[发明专利]一种用于IGCT-MMC柔性直流输电换流阀的可靠旁路系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于IGCT‑MMC柔性直流输电换流阀的可靠旁路系统及方法，包括旁路开关、IGCT‑MMC功率子模块、故障重触发电路及IGCT过压触发回路，其中，IGCT‑MMC功率子模块包括旁路触发板、第一IGCT器件、第二IGCT器件、第一快恢复二极管、第二快恢复二极管、直流电容、箝位电容、箝位二极管、阳极电抗及箝位电阻；旁路触发板包括第一晶闸管、第二晶闸管、第一储能电容及第二储能电容，该系统及方法能够在IGCT‑MMC功率子模块出现故障时及时切除，保证系统稳定、可靠运行。

技术领域

本发明涉及一种可靠旁路系统及方法，具体涉及一种用于IGCT-MMC柔性直流输电换流阀的可靠旁路系统及方法。

背景技术

随着风能、太阳能等新能源和大规模储能的迅速发展，基于电压源换流器(VSC)的柔性直流输电技术在近年得到了快速发展，IGCT器件得益于其高耐压、低损耗、大电流、低成本、高安全性等特殊优势，在柔性直流输电领域具有广阔的应用前景。根据工程应用的电压等级不同，IGCT-MMC柔性直流换流阀通常由成百上千个功率子模块组成，为保证工程运行的稳定性，系统中的功率子模块应当在出现故障时可靠旁路，不影响整体系统的稳定持续运行。目前工程应用中一般会在各桥臂中设置一定数量的冗余功率子模块，同时在功率子模块级增加苛刻工况下的旁路措施。

一般而言，功率子模块故障后主控板卡下发命令触发旁路开关动作，继而将故障功率子模块切出系统，但功率模块运行过程中可能出现多重故障，如果没有覆盖全面的旁路方案，则会直接导致故障功率子模块无法切出系统，引起系统闭锁或跳闸。同时IGCT-MMC柔性直流输电换流阀功率子模块与基于IGBT器件的功率子模块构成部件有所不同，因此很有必要针对IGCT-MMC柔性直流换流阀设置一种可靠的旁路方法，以保证系统的稳定可靠运行。

对于应用在柔性直流输电领域的旁路方法，中国专利公开号为CN109390965A的“柔直换流阀功率旁路控制装置”所述的旁路装置可以在功率子模块发生故障后实现旁路功能，但未考虑多重故障工况下的旁路措施。中国专利公开号为发明公开CN112366931A的“一种柔性直流输电换流阀故障功率模块多重旁路保护方法”着重描述了软硬件保护阈值的设定思路，忽略了旁路开关自身故障带来的一系列旁路方式失效情况。中国专利公开号为CN 111049367A的“一种柔性直流输电功率单元可靠旁路装置及旁路方法”描述了针对基于IGBT器件的功率子模块在故障后的旁路措施，其中未考虑到旁路开关内部线圈失效后的旁路失败情况，同时所述的IGBT器件失效模式也无法应用于IGCT器件。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于IGCT-MMC柔性直流输电换流阀的可靠旁路系统及方法，该系统及方法能够在IGCT-MMC功率子模块出现故障时及时切除，保证系统稳定、可靠运行。

为达到上述目的，本发明所述的用于IGCT-MMC柔性直流输电换流阀的可靠旁路系统包括旁路开关、IGCT-MMC功率子模块、故障重触发电路及IGCT过压触发回路，其中，IGCT-MMC功率子模块包括旁路触发板、第一IGCT器件、第二IGCT器件、第一快恢复二极管、第二快恢复二极管、直流电容、箝位电容、箝位二极管、阳极电抗及箝位电阻；旁路触发板包括第一晶闸管、第二晶闸管、第一储能电容及第二储能电容；

第一IGCT器件的一端与阳极电抗的一端及箝位二极管的正极相连接，第一IGCT器件的另一端与旁路开关的一端及第二IGCT器件的一端相连接，阳极电抗的另一端与箝位电阻的一端、直流电容的一端、IGCT过压触发回路的一端及故障重触发电路的一端相连接，二极管的负极及箝位电阻的另一端与箝位电容的一端相连接，电容的另一端、故障重触发电路的另一端、第二IGCT器件的另一端及直流电容的另一端均与旁路开关的另一端相连接；IGCT过压触发回路的另一端与第二IGCT器件的门极相连接；