换流器MMC及基于MMC的直流故障隔离方法和系统
阅读：92发布：2020-05-08
专利汇可以提供换流器MMC及基于MMC的直流故障隔离方法和系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 模 块 化多电平换流器 MMC以及基于MMC进行直流故障隔离的方法和系统，所述MMC基于半桥子模块，在每个相单元的上下桥臂中 串联 多个二级管和晶闸管反向并联的结构，基于所述MMC的直流故障隔离系统和方法当直流侧发生故障后，通过控制晶闸管的触发 信号 ，在桥臂 电流 过零时就可以实现MMC桥臂的顺利判断，同时阻断交流侧电流的馈流。本发明所述的基于半桥子模块的模块化多电平换流器相对于传统的基于半桥子模块的MMC，增加的投资成本和损耗有限，而且所述MMC能实现在20ms内完成直流配 电网 直流侧故障的快速隔离，隔离速度快，此外，由于 故障电流 清除期间，交流侧会持续向故障点馈流，从而为故障 定位 和测距提供了时间。，下面是换流器MMC及基于MMC的直流故障隔离方法和系统专利的具体信息内容。
1.一种模块化多电平换流器MMC，其特征在于，所述MMC由三个相单元并联组成，每个相单元与电网三相电路中的一相相连接，其中，每个相单元包括：
上桥臂和下桥臂，其分别包括级联的若干个半桥子模块和一个串联电抗器；
开关单元，其包括若干个串联的第一结构，所述第一结构由反向并联的二极管和晶闸管组成，其中，二极管阴极与晶闸管阳极相连，二极管阳极与晶闸管阴极相连；
将开关单元分别与上桥臂和下桥臂连接。
2.根据权利要求1所述的换流器，其特征在于，所述换流器中的半桥子模块由绝缘栅双极型晶体管IGBT和电容并联组成。
3.根据权利要求1所述的换流器，其特征在于，所述开关单元的一端与上桥臂和下桥臂的半桥子模块连接，另一端与上桥臂和下桥臂的电抗器连接，或者开关单元的一端与上桥臂和下桥臂的电抗器连接，另一端与电网三相电路中的一相相连接。
4.根据权利要求1所述的换流器，其特征在于，所述换流器开关单元的耐压能力不小于电网三相电路中任意两相间的相间电压的最大值。
5.一种根据权利要求1至4中任意一种换流器进行直流故障隔离的方法，其特征在于，所述方法包括：
采集电网运行信号；
根据电网运行信号确定电网运行状态，所述运行状态包括正常运行状态和故障状态；
根据电网运行状态，生成控制信号，其中，当电网为正常运行状态时，向晶闸管持续发送导通信号；当电网为故障状态时，向所有MMC桥臂的IGBT发出闭锁信号，并向晶闸管发送撤销导通信号；
当控制信号为导通信号时，MMC的全部晶闸管持续导通；当控制信号为撤销导通信号时，当任一桥臂的电流大于零，与所述桥臂串联的开关单元中的晶闸管关断，当所述晶闸管关断时，与所述晶闸管直接串联的桥臂关断，当所述MMC中的全部桥臂关断时，所述电网的直流故障隔离完成。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述采集电网运行信号包括采集MMC中桥臂的电流和采集电网保护系统所需的判断电网运行故障的信号，所述信号包括线路出口电压行波和电流行波。
7.根据权利6所述的方法，其特征在于，所述根据电网运行信号确定电网运行状态包括：
根据MMC桥臂的电流确定MMC桥臂是否过流，当任一桥臂过流时，确定电网处于故障状态；以及
保护系统根据采集的信号确定电网是否处于故障状态，其中，对于行波保护，利用电压行波高频分量的幅值或变化率判断是否发生故障，利用电流行波的变化率识别故障方向，对于单端量保护，提取单侧电流行波高频能量，利用故障暂态能量幅值进行故障识别。
8.一种根据权利要求1至4中任意一种换流器进行直流故障隔离的系统，其特征在于，所述系统包括：
信号采集单元，其用于采集电网运行信号并传输至故障检测单元；
故障检测单元，其用于根据电网运行信号确定电网运行状态，所述运行状态包括正常运行状态和故障状态；
控制单元，其用于根据电网运行状态，向MMC发出控制信号，其中，当电网为正常运行状态时，向晶闸管持续发送导通信号；当电网为故障状态时，向所有MMC桥臂的IGBT发出闭锁信号，并向晶闸管发送撤销导通信号；
