本發(fā)明涉及一種借助測(cè)試電路對(duì)高壓直流傳輸?shù)淖兞髌鞯拇蠊β拾雽?dǎo)體元件進(jìn)行測(cè)試的方法，測(cè)試電路具有多個(gè)串聯(lián)連接的電壓調(diào)節(jié)的變流器模塊，其可連接到大電流變壓器的初級(jí)側(cè)，并且其中，大電流變壓器的次級(jí)側(cè)可連接到大功率半導(dǎo)體元件。
背景技術(shù)：
：高壓直流傳輸特別用于借助直流在遠(yuǎn)距離、通常為大約750km以上的距離上進(jìn)行能量傳輸。為此，雖然因?yàn)樵诎l(fā)電廠中幾乎總是通過(guò)同步發(fā)電機(jī)作為頻率為50Hz或60Hz的三相交流產(chǎn)生電能，因此對(duì)于適合于高壓的昂貴的變流器需要相對(duì)大的技術(shù)開(kāi)銷，但是自特定距離起，盡管存在技術(shù)開(kāi)銷和附加的轉(zhuǎn)換器損耗，與利用三相交流進(jìn)行傳輸相比，產(chǎn)生總體上更小的傳輸損耗。必須對(duì)在變流器中或者在靜止無(wú)功補(bǔ)償器中使用的大功率半導(dǎo)體元件、特別是晶閘管閥進(jìn)行性能測(cè)試。這以所謂的背對(duì)背連接或者借助合成測(cè)試電路、即構(gòu)建的測(cè)試電路進(jìn)行，在背對(duì)背連接的情況下，整流器和逆變器“背靠背”連接，即與如上所述在站之間經(jīng)常存在大的距離的其它系統(tǒng)相比，在空間上彼此幾乎不隔離，而在合成測(cè)試電路中，可以連接測(cè)試件，并且合成測(cè)試電路模擬測(cè)試件在實(shí)際運(yùn)行中受到的電壓和電流曲線。然而，由于現(xiàn)在的系統(tǒng)的傳輸功率日益增加，測(cè)試所需的背對(duì)背測(cè)試裝置的尺寸必須相對(duì)大，并且必須針對(duì)對(duì)應(yīng)的功率設(shè)計(jì)測(cè)試裝置。相反，例如從IEC60700-1,“Thyristorvalvesforhighvoltagedirectcurrent(HVDC)powertransmission,Part1:ElectricalTesting”IEC(InternationalElectrotechnicalCommission),Geneva,2008；從IEC61954,“Staticvarcompensators(SVC)-Testingofthyristorvalves,”IEC(InternationalElectrotechnicalCommission),Geneva,2011；以及從IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers),“IEEE857,GuideforTestingofThyristorValves,”IEEE,1996已知的合成測(cè)試電路，通過(guò)使用分離的大電流和高壓回路，其分別可連接到測(cè)試件(即經(jīng)由對(duì)應(yīng)地可控的開(kāi)關(guān)或者閥與其連接)，僅需要相當(dāng)?shù)谋硨?duì)背測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尺寸的1至2％。在此，迄今為止已知的合成測(cè)試電路包括用于產(chǎn)生高壓的一個(gè)或更多個(gè)LC振蕩回路，還有大電流回路，其經(jīng)由變壓器從供電網(wǎng)汲取電流。在此，基于所提及的“振動(dòng)回路/大電流”的稍微不同的概念是已知的。申請(qǐng)人的已知概念使用由高壓源驅(qū)動(dòng)的續(xù)流路徑來(lái)疊加大電流。其它已知系統(tǒng)僅使用其振蕩回路來(lái)接入和斷開(kāi)測(cè)試件，而在大電流階段，利用輔助閥將高壓與測(cè)試隔離。在這兩種變形方案中，測(cè)試件的斷開(kāi)參數(shù)與接入?yún)?shù)有關(guān)，因此極大地限制了測(cè)試條件的設(shè)置。由于振蕩回路的再充電與大電流回路相關(guān)聯(lián)，因此現(xiàn)在的合成測(cè)試電路與電網(wǎng)頻率有關(guān)，也就是說(shuō)，也可以在僅在50Hz下的測(cè)試中對(duì)稍后在60Hz電網(wǎng)中運(yùn)行的測(cè)試件施加負(fù)載，雖然需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。為了解決該問(wèn)題，如在申請(qǐng)人的未提前公開(kāi)的專利申請(qǐng)中所設(shè)置的，可以使用包括多個(gè)串聯(lián)連接的電壓源變流器模塊(英語(yǔ)：Voltage-SourceConverter，縮寫為VSC)的高壓源。其應(yīng)當(dāng)理解為包括電池形式的電荷存儲(chǔ)器、例如電容器的模塊，其中，模塊的接線端處的電壓值可以通過(guò)利用控制電壓對(duì)應(yīng)地控制同樣包含在模塊中的開(kāi)關(guān)而變化。利用這些模塊，可以針對(duì)測(cè)試件非常好地模擬在HGü運(yùn)行中實(shí)際出現(xiàn)的電流曲線。然而，根據(jù)需要的測(cè)試，這里可能需要使用大電流變壓器，以獲得測(cè)試所需的大電流。如果要從VSC模塊取出例如1kA的電流，則可以通過(guò)使用對(duì)于電流具有示例性的1:10(或者對(duì)于電壓具有10:1)的轉(zhuǎn)換比的單相變壓器，產(chǎn)生幅值達(dá)到大約10kA的梯形單極電流。這在測(cè)試期間通常多次在多個(gè)相同的相繼的測(cè)試周期中發(fā)生。在此，被證實(shí)是有問(wèn)題的是，在VSC模塊對(duì)大電流變壓器的初級(jí)側(cè)施加對(duì)應(yīng)的電壓的一些測(cè)試周期之后，在變壓器的初級(jí)側(cè)出現(xiàn)極其大的電流值。這在一些情況下可能導(dǎo)致涉及的部件損壞。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，給出一種開(kāi)頭提及的類型的方法，其使得能夠借助描述的測(cè)試電流在所使用的部件的壽命特別長(zhǎng)的情況下對(duì)大功率半導(dǎo)體元件進(jìn)行大電流測(cè)試。根據(jù)本發(fā)明，上述技術(shù)問(wèn)題通過(guò)在測(cè)試周期的一個(gè)時(shí)間階段將電壓調(diào)節(jié)的變流器模塊切換為未定義的狀態(tài)來(lái)解決。在此，本發(fā)明從以下考慮出發(fā)：大的電流值在大電流變壓器的初級(jí)側(cè)由于變壓器鐵芯飽和而出現(xiàn)。造成飽和的磁通在此基本上對(duì)應(yīng)于在初級(jí)側(cè)關(guān)于時(shí)間積分的電壓、即所謂的電壓時(shí)間面積。在此有問(wèn)題的是，在變壓器的次級(jí)側(cè)，由于測(cè)試件的閥特性，僅允許在一個(gè)方向上流過(guò)電流，由此電壓時(shí)間面積在幾個(gè)測(cè)試周期的過(guò)程中總是進(jìn)一步增加。為了避免飽和，由此避免不允許的大電流，因此必須對(duì)電壓時(shí)間面積進(jìn)行補(bǔ)償。這可以在測(cè)試周期期間通過(guò)對(duì)應(yīng)地復(fù)雜的控制方法來(lái)進(jìn)行，然而這意味著測(cè)試電路或測(cè)試方法的復(fù)雜化。然而，令人驚奇的是，已經(jīng)證明，為了對(duì)電壓時(shí)間面積進(jìn)行補(bǔ)償，在測(cè)試期間將變流器模塊切換為未定義的狀態(tài)也就足夠了。在此，未定義的狀態(tài)應(yīng)當(dāng)理解為如下?tīng)顟B(tài)，在該狀態(tài)下，模塊內(nèi)部的電荷存儲(chǔ)器從模塊的接線端退耦，模塊的接線端由此不具有定義的電壓值。這能夠通過(guò)電壓調(diào)節(jié)的變流器模塊的拓?fù)鋪?lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這種切換，電流回路實(shí)際上被釋放，使得不平衡狀態(tài)、例如由于系統(tǒng)的自然走向而建立的電壓時(shí)間面積和鐵芯的飽和被補(bǔ)償為平衡狀態(tài)。該方法的測(cè)試周期有利地包括以下通過(guò)控制所述電壓調(diào)節(jié)的變流器模塊產(chǎn)生的相繼的時(shí)間階段：-在大電流變壓器的初級(jí)側(cè)為正電壓；-在大電流變壓器的初級(jí)側(cè)為零電壓；-在大電流變壓器的初級(jí)側(cè)為負(fù)電壓。在此并且在下面應(yīng)當(dāng)注意，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，根據(jù)測(cè)試件的安裝方向以及電壓方向的測(cè)量定義，類似地也可以首先在第一階段中施加正電壓，而在第三階段中施加負(fù)電壓。僅出于可讀性的目的，這里以及下面僅描述兩個(gè)對(duì)稱的可選項(xiàng)中的一個(gè)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，在重新定義電壓方向的情況下，也包括相應(yīng)地相反的布置。這樣構(gòu)造的測(cè)試周期滿足測(cè)試目的，即引導(dǎo)大電流通過(guò)測(cè)試件。在具有正電壓的第一階段，初級(jí)側(cè)的電流增大，因此次級(jí)側(cè)的高壓變換的電流也變大。在獲得希望的次級(jí)側(cè)電流之后，電壓調(diào)節(jié)的變流器模塊切換為導(dǎo)通狀態(tài)，使得0V的電壓施加在初級(jí)側(cè)。在此，感生的電流進(jìn)一步流過(guò)，僅由于導(dǎo)通電阻而緩慢變小。隨后，在初級(jí)側(cè)施加相反的電壓，使得實(shí)際上抑制感生的電流。一旦次級(jí)側(cè)的電流下降到0A，則也將初級(jí)側(cè)的電壓又設(shè)置為0V，并且該測(cè)試周期結(jié)束。有利的是，所描述的測(cè)試周期中的電壓調(diào)節(jié)的變流器模塊的未定義的狀態(tài)的時(shí)間階段在剛才描述的相繼的時(shí)間階段之后。由此又直接抵消在所描述的階段建立的測(cè)試周期的電壓時(shí)間面積。在此，有利地確定未定義的狀態(tài)的時(shí)間階段的長(zhǎng)度，使得在大電流變壓器中建立的磁通消退。這與前面建立的電壓時(shí)間面積的消除基本上相同。其持續(xù)的絕對(duì)時(shí)間在此與多個(gè)因素、例如線路的電阻、變壓器的鐵芯的特性等有關(guān)。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，在給定電路和部件的特性的情況下，其能夠如何估計(jì)消除電壓時(shí)間面積或磁通需要的時(shí)間，因此該準(zhǔn)則對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是清楚并且可重復(fù)的。在該方法的有利構(gòu)造中，多個(gè)相同的測(cè)試周期相繼進(jìn)行。由此實(shí)現(xiàn)像根據(jù)開(kāi)頭提及的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試所需要的一樣，以需要的電流值多次對(duì)測(cè)試件施加負(fù)載。通過(guò)在每個(gè)測(cè)試周期期間或者至少在特定數(shù)量的測(cè)試周期之后中間切換具有未定義的狀態(tài)的時(shí)間階段，才能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的沒(méi)有所描述的變壓器的鐵芯飽和的相繼的測(cè)試周期。下面描述的電壓調(diào)節(jié)的變流器模塊的結(jié)構(gòu)優(yōu)選適用于每個(gè)電壓調(diào)節(jié)的變流器模塊。電壓調(diào)節(jié)的變流器模塊優(yōu)先相同地構(gòu)造。優(yōu)選相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)的變流器模塊以全橋的方式包括電容器和四個(gè)分別具有一個(gè)續(xù)流二極管的晶體管，即，相應(yīng)的兩個(gè)沿相同的方向串聯(lián)連接的晶體管沿相同的方向彼此并聯(lián)連接并且與電容器并聯(lián)連接，外部接線端中的一個(gè)布置在兩個(gè)晶體管之間。由此得到拉丁文大寫的H類型的形式。在此，所描述的未定義的狀態(tài)對(duì)應(yīng)于所有晶體管切換到高歐姆狀態(tài)的狀態(tài)，從而在外部連接端上不施加定義的電壓。優(yōu)選使用絕緣柵雙極晶體管作為各個(gè)晶體管。這特別適用于每一個(gè)晶體管。其特別適合于這里設(shè)置的在大功率范圍內(nèi)的使用，因?yàn)槠渚哂写蟮恼蚪刂闺妷?目前高達(dá)6.6kV)并且能夠切換大電流(高達(dá)大約3kA)。在此，也可以將多個(gè)這種雙極晶體管并聯(lián)連接，以便能夠切換更大的電流。優(yōu)選針對(duì)大于800V的標(biāo)稱電壓和/或大于500A的標(biāo)稱電流設(shè)計(jì)相應(yīng)的、優(yōu)選每個(gè)電壓調(diào)節(jié)的變流器模塊。由此避免模塊的數(shù)量過(guò)大，因?yàn)殡娏鳒y(cè)試所需的容量由此就足夠了。在優(yōu)選構(gòu)造中，測(cè)試電路包括多于5個(gè)、優(yōu)選多于10個(gè)的電壓調(diào)節(jié)的變流器模塊。通過(guò)大的數(shù)量，可以在產(chǎn)生用于測(cè)試的電壓/電流曲線時(shí)得到更精細(xì)的離散電壓跳變。利用該方法在測(cè)試電路中進(jìn)行測(cè)試的大功率半導(dǎo)體元件優(yōu)選是晶閘管，如其在電網(wǎng)調(diào)節(jié)的變流器中特別是用于高壓直流傳輸。優(yōu)選測(cè)試電路被設(shè)計(jì)用于根據(jù)所描述的方法對(duì)高壓直流傳輸?shù)淖兞髌鞯拇蠊β拾雽?dǎo)體元件進(jìn)行測(cè)試。為此，測(cè)試電路包括對(duì)應(yīng)地需要的部件、例如用于測(cè)試件的接線端、大電流變壓器和電壓調(diào)節(jié)的變流器模塊，但是也包括用于在測(cè)試期間對(duì)變流器模塊進(jìn)行充電并且對(duì)其進(jìn)行控制的對(duì)應(yīng)的控制電子設(shè)備。利用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)特別在于，通過(guò)在測(cè)試周期期間設(shè)置VSC模塊的電壓中性的未定義的狀態(tài)，避免了變壓器鐵芯飽和，從而能夠高效地利用其。由此，能夠?qū)τ诖箅娏鳒y(cè)試使用能夠獲得所需的高壓的經(jīng)由VSC模塊供電的高壓變壓器。通過(guò)使用大電流變壓器，大電流回路的尺寸確定非常簡(jiǎn)單：因?yàn)榇箅娏髯儔浩饔蒝SC模塊的存儲(chǔ)電容器供電，因此對(duì)進(jìn)行饋送的電網(wǎng)產(chǎn)生非常小的反作用。僅從電網(wǎng)汲取測(cè)試件和測(cè)試電路的損耗。測(cè)試頻率可以在大的范圍內(nèi)(例如40至70Hz)設(shè)置，從而可以利用所描述的方法，以其稍后的工作頻率對(duì)變流器閥進(jìn)行測(cè)試。進(jìn)行供電的電網(wǎng)的頻率在此沒(méi)有影響。利用本方法，除了所描述的梯形單極電流之外，還可以設(shè)置任意形狀和幅值的其它電流。電流的增加和幅值可以通過(guò)對(duì)應(yīng)的對(duì)大電流變壓器的初級(jí)側(cè)施加的VSC模塊的電壓來(lái)靈活地選擇。由此能夠獲得根據(jù)開(kāi)頭提及的IEC標(biāo)準(zhǔn)的大電流測(cè)試所需的電流。附圖說(shuō)明根據(jù)附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。其中：圖1示出了合成測(cè)試電路的電路圖，圖2示出了VSC模塊的電路圖，圖3示出了在合成測(cè)試電路的仿真中單個(gè)測(cè)試周期期間的電壓和電流的圖示，圖4示出了變壓器的磁滯曲線，圖5示出了在合成測(cè)試電路的仿真中在不對(duì)電壓時(shí)間面積進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那闆r下多個(gè)測(cè)試周期期間的電壓和電流的圖示，以及圖6示出了在合成測(cè)試電路的仿真中在對(duì)電壓時(shí)間面積進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那闆r下多個(gè)測(cè)試周期期間的電壓和電流的圖示。在所有附圖中，對(duì)相同的部分設(shè)置相同的附圖標(biāo)記。具體實(shí)施方式圖1示出了例如在用于高壓直流傳輸?shù)淖兞髌髦惺褂玫拇蠊β拾雽?dǎo)體元件11的合成測(cè)試電路20的示意性電路圖。在圖1的左半部分示出了常見(jiàn)的20kV交流電網(wǎng)，其由三相電壓源1表示，在圖1中通過(guò)三個(gè)相應(yīng)地具有120度相移的電壓源1以并聯(lián)的電流路徑示出。該20kV交流電網(wǎng)還具有電網(wǎng)阻抗2，其用Zn表示，并且同樣在三個(gè)并聯(lián)的電流路徑中的每一個(gè)中以連接到電壓源1的方式示出。在三個(gè)電流支路中，接下來(lái)的元件是用于下面還要根據(jù)圖1和圖2進(jìn)一步說(shuō)明的VSC模塊16(電壓調(diào)節(jié)的變流器模塊)開(kāi)始運(yùn)行的可根據(jù)需要連接的可旁路的充電電阻17。該20kV交流電網(wǎng)對(duì)高直流電壓源21供電，高直流電壓源21基于交流電網(wǎng)首先對(duì)三相變壓器3供電。高直流電壓源21具有用Zk表示的換向阻抗4，其以連接到三相變壓器3的接線端的方式示出。在該實(shí)施例中，高直流電壓源21具有不受控的六脈沖整流器5，其作為二極管橋以結(jié)構(gòu)形式B6利用六個(gè)二極管構(gòu)造。在此，其它實(shí)施方式當(dāng)然也可以使用其它整流器，即例如具有更大數(shù)量的二極管或者受控的整流器。高直流電壓源21在測(cè)試運(yùn)行期間作為VSC模塊16的充電系統(tǒng)工作，并且提供直流電壓UDC。直流電壓UDC經(jīng)由截止閥6施加到一系列串聯(lián)連接的VSC模塊16。其形成用于下面還要說(shuō)明的測(cè)試運(yùn)行的實(shí)際的高壓源28，并且高直流電壓源21僅預(yù)先對(duì)其進(jìn)行充電。截止閥6在具有標(biāo)記VB,u的截止方向上作為晶閘管構(gòu)造，并且在下面還要說(shuō)明的對(duì)VSC模塊16的電壓測(cè)試期間截?cái)嘀绷麟妷篣DC。在該系列的兩個(gè)VSC模塊16之間設(shè)置地18，其形成高壓回路22(截止閥6和地18之間的VSC模塊16)和大電流回路23(地18和高直流電壓源21的正極之間的VSC模塊16)之間的分離點(diǎn)。VSC模塊16由此被分離為高壓回路22中的第一系列29和大電流回路23中的第二系列30。在該僅示意性地示出的電路圖中，VSC模塊16的數(shù)量在此不是確定的，不同的實(shí)施例可以設(shè)置不同的(固定)數(shù)量的VSC模塊16：在高壓回路22中設(shè)置數(shù)量nVSC,u個(gè)VSC模塊16，并且在大電流回路23中設(shè)置數(shù)量nVSC,i個(gè)VSC模塊16，其中，VSC模塊的總數(shù)由此為nVSC＝nVSC,u+nVSC,i。經(jīng)由高壓回路22中的系列29的nVSC,u個(gè)VSC模塊16施加電壓UVSC,u，經(jīng)由大電流回路23中的系列30的nVSC,i個(gè)VSC模塊16施加電壓UVSC,i。示出也用VUT(待測(cè)試閥，ValveunderTest)表示的測(cè)試件的大功率半導(dǎo)體元件11，在即將描述的電路中在接線端31處連接到高壓回路22，方法是其與截止閥6和地18之間的高壓回路22中的nVSC,u個(gè)VSC模塊16經(jīng)由具有電感LKu的換向扼流圈10并聯(lián)連接。