CN107076799A - 合成测试电路 - Google Patents

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Abstract

一种用于对测试下的装置(52)执行电气测试的合成测试电路(30)，包括：可连接到测试下的装置(52)的端子(32，34)；电压注入电路(40)，可操作地连接到端子(32，34)，电压注入电路(40)包含电压源，电压源包含链式链路转换器，链式链路转换器包含多个模块，每个模块包含与至少一个能量存储装置所连接的多个模块开关；以及控制器(50)，配置成操作电压注入电路(40)的每个模块，以便有选择地旁路所述或每个对应能量存储装置，以及将所述或每个对应能量存储装置插入到链式链路转换器中，以便生成跨链式链路转换器的电压，并且由此操作电压注入电路(40)，以将单向电压波形注入到测试下的装置(52)。

Description

合成测试电路
本发明涉及一种用于对测试下的装置执行电气测试的合成测试电路，具体来说是一种用于对供在高压直流(HVDC)功率传输中使用的切换元件执行电气测试的合成测试电路。
已知采用合成测试电路来测试供在HVDC功率传输中使用的切换元件。术语“合成”用来描述测试电路，因为测试电路没有形成实际HVDC站转换器的组成部分，即，测试下的切换元件没有连接到实际HVDC站转换器(其传递有效实际功率)中。
按照本发明的一个方面，提供一种用于对测试下的装置执行电气测试的合成测试电路，包括：
可连接到测试下的装置的端子；
电压注入电路，可操作地连接到端子，该电压注入电路包含电压源，电压源包含链式链路转换器，链式链路转换器包含多个模块，每个模块包含至少一个能量存储装置；以及
控制器，配置成操作电压注入电路的每个模块，以便有选择地旁路所述或每个对应能量存储装置，以及将所述或每个对应能量存储装置插入到链式链路转换器中，使得生成跨链式链路转换器的电压，并且由此操作电压注入电路，以将单向电压波形注入到测试下的装置中。
按照本发明的另外的方面，提供一种用于对测试下的装置执行电气测试的合成测试电路，包括：
可连接到测试下的装置的端子；
电压注入电路，可操作地连接到端子，该电压注入电路包含电压源，电压源包含链式链路转换器，链式链路转换器包含多个模块，每个模块包含与至少一个能量存储装置所连接的多个模块开关；以及
控制器，配置成操作电压注入电路的每个模块，以便有选择地旁路所述或每个对应能量存储装置，以及将所述或每个对应能量存储装置插入到链式链路转换器中，使得生成跨链式链路转换器的电压，并且由此操作电压注入电路，以将单向电压波形注入到测试下的装置中。
链式链路转换器(其例如可包括多个串联连接模块)的结构经由插入各提供其自己的电压的多个模块的能量存储装置到链式链路转换器中来准许跨链式链路转换器的组合电压的积聚，其高于从其个别模块的每个可用的电压。以这种方式，链式链路转换器能够提供阶跃可变电压源，其准许使用逐步近似来生成跨链式链路转换器的电压波形。因此，链式链路转换器能够提供复合电压波形，以便使电压注入电路能够将大范围的单向电压波形注入到测试下的装置中，并且因此使合成测试电路能够易于并且可靠地创建测试电压条件，其与实际服务中电压条件相同或极为类似。更具体来说，电压注入电路将单向电压波形注入到测试下的装置中的操作准许合成测试电路易于并且可靠地创建测试单向电压条件，其与实际服务中单向电压条件相同或极为类似。
另外，链式链路转换器使用逐步近似来生成跨其的电压波形的能力允许电压注入电路将变化电平的单向电压波形注入到测试下的装置中，并且因而使合成测试电路能够电气测试跨大范围的装置额定的各种装置。
此外，链式链路转换器的模块化布置意味着，链式链路转换器中的模块的数量能够易于放大或缩小，以便将链式链路转换器的电压能力修改成匹配测试下的装置的测试要求，而无需对合成测试电路的整体设计进行显著变化。
因此，电压注入电路中的链式链路转换器的提供导致一种合成测试电路，其不仅能够执行高质量电气测试，而且还具有对具有不同装置额定的大范围的装置执行电气测试的灵活性。
在本发明的优选实施例中，电压源可以是单向电压源。电压注入源中的单向电压源的提供导致一种合成测试电路，其经过专门优化以用于将单向电压波形注入到测试下的装置中。
电压注入电路的链式链路转换器的每个模块的结构可改变，以满足测试下的装置的测试要求。
电压注入电路的每个模块可包含与所述或每个能量存储装置所连接的多个模块开关，以定义单极模块，其能够提供零或正电压。
可选地，电压注入电路的每个模块可包含按照半桥布置的与能量存储装置并联连接的多个模块开关，以定义单极模块，其能够提供零或正电压。
进一步优选地，电压注入电路的每个模块可包含按照半桥布置的与能量存储装置并联连接多个模块开关，以定义2象限单极模块，其能够提供零或正电压并且能够在两个方向上传导电流。
在本发明的实施例中，合成测试电路还可包含电流注入电路，其可操作地连接到端子，电流注入电路包含电流源，电流源包含链式链路转换器，链式链路转换器包含多个模块，每个模块包含至少一个能量存储装置。在这类实施例中，控制器可配置成操作电流注入电路的每个模块，以便有选择地旁路所述或每个对应能量存储装置，以及将所述或每个对应能量存储装置插入到链式链路转换器中，使得生成跨链式链路转换器的电压，并且由此操作电流注入电路，以将电流波形注入到测试下的装置中。
按照与电压注入电路的方式类似的方式，链式链路转换器的结构使电流注入电路能够将大范围的电流波形注入到测试下的装置中，并且因此使合成测试电路能够易于并且可靠地创建测试电流条件，其与实际服务中电流条件相同或极为类似。
常规合成测试电路利用大电容器、大电感器和高功率开关，其中电感器和电容器布置成工作在单个所定义的谐振频率(如通过组件值所设置)。使用谐振模式中的常规合成测试电路使高电压或高电流能够在谐振电路内创建，其被定向到测试对象。这种方式依靠电感器与电容器之间的能量的振荡交换，使得在零电流将所有电感器能量传递给电容器，以及在零电压将所有电容器能量传递给电感器。
在本发明的合成测试电路中，注入电路中的链式链路转换器用来形成测试电流和/或电压波形依靠与常规合成测试电路的操作模式完全不同的操作模式。更具体来说，注入到测试下的装置中的电流波形通过由链式链路转换器所生成的电压间接控制，注入到测试下的装置的电压波形通过由链式链路转换器所生成的电压直接控制，并且不存在对电感器与电容器之间的能量的大量交换的要求。
此外，链式链路转换器可包含晶体管，其具有比测试下的装置、例如晶闸管阀明显要低的电流额定。当使用电流注入电路中的链式链路转换器时，晶体管与测试下的装置之间的电流额定的失配能够经过诸如复合并行化和电流共享的各种技术来解决。而且，通常操作链式链路转换器，使得链式链路转换器整体上经受纯零能量交换，并且能够利用模块旋转，以便确保将其能量存储装置充电到预期值。
另外，关于本发明的合成测试电路，应用到测试下的装置的电流波形和/或电压波形的频率和形状经过其控制基于从链式链路转换器可用的有限电压阶跃能够是高度可变的，并且因此链式链路转换器的可控性准许将实际条件应用于测试下的装置。另一方面，在常规合成测试电路中，谐振电路在能够应用到测试对象的波形形状方面受到限制，并且因此只能够提供服务中条件的更少的近似。
在采用电流注入电路的使用的实施例中，控制器可配置成操作电流注入电路的每个模块，以便有选择地旁路所述或每个对应能量存储装置，以及将所述或每个对应能量存储装置插入到链式链路转换器中，使得生成跨链式链路转换器的电压，并且由此操作电流注入电路，以将电压波形注入到测试下的装置中。
操作电流注入电路以便将电压波形注入到测试下的装置中的能力为测试测试下的装置的电压能力提供另外的选项，因而增强合成测试电路的电气测试能力。
在本发明的另外的实施例中，电流源可以是双向电流源。这使电流注入电路能够将双向电流波形注入到测试下的装置中。
在本发明的还有另外的实施例中，电流源可包含连接到链式链路转换器的电感器。
电感器在电流源中的包含提供电流控制元件，以用于改进对于将电流波形注入到测试下的装置中的控制。
电流注入电路的链式链路转换器的每个模块的结构可改变，以满足测试下的装置的测试要求。
电流注入电路的每个模块可包含与所述或每个能量存储装置所连接的多个模块开关，以定义双极模块，其能够提供负、零或正电压。
可选地，电流注入电路的每个模块可包含按照全桥布置与能量存储装置并联连接的多个模块开关，以定义双极模块，其能够提供负、零或正电压。
进一步优选地，电流注入电路的每个模块可包含按照全桥布置的与能量存储装置并联连接的多个模块开关，以定义4象限双极模块，其能够提供负、零或正电压并且能够在两个方向上传导电流。
为了保证服务操作，装置必须符合各种测试要求。
在本发明的实施例中，控制器可配置成操作电压和电流注入电路，以便将单向电压波形和电流波形分别注入到测试下的装置，使得执行单向电压和电流波形到测试下的装置中的依次注入的至少一个循环，以及电压波形到测试下的装置中的诸如与电流波形到测试下的装置中的注入之间的转换在电流波形的非零、零或基本上零值以及在单向电压波形的非零、零或基本上零值进行。
在本发明的另外的实施例中，控制器配置成操作电流注入电路，以便将电压和电流波形注入到测试下的装置中，使得执行电压和电流波形到测试下的装置中的依次注入的至少一个循环，以及从电压波形到测试下的装置中的注入至电流波形到测试下的装置中的注入的转换在电流波形的非零、零或基本上零值以及在电压波形的非零、零或基本上零值进行。
控制器配置成实现执行电压和电流波形到测试下的装置中的依次注入的至少一个循环使合成测试电路能够创建测试条件，其与实际服务中条件相同或极为类似，其中装置遭遇变化电压与电流条件之间的转换。
例如，当装置是切换元件时，电压波形到测试下的切换元件中的注入与电流波形到测试下的切换元件中的注入之间的转换在下列值进行：
● 电流波形的零或基本上零值以及电压波形的零或基本上零值，以创建测试条件，其与切换元件的软电流切换和软电压切换相同或极为类似；
● 电流波形的零或基本上零值以及电压波形的非零值，以创建测试条件，其与切换元件的软电流切换和硬电压切换相同或极为类似；
● 电流波形的非零值以及电压波形的零或基本上零值，以创建测试条件，其与切换元件的硬电流切换和软电压切换相同或极为类似；以及
● 电流波形的非零值以及电压波形的非零值，以创建测试条件，其与切换元件的硬电流切换和硬电压切换相同或极为类似。
执行电压和电流波形到测试下的装置中的依次注入的单个循环准许创建测试条件，其与实际服务中条件(其在单次(single shot)或不频繁的基础上发生，例如在紧急情况或者异常情况下发生的那些条件)相同或极为类似。
执行电压和电流波形到测试下的装置中的依次注入的两个或更多循环准许创建测试条件，其与实际服务中条件(其在重复的基础上发生，例如在装置的正常操作期间发生的那些条件)相同或极为类似。
在本发明的还有另外的实施例中，控制器可配置成当操作电流注入电路以便将电流波形注入到测试下的装置时操作电压注入电路，以便有选择地准许所注入的电流波形流经电压注入电路，并且阻断所注入的电流波形流经电压注入电路，使得允许所注入的电流波形在测试下的装置与电压注入电路之间进行换向。
测试下的装置与电压注入电路之间的所注入的电流波形的这种换向为合成测试电路提供用于创建测试电流条件(其与实际服务中电流条件相同或极为类似，其中装置遭遇在电流波形的非零值的转换)的可靠手段。
合成测试电路可被定额用于对切换元件执行电气测试，切换元件优选地是供在高压直流(HVDC)功率传输中使用的切换元件。
合成测试电路还可包含隔离开关，其可切换以便在电压注入电路将单向电压波形注入到测试下的装置中时有选择地将电流注入电路与电压注入电路和测试下的装置隔离。隔离开关的提供准许电流注入装置配置为低压高电流注入电路，以及准许电压注入电路配置为低电流高压注入电路。
可选地，电流注入电路的链式链路转换器的电压额定可超过电压注入电路的链式链路转换器的电压额定。这允许电流注入电路有选择地提供阻断电压，以便将电流注入电路与电压注入电路和测试下的装置隔离，因而避免对隔离开关的需要。
可选地，合成测试电路还可包含功率供应单元，其中功率供应单元耦合到注入电路的链式链路转换器，使得准许功率供应单元有选择地对所述或每个能量存储装置进行充电。
功率供应单元可与每个模块的所述或每个能量存储装置直接耦合。例如，功率供应单元可包含整流器，其直接耦合到每个模块的所述或每个能量存储装置，并且其中整流器可连接到AC功率源。
备选地，功率供应单元可与注入电路中的链式链路转换器相连接，可选地，其中功率供应单元可与注入电路中的链式链路转换器串联连接。
功率供应单元可包含DC功率供应装置，其布置成将直流电压注入到注入电路中。
功率供应单元还可包含电感-电容滤波器，其布置成对由DC功率供应装置所注入的直流电压进行滤波。这提供可靠无源部件，其提供对所注入的直流电压的控制。
功率供应单元还可包含控制单元，其编程为控制DC功率供应装置将直流电压注入到注入电路中。这提供可靠有源部件，其提供对所注入的直流电压的控制。例如，控制单元可编程为控制DC功率供应装置来阻尼或抵消所注入的直流电压中的至少一个振荡(其可包含至少一个低频振荡)。
DC功率供应装置可布置成准许它在将直流电压注入到注入电路中时传导正或负电流。由DC功率供应装置所传导的电流的方向取决于将要注入到测试下的装置中的电流波形的方向。
在本发明的实施例中，功率供应单元可包含：第一DC功率供应装置，其布置成准许它在将第一直流电压注入到注入电路中时传导正电流；以及第二DC功率供应装置，其布置成准许它在将第二直流电压注入到注入电路中时传导负电流。在这类实施例中，功率供应单元可包含选择器切换元件，其可切换成将第一和第二DC功率供应装置中的一个接入具有注入电路的电路，并且同时将第一和第二DC功率供应装置的另一个切换出具有注入电路的电路。选择器切换元件可以是机械或半导体切换元件。
第一和第二DC功率供应装置以及选择器切换元件在功率供应装置中的提供准许功率供应单元在将要注入到测试下的装置中的电流波形的两个方向上有选择地对注入电路的链式链路转换器的所述或每个能量存储装置进行充电。
可选地，控制单元可编程为切换选择器切换元件，以便将第一和第二DC功率供应装置交替接入具有注入电路的电路，使得组合第一和第二直流电压，以便将交流电压注入到注入电路中。这准许功率供应单元在将交流波形注入到测试下的装置中期间有选择地对注入电路的链式链路转换器的所述或每个能量存储装置进行充电。
备选地，功率供应单元可包含AC功率供应装置，其布置成将交流电压注入到注入电路中。AC功率供应装置在功率供应单元中的提供还准许功率供应单元在将交流波形注入到测试下的装置期间有选择地对注入电路的链式链路转换器的所述或每个能量存储装置进行充电。
控制器可配置成操作注入电路的每个模块，以便有选择地旁路所述或每个对应能量存储装置，以及将所述或每个对应能量存储装置插入到链式链路转换器中，使得生成跨链式链路转换器的电压，其包含交流电压分量，其的幅值是相等的并且与由功率供应单元所注入的注入电路的交流电压相反。这导致由功率供应单元所注入的交流电压的抵消，使得防止由功率供应单元所注入的交流电压修改注入到测试下的装置的波形。