MMC，其用于根据控制单元的控制信号执行晶闸管导通或者关断，其中，当控制信号为导通信号时，全部晶闸管持续导通；当控制信号为撤销导通信号时，当任一桥臂的电流大于零，与所述桥臂串联的开关单元中的晶闸管关断，当所述晶闸管关断时，与所述晶闸管直接串联的桥臂关断，当所述MMC中的全部桥臂关断时，所述电网的直流故障隔离完成。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述信号采集单元包括：
第一信号单元，其用于采集MMC中桥臂的电流；
第二信号单元，其用于采集电网保护系统所需的判断电网运行故障的信号，所述信号包括线路出口电压行波和电流行波，所述信号包括线路出口电压行波和电流行波。
10.根据权利9所述的系统，其特征在于，所述故障检测单元包括：
第一检测单元，其用于根据第一信号单元的电流信号确定MMC桥臂是否过流，当任一桥臂过流时，确定电网处于故障状态；
第二检测单元，其用于根据第二信号单元的信号确定电网运行是否发生故障，其中，对于行波保护，利用电压行波高频分量的幅值或变化率判断是否发生故障，利用电流行波的变化率识别故障方向，对于单端量保护，提取单侧电流行波高频能量，利用故障暂态能量幅值进行故障识别。
换流器MMC及基于MMC的直流故障隔离方法和系统
技术领域
背景技术
[0002] 与传统交流配电相比，直流配电网因其传输容量大、电能质量高、系统稳定性好、便于分布式能源接入等优点得到了广泛的关注。作为直流配电网的核心装置，换流器的性能直接影响直流配电网的推广和发展。传统两电平/三电平VSC存在开关频率过、谐波含量大等缺点，同时适应的电压等级较低。模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)由于凭借其较好的电能质量、较高的可靠性等优越性能，在中压直流配电领域具有良好的应用前景。然而，不论是两电平/三电平VSC还是MMC，直流侧发生故障时(尤其是两极短路故障)，电容会迅速向故障点放电，导致直流故障电流大、故障发展迅速、故障影响范围广。因此，直流系统的故障隔离成为直流配电网推广应用的一个技术难点。针对该问题，国内外学者提出了多种解决方法，根据直流故障隔离方式，可以分为以下三类：
[0003] 1)利用交流侧系统隔离故障点，主要分为单晶闸管法和双晶闸管法。采用单晶闸管法通常需要数百毫秒隔离故障点，在此期间，交流系统会持续向故障点馈流，故障点隔离以后，依旧需要数百毫秒才能清除故障电流；采用双晶闸管法可在检测出故障后立即阻止交流电源馈流，但此后故障电流自然衰减到零依然需要几十甚至几百毫秒。。这类方法成本较低、无附加损耗、且在工程实际中已有广泛应用，但故障电流清除均靠故障回路自然衰减，故障清除时间较长；
[0004] 2)利用直流断路器隔离故障点。目前，采用混合式直流断路器最快可在5ms内隔离直流故障，采用全固态直流断路器最快可在1ms内隔离直流故障。但是，目前直流断路器的发展还不成熟，大容量、高速度的直流断路器的成本过高，损耗过大，需要限流设备配合使用，应用于直流配电网，断路器需要数量巨大，投资过高；
[0005] 3)利用具有故障自清除能力的换流器。由于直流断路器的发展不成熟，国内外学者将目光投到了具有故障自清除能力的换流器上。自全桥子模块(HBSM)、钳位双子模块(CDSM)后，多种具有故障隔离能力的子模块拓扑相继被提出。这类MMC故障隔离的机理是故障后通过闭锁IGBT，使桥臂电容反向串联至故障回路，迅速隔离故障并清除故障电流。然而，具有故障隔离能力的子模块成本较高，且运行损耗较大；
[0006] 总的来说，目前现有的直流输配电系统在故障处理方式上有着故障隔离速度与投资成本和运行损耗之间的矛盾。
发明内容
[0007] 为了解决现有技术中直流输配电系统在故障处理方式上故障隔离速度与投资成本和运行损耗之间存在矛盾的技术问题，本发明提供一种模块化多电平换流器MMC，所述MMC由三个相单元并联组成，每个相单元与电网三相电路中的一相相连接，其中，每个相单元包括：
[0008] 上桥臂和下桥臂，其分别包括级联的若干个半桥子模块和一个串联电抗器；
[0010] 将开关单元分别与上桥臂和下桥臂连接。
[0011] 进一步地，所述换流器中的半桥子模块由绝缘栅双极型晶体管IGBT和电容并联组成。
