 康 管理 （ＰｒｏｇｎｏＳｔｉＣ ａｎｄ 方面 中 ，故 障诊断 的相 关研 究较多 ，技术也 相对成 Ｈｅａｌｔｈ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ／Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ， ＰＨＭ）的概念最早 熟 ；而 故障预 测 的相关 研 究较 少 ，这 是 由于 电子 系
和分析 方法 的正确性 ，极大 的限制 的当今 电子系 统 效果 。
电力电子器件的故障检测与诊断技术研究
电力电子器件的故障检测与诊断技术研究随着电力系统规模的不断扩大和电力负载的增加，电力电子器件在电力系统中的应用越来越广泛。
然而，由于电力电子器件所处的工作环境极其恶劣，容易受到各种外部因素的干扰和损害，从而引发故障。
因此，开展电力电子器件的故障检测与诊断技术研究对于提高电力系统的可靠性和稳定性具有重要意义。
一、故障检测技术电力电子器件的故障检测是指通过对电力电子器件进行实时监测和分析，及时发现器件存在的故障，并给出相应的警报或报警信号。
在实际应用中，常用的电力电子器件故障检测技术包括电流监测、温度监测、电压监测和功率监测等。
1. 电流监测：电流是电力电子器件工作过程中的一个重要参数，通过对电流进行实时监测和分析，可以判断电力电子器件是否正常工作。
在故障检测中，常通过比较实时电流与设定值之间的差异来判定是否存在故障。
2. 温度监测：温度是电力电子器件工作过程中的一个重要指标，过高的温度会导致器件的性能下降甚至损坏。
因此，通过对电力电子器件的温度进行实时监测和分析，可以及时发现温度异常情况，并采取相应的措施进行故障排查。
3. 电压监测：电压是电力电子器件工作过程中的另一个重要参数，电压异常可能导致电力电子器件的异常工作。
因此，通过对电力电子器件的电压进行实时监测和分析，可以及时发现电压异常情况，并采取相应的措施进行故障检测。
4. 功率监测：功率是电力电子器件工作过程中的一个重要指标，功率异常可能意味着电力电子器件存在故障。
因此，通过对电力电子器件的功率进行实时监测和分析，可以及时发现功率异常情况，并采取相应的措施进行故障诊断。
二、故障诊断技术与故障检测不同，故障诊断是指在发现电力电子器件的故障后，通过进一步的分析和判断，确定故障的具体原因和性质，为故障的修复提供指导和依据。
在实际应用中，常用的电力电子器件故障诊断技术包括信号分析、模型识别和专家系统等。
1. 信号分析：通过对电力电子器件输出信号的频率、幅值、相位等进行分析，可以得到故障特征，从而识别出故障原因。
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。
电力电子器件的发展现状和展望
电力电子器件的发展现状和展望
一定要参考资料以正确的文章结构表达
一、引言
随着社会经济的发展和电力消费量的增加，电力电子技术正处于快速
发展的时期。
电力电子器件是利用电路等电子元件的特性和设计优化，实
现高效率、高精度、高可靠性、高性能等特性的器件。
因此，研究电力电
子技术及其应用的器件是电力电子技术方面的一个重要研究内容。
本文从
电力电子器件的发展、现状和展望三个方面归纳叙述相关研究内容，为电
源系统的可靠性性能提供分析参考。
二、电力电子器件的发展
1.驱动电路
从电路的设计上讲，绝大多数电力器件的驱动都采用半导体元件的基
本集成电路，例如多级晶体管和MOS管等，可以驱动高压、高电流、高功
率的负载。
此外，电路的控制技术同样发展迅猛，采用有源电路技术和单
片机技术，可以有效地控制电力器件的操作参数，提高电力器件的可靠性
和性能。
2.变压器
变压器作为电力电子系统中的一个重要组成部分，其发展速度也越来
越快。
其中，高功率变压器在重负载的电力电子系统中具有重要作用。
目前，在高可靠性电力电子系统中，以磁性材料为基础的变压器已经被采用，包括磁性高温超导材料和永磁铁氧体材料等。
3.电容器。
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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。
参考文献
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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。