經(jīng)由接線端31連接的測(cè)試件(在該實(shí)施例中為晶閘管)的電路在此包括串聯(lián)地布置在高壓半導(dǎo)體元件11前面的具有電感LVD的飽和節(jié)流閥12，其限制電流流動(dòng)開(kāi)始時(shí)測(cè)試件處的電流上升速度，并且通過(guò)進(jìn)入飽和，其電感基本消失。此外，具有電容CK的控制電容器15與測(cè)試件和連接在其前面的飽和節(jié)流閥12并聯(lián)連接。在圖1中示出的電路圖還作為等效電路圖示出了與測(cè)試件并聯(lián)連接的電阻13和電容器14，其表示測(cè)試件的等效電阻RERS和等效電容CERS。雖然測(cè)試件的等效電阻RERS和等效電容CERS在圖1中作為真實(shí)的部件示出，但是如在等效電路圖中常見(jiàn)的，與所描述的其余部件不同，其在實(shí)際電路中不存在，而僅僅是測(cè)試件的固有特性的代表，用于進(jìn)行圖示和計(jì)算。流向換向扼流圈10的電流用IVSC,u表示，流向測(cè)試件的電流用IVUT表示，并且施加在測(cè)試件的電路上的電壓用UVUT表示。大電流回路23中的nVSC,i個(gè)VSC模塊16經(jīng)由用VB,i2表示的反向并聯(lián)的截止晶閘管對(duì)8連接到大電流變壓器9的初級(jí)側(cè)。換句話說(shuō)：大電流變壓器9的初級(jí)側(cè)的一個(gè)極連接到地18，另一個(gè)極經(jīng)由截止晶閘管對(duì)8連接到高壓源21的正極。在大電流變壓器9的初級(jí)側(cè)施加電壓u1，這里流過(guò)電流i1。大電流變壓器9的特征在于與初級(jí)側(cè)的線圈相比，次級(jí)側(cè)的線圈中的繞組數(shù)小，從而雖然在次級(jí)側(cè)產(chǎn)生的電壓u2較低，但是這里流過(guò)的電流i2較大。大電流變壓器9的次級(jí)側(cè)經(jīng)由用VB,i2表示的另一個(gè)截止晶閘管7在切換方向上連接到測(cè)試件的電路，即大電流變壓器9的次級(jí)側(cè)的一個(gè)極又連接到地18，大電流變壓器9的另一個(gè)極經(jīng)由截止晶閘管7連接到測(cè)試件的電路的進(jìn)入端，即飽和節(jié)流閥12。如已經(jīng)描述的，總共nVSC個(gè)VSC模塊16形成合成測(cè)試電路20內(nèi)部的中心元件。其相同地構(gòu)造。根據(jù)圖2說(shuō)明其結(jié)構(gòu)。圖2示出了VSC模塊16中的一個(gè)的電路圖。VSC模塊16具有用A和B表示的兩個(gè)外部接線端24，并且在優(yōu)選實(shí)施例中包括四個(gè)正常導(dǎo)通的絕緣柵雙極晶體管(英語(yǔ)：Insulated-GatebipolarTransistor，縮寫為IGBT)25，其分別與一個(gè)續(xù)流二極管26并聯(lián)連接，用于在關(guān)斷時(shí)針對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行保護(hù)。但是原則上也可以使用其它類型的晶體管。IGBT26以全橋的方式與作為中心元件的具有電容CVSC的電容器27連接，即沿相同的方向串聯(lián)連接的兩個(gè)IGBT25相應(yīng)地沿相同的方向彼此并聯(lián)連接并且與電容器27并聯(lián)連接，外部接線端24中的一個(gè)布置在兩個(gè)IGBT25之間。IGBT25表示開(kāi)關(guān)S1…S4，其可以借助未進(jìn)一步示出的控制電子設(shè)備單獨(dú)進(jìn)行控制/進(jìn)行開(kāi)關(guān)。由此，施加在電容器27上的電壓UC可以以任意方向連接在A和B之間連接到外部接線端24。因此，根據(jù)開(kāi)關(guān)S1…S4、即IGBT25的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，+UC、-UC或者0V施加在接線端24A和B之間。在此，任意的電流方向都是可以的。在下面的表中給出了用于這里描述的應(yīng)用的VSC模塊16的相關(guān)開(kāi)關(guān)狀態(tài)和與開(kāi)關(guān)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的IGBT26的狀態(tài)的概覽：功能S1S2S3S4旁路(UVSC＝0V)1(0)0(1)1(0)0(1)UVSC＝+UC1001UVSC＝-UC0110未定義0000狀態(tài)0在此意味著相應(yīng)的IGBT26的高歐姆狀態(tài)，狀態(tài)1意味著相應(yīng)的IGBT26的低歐姆狀態(tài)。在第一行中示出了旁路狀態(tài)的兩個(gè)交替的狀態(tài)可能性。(下面使用的對(duì)上述表的各個(gè)行的參考總是援引在標(biāo)題行之后開(kāi)始的編號(hào))。旁路狀態(tài)將電容器27旁路，使得外部接線端24A-B之間的電壓為0V。在隨后的行中標(biāo)出的開(kāi)關(guān)狀態(tài)使得電容器27的電壓以不同的方向施加在外部接線端24A-B上。在該表的最后一行示出的開(kāi)關(guān)狀態(tài)是未定義的狀態(tài)，因?yàn)镮GBT26中的每一個(gè)都是高歐姆的。VSC模塊16的其余可能的開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)于這里示出的應(yīng)用是無(wú)關(guān)的。在根據(jù)圖1和圖2描述了合成測(cè)試電路20的結(jié)構(gòu)之后，現(xiàn)在下面描述測(cè)試方法。在此，還描述圖1和圖2中的不同的部件的工作方式和交互。如已經(jīng)描述的，圖1左側(cè)區(qū)域中的高直流電壓源21連接到三相20kV交流電網(wǎng)以及與VSC模塊16的串聯(lián)電路連接。高直流電壓源21由此具有與合成測(cè)試電路20的中的損耗有關(guān)地對(duì)VSC模塊16充電的任務(wù)。在合成測(cè)試電路20的啟動(dòng)過(guò)程期間，不對(duì)VSC模塊16的電容器27充電，電容器27由此不可控。申請(qǐng)人在本實(shí)施例中使用的VSC模塊16具有1.6kV的標(biāo)稱電壓和1kA的標(biāo)稱電壓。在下面描述的實(shí)施例中，設(shè)置54個(gè)VSC模塊16，并且高直流電壓源21的電壓是50kV。在啟動(dòng)過(guò)程中，充電電阻17是活動(dòng)的，截止閥6被點(diǎn)火，由此基于所描述的結(jié)構(gòu)，VSC模塊16的電容器27被充電到電壓UC＝UDC/nVSC＝大約920V。一旦在每個(gè)VSC模塊16中達(dá)到大約800V的電壓，則VSC模塊16的控制電子設(shè)備活動(dòng)，并且VSC模塊16的IGBT25作為開(kāi)關(guān)S1…S4可控。由此通過(guò)改變已經(jīng)充電的VSC模塊16的極性，使得在對(duì)其余VSC模塊16充電時(shí)其電壓與高直流電壓源21的電壓相加，可以使得VSC模塊16逐漸達(dá)到希望的標(biāo)稱電壓1.6kV。一旦啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，則將高直流電壓源21斷開(kāi)，并且截止閥6進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。通過(guò)大電流回路23中的VSC模塊16的控制電子設(shè)備的對(duì)應(yīng)的時(shí)間控制，大電流變壓器9現(xiàn)在可以在其初級(jí)側(cè)與處于邊界+nVSC,u*1.6kV和-nVSC,u*1.6kV內(nèi)的任意電壓曲線連接并且以1.6kV離散化。其經(jīng)由控制電子設(shè)備的對(duì)應(yīng)的控制產(chǎn)生。(N.B.：這里不描述高壓回路22和高壓測(cè)試的功能，因?yàn)槠渑c下面描述的新的方法不相關(guān)。)因?yàn)槭褂玫腎GBT25的標(biāo)稱電流僅僅為1kA，因此大電流變壓器9將電流提高到所需的最大值大約6kA。在對(duì)VSC模塊16充電時(shí)，截止晶閘管對(duì)8將VSC模塊16的電壓從大電流變壓器9截?cái)?。?dāng)大電流回路23不活動(dòng)時(shí)，截止晶閘管7將高壓回路22的電壓從大電流回路23截?cái)?。一旦借助大電流回?3中的VSC模塊16的控制電子設(shè)備的對(duì)應(yīng)的控制，在大電流變壓器9的初級(jí)回路上施加了正電壓，并且測(cè)試件被點(diǎn)火，則初級(jí)電流i1根據(jù)下面的等式開(kāi)始增大：在此，UVSC,1是大電流回路23中的系列30的nVSC,i個(gè)VSC模塊16上的電壓曲線，Lt是大電流變壓器9的短路無(wú)功電感，并且R1,R’2(＝變換到初級(jí)側(cè)的R2)是大電流變壓器9的歐姆電阻。在測(cè)試件被點(diǎn)火時(shí)，次級(jí)電流i2也以i2＝i1*Nt隨著初級(jí)電流i1增大，其中，Nt是大電流變壓器9的匝數(shù)比。因?yàn)閂SC模塊16的IGBT25的標(biāo)稱電流僅僅為大約1kA，但是根據(jù)開(kāi)頭描述的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試所需的電流為大約6kA，因此在本實(shí)施例中選擇大約6:1的匝數(shù)比。圖3以曲線圖示出了大電流測(cè)試的過(guò)程中一個(gè)測(cè)試周期的這種電壓和電流曲線。在該曲線圖中，在從0至0.01s的時(shí)間段上，在自然刻度(左側(cè))上以-1.1至+1.1倍的總電壓(nVSC,i*UVSC)為單位，示出了電壓UVSC,i(大電流回路23中的系列30的VSC模塊16上的電壓)和u1＝u’2(變壓器的初級(jí)側(cè)的電壓或變換到初級(jí)側(cè)的變壓器的次級(jí)側(cè)的電壓)。此外，在自然刻度(右側(cè))上以-1.1至+1.1倍的標(biāo)稱電流為單位，示出了電流i1＝i’2(變壓器的初級(jí)側(cè)的電流或變換到初級(jí)側(cè)的變壓器的次級(jí)側(cè)的電流)。該曲線圖根據(jù)仿真確定。所示出的電壓曲線UVSC,i通過(guò)大電流回路23中的VSC模塊16的控制電子設(shè)備的控制，由此通過(guò)對(duì)應(yīng)的未示出的控制單元對(duì)各個(gè)開(kāi)關(guān)S1…S4進(jìn)行的操作而產(chǎn)生。利用該高壓曲線，可以對(duì)測(cè)試件進(jìn)行全面測(cè)試。這根據(jù)以0.02s的間距重復(fù)的多個(gè)相同的測(cè)試周期進(jìn)行。在圖3中示出了這些測(cè)試周期中的一個(gè)。在該測(cè)試周期的第一時(shí)間階段，在圖3中為0s至大約0.0007s，施加大小為nVSC,i*UVSC的正電壓。大電流變壓器9的初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的電流根據(jù)上面的等式基本上線性地增大，其中，其在大電流變壓器的初級(jí)側(cè)上產(chǎn)生小的電壓損耗(參見(jiàn)u1的輕微下降的曲線)。一旦達(dá)到所希望的最大電流，在本實(shí)施例中為右側(cè)刻度上的值1，則VSC模塊16切換到旁路狀態(tài)。這在測(cè)試周期的從0.0007s至大約0.0086s的第二時(shí)間階段進(jìn)行。在該第二時(shí)間階段，UVSC,i＝0V，同時(shí)電流在續(xù)流路徑中流動(dòng)。然而，由于電阻R1和R’2的消耗，電流在該續(xù)流階段不保持恒定。在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間之后，在本實(shí)施例中在0.0086s，VSC模塊16切換為，其對(duì)大電流變壓器9的初級(jí)側(cè)施加與第一時(shí)間階段相反的電壓-nVSC,i*UVSC。又根據(jù)上面的等式，電流此時(shí)基本上線性地下降。一旦大電流變壓器9的電流下降到0A，則測(cè)試周期結(jié)束，并且可以立即或者在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間之后重復(fù)測(cè)試周期。然而，如果重復(fù)圖3中的測(cè)試周期，則產(chǎn)生大的電流尖峰的問(wèn)題，如下面將要根據(jù)圖5所說(shuō)明的。該問(wèn)題由于大電流變壓器9的鐵芯飽和而產(chǎn)生，由于鐵芯飽和，先前示出的描述i1和UVSC,i之間的關(guān)系的等式失去其適用性。因此必須避免鐵芯飽和。為此，首先詳細(xì)結(jié)合在圖3中示出的測(cè)試周期詳細(xì)說(shuō)明導(dǎo)致該飽和的機(jī)制。關(guān)于飽和的關(guān)鍵因素是所謂的電壓時(shí)間面積。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，如下給出初級(jí)側(cè)電壓u1、磁通Φ、磁感應(yīng)B和有效變壓器鐵芯面積AFe之間的關(guān)系：磁感應(yīng)B由此基本上與電壓時(shí)間面積成比例。此外，根據(jù)奧斯特定律，得到大電流變壓器9的初級(jí)電流、磁場(chǎng)H和有效變壓器鐵芯長(zhǎng)度之間的關(guān)系：如果此時(shí)觀察在圖4中示出的鐵芯的磁滯曲線，電流尖峰的原因很明顯：圖4示出了磁感應(yīng)B和磁場(chǎng)H之間的關(guān)系的原理圖。圖4示出了本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的磁滯曲線。磁感應(yīng)B與電壓時(shí)間面積成比例。如果電壓時(shí)間面積超過(guò)特定值，則大電流變壓器9中的初級(jí)電流開(kāi)始非?？焖俚厣仙?。這是鐵芯的飽和造成的。為了避免飽和，必須在運(yùn)行期間將建立的電壓時(shí)間面積通過(guò)對(duì)應(yīng)的負(fù)的電壓時(shí)間面積抵消。這對(duì)于正弦形的電壓和電流沒(méi)有問(wèn)題，因?yàn)樵谡拓?fù)電壓時(shí)間面積之間總是給出平衡狀態(tài)。但是在圖1中示出的測(cè)試電路20中產(chǎn)生如下問(wèn)題：在次級(jí)側(cè)僅允許一個(gè)方向上的電流，因?yàn)闇y(cè)試件具有閥特性。電阻R1和R’2上的電壓損耗由此總是僅具有一個(gè)方向，即使VSC模塊16的電壓UVSC,i在第三時(shí)間階段中具有與第一時(shí)間階段中的正的電壓時(shí)間面積對(duì)應(yīng)的負(fù)的電壓時(shí)間面積，圖3中的變壓器的初級(jí)側(cè)u1的電壓時(shí)間面積在正和負(fù)方向上也不抵消。根據(jù)圖3很明顯，在第一時(shí)間階段中的正電壓UVSC,i期間，初級(jí)側(cè)的歐姆電壓損耗i1*(R1+R’2)使有效電壓時(shí)間面積減小。對(duì)于第三時(shí)間階段中的VSC模塊16的負(fù)電壓UVSC,i，歐姆電壓損耗使(負(fù)的)電壓時(shí)間面積增大，因?yàn)殡娏骺偸窃谡较蛏狭鲃?dòng)，而僅電壓變負(fù)。由此，負(fù)有效電壓時(shí)間面積總是大于正有效電壓時(shí)間面積?，F(xiàn)在，圖5示出了與圖3類似的圖，但是一方面在時(shí)間上進(jìn)行了擴(kuò)展，在時(shí)間刻度上從1.14s延伸到1.26s，以及在電壓(左側(cè)刻度)和電流(右側(cè)刻度)方面，以圖3為單位從-8至1。圖5示出了根據(jù)仿真當(dāng)從時(shí)刻0s起以0.02s的間隔不斷重復(fù)在圖3中示出的測(cè)試周期時(shí)的情形，如對(duì)測(cè)試件的大電流測(cè)試所需要的。在圖5中示出的時(shí)間段中(在大約1.2s之后)，鐵芯開(kāi)始進(jìn)入飽和。大電流變壓器9的初級(jí)電流i1開(kāi)始取極其大的負(fù)值。在圖5中示出的最后一個(gè)測(cè)試周期中，其取大于-7的值。為了避免大電流變壓器9由于不對(duì)稱操作而產(chǎn)生的這種示出的鐵芯飽和，需要一種方法，抵消和補(bǔ)償電壓時(shí)間面積。為此，使用在圖6中示出的新的方法。在圖5中，每個(gè)測(cè)試周期包括以下相繼的時(shí)間階段：-在VSC模塊16上為正電壓(上面的表的第二行的開(kāi)關(guān)狀態(tài))-在VSC模塊16上為零電壓(上面的表的第一行的開(kāi)關(guān)狀態(tài)“旁路”)-在VSC模塊16上為負(fù)電壓(上面的表的第三行的開(kāi)關(guān)狀態(tài))現(xiàn)在，如下設(shè)計(jì)在這里描述的新穎的方法中選擇的、使得能夠?qū)﹄妷簳r(shí)間面積進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臅r(shí)間階段的經(jīng)過(guò)：-在VSC模塊16上為正電壓(上面的表的第二行的開(kāi)關(guān)狀態(tài))-在VSC模塊16上為零電壓(上面的表的第一行的開(kāi)關(guān)狀態(tài)“旁路”)-在VSC模塊16上為負(fù)電壓(上面的表的第三行的開(kāi)關(guān)狀態(tài))-在VSC模塊16上沒(méi)有定義的電壓(上面的表的最后一行的開(kāi)關(guān)狀態(tài))在本實(shí)施例中緊接在應(yīng)用負(fù)電壓之后的測(cè)試周期的最后的新添加的時(shí)間階段，使得能夠?qū)Υ箅娏髯儔浩?的鐵芯中的電壓時(shí)間面積自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。在此，分配該未定義的狀態(tài)的時(shí)間階段的長(zhǎng)度，使得在大電流變壓器9中建立的磁通完全消退。在圖6中示出了所描述的新的測(cè)試周期，其在刻度方面與圖4相同地設(shè)計(jì)，但是這里在大于10s之后對(duì)以0.02s重復(fù)的測(cè)試周期進(jìn)行了仿真。時(shí)間軸的刻度相應(yīng)地在10s和10.06s之間移動(dòng)。如可以看到的，即使在10s之后的多個(gè)測(cè)試周期之后，也沒(méi)有看到過(guò)大的電流。即使沒(méi)有正電壓主動(dòng)施加在大電流變壓器9的初級(jí)側(cè)，鐵芯的磁化也通過(guò)未定義的開(kāi)關(guān)狀態(tài)產(chǎn)生小的負(fù)初級(jí)電流，其流過(guò)相應(yīng)的IGBT25的續(xù)流二極管26，由此在大電流變壓器9的初級(jí)側(cè)形成正電壓(參見(jiàn)在第三時(shí)間階段之后不久的電壓尖峰UVSC,i)。所描述的現(xiàn)象基于如下的基本物理原理：在物理系統(tǒng)中，唯一的穩(wěn)定狀態(tài)是所有物理參量處于平衡狀態(tài)時(shí)的狀態(tài)。為了達(dá)到該穩(wěn)定狀態(tài)，所有物理系統(tǒng)力求達(dá)到能量最小狀態(tài)。通過(guò)VSC模塊16的未定義的狀態(tài)，對(duì)大電流變壓器9賦予了達(dá)到該能量最小狀態(tài)并且補(bǔ)償電壓時(shí)間面積的可能性。附圖標(biāo)記列表1三相電壓源2電網(wǎng)阻抗3三相變壓器4換向阻抗5六脈沖整流器6截止閥7截止晶閘管8截止晶閘管對(duì)9大電流變壓器10換向扼流圈11大功率半導(dǎo)體元件12飽和節(jié)流閥13電阻14電容器15控制電容器16VSC模塊17充電電阻18地20合成測(cè)試電路21高直流電壓源22高壓回路23大電流回路24接線端25IGBT26續(xù)流二極管27電容器28高壓源29第一系列30第二系列31接線端當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3