用于对大功率半导体元件进行测试的方法技术

一种借助测试电路(20)对高压直流传输的变流器的大功率半导体元件(11)进行测试的方法，所述测试电路具有多个串联连接的电压调节的变流器模块(16)，其能连接到大电流变压器(9)的初级侧，并且其中，大电流变压器(9)的次级侧能连接到大功率半导体元件(11)，要使得能够在所使用的部件的寿命特别长的情况下，借助所描述的测试电路对大功率半导体元件进行大电流测试。为此，在测试周期的一个时间阶段中，所述电压调节的变流器模块(16)切换到未定义的状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种借助测试电路对高压直流传输的变流器的大功率半导体元件进行测试的方法，测试电路具有多个串联连接的电压调节的变流器模块，其可连接到大电流变压器的初级侧，并且其中，大电流变压器的次级侧可连接到大功率半导体元件。
技术介绍
高压直流传输特别用于借助直流在远距离、通常为大约750km以上的距离上进行能量传输。为此，虽然因为在发电厂中几乎总是通过同步发电机作为频率为50Hz或60Hz的三相交流产生电能，因此对于适合于高压的昂贵的变流器需要相对大的技术开销，但是自特定距离起，尽管存在技术开销和附加的转换器损耗，与利用三相交流进行传输相比，产生总体上更小的传输损耗。必须对在变流器中或者在静止无功补偿器中使用的大功率半导体元件、特别是晶闸管阀进行性能测试。这以所谓的背对背连接或者借助合成测试电路、即构建的测试电路进行，在背对背连接的情况下，整流器和逆变器“背靠背”连接，即与如上所述在站之间经常存在大的距离的其它系统相比，在空间上彼此几乎不隔离，而在合成测试电路中，可以连接测试件，并且合成测试电路模拟测试件在实际运行中受到的电压和电流曲线。然而，由于现在的系统的传输功率日益增加，测试所需的背对背测试装置的尺寸必须相对大，并且必须针对对应的功率设计测试装置。相反，例如从IEC60700-1,“Thyristorvalvesforhighvoltagedirectcurrent(HVDC)powertransmission,Part1:ElectricalTesting”IEC(InternationalElectrotechnicalCommission),Geneva,2008；从IEC61954,“Staticvarcompensators(SVC)-Testingofthyristorvalves,”IEC(InternationalElectrotechnicalCommission),Geneva,2011；以及从IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers),“IEEE857,GuideforTestingofThyristorValves,”IEEE,1996已知的合成测试电路，通过使用分离的大电流和高压回路，其分别可连接到测试件(即经由对应地可控的开关或者阀与其连接)，仅需要相当的背对背测试系统的设计尺寸的1至2％。在此，迄今为止已知的合成测试电路包括用于产生高压的一个或更多个LC振荡回路，还有大电流回路，其经由变压器从供电网汲取电流。在此，基于所提及的“振动回路/大电流”的稍微不同的概念是已知的。申请人的已知概念使用由高压源驱动的续流路径来叠加大电流。其它已知系统仅使用其振荡回路来接入和断开测试件，而在大电流阶段，利用辅助阀将高压与测试隔离。在这两种变形方案中，测试件的断开参数与接入参数有关，因此极大地限制了测试条件的设置。由于振荡回路的再充电与大电流回路相关联，因此现在的合成测试电路与电网频率有关，也就是说，也可以在仅在50Hz下的测试中对稍后在60Hz电网中运行的测试件施加负载，虽然需要对参数进行调整。为了解决该问题，如在申请人的未提前公开的专利申请中所设置的，可以使用包括多个串联连接的电压源变流器模块(英语：Voltage-SourceConverter，缩写为VSC)的高压源。其应当理解为包括电池形式的电荷存储器、例如电容器的模块，其中，模块的接线端处的电压值可以通过利用控制电压对应地控制同样包含在模块中的开关而变化。利用这些模块，可以针对测试件非常好地模拟在HGü运行中实际出现的电流曲线。然而，根据需要的测试，这里可能需要使用大电流变压器，以获得测试所需的大电流。如果要从VSC模块取出例如1kA的电流，则可以通过使用对于电流具有示例性的1:10(或者对于电压具有10:1)的转换比的单相变压器，产生幅值达到大约10kA的梯形单极电流。这在测试期间通常多次在多个相同的相继的测试周期中发生。在此，被证实是有问题的是，在VSC模块对大电流变压器的初级侧施加对应的电压的一些测试周期之后，在变压器的初级侧出现极其大的电流值。这在一些情况下可能导致涉及的部件损坏。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题是，给出一种开头提及的类型的方法，其使得能够借助描述的测试电流在所使用的部件的寿命特别长的情况下对大功率半导体元件进行大电流测试。