十三五规划提出生态环境质量总体得到改善的目标要求,为解决生态环境与能源危机等问题,促进了新能源发电技术的发展和应用,尤其以风力发电为代表的新能源发电装机容量逐年增加。根据实际工程应用数据表明,功率变流器是风力发电系统中最薄弱的环节之一。作为风力发电系统的核心部件,功率变流器的可靠性直接影响新能源发电的并网以及大电网的安全运行。功率变流器故障主要由IGBT模块和直流母线电容老化失效引起的。由于风能的随机性和不稳定性,风电变流器在处理能量的过程中功率器件的结温会发生大幅度的波动,再加上IGBT模块封装材料热膨胀系数差异较大,较高的结温波动使得IGBT模块焊料层和键合线极易出现老化。在变流器工作过程中,直流母线电容电解液会逐步挥发,使得母线电容发生老化。随着变流器中关键器件的老化,风电变流器的可靠性逐渐降低。为避免因IGBT模块或直流母线电容老化而突然失效给风力发电系统带来灾难性后果,实时在线监测IGBT模块和直流母线电容的老化特征量,及时发现并更换健康水平较低的器件,是目前亟待解决的问题。本文提出了一种功率变流器关键器件的在线监测方法,能同时对IGBT模块和直流母线电容的健康水平进行在线评估。在变流器正常工作过程中,加入短路测试,在线测试IGBT模块的短路电流以及直流母线电容端口电压的突变量。IGBT模块的健康水平可以根据测得的短路电流大小进行判断;根据IGBT模块的短路电流和直流母线电容的端口电压,可以计算出直流母线电容的等效串联电阻(ESR),进而在线评估直流母线电容的健康水平。本文的主要工作如下:首先,详细分析了IGBT模块和电解电容的老化机理,并提出了IGBT模块和直流母线电容的状态监测方法。本文提出了一种基于短路电流的IGBT模块状态监测方法,从理论上分析了IGBT模块键合线老化对IGBT短路电流的影响。根据本文提出的方法,只需监测IGBT模块的短路电流,就可以直接判断模块的健康水平而不需要考虑芯片的结温。同时对电解电容的老化特征量和状态监测方法进行了详细的分析。其次,提出了基于短路电流的IGBT模块及直流母线电容的在线监测方法。以短路电流作为IGBT模块的老化特征量,等效串联电阻作为直流母线电容的老化特征量。详细分析了短路电流及ESR的在线测量方法。在变流器正常工作过程中加入短路测试,使待测IGBT模块工作在电流饱和状态,实现IGBT及直流母线电容的在线监测。同时,短路测试对关键器件的影响以及对变流器正常工作的影响在本文中进行了详细的分析。最后,通过实验验证了本文提出的在线监测方法的正确性。设计了一款用于功率变流器关键器件在线监测的IGBT驱动电路,该驱动电路能输出三种不同的电平使变流器中的IGBT可以工作在不同状态。利用设计的IGBT驱动电路,在恒温箱中,对IGBT模块不同键合线老化状态、不同芯片结温时,在不同门极驱动电压下进行短路测试,并分析IGBT模块的短路电流与门极驱动电压、芯片结温以及键合线老化状态的关系。并搭建了一套单相逆变器实验平台,对IGBT模块的短路电流以及直流母线电容的ESR进行在线测量。试验结果与理论分析基本符合,验证了本文提出的在线监测方法的正确性。