[0012] 进一步地，所述开关单元的一端与上桥臂和下桥臂的半桥子模块连接，另一端与上桥臂和下桥臂的电抗器连接，或者开关单元的一端与上桥臂和下桥臂的电抗器连接，另一端与电网三相电路中的一相相连接。
[0013] 进一步地，所述换流器开关单元的耐压能力不小于电网三相电路中任意两相间的相间电压的最大值。
[0014] 根据本发明的另一方面，本发明提供一种基于本发明所述的任意一种换流器进行直流故障隔离的方法，所述方法包括：
[0016] 根据电网运行信号确定电网运行状态，所述运行状态包括正常运行状态和故障状态；
[0017] 根据电网运行状态，生成控制信号，其中，当电网为正常运行状态时，向晶闸管持续发送导通信号；当电网为故障状态时，向所有MMC桥臂的IGBT发出闭锁信号，并向晶闸管发送撤销导通信号；
[0018] 当控制信号为导通信号时，MMC的全部晶闸管持续导通；当控制信号为撤销导通信号时，当任一桥臂的电流大于零，与所述桥臂串联的开关单元中的晶闸管关断，当所述晶闸管关断时，与所述晶闸管直接串联的桥臂关断，当所述MMC中的全部桥臂关断时，所述电网的直流故障隔离完成。
[0019] 进一步地，所述采集电网运行信号包括采集MMC中桥臂的电流和采集电网保护系统所需的判断电网运行故障的信号，所述信号包括线路出口电压行波和电流行波。
[0020] 进一步地，所述根据电网运行信号确定电网运行状态包括：
[0021] 根据MMC桥臂的电流确定MMC桥臂是否过流，当任一桥臂过流时，确定电网处于故障状态；以及保护系统根据采集的信号确定电网是否处于故障状态，其中，对于行波保护，利用电压行波高频分量的幅值或变化率判断是否发生故障，利用电流行波的变化率识别故障方向，对于单端量保护，提取单侧电流行波高频能量，利用故障暂态能量幅值进行故障识别。
[0022] 根据本发明的另一方面，本发明提供一种利用本发明所述的任意一种换流器进行直流故障隔离的系统，所述系统包括：
[0023] 信号采集单元，其用于采集电网运行信号并传输至故障检测单元；
[0024] 故障检测单元，其用于根据电网运行信号确定电网运行状态，所述运行状态包括正常运行状态和故障状态；
[0025] 控制单元，其用于根据电网运行状态，向MMC发出控制信号，其中，当电网为正常运行状态时，向晶闸管持续发送导通信号；当电网为故障状态时，向所有MMC桥臂的IGBT发出闭锁信号，并向晶闸管发送撤销导通信号；
[0026] MMC，其用于根据控制单元的控制信号执行晶闸管导通或者关断，其中，当控制信号为导通信号时，全部晶闸管持续导通；当控制信号为撤销导通信号时，当任一桥臂的电流大于零，与所述桥臂串联的开关单元中的晶闸管关断，当所述晶闸管关断时，与所述晶闸管直接串联的桥臂关断，当所述MMC中的全部桥臂关断时，所述电网的直流故障隔离完成。
[0027] 进一步地，所述信号采集单元包括：
[0028] 第一信号单元，其用于采集MMC中桥臂的电流；
[0029] 第二信号单元，其用于采集电网保护系统所需的判断电网运行故障的信号，所述信号包括线路出口电压行波和电流行波。
[0030] 进一步地，所述故障检测单元包括：
[0031] 第一检测单元，其用于根据第一信号单元的电流信号确定MMC桥臂是否过流，当任一桥臂过流时，确定电网处于故障状态；
[0032] 第二检测单元，其用于根据第二信号单元的信号确定电网运行是否发生故障，其中，对于行波保护，利用电压行波高频分量的幅值或变化率判断是否发生故障，利用电流行波的变化率识别故障方向，对于单端量保护，提取单侧电流行波高频能量，利用故障暂态能量幅值进行故障识别。
[0033] 本发明技术方案提供的模块化多电平换流器基于半桥子模块，其在MMC的每个相单元的上下桥臂中串联多个二级管和晶闸管反向并联的结构，基于所述MMC的直流故障隔离系统和方法当直流侧发生故障后，通过控制晶闸管的触发信号，在桥臂电流过零时就可以实现MMC桥臂的顺利判断，同时阻断交流侧电流的馈流。当电网的保护系统检测到故障后，控制系统立即向所有IGBT发出闭锁信号，切断子模块电容放电通路，同时立即撤销晶闸管的导通信号。此时，由于晶闸管不具有自主关断能力，故障电流将通过桥臂晶闸管进行续流，同时交流系统向故障点馈流迅速增大。当任一桥臂的交流侧馈流与直流故障电流叠加过零时，晶闸管关断，相应的MMC桥臂关断。由于交流侧馈流的作用，MMC桥臂可以依次关断，直至直流故障电流清除。本发明所述的基于半桥子模块的模块化多电平换流器相对于传统的基于半桥子模块的MMC，增加的投资成本和损耗有限，而且所述MMC能实现在20ms内完成直流配电网直流侧故障的快速隔离，隔离速度快，此外，由于故障电流清除期间，交流侧会持续向故障点馈流，从而为故障定位和测距提供了时间。附图说明