根据本专利技术，上述技术问题通过在测试周期的一个时间阶段将电压调节的变流器模块切换为未定义的状态来解决。在此，本专利技术从以下考虑出发：大的电流值在大电流变压器的初级侧由于变压器铁芯饱和而出现。造成饱和的磁通在此基本上对应于在初级侧关于时间积分的电压、即所谓的电压时间面积。在此有问题的是，在变压器的次级侧，由于测试件的阀特性，仅允许在一个方向上流过电流，由此电压时间面积在几个测试周期的过程中总是进一步增加。为了避免饱和，由此避免不允许的大电流，因此必须对电压时间面积进行补偿。这可以在测试周期期间通过对应地复杂的控制方法来进行，然而这意味着测试电路或测试方法的复杂化。然而，令人惊奇的是，已经证明，为了对电压时间面积进行补偿，在测试期间将变流器模块切换为未定义的状态也就足够了。在此，未定义的状态应当理解为如下状态，在该状态下，模块内部的电荷存储器从模块的接线端退耦，模块的接线端由此不具有定义的电压值。这能够通过电压调节的变流器模块的拓扑来实现。通过这种切换，电流回路实际上被释放，使得不平衡状态、例如由于系统的自然走向而建立的电压时间面积和铁芯的饱和被补偿为平衡状态。该方法的测试周期有利地包括以下通过控制所述电压调节的变流器模块产生的相继的时间阶段：-在大电流变压器的初级侧为正电压；-在大电流变压器的初级侧为零电压；-在大电流变压器的初级侧为负电压。在此并且在下面应当注意，本领域技术人员清楚，根据测试件的安装方向以及电压方向的测量定义，类似地也可以首先在第一阶段中施加正电压，而在第三阶段中施加负电压。仅出于可读性的目的，这里以及下面仅描述两个对称的可选项中的一个，但是本领域技术人员清楚，在重新定义电压方向的情况下，也包括相应地相反的布置。这样构造的测试周期满足测试目的，即引导大电流通过测试件。在具有正电压的第一阶段，初级侧的电流增大，因此次级侧的高压变换的电流也变大。在获得希望的次级侧电流之后，电压调节的变流器模块切换为导通状态，使得0V的电压施加在初级侧。在此，感生的电流进一步流过，仅由于导通电阻而缓慢变小。随后，在初级侧施加相反的电压，使得实际上抑制感生的电流。一旦次级侧的电流下降到0A，则也将初级侧的电压又设置为0V，并且该测试周期结束。有利的是，所描述的测试周期中的电压调节的变流器模块的未定义的状态的时间阶段在刚才描述的相继的时间阶段之后。由此又直接抵消在所描述的阶段建立的测试周期的电压时间面积。在此，有利地确定未定义的状态的时间阶段的长度，使得在大电流变压器中建立的磁通消退。这与前面建立的电压时间面积的消除基本上相同。其持续的绝对时间在此与多个因素、例如线路的电阻、变压器的铁芯的特性等有关。但是本领域技术人员已知，在给定电路和部件的特性的情况下，其能够如何估计消除电压时间面积或磁通需要的时间，因此该准则本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种借助测试电路(20)对高压直流传输的变流器的大功率半导体元件(11)进行测试的方法，所述测试电路具有多个串联连接的电压调节的变流器模块(16)，其能连接到大电流变压器(9)的初级侧，并且其中，大电流变压器(9)的次级侧能连接到大功率半导体元件(11)，其中，在测试周期的一个时间阶段中，所述电压调节的变流器模块(16)切换到未定义的状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种借助测试电路(20)对高压直流传输的变流器的大功率半导体元件(11)进行测试的方法，所述测试电路具有多个串联连接的电压调节的变流器模块(16)，其能连接到大电流变压器(9)的初级侧，并且其中，大电流变压器(9)的次级侧能连接到大功率半导体元件(11)，其中，在测试周期的一个时间阶段中，所述电压调节的变流器模块(16)切换到未定义的状态。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测试周期包括以下通过控制所述电压调节的变流器模块(16)产生的相继的时间阶段：-在大电流变压器(9)的初级侧为正电压；-在大电流变压器(9)的初级侧为零电压；-在大电流变压器(9)的初级侧为负电压。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述测试周期中的所述未定义的状态的时间阶段在所述相继的时间阶段之后。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定时间阶段的长度，使得在大电流变压器(9)中建立的磁通消退。5.根据上述权利要求中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：C哈恩，R纽伯特，C温德尔，T文德勒，M卢瑟，A塞梅罗，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE