本發(fā)明涉及一種用于對測試下的裝置執(zhí)行電氣測試的合成測試電路，具體來說是一種用于對供在高壓直流(hvdc)功率傳輸中使用的切換元件執(zhí)行電氣測試的合成測試電路。

已知采用合成測試電路來測試供在hvdc功率傳輸中使用的切換元件。術(shù)語“合成”用來描述測試電路，因為測試電路沒有形成實際hvdc站轉(zhuǎn)換器的組成部分，即，測試下的切換元件沒有連接到實際hvdc站轉(zhuǎn)換器(其傳遞有效實際功率)中。

按照本發(fā)明的一個方面，提供一種用于對測試下的裝置執(zhí)行電氣測試的合成測試電路，包括：

可連接到測試下的裝置的端子；

電壓注入電路，可操作地連接到端子，該電壓注入電路包含電壓源，電壓源包含鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器，鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器包含多個模塊，每個模塊包含至少一個能量存儲裝置；以及

控制器，配置成操作電壓注入電路的每個模塊，以便有選擇地旁路所述或每個對應(yīng)能量存儲裝置，以及將所述或每個對應(yīng)能量存儲裝置插入到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器中，使得生成跨鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的電壓，并且由此操作電壓注入電路，以將單向電壓波形注入到測試下的裝置中。

按照本發(fā)明的另外的方面，提供一種用于對測試下的裝置執(zhí)行電氣測試的合成測試電路，包括：

可連接到測試下的裝置的端子；

電壓注入電路，可操作地連接到端子，該電壓注入電路包含電壓源，電壓源包含鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器，鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器包含多個模塊，每個模塊包含與至少一個能量存儲裝置所連接的多個模塊開關(guān)；以及

控制器，配置成操作電壓注入電路的每個模塊，以便有選擇地旁路所述或每個對應(yīng)能量存儲裝置，以及將所述或每個對應(yīng)能量存儲裝置插入到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器中，使得生成跨鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的電壓，并且由此操作電壓注入電路，以將單向電壓波形注入到測試下的裝置中。

鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器(其例如可包括多個串聯(lián)連接模塊)的結(jié)構(gòu)經(jīng)由插入各提供其自己的電壓的多個模塊的能量存儲裝置到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器中來準許跨鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的組合電壓的積聚，其高于從其個別模塊的每個可用的電壓。以這種方式，鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器能夠提供階躍可變電壓源，其準許使用逐步近似來生成跨鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的電壓波形。因此，鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器能夠提供復(fù)合電壓波形，以便使電壓注入電路能夠?qū)⒋蠓秶膯蜗螂妷翰ㄐ巫⑷氲綔y試下的裝置中，并且因此使合成測試電路能夠易于并且可靠地創(chuàng)建測試電壓條件，其與實際服務(wù)中電壓條件相同或極為類似。更具體來說，電壓注入電路將單向電壓波形注入到測試下的裝置中的操作準許合成測試電路易于并且可靠地創(chuàng)建測試單向電壓條件，其與實際服務(wù)中單向電壓條件相同或極為類似。

另外，鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器使用逐步近似來生成跨其的電壓波形的能力允許電壓注入電路將變化電平的單向電壓波形注入到測試下的裝置中，并且因而使合成測試電路能夠電氣測試跨大范圍的裝置額定的各種裝置。

此外，鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的模塊化布置意味著，鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器中的模塊的數(shù)量能夠易于放大或縮小，以便將鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的電壓能力修改成匹配測試下的裝置的測試要求，而無需對合成測試電路的整體設(shè)計進行顯著變化。

因此，電壓注入電路中的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的提供導(dǎo)致一種合成測試電路，其不僅能夠執(zhí)行高質(zhì)量電氣測試，而且還具有對具有不同裝置額定的大范圍的裝置執(zhí)行電氣測試的靈活性。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，電壓源可以是單向電壓源。電壓注入源中的單向電壓源的提供導(dǎo)致一種合成測試電路，其經(jīng)過專門優(yōu)化以用于將單向電壓波形注入到測試下的裝置中。

電壓注入電路的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的每個模塊的結(jié)構(gòu)可改變，以滿足測試下的裝置的測試要求。

電壓注入電路的每個模塊可包含與所述或每個能量存儲裝置所連接的多個模塊開關(guān)，以定義單極模塊，其能夠提供零或正電壓。

可選地，電壓注入電路的每個模塊可包含按照半橋布置的與能量存儲裝置并聯(lián)連接的多個模塊開關(guān)，以定義單極模塊，其能夠提供零或正電壓。

進一步優(yōu)選地，電壓注入電路的每個模塊可包含按照半橋布置的與能量存儲裝置并聯(lián)連接多個模塊開關(guān)，以定義2象限單極模塊，其能夠提供零或正電壓并且能夠在兩個方向上傳導(dǎo)電流。

在本發(fā)明的實施例中，合成測試電路還可包含電流注入電路，其可操作地連接到端子，電流注入電路包含電流源，電流源包含鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器，鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器包含多個模塊，每個模塊包含至少一個能量存儲裝置。在這類實施例中，控制器可配置成操作電流注入電路的每個模塊，以便有選擇地旁路所述或每個對應(yīng)能量存儲裝置，以及將所述或每個對應(yīng)能量存儲裝置插入到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器中，使得生成跨鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的電壓，并且由此操作電流注入電路，以將電流波形注入到測試下的裝置中。

按照與電壓注入電路的方式類似的方式，鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)使電流注入電路能夠?qū)⒋蠓秶碾娏鞑ㄐ巫⑷氲綔y試下的裝置中，并且因此使合成測試電路能夠易于并且可靠地創(chuàng)建測試電流條件，其與實際服務(wù)中電流條件相同或極為類似。

常規(guī)合成測試電路利用大電容器、大電感器和高功率開關(guān)，其中電感器和電容器布置成工作在單個所定義的諧振頻率(如通過組件值所設(shè)置)。使用諧振模式中的常規(guī)合成測試電路使高電壓或高電流能夠在諧振電路內(nèi)創(chuàng)建，其被定向到測試對象。這種方式依靠電感器與電容器之間的能量的振蕩交換，使得在零電流將所有電感器能量傳遞給電容器，以及在零電壓將所有電容器能量傳遞給電感器。

在本發(fā)明的合成測試電路中，注入電路中的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器用來形成測試電流和/或電壓波形依靠與常規(guī)合成測試電路的操作模式完全不同的操作模式。更具體來說，注入到測試下的裝置中的電流波形通過由鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器所生成的電壓間接控制，注入到測試下的裝置的電壓波形通過由鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器所生成的電壓直接控制，并且不存在對電感器與電容器之間的能量的大量交換的要求。

此外，鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器可包含晶體管，其具有比測試下的裝置、例如晶閘管閥明顯要低的電流額定。當使用電流注入電路中的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器時，晶體管與測試下的裝置之間的電流額定的失配能夠經(jīng)過諸如復(fù)合并行化和電流共享的各種技術(shù)來解決。而且，通常操作鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器，使得鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器整體上經(jīng)受純零能量交換，并且能夠利用模塊旋轉(zhuǎn)，以便確保將其能量存儲裝置充電到預(yù)期值。

另外，關(guān)于本發(fā)明的合成測試電路，應(yīng)用到測試下的裝置的電流波形和/或電壓波形的頻率和形狀經(jīng)過其控制基于從鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器可用的有限電壓階躍能夠是高度可變的，并且因此鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的可控性準許將實際條件應(yīng)用于測試下的裝置。另一方面，在常規(guī)合成測試電路中，諧振電路在能夠應(yīng)用到測試對象的波形形狀方面受到限制，并且因此只能夠提供服務(wù)中條件的更少的近似。

在采用電流注入電路的使用的實施例中，控制器可配置成操作電流注入電路的每個模塊，以便有選擇地旁路所述或每個對應(yīng)能量存儲裝置，以及將所述或每個對應(yīng)能量存儲裝置插入到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器中，使得生成跨鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的電壓，并且由此操作電流注入電路，以將電壓波形注入到測試下的裝置中。

操作電流注入電路以便將電壓波形注入到測試下的裝置中的能力為測試測試下的裝置的電壓能力提供另外的選項，因而增強合成測試電路的電氣測試能力。

在本發(fā)明的另外的實施例中，電流源可以是雙向電流源。這使電流注入電路能夠?qū)㈦p向電流波形注入到測試下的裝置中。

在本發(fā)明的還有另外的實施例中，電流源可包含連接到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的電感器。

電感器在電流源中的包含提供電流控制元件，以用于改進對于將電流波形注入到測試下的裝置中的控制。

電流注入電路的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的每個模塊的結(jié)構(gòu)可改變，以滿足測試下的裝置的測試要求。

電流注入電路的每個模塊可包含與所述或每個能量存儲裝置所連接的多個模塊開關(guān)，以定義雙極模塊，其能夠提供負、零或正電壓。

可選地，電流注入電路的每個模塊可包含按照全橋布置與能量存儲裝置并聯(lián)連接的多個模塊開關(guān)，以定義雙極模塊，其能夠提供負、零或正電壓。

進一步優(yōu)選地，電流注入電路的每個模塊可包含按照全橋布置的與能量存儲裝置并聯(lián)連接的多個模塊開關(guān)，以定義4象限雙極模塊，其能夠提供負、零或正電壓并且能夠在兩個方向上傳導(dǎo)電流。

為了保證服務(wù)操作，裝置必須符合各種測試要求。

在本發(fā)明的實施例中，控制器可配置成操作電壓和電流注入電路，以便將單向電壓波形和電流波形分別注入到測試下的裝置，使得執(zhí)行單向電壓和電流波形到測試下的裝置中的依次注入的至少一個循環(huán)，以及電壓波形到測試下的裝置中的諸如與電流波形到測試下的裝置中的注入之間的轉(zhuǎn)換在電流波形的非零、零或基本上零值以及在單向電壓波形的非零、零或基本上零值進行。

在本發(fā)明的另外的實施例中，控制器配置成操作電流注入電路，以便將電壓和電流波形注入到測試下的裝置中，使得執(zhí)行電壓和電流波形到測試下的裝置中的依次注入的至少一個循環(huán)，以及從電壓波形到測試下的裝置中的注入至電流波形到測試下的裝置中的注入的轉(zhuǎn)換在電流波形的非零、零或基本上零值以及在電壓波形的非零、零或基本上零值進行。

控制器配置成實現(xiàn)執(zhí)行電壓和電流波形到測試下的裝置中的依次注入的至少一個循環(huán)使合成測試電路能夠創(chuàng)建測試條件，其與實際服務(wù)中條件相同或極為類似，其中裝置遭遇變化電壓與電流條件之間的轉(zhuǎn)換。

例如，當裝置是切換元件時，電壓波形到測試下的切換元件中的注入與電流波形到測試下的切換元件中的注入之間的轉(zhuǎn)換在下列值進行：

●電流波形的零或基本上零值以及電壓波形的零或基本上零值，以創(chuàng)建測試條件，其與切換元件的軟電流切換和軟電壓切換相同或極為類似；

●電流波形的零或基本上零值以及電壓波形的非零值，以創(chuàng)建測試條件，其與切換元件的軟電流切換和硬電壓切換相同或極為類似；

●電流波形的非零值以及電壓波形的零或基本上零值，以創(chuàng)建測試條件，其與切換元件的硬電流切換和軟電壓切換相同或極為類似；以及

●電流波形的非零值以及電壓波形的非零值，以創(chuàng)建測試條件，其與切換元件的硬電流切換和硬電壓切換相同或極為類似。

執(zhí)行電壓和電流波形到測試下的裝置中的依次注入的單個循環(huán)準許創(chuàng)建測試條件，其與實際服務(wù)中條件(其在單次(singleshot)或不頻繁的基礎(chǔ)上發(fā)生，例如在緊急情況或者異常情況下發(fā)生的那些條件)相同或極為類似。

執(zhí)行電壓和電流波形到測試下的裝置中的依次注入的兩個或更多循環(huán)準許創(chuàng)建測試條件，其與實際服務(wù)中條件(其在重復(fù)的基礎(chǔ)上發(fā)生，例如在裝置的正常操作期間發(fā)生的那些條件)相同或極為類似。

在本發(fā)明的還有另外的實施例中，控制器可配置成當操作電流注入電路以便將電流波形注入到測試下的裝置時操作電壓注入電路，以便有選擇地準許所注入的電流波形流經(jīng)電壓注入電路，并且阻斷所注入的電流波形流經(jīng)電壓注入電路，使得允許所注入的電流波形在測試下的裝置與電壓注入電路之間進行換向。

測試下的裝置與電壓注入電路之間的所注入的電流波形的這種換向為合成測試電路提供用于創(chuàng)建測試電流條件(其與實際服務(wù)中電流條件相同或極為類似，其中裝置遭遇在電流波形的非零值的轉(zhuǎn)換)的可靠手段。

合成測試電路可被定額用于對切換元件執(zhí)行電氣測試，切換元件優(yōu)選地是供在高壓直流(hvdc)功率傳輸中使用的切換元件。

合成測試電路還可包含隔離開關(guān)，其可切換以便在電壓注入電路將單向電壓波形注入到測試下的裝置中時有選擇地將電流注入電路與電壓注入電路和測試下的裝置隔離。隔離開關(guān)的提供準許電流注入裝置配置為低壓高電流注入電路，以及準許電壓注入電路配置為低電流高壓注入電路。

可選地，電流注入電路的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的電壓額定可超過電壓注入電路的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的電壓額定。這允許電流注入電路有選擇地提供阻斷電壓，以便將電流注入電路與電壓注入電路和測試下的裝置隔離，因而避免對隔離開關(guān)的需要。

可選地，合成測試電路還可包含功率供應(yīng)單元，其中功率供應(yīng)單元耦合到注入電路的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器，使得準許功率供應(yīng)單元有選擇地對所述或每個能量存儲裝置進行充電。

功率供應(yīng)單元可與每個模塊的所述或每個能量存儲裝置直接耦合。例如，功率供應(yīng)單元可包含整流器，其直接耦合到每個模塊的所述或每個能量存儲裝置，并且其中整流器可連接到ac功率源。

備選地，功率供應(yīng)單元可與注入電路中的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器相連接，可選地，其中功率供應(yīng)單元可與注入電路中的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器串聯(lián)連接。

功率供應(yīng)單元可包含dc功率供應(yīng)裝置，其布置成將直流電壓注入到注入電路中。

功率供應(yīng)單元還可包含電感-電容濾波器，其布置成對由dc功率供應(yīng)裝置所注入的直流電壓進行濾波。這提供可靠無源部件，其提供對所注入的直流電壓的控制。

功率供應(yīng)單元還可包含控制單元，其編程為控制dc功率供應(yīng)裝置將直流電壓注入到注入電路中。這提供可靠有源部件，其提供對所注入的直流電壓的控制。例如，控制單元可編程為控制dc功率供應(yīng)裝置來阻尼或抵消所注入的直流電壓中的至少一個振蕩(其可包含至少一個低頻振蕩)。

dc功率供應(yīng)裝置可布置成準許它在將直流電壓注入到注入電路中時傳導(dǎo)正或負電流。由dc功率供應(yīng)裝置所傳導(dǎo)的電流的方向取決于將要注入到測試下的裝置中的電流波形的方向。

在本發(fā)明的實施例中，功率供應(yīng)單元可包含：第一dc功率供應(yīng)裝置，其布置成準許它在將第一直流電壓注入到注入電路中時傳導(dǎo)正電流；以及第二dc功率供應(yīng)裝置，其布置成準許它在將第二直流電壓注入到注入電路中時傳導(dǎo)負電流。在這類實施例中，功率供應(yīng)單元可包含選擇器切換元件，其可切換成將第一和第二dc功率供應(yīng)裝置中的一個接入具有注入電路的電路，并且同時將第一和第二dc功率供應(yīng)裝置的另一個切換出具有注入電路的電路。選擇器切換元件可以是機械或半導(dǎo)體切換元件。

第一和第二dc功率供應(yīng)裝置以及選擇器切換元件在功率供應(yīng)裝置中的提供準許功率供應(yīng)單元在將要注入到測試下的裝置中的電流波形的兩個方向上有選擇地對注入電路的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的所述或每個能量存儲裝置進行充電。

可選地，控制單元可編程為切換選擇器切換元件，以便將第一和第二dc功率供應(yīng)裝置交替接入具有注入電路的電路，使得組合第一和第二直流電壓，以便將交流電壓注入到注入電路中。這準許功率供應(yīng)單元在將交流波形注入到測試下的裝置中期間有選擇地對注入電路的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的所述或每個能量存儲裝置進行充電。

備選地，功率供應(yīng)單元可包含ac功率供應(yīng)裝置，其布置成將交流電壓注入到注入電路中。ac功率供應(yīng)裝置在功率供應(yīng)單元中的提供還準許功率供應(yīng)單元在將交流波形注入到測試下的裝置期間有選擇地對注入電路的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的所述或每個能量存儲裝置進行充電。

控制器可配置成操作注入電路的每個模塊，以便有選擇地旁路所述或每個對應(yīng)能量存儲裝置，以及將所述或每個對應(yīng)能量存儲裝置插入到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器中，使得生成跨鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的電壓，其包含交流電壓分量，其的幅值是相等的并且與由功率供應(yīng)單元所注入的注入電路的交流電壓相反。這導(dǎo)致由功率供應(yīng)單元所注入的交流電壓的抵消，使得防止由功率供應(yīng)單元所注入的交流電壓修改注入到測試下的裝置的波形。

功率供應(yīng)單元可配置成將功率注入到注入電路中，以抵銷鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器中、注入電路中或合成測試電路中的功率損耗。這幫助確保在合成測試電路的操作期間的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性能。

現(xiàn)在作為非限制性示例、參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中：

圖1a和圖1b示意示出按照本發(fā)明的第一實施例的合成測試電路；

圖2a和圖2b分別示意示出4象限雙極模塊和2象限單極模塊的結(jié)構(gòu)；

圖3和圖4圖示圖2的電流和電壓注入電路的基本操作；

圖5和圖6示意示出供在hvdc功率傳輸中使用的電壓源轉(zhuǎn)換器的示例；

圖7圖示通過交流臂轉(zhuǎn)換器的逆變器和整流器模式的切換元件所遭遇的實際服務(wù)中軟電流切換和軟電壓切換條件；

圖8圖示圖1a的電壓和電流注入電路的用來將相應(yīng)電壓和電流波形注入到測試下的切換元件以創(chuàng)建測試條件(其與圖7的實際服務(wù)中軟電流切換和軟電壓條件對應(yīng))的操作；

圖9圖示通過交流臂轉(zhuǎn)換器(alternatearmconverter)的逆變器和整流器模式的切換元件所遭遇的實際服務(wù)中軟電流切換和硬電壓條件；

圖10圖示圖1a的電壓和電流注入電路的用來將相應(yīng)電壓和電流波形注入到測試下的切換元件以創(chuàng)建測試條件(其與圖9的實際服務(wù)中軟電流切換和硬電壓條件對應(yīng))的操作；

圖11圖示圖1a的電流注入電路的用來將電壓和電流波形注入到測試下的切換元件以創(chuàng)建測試條件(其與圖7的實際服務(wù)中軟電流切換和軟電壓條件對應(yīng))的操作；

圖12圖示圖1a的電壓和電流注入電路的用來創(chuàng)建注入到測試下的切換元件的電流的階躍變化以創(chuàng)建測試條件(其與實際服務(wù)中硬電流切換條件對應(yīng))的操作；

圖13和圖14圖示圖1a的電壓和電流注入電路的用來將相應(yīng)電壓和電流波形注入到測試下的切換元件以創(chuàng)建測試條件(其與硬電流切換和軟電壓切換條件對應(yīng))的操作；

圖15通過圖形形式圖示圖13和圖14的測試條件的創(chuàng)建的模擬結(jié)果；

圖16和圖17圖示圖1a的電壓和電流注入電路的用來將相應(yīng)電壓和電流波形注入到測試下的切換元件以創(chuàng)建測試條件(其與硬電流切換和硬電壓切換條件對應(yīng))的操作；

圖18通過圖形形式圖示圖16和圖17的測試條件的創(chuàng)建的模擬結(jié)果；

圖19示意示出按照本發(fā)明的第二實施例的合成測試電路；

圖20示意示出按照本發(fā)明的第三實施例的合成測試電路；

圖21示意示出按照本發(fā)明的第四實施例的合成測試電路；

圖22示意示出按照本發(fā)明的第五實施例的合成測試電路；

圖23示意示出按照本發(fā)明的第六實施例的合成測試電路；以及

圖24示意示出按照本發(fā)明的第七實施例的合成測試電路。

按照本發(fā)明的第一實施例的合成測試電路在圖1a和圖1b中示出，并且一般通過參考數(shù)字30來表示。

合成測試電路30包括第一和第二端子32和34、電流注入電路36、隔離開關(guān)38以及電壓注入電路40。如圖1a和圖1b所示，電流注入電路36與隔離開關(guān)38串聯(lián)連接在第一與第二端子32、34之間，以及電壓注入電路40連接在第一與第二端子32、34之間，并且由此與電流注入電路36和隔離開關(guān)38的串聯(lián)連接并聯(lián)連接。

電流注入電路36包含電流源。電流源包含電感器42和鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的串聯(lián)連接。

電流注入電路的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44包含多個串聯(lián)連接模塊。每個模塊包含兩對模塊開關(guān)54和采取電容器56的形式的能量存儲裝置。在每個模塊中，該對模塊開關(guān)54按照全橋布置的與電容器56并聯(lián)連接，以定義4象限雙極模塊，其能夠提供負、零或正電壓并且能夠在兩個方向上傳導(dǎo)電流。圖2a示出4象限雙極模塊的結(jié)構(gòu)。

通過改變對應(yīng)模塊開關(guān)54的狀態(tài)，電流注入電路的每個模塊的電容器56有選擇地被旁路以及插入到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中。這有選擇地引導(dǎo)電流經(jīng)過電容器56或者使電流旁路電容器56，使得模塊提供負、零或正電壓。

當模塊開關(guān)54配置成形成電流通路(其使相應(yīng)的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中的電流旁路電容器56)時，旁路模塊的電容器56，并且因此模塊提供零電壓，即，模塊按照旁路模式來配置。

當模塊開關(guān)54配置成允許相應(yīng)的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中的電流流入和流出電容器56時，模塊的電容器56插入到相應(yīng)的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中。電容器56然后充電或者排放其存儲能量，使得提供非零電壓，即，模塊按照非旁路模式來配置。模塊開關(guān)的全橋布置準許模塊開關(guān)54配置成使電流在任一方向上流入和流出電容器56，并且因此每個模塊能夠按照非旁路模式配置成提供負或正電壓。

電壓注入電路40包含電壓源46。電壓源46包含鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44。

電壓注入電路40的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44包含多個串聯(lián)連接模塊。每個模塊包括一對模塊開關(guān)54和采取電容器56的形式的能量存儲裝置。在每個模塊中，該對模塊開關(guān)54按照半橋布置的與電容器56并聯(lián)連接，以定義2象限單極模塊，其能夠提供零或正電壓并且能夠在兩個方向上傳導(dǎo)電流。圖2b示出2象限單極模塊的結(jié)構(gòu)。

通過改變對應(yīng)模塊開關(guān)54的狀態(tài)，電壓注入電路40的每個模塊的電容器56有選擇地被旁路以及插入到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中。這有選擇地引導(dǎo)電流經(jīng)過電容器56或者使電流旁路電容器56，使得模塊提供零或正電壓。

當模塊開關(guān)54配置成形成電流通路(其使相應(yīng)的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中的電流旁路電容器56)時，旁路模塊的電容器56，并且因此模塊提供零電壓，即，模塊按照旁路模式來配置。

當模塊開關(guān)54配置成允許相應(yīng)的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中的電流流入和流出電容器56時，模塊的電容器56插入到相應(yīng)的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中。電容器56然后充電或者排放其存儲能量，以便提供正電壓，即，模塊按照非旁路模式來配置。

每個鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的結(jié)構(gòu)經(jīng)由插入各提供其自己的電壓的多個模塊的電容器56到每個鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中來準許跨每個鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的組合電壓的積聚，其高于從其個別模塊的每個可用的電壓。以這種方式，每個鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44能夠提供階躍可變電壓源，其準許使用逐步近似來生成跨每個鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的電壓波形。因此，每個鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44能夠提供復(fù)合電壓波形。

每個模塊開關(guān)54構(gòu)成絕緣柵雙極晶體管(igbt)，其與二極管反并聯(lián)連接。設(shè)想在本發(fā)明的其他實施例中，每個igbt可由柵關(guān)斷晶閘管、場效應(yīng)晶體管、注入增強柵晶體管、集成柵換向晶閘管或者任何其他自換向切換裝置來取代。

設(shè)想在本發(fā)明的其他實施例中，每個電容器56可由能夠存儲和釋放能量的另一種類型的能量存儲裝置(例如蓄電池或燃料電池)來取代。

還設(shè)想，在本發(fā)明的其他實施例中，電流和電壓注入電路36、40的每個可包含不同數(shù)量和/或布置的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44。

控制器50配置成控制每個模塊的模塊開關(guān)54的切換，以便有選擇地旁路對應(yīng)電容器56以及將對應(yīng)電容器56插入到對應(yīng)鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中，使得生成跨對應(yīng)鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的電壓。

控制器50還配置成控制隔離開關(guān)38的切換，以便將電流注入電路36接入和切換出具有第一和第二端子32、34的電路，使得有選擇地將電流注入電路36與測試下的裝置和電壓注入電路40隔離。隔離開關(guān)38的提供準許電流注入裝置36配置為低壓高電流注入電路36，以及準許電壓注入電路40配置為低電流高壓注入電路40。

在使用中，測試下的切換元件52、即采取多個串聯(lián)連接反并聯(lián)對的igbt和二極管形式的切換元件52(其在供hvdc功率傳輸中使用)連接在第一與第二端子32、34之間。

合成測試電路30如上所述的配置使電流注入電路36能夠被操作以便將雙向電流波形i注入到測試下的切換元件52(如圖3所示)，并且使電壓注入電路40能夠被操作以便將單向電壓波形v注入到測試下的切換元件52(如圖4所示)。電流和電壓波形的這類注入的循環(huán)可在預(yù)期頻率(例如50hz)重復(fù)進行。

優(yōu)選地，當操作電流注入電路36以便將雙向電流波形i注入到測試下的切換元件52時，隔離開關(guān)38是閉合的，以及當操作電壓注入電路40以便將單向電壓波形v注入到測試下的切換元件52時，隔離開關(guān)38是打開的。而且優(yōu)選地，當測試下的切換元件52是閉合的并且攜帶由電流注入電路所注入的正或負電流時，控制器50控制電壓注入電路40的模塊開關(guān)54的切換，以便阻斷電流流經(jīng)電壓注入電路40，并且由此防止電壓注入電路40的模塊放電到測試下的切換元件52中。這意味著，將不要求合成測試電路30同時提供高電壓和高電流，因而使切換元件52的電氣測試期間所使用的功率量為最小。

圖5和圖6通過示意形式示出供在hvdc功率傳輸中使用的切換元件52的示范應(yīng)用。

在圖5所示的第一示范應(yīng)用中，切換元件52形成交流臂轉(zhuǎn)換器(aac)的組成部分。aac包含多個轉(zhuǎn)換器分支58，其中的每個在第一與第二dc端子之間延伸，并且包含通過相應(yīng)的ac端子所分隔的第一和第二分支部分。每個分支部分包含切換元件52，其與鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器60串聯(lián)連接。每個鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器60包含多個串聯(lián)連接模塊，其中的每個可采取4象限雙極模塊或者2象限單極模塊的形式。在使用中，每個分支部分的切換元件52可操作以便將對應(yīng)分支部分接入和切換出對應(yīng)ac與dc端子之間的電路。

在acc的每個分支部分的這種切換期間，對應(yīng)切換元件52在重復(fù)周期以零電流、通常以50hz的頻率進行換向。

由每個切換元件52在其換向時所遇到的電壓可以是零(或者基本上零)電壓或者非零電壓，這取決于無功功率與連接到aac的ac端子的ac網(wǎng)絡(luò)交換。如果與ac網(wǎng)絡(luò)所交換的無功功率為零(或者基本上零)，則由每個切換元件52在其換向時所遇到的電壓是零(或者基本上零)電壓。如果與ac網(wǎng)絡(luò)所交換的無功功率為非零，則由每個切換元件52在其換向時所遇到的電壓是非零電壓。

因此，在aac的操作期間，每個切換元件52遭遇軟電流切換和軟電壓切換或者軟電流切換和硬電壓切換。

在圖6所示的第二示范應(yīng)用中，切換元件52形成串聯(lián)橋式轉(zhuǎn)換器(sbc)的組成部分。sbc包含多個分支，其串聯(lián)連接在dc端子(其可連接到dc網(wǎng)絡(luò))之間。每個分支包含相位元件62，其中的每個包含多個切換元件52，以互連dc網(wǎng)絡(luò)和多相ac網(wǎng)絡(luò)。更具體來說，多個切換元件52采取兩個并聯(lián)連接對的串聯(lián)連接切換元件52的形式，由此每對串聯(lián)連接切換元件52之間的結(jié)點定義供連接到多相ac網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)相的ac端子。每個分支還包含相應(yīng)的第一子轉(zhuǎn)換器64(其與電氣塊中的每個相位元件62串聯(lián)連接)和相應(yīng)的第二子轉(zhuǎn)換器66(其與電氣塊并聯(lián)連接)。在使用中，每個第一子轉(zhuǎn)換器64可操作以充當波形合成器，以便修改提出給對應(yīng)的相位元件62的dc側(cè)的dc電壓，以及每個第二子轉(zhuǎn)換器66可操作以充當波形合成器，以便修改提出給dc網(wǎng)絡(luò)的dc電壓。

在sbc的每個分支部分的這種切換期間，對應(yīng)的切換元件52在重復(fù)周期以零電壓、通常以50hz的頻率進行換向。

由每個切換元件52在其換向時所遇到的電流可以是零(或者基本上零)電流或者非零電流，這取決于無功功率與連接到sbc的ac端子的ac網(wǎng)絡(luò)交換。如果與ac網(wǎng)絡(luò)所交換的無功功率為零(或者基本上零)，則由每個切換元件52在其換向時所遇到的電流是零(或者基本上零)電流。如果與ac網(wǎng)絡(luò)所交換的無功功率為非零，則由每個切換元件52在其換向時所遇到的電流是非零電流。

因此，在sbc的操作期間，每個切換元件52遭遇軟電流切換和軟電壓切換或者硬電流切換和軟電壓切換。

每個切換元件52的軟切換有利地導(dǎo)致切換元件52的設(shè)計的最小化切換損耗(即，高效率)和簡化。

另外，每個切換元件52在其在aac和sbc布置中的使用期間遇到正弦電壓和電流波形的部分。由每個切換元件52所遇到的電壓因每個切換元件52中的反并聯(lián)連接二極管的存在而是單向的。由每個切換元件52所遇到的電流為交流，其在一個方向上流經(jīng)igbt并且在反向方向上流經(jīng)反并聯(lián)二極管。

aac和sbc布置的每個切換元件52在緊急情況或異常條件下可在單次和不頻繁的基礎(chǔ)上遭受硬電壓和硬電流換向事件。

因此，切換元件52在其在aac和sbc布置中的使用期間遭遇大范圍的實際服務(wù)中電流和電壓條件。

通常，切換元件52必須符合各種測試要求(其與實際服務(wù)中電流和電壓條件相同或極為類似)，以便保證服務(wù)操作。

因此，為了檢查切換元件52是否符合這類測試要求，控制合成測試電路30對切換元件52執(zhí)行電氣測試，其涉及包含下列一個或多個的測試條件的創(chuàng)建：

●表示實際服務(wù)中操作的正弦電流和電壓波形；

●單向正電壓波形；

●雙向電流波形；

●表示重復(fù)零電流切換和零電壓切換的電流和電壓波形；

●表示重復(fù)零電流切換和硬電壓切換的電流和電壓波形；

●表示重復(fù)硬電流切換和零電壓切換的電流和電壓波形；

●表示單次(非重復(fù))硬電流切換和硬電壓切換的電流和電壓波形。

鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44提供跨其的復(fù)合電壓波形的能力使電流和電壓注入電路36、40能夠?qū)⒋蠓秶碾娏骱碗妷翰ㄐ巫⑷氲綔y試下的切換元件52，并且因此使合成測試電路30能夠易于并且可靠地創(chuàng)建測試電流和電壓條件，其與上述實際服務(wù)中電流和電壓條件相同或極為類似。

圖7圖示由切換元件52在它經(jīng)受aac和sbc布置的逆變器和整流器模式中的軟電流切換和軟電壓切換時所遭遇的實際服務(wù)中電壓和電流條件。

為了創(chuàng)建測試電流和電壓條件(其與圖7所示實際服務(wù)中電流和電壓條件相同或極為類似)，控制器50控制電壓和電流注入電路40、36的模塊開關(guān)54的切換，以便將單向電壓波形68和單向半正弦電流波形70分別注入到測試下的切換元件52中，使得執(zhí)行單向電壓和電流波形68、70到測試下的切換元件52的依次注入的至少一個循環(huán)，如圖8所示。

當切換元件52是閉合的時，控制器50操作電流注入電路36的每個模塊，以便有選擇地旁路每個對應(yīng)的電容器56以及將每個對應(yīng)電容器56插入到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中，使得生成跨鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的電壓，因而修改跨電感器42的電壓72，使得控制所注入的電流波形70的形狀和極性。

將跨電感器42的電壓72控制成具有零平均分量，并且開始于正段或負段，使得控制注入到切換元件52中的電流的方向。

在所示實施例中，當要求電流流經(jīng)切換元件52的igbt時，電流的方向為正的，以及當要求電流流經(jīng)切換元件52的反并聯(lián)連接二極管時，電流的方向為負的。

以這種方式，操作電流注入電路36，以便將半正弦電流波形70注入到測試下的切換元件52中。同時，操作電壓注入電路40，以便阻擋電流流經(jīng)其中。

當在測試下的切換元件52流動的電流達到零(或者基本上零)時，控制器50打開隔離開關(guān)38，以便將電流注入電路36切換出具有第一和第二端子32、34的電路，使得有選擇地將電流注入電路36與測試下的切換元件52和電壓注入電路40隔離，并且控制器50操作電壓注入電路40的每個模塊，以便有選擇地旁路每個對應(yīng)的電容器56以及將每個對應(yīng)的電容器56插入到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中，使得生成跨鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的電壓，并且由此將單向半正弦電壓波形注入到測試下的切換元件52中。

如圖8所示，電流波形70到測試下的切換元件52中的注入與電壓波形68到測試下的切換元件52中的注入之間的轉(zhuǎn)換在電流波形70的零或基本上零值以及在單向電壓波形68的零或基本上零值進行，因而模擬軟電流切換和軟電壓切換條件。

按照上述方式，操作電壓和電流注入電路40、36，以便將單向半正弦電壓波形68和單向半正弦電流波形70分別注入到測試下的切換元件52，使得執(zhí)行單向電壓和電流波形68、70到測試下的切換元件52的依次注入的至少一個循環(huán)?？蓤?zhí)行電壓和電流波形68、70到測試下的切換元件52的依次注入的多個循環(huán)，以創(chuàng)建測試條件，其與切換元件52的重復(fù)軟電流切換和軟電壓切換相同或極為類似。

因此，合成測試電路30能夠創(chuàng)建測試條件，其與切換元件52的軟電流切換和軟電壓切換(其例如在其在aac和sbc中的使用期間發(fā)生)相同或極為類似。

圖9圖示由每個切換元件52在它經(jīng)受aac的逆變器和整流器模式中的軟電流切換和硬電壓切換時所遭遇的實際服務(wù)中電壓和電流條件。

當與ac網(wǎng)絡(luò)所交換的無功功率為非零時，aac的每個切換元件52在零電流換向，并且恢復(fù)到階躍電壓、即非零電壓。另外，當dc有源諧波濾波應(yīng)用到aac時，每個切換元件52的傳導(dǎo)周期例如在50hz的頻率從每重復(fù)循環(huán)的180電度增加到240度。這使所注入的電流波形74從半正弦電流波形改變成更為復(fù)合的電流波形，其包含igbt和二極管傳導(dǎo)的發(fā)生之間的快速變化。

為了創(chuàng)建測試電流和電壓條件(其與圖9所示的實際服務(wù)中電流和電壓條件相同或極為類似)，控制器50控制電壓和電流注入電路40、36的模塊開關(guān)54的切換，以便將單向電壓波形76和雙向電流波形74分別注入到測試下的切換元件52中，使得執(zhí)行單向電壓和雙向電流波形76、74到測試下的切換元件52的依次注入的至少一個循環(huán)，如圖10所示。

當切換元件52是閉合的時，控制器50操作電流注入電路36的每個模塊，以便有選擇地旁路每個對應(yīng)的電容器54以及將每個對應(yīng)的電容器54插入到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中，使得生成跨鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的電壓，因而修改跨電感器42的電壓78，使得控制所注入的電流波形74的形狀和極性。

跨電感器42的電壓78包含多個連續(xù)電壓部分，其中的每個控制成具有零平均分量，并且開始于正段或負段，以便控制注入到切換元件52中的電流的方向。

在跨電感器42的一個示范電壓78中，跨電感器42的電壓78開始于第一電壓部分(其開始于負段并且結(jié)束于正段)，繼續(xù)進行第二電壓部分(其開始于正段并且結(jié)束于負段)，以及結(jié)束于第三電壓部分(其開始于負段并且結(jié)束于正段)。因此，注入到測試下的切換元件52中的雙向電流波形74開始于負的第一電流部分(其對應(yīng)于第一電壓部分)，繼續(xù)進行正的第二電流部分(其對應(yīng)于第二電壓部分)，以及結(jié)束于負的第三電流部分(其對應(yīng)于第三電壓部分)。當要求電流流經(jīng)切換元件52的igbt時，電流的方向為正的，以及當要求電流流經(jīng)切換元件52的反并聯(lián)連接二極管時，電流的方向為負的。

在跨電感器42的另一個示范電壓78中，跨電感器42的電壓78開始于第一電壓部分(其開始于正段并且結(jié)束于負段)，繼續(xù)進行第二電壓部分(其開始于負段并且結(jié)束于正段)，以及結(jié)束于第三電壓部分(其開始于正段并且結(jié)束于負段)。因此，注入到測試下的切換元件52的雙向電流波形74開始于正的第一電流部分(其對應(yīng)于第一電壓部分)，繼續(xù)進行負的第二電流部分(其對應(yīng)于第二電壓部分)，以及結(jié)束于正的第三電流部分(其對應(yīng)于第三電壓部分)。

以這種方式，操作電流注入電路36，以便將雙向電流波形74注入到測試下的切換元件52中。同時，操作電壓注入電路40，以便阻斷電流流經(jīng)其中。

當在測試下的切換元件52中流動的電流在第三電流部分結(jié)束時達到零(或者基本上零)時，控制器50打開隔離開關(guān)38，以便將電流注入電路36切換出具有第一和第二端子32、34的電路，使得有選擇地將電流注入電路36與測試下的切換元件52和電壓注入電路40隔離，并且控制器50操作電壓注入電路40的每個模塊，以便有選擇地旁路每個對應(yīng)的電容器54以及將每個對應(yīng)的電容器54插入到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中，使得生成跨鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的電壓，并且由此將單向半正弦電壓波形76注入到測試下的切換元件52中。

如圖10所示，雙向電流波形74到測試下的切換元件52的注入與單向電壓波形76到測試下的切換元件52的注入之間的轉(zhuǎn)換在雙向電流波形74的零或基本上零值以及在單向電壓波形76的非零值進行，因而模擬軟電流切換和硬電壓切換條件。

按照上述方式，操作電壓和電流注入電路40、36，以便將單向電壓波形76和雙向電流波形74分別注入到測試下的切換元件52中，使得執(zhí)行單向電壓和雙向電流波形76、74到測試下的切換元件52的依次注入的至少一個循環(huán)?？蓤?zhí)行電壓和電流波形76、74到測試下的切換元件52的依次注入的多個循環(huán)，以創(chuàng)建測試條件，其與切換元件的重復(fù)軟電流切換和硬電壓切換相同或極為類似。

因此，合成測試電路30能夠創(chuàng)建測試條件，其與切換元件52的軟電流切換和硬電壓切換(其例如在其在aac中的使用期間發(fā)生)相同或極為類似。

圖11圖示電流注入電路36的用來將電壓和電流波形68、70注入到測試下的切換元件52中以模擬圖7的實際服務(wù)中電壓和電流波形的操作。

具體來說，控制器50操作電流注入電路36，以便將電壓和電流波形68、70注入到測試下的切換元件52中，使得執(zhí)行電壓和電流波形68、70到測試下的切換元件52的依次注入的至少一個循環(huán)。同時，操作電壓注入電路40，以便阻斷電流流經(jīng)其中。

所注入的電壓和電流波形68、70的形狀與以上參照圖8所述的波形相同。

可改變電流注入電路的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中的模塊的數(shù)量，以修改鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的電壓額定，以便滿足測試下切換元件52的電壓測試要求。

圖12圖示電壓和電流注入電路40、36的用來創(chuàng)建注入到測試下切換元件52的電流的階躍變化以創(chuàng)建測試條件(其與實際服務(wù)中硬電流切換條件對應(yīng))的操作。

當所要求的測試條件涉及在非零電流(直到峰值定額電流)下接通或關(guān)斷切換元件52時，控制器50可操作電流注入電路36，以便將連續(xù)正弦電流波形80注入到測試下的切換元件52中。同時，控制器50操作電壓注入電路40，以便有選擇地準許所注入的電流波形80流經(jīng)電壓注入電路40，并且阻斷所注入的電流波形流經(jīng)電壓注入電路40。通過以這種方式操作電壓注入電路40，允許所注入的電流波形80在測試下的切換元件52與電壓注入電路40(如圖12所示)之間進行換向，使得使測試下的切換元件52遭遇電流的階躍變化，并且由此使切換元件52遭遇硬電流切換。

測試下的切換元件52與電壓注入電路40之間的所注入的電流波形80的這種換向克服了由電感器42在允許創(chuàng)建硬電流切換測試條件所要求的電流的階躍變化方面所面臨的困難，并且由此為合成測試電路30提供用于創(chuàng)建測試電流條件(其與實際服務(wù)中電流條件相同或極為類似，其中切換元件52遭遇在電流波形80的非零值的轉(zhuǎn)換)的可靠手段。

圖13和圖14圖示電壓和電流注入電路40、36的用來將相應(yīng)的電壓和電流波形82、84注入到測試下的切換元件52以創(chuàng)建測試條件(其與切換元件52在其在sbc中的使用期間的實際服務(wù)中硬電流切換和軟電壓切換相同或極為類似)的操作。

為了創(chuàng)建這類測試電流和電壓條件，控制器50控制電壓和電流注入電路40、36的模塊開關(guān)54的切換，以便將單向電壓波形82和雙向半正弦電流波形84分別注入到測試下的切換元件52中，使得執(zhí)行單向電壓和雙向電流波形82、84到測試下的切換元件52的依次注入的至少一個循環(huán)，如圖14所示。

控制器50操作電流注入電路36的每個模塊，以便有選擇地旁路每個對應(yīng)的電容器54以及將每個對應(yīng)的電容器54插入到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中，使得生成跨鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的電壓86，因而修改跨電感器42的電壓88，使得控制所注入的電流波形84的形狀和極性?？珉姼衅?2的電壓88控制為采取連續(xù)正弦電壓波形88的形式，其超前電感器42中流動的所合成的連續(xù)正弦電流波形(90)90電度。電感器42中流動的連續(xù)正弦電流波形90開始于正和負電流段中的一個，并且結(jié)束于正和負電流段的另一個(正段或負段)，使得控制注入到切換元件52的電流的方向。

最初，控制器50操作電壓注入電路40的每個模塊，以便有選擇地旁路對應(yīng)的電容器56以及將每個對應(yīng)的電容器56插入到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中，使得生成跨鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的電壓，并且由此將單向電壓波形82的第一四分之一正弦部分注入到測試下的切換元件52中。單向電壓波形82的第一四分之一正弦部分開始于峰值非零值并且結(jié)束于零值。同時，控制器50操作電壓注入電路40，以準許所注入的電流波形84流經(jīng)電壓注入電路，并且由此使所注入的電流波形84以與以上參照圖12所述的相同方式旁路測試下的切換元件52。

當注入到測試下的切換元件52的單向電壓波形82的第一四分之一正弦部分達到其零值時，控制器50操作電壓注入電路40，以阻斷所注入的電流波形84流經(jīng)，并且由此準許所注入的電流波形84從電壓注入電路換向到測試下的切換元件52，因而允許所注入的電流波形84流經(jīng)測試下的切換元件52。這又使測試下的切換元件52遭遇電流的階躍變化，并且由此使切換元件52能夠遭遇硬電流切換。

相應(yīng)地，注入到測試下的切換元件52的雙向半正弦電流波形84開始于正和負電流段中的一個，并且結(jié)束于正和負電流段的另一個。雙向半正弦電流波形84開始在一個峰值非零值處，并且結(jié)束在另一個峰值非零值處。當要求電流流經(jīng)切換元件52的igbt時，電流的方向為正的，以及當要求電流流經(jīng)切換元件52的反并聯(lián)連接二極管時，電流的方向為負的。

當在測試下的切換元件52中流動的電流達到其第二峰值非零值時，控制器50操作電壓注入電路40，以準許所注入的電流波形84流經(jīng)電壓注入電路40，并且由此使所注入的電流波形84從測試下的切換元件52換向到電壓注入電路40，因而允許所注入的電流波形84再次旁路測試下的切換元件52。這又使測試下的切換元件52遭遇電流的另一個階躍變化。