[0034] 通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
[0035] 图1为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器的拓扑结构示意图。
[0036] 图2为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器进行直流故障隔离的方法的流程图；
[0037] 图3(a)为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器直流侧发生两极短路故障时进行故障隔离的阶段示意图；
[0038] 图3(b)为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器直流侧发生两极短路故障时进行故障隔离的各时间段桥臂电流示意图；
[0039] 图3(c)为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器直流侧发生两极短路故障时进行故障隔离的各时间段桥臂交流电源电压示意图；
[0040] 图4(a)为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器直流侧发生两极短路故障时进行故障隔离的第一时间段故障电流通路示意图；
[0041] 图4(b)为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器直流侧发生两极短路故障时进行故障隔离的第二时间段故障电流通路示意图；
[0042] 图4(c)为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器直流侧发生两极短路故障时进行故障隔离的第三时间段故障电流通路示意图；
[0043] 图4(d)为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器直流侧发生两极短路故障时进行故障隔离的第四时间段故障电流通路示意图；
[0044] 图4(e)为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器直流侧发生两极短路故障时进行故障隔离的第五时间段故障电流通路示意图；
[0045] 图5为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器进行直流故障隔离的系统的结构示意图。
具体实施方式
[0046] 现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
[0047] 除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
[0048] 图1为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器的拓扑结构示意图。如图1所示，本优选实施方式所述的模块化多电平换流器MMC100由三个相单元101并联组成，每个相单元101与电网三相电路中的一相相连接，其中，每个相单元101包括：
[0049] 上桥臂111和下桥臂112，其分别包括级联的若干个半桥子模块1111和一个串联电抗器1112；
[0050] 开关单元113，其包括若干个串联的第一结构1131，所述第一结构由反向并联的二极管和晶闸管组成，其中，二极管阴极与晶闸管阳极相连，二极管阳极与晶闸管阴极相连；
[0051] 将开关单元113分别与上桥臂111和下桥臂112连接。