功率供应单元可配置成将功率注入到注入电路中，以抵销链式链路转换器中、注入电路中或合成测试电路中的功率损耗。这帮助确保在合成测试电路的操作期间的链式链路转换器的稳定性能。
现在作为非限制性示例、参照附图来描述本发明的优选实施例，其中：
图1a和图1b示意示出按照本发明的第一实施例的合成测试电路；
图2a和图2b分别示意示出4象限双极模块和2象限单极模块的结构；
图3和图4图示图2的电流和电压注入电路的基本操作；
图5和图6示意示出供在HVDC功率传输中使用的电压源转换器的示例；
图7图示通过交流臂转换器的逆变器和整流器模式的切换元件所遭遇的实际服务中软电流切换和软电压切换条件；
图8图示图1a的电压和电流注入电路的用来将相应电压和电流波形注入到测试下的切换元件以创建测试条件(其与图7的实际服务中软电流切换和软电压条件对应)的操作；
图9图示通过交流臂转换器(Alternate Arm Converter)的逆变器和整流器模式的切换元件所遭遇的实际服务中软电流切换和硬电压条件；
图10图示图1a的电压和电流注入电路的用来将相应电压和电流波形注入到测试下的切换元件以创建测试条件(其与图9的实际服务中软电流切换和硬电压条件对应)的操作；
图11图示图1a的电流注入电路的用来将电压和电流波形注入到测试下的切换元件以创建测试条件(其与图7的实际服务中软电流切换和软电压条件对应)的操作；
图12图示图1a的电压和电流注入电路的用来创建注入到测试下的切换元件的电流的阶跃变化以创建测试条件(其与实际服务中硬电流切换条件对应)的操作；
图13和图14图示图1a的电压和电流注入电路的用来将相应电压和电流波形注入到测试下的切换元件以创建测试条件(其与硬电流切换和软电压切换条件对应)的操作；
图15通过图形形式图示图13和图14的测试条件的创建的模拟结果；
图16和图17图示图1a的电压和电流注入电路的用来将相应电压和电流波形注入到测试下的切换元件以创建测试条件(其与硬电流切换和硬电压切换条件对应)的操作；
图18通过图形形式图示图16和图17的测试条件的创建的模拟结果；
图19示意示出按照本发明的第二实施例的合成测试电路；
图20示意示出按照本发明的第三实施例的合成测试电路；
图21示意示出按照本发明的第四实施例的合成测试电路；
图22示意示出按照本发明的第五实施例的合成测试电路；
图23示意示出按照本发明的第六实施例的合成测试电路；以及
图24示意示出按照本发明的第七实施例的合成测试电路。
按照本发明的第一实施例的合成测试电路在图1a和图1b中示出，并且一般通过参考数字30来表示。
合成测试电路30包括第一和第二端子32和34、电流注入电路36、隔离开关38以及电压注入电路40。如图1a和图1b所示，电流注入电路36与隔离开关38串联连接在第一与第二端子32、34之间，以及电压注入电路40连接在第一与第二端子32、34之间，并且由此与电流注入电路36和隔离开关38的串联连接并联连接。
电流注入电路36包含电流源。电流源包含电感器42和链式链路转换器44的串联连接。
电流注入电路的链式链路转换器44包含多个串联连接模块。每个模块包含两对模块开关54和采取电容器56的形式的能量存储装置。在每个模块中，该对模块开关54按照全桥布置的与电容器56并联连接，以定义4象限双极模块，其能够提供负、零或正电压并且能够在两个方向上传导电流。图2a示出4象限双极模块的结构。
通过改变对应模块开关54的状态，电流注入电路的每个模块的电容器56有选择地被旁路以及插入到链式链路转换器44中。这有选择地引导电流经过电容器56或者使电流旁路电容器56，使得模块提供负、零或正电压。
当模块开关54配置成形成电流通路(其使相应的链式链路转换器44中的电流旁路电容器56)时，旁路模块的电容器56，并且因此模块提供零电压，即，模块按照旁路模式来配置。
当模块开关54配置成允许相应的链式链路转换器44中的电流流入和流出电容器56时，模块的电容器56插入到相应的链式链路转换器44中。电容器56然后充电或者排放其存储能量，使得提供非零电压，即，模块按照非旁路模式来配置。模块开关的全桥布置准许模块开关54配置成使电流在任一方向上流入和流出电容器56，并且因此每个模块能够按照非旁路模式配置成提供负或正电压。
电压注入电路40包含电压源46。电压源46包含链式链路转换器44。
电压注入电路40的链式链路转换器44包含多个串联连接模块。每个模块包括一对模块开关54和采取电容器56的形式的能量存储装置。在每个模块中，该对模块开关54按照半桥布置的与电容器56并联连接，以定义2象限单极模块，其能够提供零或正电压并且能够在两个方向上传导电流。图2b示出2象限单极模块的结构。
通过改变对应模块开关54的状态，电压注入电路40的每个模块的电容器56有选择地被旁路以及插入到链式链路转换器44中。这有选择地引导电流经过电容器56或者使电流旁路电容器56，使得模块提供零或正电压。
当模块开关54配置成形成电流通路(其使相应的链式链路转换器44中的电流旁路电容器56)时，旁路模块的电容器56，并且因此模块提供零电压，即，模块按照旁路模式来配置。
当模块开关54配置成允许相应的链式链路转换器44中的电流流入和流出电容器56时，模块的电容器56插入到相应的链式链路转换器44中。电容器56然后充电或者排放其存储能量，以便提供正电压，即，模块按照非旁路模式来配置。
每个链式链路转换器44的结构经由插入各提供其自己的电压的多个模块的电容器56到每个链式链路转换器44中来准许跨每个链式链路转换器44的组合电压的积聚，其高于从其个别模块的每个可用的电压。以这种方式，每个链式链路转换器44能够提供阶跃可变电压源，其准许使用逐步近似来生成跨每个链式链路转换器44的电压波形。因此，每个链式链路转换器44能够提供复合电压波形。
每个模块开关54构成绝缘栅双极晶体管(IGBT)，其与二极管反并联连接。设想在本发明的其他实施例中，每个IGBT可由栅关断晶闸管、场效应晶体管、注入增强栅晶体管、集成栅换向晶闸管或者任何其他自换向切换装置来取代。
设想在本发明的其他实施例中，每个电容器56可由能够存储和释放能量的另一种类型的能量存储装置(例如蓄电池或燃料电池)来取代。
还设想，在本发明的其他实施例中，电流和电压注入电路36、40的每个可包含不同数量和/或布置的链式链路转换器44。
控制器50配置成控制每个模块的模块开关54的切换，以便有选择地旁路对应电容器56以及将对应电容器56插入到对应链式链路转换器44中，使得生成跨对应链式链路转换器44的电压。
控制器50还配置成控制隔离开关38的切换，以便将电流注入电路36接入和切换出具有第一和第二端子32、34的电路，使得有选择地将电流注入电路36与测试下的装置和电压注入电路40隔离。隔离开关38的提供准许电流注入装置36配置为低压高电流注入电路36，以及准许电压注入电路40配置为低电流高压注入电路40。
在使用中，测试下的切换元件52、即采取多个串联连接反并联对的IGBT和二极管形式的切换元件52(其在供HVDC功率传输中使用)连接在第一与第二端子32、34之间。
合成测试电路30如上所述的配置使电流注入电路36能够被操作以便将双向电流波形I注入到测试下的切换元件52(如图3所示)，并且使电压注入电路40能够被操作以便将单向电压波形V注入到测试下的切换元件52(如图4所示)。电流和电压波形的这类注入的循环可在预期频率(例如50 Hz)重复进行。
