[发明专利]一种MMC子模块的故障保护方法及系统

说明书

本发明公开一种MMC子模块的故障保护方法及系统，其中故障保护方法包括以下步骤：控制单元向子模块的IGCT器件发送关断指令或开通指令；IGCT器件根据控制单元的关断指令执行关断，并判断自身关断状态，关断失败后向控制单元发送关断失败信号；控制单元接收关断失败信号后，闭锁子模块；子模块闭锁后，关断失败的IGCT器件对自身进行故障确定，并将故障确定结果发送给控制单元；控制单元接收故障确定结果，并根据故障确定结果将子模块旁路或解除子模块闭锁。本发明在侦测到IGCT器件关断失效时，及时闭锁子模块，杜绝其他IGCT器件开通，有效防止故障蔓延；本发明能通过自检测的方式判断故障是否为干扰引起的误报，降低子模块误报故障几率，延长换流阀检修周期。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种MMC子模块的故障保护方法及系统。

背景技术

直流输电技术因其电能质量好、传输容量大、系统稳定性高、便于分布式能源接入等优点得到了广泛的关注。换流器是直流输电技术的核心部件，其性能直接影响直流输电技术能否大规模推广应用。子模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter，MMC)由于凭借其电能质量高、可靠性好、输出波形品质高、功率损耗低等突出优势，在直流输电技术中具有良好的应用前景。目前MMC的主要功率开关器件采用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，其具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断和开关频率高等特点，尽管IGBT优势突出，但是相比电流型器件，仍然存在通态压降大、可靠性低和制造成本高等问题，具有很多改进的空间。相比IGBT，集成门极换流晶闸管(Integrated Gate-Commutated Thyristor，IGCT)具有更低的通态压降、更高的可靠性以及更低的制造成本，并且结构紧凑、具有更高的阻断电压和通流能力，有望显著改进电压控制型器件在高压大容量柔性直流输电MMC换流阀应用中的表现性能。

但是，IGCT器件不同于IGBT，不具有退饱和效应，其故障电流关断能力远小于IGBT，因此，在IGCT器件应用在MMC子模块中时，一个IGCT器件关断失效后，一旦其相对的另一个IGCT器件开通，将产生无法关断的100kA级故障浪涌电流，破坏子模块，造成更大损失。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种MMC子模块的故障保护方法及系统，能够在任意一个IGCT器件关断失效后，防止子模块产生浪涌电流破坏子模块。

一种MMC子模块的故障保护方法，包括以下步骤：控制单元向子模块的IGCT器件发送关断指令或开通指令；IGCT器件根据控制单元的关断指令执行关断，并判断自身关断状态，关断失败后向控制单元发送关断失败信号；控制单元接收关断失败信号后，闭锁子模块；子模块闭锁后，关断失败的IGCT器件对自身进行故障确定，并将故障确定结果发送给控制单元；控制单元接收故障确定结果，并根据故障确定结果将子模块旁路或解除子模块闭锁。

进一步的，IGCT器件判断自身关断状态包括以下步骤：

IGCT器件监测关断后的自身阳极电流，如果自身阳极电流不下降，则确定关断失败。

进一步的，关断失败的IGCT器件对自身进行故障确定包括以下步骤：

关断失败的IGCT器件在关断失败第一设定时间后，根据自身门极和阴极电压确定关断失败原因为检测干扰或IGCT器件故障；

若确定关断失败的IGCT器件的关断失败原因为检测干扰，关断失败的IGCT器件驱动自身进行自检，确定自身正常或故障。

进一步的，若确定关断失败的IGCT器件的关断失败原因为检测干扰，关断失败的IGCT器件驱动自身进行自检，确定自身正常或故障具体为：

关断失败的IGCT器件驱动自身进行一次开通触发，开通持续第二设定时间后关断，若开通和关断过程正常，则确定关断失败的IGCT器件正常，若开通或关断过程中出现异常信号，则确定关断失败的IGCT器件故障。