[0052] 晶闸管具有可靠性高、耐压性好、耐涌流、价格低廉等优点。在早期柔性直流输电工程中，为了使用交流断路器清除直流侧故障，通常采用晶闸管与子模块并联的方式对故障电流进行分流，这种方法被成为单晶闸管法。然而，由于续流二极管的存在，传统MMC无法及时有效的隔离交流侧馈流，进而导致直流故障电流需要几十甚至几百ms才能衰减至零。在本优选实施方式中，对基于半桥子模块的模块化多电平换流器的结构进行改进，在每个桥臂支路上串联若干晶闸管与二极管反并联模块后，当直流侧发生故障时，通过控制晶闸管的触发信号，在桥臂电流过零时就可以实现MMC桥臂的顺利关断，同时阻断交流侧电源的馈流。正常工作状态下，MMC控制系统持续向晶闸管发送导通信号，此时开关单元113的第一结构1131中的晶闸管可以等效为二极管，该串联结构可以等效看作阻值恒定的电阻模块，因此，本优选实施方式所述的基于半桥子模块的换流器与传统半桥型MMC的工作原理和特性相同。
[0053] 优选地，所述换流器100中的半桥子模块1111由绝缘栅双极型晶体管IGBT和电容并联组成。
[0054] 优选地，所述开关单元113的一端与上桥臂111和下桥臂112的半桥子模块1111连接，另一端与上桥臂111和下桥臂112的电抗器1112连接，或者开关单元113的一端与上桥臂111和下桥臂112的电抗器1112连接，另一端与电网三相电路中的一相相连接。
[0055] 优选地，所述换流器开关单元113的耐压能力不小于电网三相电路中任意两相间的相间电压的最大值。
[0056] 图2为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器进行直流故障隔离的方法的流程图。如图2所示，本优选实施方式所述的基于优选实施方式所述的任意一种换流器进行直流故障隔离的方法200从步骤201开始。
[0057] 在步骤201，采集电网运行信号。
[0058] 在步骤202，根据电网运行信号确定电网运行状态，所述运行状态包括正常运行状态和故障状态。
[0059] 在步骤203，根据电网运行状态，生成控制信号，其中，当电网为正常运行状态时，向晶闸管持续发送导通信号；当电网为故障状态时，向所有MMC桥臂的IGBT发出闭锁信号，并向晶闸管发送撤销导通信号；
[0060] 在步骤204，当控制信号为导通信号时，MMC的全部晶闸管持续导通；当控制信号为撤销导通信号时，当任一桥臂的电流大于零，与所述桥臂串联的开关单元中的晶闸管关断，当所述晶闸管关断时，与所述晶闸管直接串联的桥臂关断，当所述MMC中的全部桥臂关断时，所述电网的直流故障隔离完成。
[0061] 优选地，所述采集电网运行信号包括采集MMC中桥臂的电流和采集电网保护系统所需的判断电网运行故障的信号，所述信号包括线路出口电压行波和电流行波。
[0062] 优选地，所述根据电网运行信号确定电网运行状态包括：
[0063] 根据MMC桥臂的电流确定MMC桥臂是否过流，当任一桥臂过流时，确定电网处于故障状态；以及保护系统根据采集的信号确定电网是否处于故障状态，其中，对于行波保护，利用电压行波高频分量的幅值或变化率判断是否发生故障，利用电流行波的变化率识别故障方向，对于单端量保护，提取单侧电流行波高频能量，利用故障暂态能量幅值进行故障识别。
[0064] 图3(a)为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器直流侧发生两极短路故障时进行故障隔离的阶段示意图。直流侧两极短路故障是直流系统最为严重的故障，因此，以两极短路故障为例进行故障隔离过程说明。在下列分析过程中，用字母p和n分别表示上桥臂和下桥臂。则pa桥臂表示a相上桥臂，ipa表示a相上桥臂的故障电流，以此类推。假设故障发生时刻为t0，根据MMC桥臂的工作状态，可以将故障隔离过程分为三个阶段，如图3(a)所示。
[0065] 阶段1：t0至t1，桥臂子模块电容放电阶段。一旦直流侧发生两极短路故障，直流侧两极之间阻抗骤减，导致直流侧电压发生突变。因此，处于投入状态的电容会立即向故障点放电，直流故障电流迅速增大，如图3(a)所示。该过程中，虽然交流侧向故障点的馈流也同时增大，但馈流有限且馈流的上升速度没有电容放电的速度快，因此故障电流主要来源为桥臂子模块放电。当任一桥臂IGBT过流或保护系统检测到故障后，立即向MMC控制系统发送故障信号。接到故障信号后，控制系统则立即向桥臂子模块发出闭锁信号，并经过延迟躲开死区后，撤销晶闸管的导通控制信号。接到闭锁信号后，MMC桥臂IGBT在t1时刻发生闭锁。