优选地，当操作电流注入电路36以便将双向电流波形I注入到测试下的切换元件52时，隔离开关38是闭合的，以及当操作电压注入电路40以便将单向电压波形V注入到测试下的切换元件52时，隔离开关38是打开的。而且优选地，当测试下的切换元件52是闭合的并且携带由电流注入电路所注入的正或负电流时，控制器50控制电压注入电路40的模块开关54的切换，以便阻断电流流经电压注入电路40，并且由此防止电压注入电路40的模块放电到测试下的切换元件52中。这意味着，将不要求合成测试电路30同时提供高电压和高电流，因而使切换元件52的电气测试期间所使用的功率量为最小。
图5和图6通过示意形式示出供在HVDC功率传输中使用的切换元件52的示范应用。
在图5所示的第一示范应用中，切换元件52形成交流臂转换器(AAC)的组成部分。AAC包含多个转换器分支58，其中的每个在第一与第二DC端子之间延伸，并且包含通过相应的AC端子所分隔的第一和第二分支部分。每个分支部分包含切换元件52，其与链式链路转换器60串联连接。每个链式链路转换器60包含多个串联连接模块，其中的每个可采取4象限双极模块或者2象限单极模块的形式。在使用中，每个分支部分的切换元件52可操作以便将对应分支部分接入和切换出对应AC与DC端子之间的电路。
在ACC的每个分支部分的这种切换期间，对应切换元件52在重复周期以零电流、通常以50 Hz的频率进行换向。
由每个切换元件52在其换向时所遇到的电压可以是零(或者基本上零)电压或者非零电压，这取决于无功功率与连接到AAC的AC端子的AC网络交换。如果与AC网络所交换的无功功率为零(或者基本上零)，则由每个切换元件52在其换向时所遇到的电压是零(或者基本上零)电压。如果与AC网络所交换的无功功率为非零，则由每个切换元件52在其换向时所遇到的电压是非零电压。
因此，在AAC的操作期间，每个切换元件52遭遇软电流切换和软电压切换或者软电流切换和硬电压切换。
在图6所示的第二示范应用中，切换元件52形成串联桥式转换器(SBC)的组成部分。SBC包含多个分支，其串联连接在DC端子(其可连接到DC网络)之间。每个分支包含相位元件62，其中的每个包含多个切换元件52，以互连DC网络和多相AC网络。更具体来说，多个切换元件52采取两个并联连接对的串联连接切换元件52的形式，由此每对串联连接切换元件52之间的结点定义供连接到多相AC网络的相应相的AC端子。每个分支还包含相应的第一子转换器64(其与电气块中的每个相位元件62串联连接)和相应的第二子转换器66(其与电气块并联连接)。在使用中，每个第一子转换器64可操作以充当波形合成器，以便修改提出给对应的相位元件62的DC侧的DC电压，以及每个第二子转换器66可操作以充当波形合成器，以便修改提出给DC网络的DC电压。
在SBC的每个分支部分的这种切换期间，对应的切换元件52在重复周期以零电压、通常以50 Hz的频率进行换向。
由每个切换元件52在其换向时所遇到的电流可以是零(或者基本上零)电流或者非零电流，这取决于无功功率与连接到SBC的AC端子的AC网络交换。如果与AC网络所交换的无功功率为零(或者基本上零)，则由每个切换元件52在其换向时所遇到的电流是零(或者基本上零)电流。如果与AC网络所交换的无功功率为非零，则由每个切换元件52在其换向时所遇到的电流是非零电流。
因此，在SBC的操作期间，每个切换元件52遭遇软电流切换和软电压切换或者硬电流切换和软电压切换。
每个切换元件52的软切换有利地导致切换元件52的设计的最小化切换损耗(即，高效率)和简化。
另外，每个切换元件52在其在AAC和SBC布置中的使用期间遇到正弦电压和电流波形的部分。由每个切换元件52所遇到的电压因每个切换元件52中的反并联连接二极管的存在而是单向的。由每个切换元件52所遇到的电流为交流，其在一个方向上流经IGBT并且在反向方向上流经反并联二极管。
AAC和SBC布置的每个切换元件52在紧急情况或异常条件下可在单次和不频繁的基础上遭受硬电压和硬电流换向事件。
因此，切换元件52在其在AAC和SBC布置中的使用期间遭遇大范围的实际服务中电流和电压条件。
通常，切换元件52必须符合各种测试要求(其与实际服务中电流和电压条件相同或极为类似)，以便保证服务操作。
因此，为了检查切换元件52是否符合这类测试要求，控制合成测试电路30对切换元件52执行电气测试，其涉及包含下列一个或多个的测试条件的创建：
● 表示实际服务中操作的正弦电流和电压波形；
● 单向正电压波形；
● 双向电流波形；
● 表示重复零电流切换和零电压切换的电流和电压波形；
● 表示重复零电流切换和硬电压切换的电流和电压波形；
● 表示重复硬电流切换和零电压切换的电流和电压波形；
● 表示单次(非重复)硬电流切换和硬电压切换的电流和电压波形。
链式链路转换器44提供跨其的复合电压波形的能力使电流和电压注入电路36、40能够将大范围的电流和电压波形注入到测试下的切换元件52，并且因此使合成测试电路30能够易于并且可靠地创建测试电流和电压条件，其与上述实际服务中电流和电压条件相同或极为类似。
图7图示由切换元件52在它经受AAC和SBC布置的逆变器和整流器模式中的软电流切换和软电压切换时所遭遇的实际服务中电压和电流条件。
为了创建测试电流和电压条件(其与图7所示实际服务中电流和电压条件相同或极为类似)，控制器50控制电压和电流注入电路40、36的模块开关54的切换，以便将单向电压波形68和单向半正弦电流波形70分别注入到测试下的切换元件52中，使得执行单向电压和电流波形68、70到测试下的切换元件52的依次注入的至少一个循环，如图8所示。
当切换元件52是闭合的时，控制器50操作电流注入电路36的每个模块，以便有选择地旁路每个对应的电容器56以及将每个对应电容器56插入到链式链路转换器44中，使得生成跨链式链路转换器44的电压，因而修改跨电感器42的电压72，使得控制所注入的电流波形70的形状和极性。
将跨电感器42的电压72控制成具有零平均分量，并且开始于正段或负段，使得控制注入到切换元件52中的电流的方向。
在所示实施例中，当要求电流流经切换元件52的IGBT时，电流的方向为正的，以及当要求电流流经切换元件52的反并联连接二极管时，电流的方向为负的。
以这种方式，操作电流注入电路36，以便将半正弦电流波形70注入到测试下的切换元件52中。同时，操作电压注入电路40，以便阻挡电流流经其中。
当在测试下的切换元件52流动的电流达到零(或者基本上零)时，控制器50打开隔离开关38，以便将电流注入电路36切换出具有第一和第二端子32、34的电路，使得有选择地将电流注入电路36与测试下的切换元件52和电压注入电路40隔离，并且控制器50操作电压注入电路40的每个模块，以便有选择地旁路每个对应的电容器56以及将每个对应的电容器56插入到链式链路转换器44中，使得生成跨链式链路转换器44的电压，并且由此将单向半正弦电压波形注入到测试下的切换元件52中。
如图8所示，电流波形70到测试下的切换元件52中的注入与电压波形68到测试下的切换元件52中的注入之间的转换在电流波形70的零或基本上零值以及在单向电压波形68的零或基本上零值进行，因而模拟软电流切换和软电压切换条件。
按照上述方式，操作电压和电流注入电路40、36，以便将单向半正弦电压波形68和单向半正弦电流波形70分别注入到测试下的切换元件52，使得执行单向电压和电流波形68、70到测试下的切换元件52的依次注入的至少一个循环。可执行电压和电流波形68、70到测试下的切换元件52的依次注入的多个循环，以创建测试条件，其与切换元件52的重复软电流切换和软电压切换相同或极为类似。
因此，合成测试电路30能够创建测试条件，其与切换元件52的软电流切换和软电压切换(其例如在其在AAC和SBC中的使用期间发生)相同或极为类似。
图9图示由每个切换元件52在它经受AAC的逆变器和整流器模式中的软电流切换和硬电压切换时所遭遇的实际服务中电压和电流条件。
当与AC网络所交换的无功功率为非零时，AAC的每个切换元件52在零电流换向，并且恢复到阶跃电压、即非零电压。另外，当DC有源谐波滤波应用到AAC时，每个切换元件52的传导周期例如在50 Hz的频率从每重复循环的180电度增加到240度。这使所注入的电流波形74从半正弦电流波形改变成更为复合的电流波形，其包含IGBT和二极管传导的发生之间的快速变化。
为了创建测试电流和电压条件(其与图9所示的实际服务中电流和电压条件相同或极为类似)，控制器50控制电压和电流注入电路40、36的模块开关54的切换，以便将单向电压波形76和双向电流波形74分别注入到测试下的切换元件52中，使得执行单向电压和双向电流波形76、74到测试下的切换元件52的依次注入的至少一个循环，如图10所示。
当切换元件52是闭合的时，控制器50操作电流注入电路36的每个模块，以便有选择地旁路每个对应的电容器54以及将每个对应的电容器54插入到链式链路转换器44中，使得生成跨链式链路转换器44的电压，因而修改跨电感器42的电压78，使得控制所注入的电流波形74的形状和极性。
跨电感器42的电压78包含多个连续电压部分，其中的每个控制成具有零平均分量，并且开始于正段或负段，以便控制注入到切换元件52中的电流的方向。
在跨电感器42的一个示范电压78中，跨电感器42的电压78开始于第一电压部分(其开始于负段并且结束于正段)，继续进行第二电压部分(其开始于正段并且结束于负段)，以及结束于第三电压部分(其开始于负段并且结束于正段)。因此，注入到测试下的切换元件52中的双向电流波形74开始于负的第一电流部分(其对应于第一电压部分)，继续进行正的第二电流部分(其对应于第二电压部分)，以及结束于负的第三电流部分(其对应于第三电压部分)。当要求电流流经切换元件52的IGBT时，电流的方向为正的，以及当要求电流流经切换元件52的反并联连接二极管时，电流的方向为负的。
在跨电感器42的另一个示范电压78中，跨电感器42的电压78开始于第一电压部分(其开始于正段并且结束于负段)，继续进行第二电压部分(其开始于负段并且结束于正段)，以及结束于第三电压部分(其开始于正段并且结束于负段)。因此，注入到测试下的切换元件52的双向电流波形74开始于正的第一电流部分(其对应于第一电压部分)，继续进行负的第二电流部分(其对应于第二电压部分)，以及结束于正的第三电流部分(其对应于第三电压部分)。
以这种方式，操作电流注入电路36，以便将双向电流波形74注入到测试下的切换元件52中。同时，操作电压注入电路40，以便阻断电流流经其中。
当在测试下的切换元件52中流动的电流在第三电流部分结束时达到零(或者基本上零)时，控制器50打开隔离开关38，以便将电流注入电路36切换出具有第一和第二端子32、34的电路，使得有选择地将电流注入电路36与测试下的切换元件52和电压注入电路40隔离，并且控制器50操作电压注入电路40的每个模块，以便有选择地旁路每个对应的电容器54以及将每个对应的电容器54插入到链式链路转换器44中，使得生成跨链式链路转换器44的电压，并且由此将单向半正弦电压波形76注入到测试下的切换元件52中。
如图10所示，双向电流波形74到测试下的切换元件52的注入与单向电压波形76到测试下的切换元件52的注入之间的转换在双向电流波形74的零或基本上零值以及在单向电压波形76的非零值进行，因而模拟软电流切换和硬电压切换条件。
按照上述方式，操作电压和电流注入电路40、36，以便将单向电压波形76和双向电流波形74分别注入到测试下的切换元件52中，使得执行单向电压和双向电流波形76、74到测试下的切换元件52的依次注入的至少一个循环。可执行电压和电流波形76、74到测试下的切换元件52的依次注入的多个循环，以创建测试条件，其与切换元件的重复软电流切换和硬电压切换相同或极为类似。
因此，合成测试电路30能够创建测试条件，其与切换元件52的软电流切换和硬电压切换(其例如在其在AAC中的使用期间发生)相同或极为类似。
图11图示电流注入电路36的用来将电压和电流波形68、70注入到测试下的切换元件52中以模拟图7的实际服务中电压和电流波形的操作。
具体来说，控制器50操作电流注入电路36，以便将电压和电流波形68、70注入到测试下的切换元件52中，使得执行电压和电流波形68、70到测试下的切换元件52的依次注入的至少一个循环。同时，操作电压注入电路40，以便阻断电流流经其中。
所注入的电压和电流波形68、70的形状与以上参照图8所述的波形相同。
可改变电流注入电路的链式链路转换器44中的模块的数量，以修改链式链路转换器44的电压额定，以便满足测试下切换元件52的电压测试要求。
图12图示电压和电流注入电路40、36的用来创建注入到测试下切换元件52的电流的阶跃变化以创建测试条件(其与实际服务中硬电流切换条件对应)的操作。
当所要求的测试条件涉及在非零电流(直到峰值定额电流)下接通或关断切换元件52时，控制器50可操作电流注入电路36，以便将连续正弦电流波形80注入到测试下的切换元件52中。同时，控制器50操作电压注入电路40，以便有选择地准许所注入的电流波形80流经电压注入电路40，并且阻断所注入的电流波形流经电压注入电路40。通过以这种方式操作电压注入电路40，允许所注入的电流波形80在测试下的切换元件52与电压注入电路40(如图12所示)之间进行换向，使得使测试下的切换元件52遭遇电流的阶跃变化，并且由此使切换元件52遭遇硬电流切换。
测试下的切换元件52与电压注入电路40之间的所注入的电流波形80的这种换向克服了由电感器42在允许创建硬电流切换测试条件所要求的电流的阶跃变化方面所面临的困难，并且由此为合成测试电路30提供用于创建测试电流条件(其与实际服务中电流条件相同或极为类似，其中切换元件52遭遇在电流波形80的非零值的转换)的可靠手段。
图13和图14图示电压和电流注入电路40、36的用来将相应的电压和电流波形82、84注入到测试下的切换元件52以创建测试条件(其与切换元件52在其在SBC中的使用期间的实际服务中硬电流切换和软电压切换相同或极为类似)的操作。
为了创建这类测试电流和电压条件，控制器50控制电压和电流注入电路40、36的模块开关54的切换，以便将单向电压波形82和双向半正弦电流波形84分别注入到测试下的切换元件52中，使得执行单向电压和双向电流波形82、84到测试下的切换元件52的依次注入的至少一个循环，如图14所示。
控制器50操作电流注入电路36的每个模块，以便有选择地旁路每个对应的电容器54以及将每个对应的电容器54插入到链式链路转换器44中，使得生成跨链式链路转换器44的电压86，因而修改跨电感器42的电压88，使得控制所注入的电流波形84的形状和极性。跨电感器42的电压88控制为采取连续正弦电压波形88的形式，其超前电感器42中流动的所合成的连续正弦电流波形(90)90电度。电感器42中流动的连续正弦电流波形90开始于正和负电流段中的一个，并且结束于正和负电流段的另一个(正段或负段)，使得控制注入到切换元件52的电流的方向。
最初，控制器50操作电压注入电路40的每个模块，以便有选择地旁路对应的电容器56以及将每个对应的电容器56插入到链式链路转换器44中，使得生成跨链式链路转换器44的电压，并且由此将单向电压波形82的第一四分之一正弦部分注入到测试下的切换元件52中。单向电压波形82的第一四分之一正弦部分开始于峰值非零值并且结束于零值。同时，控制器50操作电压注入电路40，以准许所注入的电流波形84流经电压注入电路，并且由此使所注入的电流波形84以与以上参照图12所述的相同方式旁路测试下的切换元件52。