控制器50然后操作電壓注入電路40的每個模塊，以便有選擇地旁路每個對應(yīng)的電容器56以及將每個對應(yīng)的電容器56插入到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中，使得生成跨鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的電壓，并且由此再次將單向電壓波形82的第二四分之一正弦部分注入到測試下的切換元件52中。單向電壓波形82的第二四分之一正弦部分開始在零值并且結(jié)束在峰值非零值。

如圖13所示，雙向半正弦電流波形84到測試下的切換元件52中的注入與單向電壓波形82到測試下的切換元件52中的注入之間的每個轉(zhuǎn)換在雙向半正弦電流波形84的非零值以及在單向電壓波形82的零或基本上零值進行。

為了提供電感器42中的連續(xù)正弦電流波形90并且將雙向半正弦電流波形84注入到測試下的切換元件52中，操作電流注入電路的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44，以生成跨其的電壓波形86，其是跨電感器的電壓88與跨測試下的切換元件52的電壓的總和。

按照上述方式，操作電壓和電流注入電路40、36，以便將單向電壓波形82和雙向半正弦電流波形84分別注入到測試下的切換元件52中，使得執(zhí)行單向電壓和雙向電流波形82、84到測試下切換元件52中的依次注入的至少一個循環(huán)。再次可執(zhí)行電壓和電流波形82、84到測試下的切換元件52中的依次注入的多個循環(huán)，以創(chuàng)建測試條件，其與切換元件52的重復(fù)硬電流切換和軟電壓切換相同或極為類似。

圖15通過圖形形式圖示創(chuàng)建上述測試條件(其與切換元件52的硬電流切換和軟電壓切換相同或極為類似)的模擬結(jié)果。從圖15能夠看到，合成測試電路30能夠創(chuàng)建測試條件，其與切換元件52的硬電流切換和軟電壓切換(這例如在其在sbc中的使用期間發(fā)生)相同或極為類似。

圖16和圖17圖示圖1a的電壓和電流注入電路40、36的用來將相應(yīng)電壓和電流波形92、94注入到測試下的切換元件52中以創(chuàng)建測試條件(其與切換元件52在其在aac和sbc中的使用期間的實際服務(wù)中硬電流切換和硬電壓切換相同或極為類似)的操作。

如更早提及，aac和sbc布置的每個切換元件52在緊急情況或異常條件下可在單次和不頻繁的基礎(chǔ)上暴露于硬電壓和硬電流換向事件。

注入到測試下切換元件52中的單向電壓和雙向半正弦電流波形92、94按照與以上參照圖13和圖14所述的波形82、84相同的方式，除了單向電壓波形92的第一四分之一正弦部分開始在零值并且結(jié)束在峰值非零值以及單向電壓波形94的第二四分之一正弦部分開始在峰值非零值并且結(jié)束在零值來生成。

因此，如圖16和圖17所示，雙向半正弦電流波形94到測試下的切換元件52中的注入與單向電壓波形92到測試下的切換元件52中的注入之間的每個轉(zhuǎn)換在雙向半正弦電流波形94的非零值以及在單向電壓波形92的非零值進行。

圖18通過圖形形式圖示創(chuàng)建上述測試條件(其與切換元件52的硬電流切換和硬電壓切換相同或極為類似)的模擬結(jié)果。從圖18能夠看到，合成測試電路30能夠創(chuàng)建測試條件，其與切換元件52的硬電流切換和半電壓切換(這例如在其在aac和sbc中的使用期間發(fā)生)相同或極為類似。

鑒于上述，因此，電流和電壓注入電路36、40中的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的提供導(dǎo)致一種合成測試電路30，其不僅能夠執(zhí)行高質(zhì)量電氣測試，而且還具有用來對具有不同額定的大范圍的切換元件52執(zhí)行電氣測試的靈活性。這是因為，鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44使用逐步近似來生成跨其的電壓波形的能力允許電流和電壓注入電路36、40將變化電平的電流和電壓波形注入到測試下的切換元件52中，并且因而使合成測試電路30能夠電氣測試跨大范圍的額定的各種切換元件52。

另外，鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的模塊化布置意味著，鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中的模塊的數(shù)量能夠易于放大或縮小，以便將鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的電壓能力修改成匹配測試下的切換元件52的測試要求，而無需對合成測試電路30的整體設(shè)計進行顯著變化。

按照本發(fā)明的第二實施例的合成測試電路在圖19中示出，并且一般通過參考數(shù)字130來表示。圖19的合成測試電路的結(jié)構(gòu)和操作與圖1a和圖1b的合成測試電路30類似，并且相似特征共用相同參考數(shù)字。

圖19的合成測試電路130與圖1a和圖1b的合成測試電路30的不同之處在于，電流注入電路36的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的電壓額定超過電壓注入電路40的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的電壓額定。這允許操作電流注入電路36以便有選擇地提供阻斷電壓，以便將電流注入電路36與電壓注入電路40和測試下的切換元件52隔離，因而避免對隔離開關(guān)38的需要。

提供一種按照本發(fā)明的第三實施例的合成測試電路，其結(jié)構(gòu)和操作與圖1a和圖1b的合成測試電路30類似，并且相似特征共用相同參考數(shù)字。

按照本發(fā)明的第三實施例的合成測試電路與圖1a和圖1b的合成測試電路30的不同之處在于，在按照本發(fā)明的第三實施例的合成測試電路中，功率供應(yīng)單元100與電流注入電路36的每個模塊的電容器直接耦合，如圖20所示。

功率供應(yīng)單元100包含整流器，其將ac功率母線連接到每個電容器，以便將電容器保持在設(shè)置電壓并且抵銷損耗。每個整流器的使用準許向?qū)?yīng)的電容器供應(yīng)功率且從對應(yīng)的電容器去除能量。由于每個整流器可相對于其他電容器和地工作在不同電壓，所以相應(yīng)的隔離變壓器優(yōu)選地連接在每個整流器與ac功率母線之間。

提供一種按照本發(fā)明的第四實施例的合成測試電路，其結(jié)構(gòu)和操作與圖1a和圖1b的合成測試電路30類似，并且相似特征共用相同參考數(shù)字。

按照本發(fā)明的第四實施例的合成測試電路與圖1a和圖1b的合成測試電路30的不同之處在于，在按照本發(fā)明的第四實施例的合成測試電路中，功率供應(yīng)單元102與電流注入電路36中的電流源串聯(lián)連接，如圖21所示。

功率供應(yīng)單元102包含dc功率供應(yīng)裝置，其布置成將直流電壓vdc注入到電流注入電路36中。dc功率供應(yīng)裝置還布置成準許它在將直流電壓vdc注入到電流注入電路36中時傳導(dǎo)正電流idc。當例如要求電流idc流經(jīng)切換元件52的igbt時，可要求正電流的這種流動，如圖8所示。

功率供應(yīng)單元102的dc功率供應(yīng)裝置注入直流電壓vdc，其與注入到測試下的切換元件52中的電流波形的直流分量idc進行交互，以便提供將有效功率注入到合成測試電路中。操作電流注入電路36的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44，以便生成具有直流電壓分量的交流電壓波形，其與由功率供應(yīng)單元102所提供的波形相等但相反。由于功率供應(yīng)單元102和鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44傳導(dǎo)相同電流波形，所以從功率供應(yīng)單元102所輸出的功率被輸入到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中。然后通過有選擇地旁路模塊的電容器56以及將它們插入到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44中，在它們之間同等地共享所輸入的功率，使得每個電容器56接收適當量的能量，以例如補償其相應(yīng)的功率損耗。從圖21能夠看到，跨相應(yīng)的電感器42應(yīng)用的電壓不受從電流注入電路的功率供應(yīng)單元102到鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的功率的傳遞所影響。

如圖21所示，功率供應(yīng)單元102包含電感-電容濾波器l、c，其布置成對于由dc功率供應(yīng)裝置所注入的直流電壓vdc進行濾波，以及還包含控制單元106，其編程為控制dc功率供應(yīng)裝置，以便將直流電壓vdc注入到電流注入電路36中。dc功率供應(yīng)裝置的有源控制可用來將所注入的直流電壓vdc保持在預(yù)期電壓，以及阻尼或抵消產(chǎn)生于功率供應(yīng)單元102與合成測試電路的其余部分之間的交互的所注入的直流電壓vdc中的至少一個低頻振蕩。將領(lǐng)會，電感-電容濾波器l、c和控制單元106是可選特征。

提供一種按照本發(fā)明的第五實施例的合成測試電路，其結(jié)構(gòu)和操作與本發(fā)明的第四實施例的合成測試電路類似，并且相似特征共用相同參考數(shù)字。

按照本發(fā)明的第五實施例的合成測試電路與按照本發(fā)明的第四實施例的合成測試電路的不同之處在于，在按照本發(fā)明的第五實施例的合成測試電路的功率供應(yīng)單元108中，dc功率供應(yīng)裝置布置成準許在將直流電壓vdc注入到電流注入電路36中時傳導(dǎo)負電流idc，如圖22所示。當例如要求電流idc流經(jīng)切換元件52的反并聯(lián)連接二極管時，可要求負電流的這種流動，如圖8所示。因此，由按照本發(fā)明的第五實施例的合成測試電路中的dc功率供應(yīng)裝置所注入的直流電壓vdc的極性與按照本發(fā)明的第四實施例的合成測試電路中的dc功率供應(yīng)裝置所注入的直流電壓vdc相反。

提供一種按照本發(fā)明的第六實施例的合成測試電路，其組合本發(fā)明的第四和第五實施例的合成測試電路的特征，并且相似特征共用相同參考數(shù)字。

更具體來說，在按照本發(fā)明的第六實施例的合成測試電路中，功率供應(yīng)單元110包含第一和第二dc功率供應(yīng)裝置。第一dc功率供應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)和操作與按照本發(fā)明的第四實施例的合成測試電路的dc功率供應(yīng)裝置類似，以及第二dc功率供應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)和操作與按照本發(fā)明的第五實施例的合成測試電路的dc功率供應(yīng)裝置類似。

圖23示意示出功率供應(yīng)單元110的配置。

第一和第二dc功率供應(yīng)單元連接在第一與第二選擇器端子112、114之間，并且通過地連接來分隔。第一dc功率供應(yīng)單元連接在第一選擇器端子112與地連接之間，以及第二dc功率供應(yīng)單元連接在第二選擇器端子114與地連接之間。第一電感-電容濾波器l、c布置成對于由第一dc功率供應(yīng)裝置所注入的直流電壓vdc進行濾波，以及第二電感-電容濾波器l、c布置成對于由第二dc功率供應(yīng)裝置所注入的直流電壓vdc進行濾波。

功率供應(yīng)單元110還包含選擇器切換元件116，其與電流注入電路36中的電流源串聯(lián)連接。在使用中，控制單元106切換選擇器切換元件116以連接到第一或者第二選擇器端子112、114，使得將第一和第二dc功率供應(yīng)裝置中的一個接入具有電流注入電路36的電路中，并且同時將第一和第二dc功率供應(yīng)裝置的另一個切換出具有電流注入電路36的電路。

接入具有電流注入電路36的電路的dc功率供應(yīng)裝置能夠控制成將直流電壓vdc注入到電流注入電路36中。第一dc功率供應(yīng)裝置布置成準許它在將第一直流電壓vdc注入到電流注入電路36中時傳導(dǎo)正電流。第二dc功率供應(yīng)裝置布置成準許它在將第二直流電壓vdc注入到電流注入電路36中時傳導(dǎo)負電流。

按照本發(fā)明的第六實施例的合成測試電路的配置準許功率供應(yīng)單元110在將要注入到測試下的切換元件52中的電流波形的兩種方向上有選擇地對電流注入電路36的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的每個電容器進行充電。其中電流波形在兩種方向上注入到測試下的切換元件52中的示例在圖8中示出，其中當要求電流流經(jīng)切換元件52的igbt時，電流的方向為正的，并且當要求電流流經(jīng)切換元件52的反并聯(lián)連接二極管時，電流的方向為負的。

可選地，控制單元106可編程為切換選擇器切換元件116，以便將第一和第二dc功率供應(yīng)裝置交替接入具有電流注入電路36的電路，使得組合第一和第二直流電壓vdc，以便將交流電壓注入到電流注入電路36中。這準許功率供應(yīng)單元110在將交流波形iac注入到測試下的切換元件52中期間有選擇地對電流注入電路36的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的每個電容器進行充電。其中將交流波形iac注入到測試下的切換元件52中的示例在圖13和圖14中示出，其中將雙向半正弦電流波形84注入到測試下的切換元件52。

提供一種按照本發(fā)明的第七實施例的合成測試電路，其結(jié)構(gòu)和操作與按照本發(fā)明的第六實施例的合成測試電路類似，并且相似特征共用相同參考數(shù)字。

按照本發(fā)明的第七實施例的合成測試電路與按照本發(fā)明的第六實施例的合成測試電路的不同之處在于，在按照本發(fā)明的第七實施例的合成測試電路中，功率供應(yīng)單元118包含ac功率供應(yīng)裝置，而不是第一和第二dc功率供應(yīng)裝置、第一和第二電感-電容濾波器l、c以及選擇器切換元件116。ac功率供應(yīng)裝置布置成將交流電壓vac注入到電流注入電路36中，如圖24所示。

ac功率供應(yīng)裝置在功率供應(yīng)單元118中的提供還準許功率供應(yīng)單元118在將交流波形注入到測試下的切換元件52中期間有選擇地對電流注入電路36的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的每個電容器進行充電。

在本發(fā)明的第六和第七實施例的每個中，操作電流注入電路36的鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44，以便生成具有交流電壓分量的交流電壓波形，其與由功率供應(yīng)單元110、118所提供的波形相反但幅值相等。這導(dǎo)致由功率供應(yīng)單元110、118注入到電流注入電路36中的交流電壓的抵消，以便防止由功率供應(yīng)單元110、118所注入的交流電壓影響跨電感器42的電壓并且修改注入到測試下的切換元件52中的電流波形。

相應(yīng)的功率供應(yīng)單元100、102、108、110、118在合成測試電路中的使用準許鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44生成跨其的電壓波形的穩(wěn)定性能，因為功率供應(yīng)單元100、102、108、110、118向鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器44的電容器提供功率，以便抵銷因例如傳導(dǎo)和切換損耗引起的能量的損耗。實際上，功率供應(yīng)單元100、102、108、110、118可配置成將功率注入到電流注入電路36中，以便整體上抵銷合成測試電路中的功率損耗，這及時地將會引起鏈式鏈路轉(zhuǎn)換器的電容器的放電。

將領(lǐng)會，圖20至圖24所示的功率供應(yīng)單元100、102、108、110、118可適用于本發(fā)明的其他實施例。

在本發(fā)明的其他實施例中，設(shè)想電流注入電路36可包含多個并聯(lián)連接電流源。電流注入電路36中的并聯(lián)連接電流源的數(shù)量可變化以適配電流注入電路36的電流能力用于與測試下的測試元件52的電流額定和測試電流條件的相容性。

將領(lǐng)會，本說明書所述的切換元件52的上述類型和切換元件52的上述示范應(yīng)用只是選擇成圖示本發(fā)明的工作。相應(yīng)地，還將領(lǐng)會，本發(fā)明意圖擴展到合成測試電路30、130與其他類型的切換元件52(其可用于并不局限于hvdc功率傳輸?shù)念I(lǐng)域的其他類型的切換應(yīng)用)一起使用。

還將領(lǐng)會，本說明書所述的電壓和電流波形的形狀只是選擇成圖示本發(fā)明的工作。相應(yīng)地，還將領(lǐng)會，電壓和電流波形的其他形狀可與按照本發(fā)明的合成測試電路30、130一起使用。