当注入到测试下的切换元件52的单向电压波形82的第一四分之一正弦部分达到其零值时，控制器50操作电压注入电路40，以阻断所注入的电流波形84流经，并且由此准许所注入的电流波形84从电压注入电路换向到测试下的切换元件52，因而允许所注入的电流波形84流经测试下的切换元件52。这又使测试下的切换元件52遭遇电流的阶跃变化，并且由此使切换元件52能够遭遇硬电流切换。
相应地，注入到测试下的切换元件52的双向半正弦电流波形84开始于正和负电流段中的一个，并且结束于正和负电流段的另一个。双向半正弦电流波形84开始在一个峰值非零值处，并且结束在另一个峰值非零值处。当要求电流流经切换元件52的IGBT时，电流的方向为正的，以及当要求电流流经切换元件52的反并联连接二极管时，电流的方向为负的。
当在测试下的切换元件52中流动的电流达到其第二峰值非零值时，控制器50操作电压注入电路40，以准许所注入的电流波形84流经电压注入电路40，并且由此使所注入的电流波形84从测试下的切换元件52换向到电压注入电路40，因而允许所注入的电流波形84再次旁路测试下的切换元件52。这又使测试下的切换元件52遭遇电流的另一个阶跃变化。
控制器50然后操作电压注入电路40的每个模块，以便有选择地旁路每个对应的电容器56以及将每个对应的电容器56插入到链式链路转换器44中，使得生成跨链式链路转换器44的电压，并且由此再次将单向电压波形82的第二四分之一正弦部分注入到测试下的切换元件52中。单向电压波形82的第二四分之一正弦部分开始在零值并且结束在峰值非零值。
如图13所示，双向半正弦电流波形84到测试下的切换元件52中的注入与单向电压波形82到测试下的切换元件52中的注入之间的每个转换在双向半正弦电流波形84的非零值以及在单向电压波形82的零或基本上零值进行。
为了提供电感器42中的连续正弦电流波形90并且将双向半正弦电流波形84注入到测试下的切换元件52中，操作电流注入电路的链式链路转换器44，以生成跨其的电压波形86，其是跨电感器的电压88与跨测试下的切换元件52的电压的总和。
按照上述方式，操作电压和电流注入电路40、36，以便将单向电压波形82和双向半正弦电流波形84分别注入到测试下的切换元件52中，使得执行单向电压和双向电流波形82、84到测试下切换元件52中的依次注入的至少一个循环。再次可执行电压和电流波形82、84到测试下的切换元件52中的依次注入的多个循环，以创建测试条件，其与切换元件52的重复硬电流切换和软电压切换相同或极为类似。
图15通过图形形式图示创建上述测试条件(其与切换元件52的硬电流切换和软电压切换相同或极为类似)的模拟结果。从图15能够看到，合成测试电路30能够创建测试条件，其与切换元件52的硬电流切换和软电压切换(这例如在其在SBC中的使用期间发生)相同或极为类似。
图16和图17图示图1a的电压和电流注入电路40、36的用来将相应电压和电流波形92、94注入到测试下的切换元件52中以创建测试条件(其与切换元件52在其在AAC和SBC中的使用期间的实际服务中硬电流切换和硬电压切换相同或极为类似)的操作。
如更早提及，AAC和SBC布置的每个切换元件52在紧急情况或异常条件下可在单次和不频繁的基础上暴露于硬电压和硬电流换向事件。
注入到测试下切换元件52中的单向电压和双向半正弦电流波形92、94按照与以上参照图13和图14所述的波形82、84相同的方式，除了单向电压波形92的第一四分之一正弦部分开始在零值并且结束在峰值非零值以及单向电压波形94的第二四分之一正弦部分开始在峰值非零值并且结束在零值来生成。
因此，如图16和图17所示，双向半正弦电流波形94到测试下的切换元件52中的注入与单向电压波形92到测试下的切换元件52中的注入之间的每个转换在双向半正弦电流波形94的非零值以及在单向电压波形92的非零值进行。
图18通过图形形式图示创建上述测试条件(其与切换元件52的硬电流切换和硬电压切换相同或极为类似)的模拟结果。从图18能够看到，合成测试电路30能够创建测试条件，其与切换元件52的硬电流切换和半电压切换(这例如在其在AAC和SBC中的使用期间发生)相同或极为类似。
鉴于上述，因此，电流和电压注入电路36、40中的链式链路转换器44的提供导致一种合成测试电路30，其不仅能够执行高质量电气测试，而且还具有用来对具有不同额定的大范围的切换元件52执行电气测试的灵活性。这是因为，链式链路转换器44使用逐步近似来生成跨其的电压波形的能力允许电流和电压注入电路36、40将变化电平的电流和电压波形注入到测试下的切换元件52中，并且因而使合成测试电路30能够电气测试跨大范围的额定的各种切换元件52。
另外，链式链路转换器44的模块化布置意味着，链式链路转换器44中的模块的数量能够易于放大或缩小，以便将链式链路转换器44的电压能力修改成匹配测试下的切换元件52的测试要求，而无需对合成测试电路30的整体设计进行显著变化。
按照本发明的第二实施例的合成测试电路在图19中示出，并且一般通过参考数字130来表示。图19的合成测试电路的结构和操作与图1a和图1b的合成测试电路30类似，并且相似特征共用相同参考数字。
图19的合成测试电路130与图1a和图1b的合成测试电路30的不同之处在于，电流注入电路36的链式链路转换器44的电压额定超过电压注入电路40的链式链路转换器44的电压额定。这允许操作电流注入电路36以便有选择地提供阻断电压，以便将电流注入电路36与电压注入电路40和测试下的切换元件52隔离，因而避免对隔离开关38的需要。
提供一种按照本发明的第三实施例的合成测试电路，其结构和操作与图1a和图1b的合成测试电路30类似，并且相似特征共用相同参考数字。
按照本发明的第三实施例的合成测试电路与图1a和图1b的合成测试电路30的不同之处在于，在按照本发明的第三实施例的合成测试电路中，功率供应单元100与电流注入电路36的每个模块的电容器直接耦合，如图20所示。
功率供应单元100包含整流器，其将AC功率母线连接到每个电容器，以便将电容器保持在设置电压并且抵销损耗。每个整流器的使用准许向对应的电容器供应功率且从对应的电容器去除能量。由于每个整流器可相对于其他电容器和地工作在不同电压，所以相应的隔离变压器优选地连接在每个整流器与AC功率母线之间。
提供一种按照本发明的第四实施例的合成测试电路，其结构和操作与图1a和图1b的合成测试电路30类似，并且相似特征共用相同参考数字。
按照本发明的第四实施例的合成测试电路与图1a和图1b的合成测试电路30的不同之处在于，在按照本发明的第四实施例的合成测试电路中，功率供应单元102与电流注入电路36中的电流源串联连接，如图21所示。
功率供应单元102包含DC功率供应装置，其布置成将直流电压VDC注入到电流注入电路36中。DC功率供应装置还布置成准许它在将直流电压VDC注入到电流注入电路36中时传导正电流IDC。当例如要求电流IDC流经切换元件52的IGBT时，可要求正电流的这种流动，如图8所示。
功率供应单元102的DC功率供应装置注入直流电压VDC，其与注入到测试下的切换元件52中的电流波形的直流分量IDC进行交互，以便提供将有效功率注入到合成测试电路中。操作电流注入电路36的链式链路转换器44，以便生成具有直流电压分量的交流电压波形，其与由功率供应单元102所提供的波形相等但相反。由于功率供应单元102和链式链路转换器44传导相同电流波形，所以从功率供应单元102所输出的功率被输入到链式链路转换器44中。然后通过有选择地旁路模块的电容器56以及将它们插入到链式链路转换器44中，在它们之间同等地共享所输入的功率，使得每个电容器56接收适当量的能量，以例如补偿其相应的功率损耗。从图21能够看到，跨相应的电感器42应用的电压不受从电流注入电路的功率供应单元102到链式链路转换器44的功率的传递所影响。
如图21所示，功率供应单元102包含电感-电容滤波器L、C，其布置成对于由DC功率供应装置所注入的直流电压VDC进行滤波，以及还包含控制单元106，其编程为控制DC功率供应装置，以便将直流电压VDC注入到电流注入电路36中。DC功率供应装置的有源控制可用来将所注入的直流电压VDC保持在预期电压，以及阻尼或抵消产生于功率供应单元102与合成测试电路的其余部分之间的交互的所注入的直流电压VDC中的至少一个低频振荡。将领会，电感-电容滤波器L、C和控制单元106是可选特征。
提供一种按照本发明的第五实施例的合成测试电路，其结构和操作与本发明的第四实施例的合成测试电路类似，并且相似特征共用相同参考数字。
按照本发明的第五实施例的合成测试电路与按照本发明的第四实施例的合成测试电路的不同之处在于，在按照本发明的第五实施例的合成测试电路的功率供应单元108中，DC功率供应装置布置成准许在将直流电压VDC注入到电流注入电路36中时传导负电流IDC，如图22所示。当例如要求电流IDC流经切换元件52的反并联连接二极管时，可要求负电流的这种流动，如图8所示。因此，由按照本发明的第五实施例的合成测试电路中的DC功率供应装置所注入的直流电压VDC的极性与按照本发明的第四实施例的合成测试电路中的DC功率供应装置所注入的直流电压VDC相反。
提供一种按照本发明的第六实施例的合成测试电路，其组合本发明的第四和第五实施例的合成测试电路的特征，并且相似特征共用相同参考数字。
更具体来说，在按照本发明的第六实施例的合成测试电路中，功率供应单元110包含第一和第二DC功率供应装置。第一DC功率供应装置的结构和操作与按照本发明的第四实施例的合成测试电路的DC功率供应装置类似，以及第二DC功率供应装置的结构和操作与按照本发明的第五实施例的合成测试电路的DC功率供应装置类似。
图23示意示出功率供应单元110的配置。
第一和第二DC功率供应单元连接在第一与第二选择器端子112、114之间，并且通过地连接来分隔。第一DC功率供应单元连接在第一选择器端子112与地连接之间，以及第二DC功率供应单元连接在第二选择器端子114与地连接之间。第一电感-电容滤波器L、C布置成对于由第一DC功率供应装置所注入的直流电压VDC进行滤波，以及第二电感-电容滤波器L、C布置成对于由第二DC功率供应装置所注入的直流电压VDC进行滤波。
功率供应单元110还包含选择器切换元件116，其与电流注入电路36中的电流源串联连接。在使用中，控制单元106切换选择器切换元件116以连接到第一或者第二选择器端子112、114，使得将第一和第二DC功率供应装置中的一个接入具有电流注入电路36的电路中，并且同时将第一和第二DC功率供应装置的另一个切换出具有电流注入电路36的电路。
接入具有电流注入电路36的电路的DC功率供应装置能够控制成将直流电压VDC注入到电流注入电路36中。第一DC功率供应装置布置成准许它在将第一直流电压VDC注入到电流注入电路36中时传导正电流。第二DC功率供应装置布置成准许它在将第二直流电压VDC注入到电流注入电路36中时传导负电流。
按照本发明的第六实施例的合成测试电路的配置准许功率供应单元110在将要注入到测试下的切换元件52中的电流波形的两种方向上有选择地对电流注入电路36的链式链路转换器的每个电容器进行充电。其中电流波形在两种方向上注入到测试下的切换元件52中的示例在图8中示出，其中当要求电流流经切换元件52的IGBT时，电流的方向为正的，并且当要求电流流经切换元件52的反并联连接二极管时，电流的方向为负的。
可选地，控制单元106可编程为切换选择器切换元件116，以便将第一和第二DC功率供应装置交替接入具有电流注入电路36的电路，使得组合第一和第二直流电压VDC，以便将交流电压注入到电流注入电路36中。这准许功率供应单元110在将交流波形IAC注入到测试下的切换元件52中期间有选择地对电流注入电路36的链式链路转换器的每个电容器进行充电。其中将交流波形IAC注入到测试下的切换元件52中的示例在图13和图14中示出，其中将双向半正弦电流波形84注入到测试下的切换元件52。
提供一种按照本发明的第七实施例的合成测试电路，其结构和操作与按照本发明的第六实施例的合成测试电路类似，并且相似特征共用相同参考数字。
按照本发明的第七实施例的合成测试电路与按照本发明的第六实施例的合成测试电路的不同之处在于，在按照本发明的第七实施例的合成测试电路中，功率供应单元118包含AC功率供应装置，而不是第一和第二DC功率供应装置、第一和第二电感-电容滤波器L、C以及选择器切换元件116。AC功率供应装置布置成将交流电压VAC注入到电流注入电路36中，如图24所示。
AC功率供应装置在功率供应单元118中的提供还准许功率供应单元118在将交流波形注入到测试下的切换元件52中期间有选择地对电流注入电路36的链式链路转换器的每个电容器进行充电。
在本发明的第六和第七实施例的每个中，操作电流注入电路36的链式链路转换器44，以便生成具有交流电压分量的交流电压波形，其与由功率供应单元110、118所提供的波形相反但幅值相等。这导致由功率供应单元110、118注入到电流注入电路36中的交流电压的抵消，以便防止由功率供应单元110、118所注入的交流电压影响跨电感器42的电压并且修改注入到测试下的切换元件52中的电流波形。
相应的功率供应单元100、102、108、110、118在合成测试电路中的使用准许链式链路转换器44生成跨其的电压波形的稳定性能，因为功率供应单元100、102、108、110、118向链式链路转换器44的电容器提供功率，以便抵销因例如传导和切换损耗引起的能量的损耗。实际上，功率供应单元100、102、108、110、118可配置成将功率注入到电流注入电路36中，以便整体上抵销合成测试电路中的功率损耗，这及时地将会引起链式链路转换器的电容器的放电。
将领会，图20至图24所示的功率供应单元100、102、108、110、118可适用于本发明的其他实施例。
在本发明的其他实施例中，设想电流注入电路36可包含多个并联连接电流源。电流注入电路36中的并联连接电流源的数量可变化以适配电流注入电路36的电流能力用于与测试下的测试元件52的电流额定和测试电流条件的相容性。
将领会，本说明书所述的切换元件52的上述类型和切换元件52的上述示范应用只是选择成图示本发明的工作。相应地，还将领会，本发明意图扩展到合成测试电路30、130与其他类型的切换元件52(其可用于并不局限于HVDC功率传输的领域的其他类型的切换应用)一起使用。
还将领会，本说明书所述的电压和电流波形的形状只是选择成图示本发明的工作。相应地，还将领会，电压和电流波形的其他形状可与按照本发明的合成测试电路30、130一起使用。

Claims (28)

1.一种用于对测试下的装置执行电气测试的合成测试电路，包括：
可连接到所述测试下的装置的端子；
电压注入电路，可操作地连接到所述端子，所述电压注入电路包含电压源，所述电压源包含链式链路转换器，所述链式链路转换器包含多个模块，每个模块包含与至少一个能量存储装置所连接的多个模块开关；以及
控制器，配置成操作所述电压注入电路的每个模块，以便有选择地旁路所述或每个对应能量存储装置，以及将所述或每个对应能量存储装置插入到所述链式链路转换器中，以便生成跨所述链式链路转换器的电压，并且由此操作所述电压注入电路，以将单向电压波形注入到所述测试下的装置。
2.如任何前述权利要求所述的合成测试电路，其中，所述电压源是单向电压源。
3.如任何前述权利要求所述的合成测试电路，其中，所述电压注入电路的每个模块包含与所述或每个能量存储装置所连接的多个模块开关，以定义单极模块，其能够提供零或正电压，可选地，其中所述电压注入电路的每个模块包含按照半桥布置的与能量存储装置并联连接的多个模块开关，以定义单极模块，其能够提供零或正电压，以及进一步可选地，其中所述电压注入电路的每个模块包含按照半桥布置的与能量存储装置并联连接的多个模块开关，以定义2象限单极模块，其能够提供零或正电压，并且能够在两个方向上传导电流。
4.如任何前述权利要求所述的合成测试电路，还包含电流注入电路，其可操作地连接到所述端子，所述电流注入电路包含电流源，所述电流源包含链式链路转换器，所述链式链路转换器包含多个模块，每个模块包含至少一个能量存储装置，
其中所述控制器配置成操作所述电流注入电路的每个模块，以便有选择地旁路所述或每个对应能量存储装置，以及将所述或每个对应能量存储装置插入到所述链式链路转换器中，以便生成跨所述链式链路转换器的电压，并且由此操作所述电流注入电路，以将电流波形注入到所述测试下的装置。
5.如权利要求4所述的合成测试电路，其中，所述控制器配置成操作所述电流注入电路的每个模块，以便有选择地旁路所述或每个对应能量存储装置，以及将所述或每个对应能量存储装置插入到所述链式链路转换器中，以便生成跨所述链式链路转换器的电压，并且由此操作所述电流注入电路，以将电压波形注入到所述测试下的装置。
6.如权利要求4或5所述的合成测试电路，其中，所述电流源是双向电流源。
7.如权利要求4至6中的任何所述的合成测试电路，其中，所述电流源包含连接到所述链式链路转换器的电感器。
8.如权利要求4至7中的任何所述的合成测试电路，其中，所述电流注入电路的每个模块包含与所述或每个能量存储装置所连接的多个模块开关，以定义双极模块，其能够提供负、零或正电压，可选地，其中所述电流注入电路的每个模块包含按照全桥布置的与能量存储装置并联连接的多个模块开关，以定义双极模块，其能够提供负、零或正电压，以及进一步可选地，其中所述电流注入电路的每个模块包含按照全桥布置的与能量存储装置并联连接的多个模块开关，以定义4象限双极模块，其能够提供负、零或正电压，并且能够在两个方向上传导电流。
9.如权利要求4至8中的任何所述的合成测试电路，其中，所述控制器配置成操作所述电压和电流注入电路，以便将单向电压波形和电流波形分别注入到所述测试下的装置中，使得执行所述单向电压和电流波形到所述测试下的装置中的依次注入的至少一个循环，以及所述单向电压波形到所述测试下的装置中的注入与所述电流波形到所述测试下的装置中的注入之间的转换在所述电流波形的非零、零或基本上零值以及在所述单向电压波形的非零、零或基本上零值进行。
10.如权利要求4至9中的任何所述的合成测试电路，其中，所述控制器配置成操作所述电流注入电路，以便将电压和电流波形注入到所述测试下的装置，使得执行所述电压和电流波形到所述测试下的装置中的依次注入的至少一个循环，以及在所述电压波形到所述测试下的装置中的注入与所述电流波形到所述测试下的装置中的注入之间的转换在所述电流波形的非零、零或基本上零值以及在所述电压波形的非零、零或基本上零值进行。
11.如权利要求4至10中的任何所述的合成测试电路，其中，所述控制器配置成当操作所述电流注入电路以便将电流波形注入到所述测试下的装置时操作所述电压注入电路，以便有选择地准许所注入的电流波形流经所述电压注入电路，并且阻断所注入的电流波形流经所述电压注入电路，使得允许所注入的电流波形在所述测试下的装置与电压注入电路之间进行换向。
12.如任何前述权利要求所述的合成测试电路，其中，所述合成测试电路被定额用于对切换元件执行电气测试，所述切换元件优选地是供在高压直流(HVDC)功率传输中使用的切换元件。
13.如权利要求4至11中任一个或者在从属于权利要求4时的权利要求12所述的合成测试电路，其中，所述电流注入电路的所述链式链路转换器的电压额定超过所述电压注入电路的所述链式转换器的电压额定。
14.如任何前述权利要求所述的合成测试电路，还包含功率供应单元，其中所述功率供应单元耦合到注入电路的所述链式链路转换器，以便准许所述功率供应单元有选择地对所述或每个能量存储装置进行充电。
15.如权利要求14所述的合成测试电路，其中，所述功率供应单元与每个模块的所述或每个能量存储装置直接耦合。
16.如权利要求15所述的合成测试电路，其中，所述功率供应单元包含整流器，其直接耦合到每个模块的所述或每个能量存储装置，并且其中所述整流器可连接到AC功率源。
17.如权利要求14所述的合成测试电路，其中，所述功率供应单元与注入电路中的所述链式链路转换器相连接，可选地，其中所述功率供应单元与注入电路中的所述链式链路转换器串联连接。
18.如权利要求17所述的合成测试电路，其中，所述功率供应单元包含DC功率供应装置，其布置成将直流电压注入到注入电路中。
19.如权利要求18所述的合成测试电路，其中，所述功率供应单元还包含电感-电容滤波器，其布置成对于由所述DC功率供应装置所注入的所述直流电压进行滤波。
20.如权利要求18或19所述的合成测试电路，其中，所述功率供应单元还包含控制单元，其编程为控制所述DC功率供应装置，以便将所述直流电压注入到注入电路中。
21.如权利要求20所述的合成测试电路，其中，所述控制单元编程为控制所述DC功率供应装置，以便阻尼或抵消所述所注入的直流电压中的至少一个振荡。
22.如权利要求21所述的合成测试电路，其中，所述至少一个振荡包含至少一个低频振荡。
23.如权利要求18至22中的任何所述的合成测试电路，其中，所述DC功率供应装置布置成准许它在将直流电压注入到注入电路中时传导正或负电流。
24.如权利要求23所述的合成测试电路，其中，所述功率供应单元包含：第一DC功率供应装置，布置成准许它在将第一直流电压注入到注入电路中时传导正电流；以及第二DC功率供应装置，布置成准许它在将第二直流电压注入到注入电路中时传导负电流，其中所述功率供应单元包含选择器切换元件，其可切换成将所述第一和第二DC功率供应装置中的一个切换到具有注入电路的电路中，并且同时将所述第一和第二DC功率供应装置的另一个切换出具有注入电路的电路。
25.如权利要求24所述的合成测试电路，其中，所述控制单元编程为切换所述选择器切换元件，以便将所述第一和第二DC功率供应装置交替切换到具有注入电路中的电路，使得组合所述第一和第二直流电压，以便将交流电压注入到注入电路中。
26.如权利要求17所述的合成测试电路，其中，所述功率供应单元包含AC功率供应装置，其布置成将交流电压注入到注入电路中。
27.如权利要求25或26所述的合成测试电路，其中，所述控制器配置成操作所述注入电路的每个模块，以便有选择地旁路所述或每个对应能量存储装置，以及将所述或每个对应能量存储装置插入到所述链式链路转换器中，使得生成跨所述链式链路转换器的电压，其包含交流电压分量，所述交流电压分量的幅值是相等的并且与由所述功率供应单元所注入的所述注入电路的所述交流电压相反。
28.如权利要求14至27中的任一项所述的合成测试电路，其中，所述功率供应单元配置成将功率注入到所述注入电路中，以便抵销所述链式链路转换器中、所述注入电路中或者所述合成测试电路中的功率损耗。
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