[0066] 阶段2：t1至t5，MMC桥臂交替关闭阶段。IGBT发生闭锁后，子模块电容放电回路被切断。此时，由于故障电流的直流分量大于交流侧馈流，而晶闸管又不具备自主关断能力，MMC的六个桥臂均处于导通状态。图4(a)为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器直流侧发生两极短路故障时进行故障隔离的第一时间段故障电流通路示意图，如图4(a)所示，t0至t1期间，根据叠加原理，该区段内桥臂电流可以等效交流侧馈流与桥臂故障电流分量的叠加。以pa桥臂为例，其故障电流可以表示为
[0067] ipa＝ipa1+ifa2
[0068] 式中，ipa1表示交流侧电源的馈流分量，ifa2表示直流侧故障电流在a相的分流。因为没有桥臂电容电压的钳位作用，交流侧馈流开始逐渐增加。当桥臂电流过零时，桥臂上的晶闸管闭锁，该桥臂关断。
[0069] 图3(b)为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器直流侧发生两极短路故障时进行故障隔离的各时间段桥臂电流示意图。如图3(b)所示，从t0至t6时间段，nc桥臂、pb桥臂、na桥臂、pc桥臂、pa桥臂和nb桥臂依次电流过零，又随着晶闸管判断，电流重新变为零。
[0070] 图3(c)为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器直流侧发生两极短路故障时进行故障隔离的各时间段桥臂交流电源电压示意图。如
[0071] 图3(c)所示，t1时刻交流侧电源c相电压幅值较大，因此其馈流迅速增加，并导致nc桥臂在t2时刻快速关断。
[0072] 图4(b)为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器直流侧发生两极短路故障时进行故障隔离的第二时间段故障电流通路示意图。因此，t1至t2期间故障电流通路如图4(b)所示。图4(c)为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器直流侧发生两极短路故障时进行故障隔离的第三时间段故障电流通路示意图。在t2至t3期间，pb桥臂在t3时刻关断，故障电流通路如图4(c)所示。
[0073] 此后，a相通过na桥臂和nb桥臂向b相馈流，c相通过pc桥臂和pa桥臂向a相馈流，导致ipa和ina均减小。同时，c相通过故障点向b相馈流，导致直流侧故障电流增大，所述故障电流变化如图3(a)所示。ina在t4时刻率先过零，na桥臂关断。图4(d)为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器直流侧发生两极短路故障时进行故障隔离的第四时间段故障电流通路示意图。在t3至t4期间，na桥臂关断后，故障电流通路如图4(d)所示。a相与c相同时通过故障点向b相馈流，同时，a相与c相电压差减小。因此，a相上桥臂电流和故障电流迅速增大。当ua>uc时，uac迫使ipc迅速减小，在t5时刻ipc过零，pc桥臂关断。至此，nc、pb、na、pc桥臂均已关断。
[0074] 阶段3：t5至t6，直流侧故障电流清除阶段。图4(e)为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器直流侧发生两极短路故障时进行故障隔离的第五时间段故障电流通路示意图。在t4至t5期间，，故障电流通路如图4(e)所示。如图3(c)所示，t5时刻uab>0，因此，a相通过pa桥臂、故障点和nb桥臂向b相馈流。导致直流侧故障电流继续增大。当uab<0时，由于故障电流与相间电压反向，故障电流迅速减小到零。当直流侧故障电流过零时，pa桥臂和nb桥臂关断。至此，MMC实现了直流侧故障电流的自清除。
[0075] 根据以上故障隔离过程和原理分析可知，MMC桥臂加装的二极管与晶闸管反并联结构在故障隔离期间，以及故障隔离后需要承受正向或反向压降。
[0076] 在故障隔离过程中，如图4(e)所示，以nc桥臂为例，在t5至t6期间，B、C两相的相间电压除在通流支路中的有限分压外，全部施加在nc桥臂上，其余各桥臂情况类似。考虑到通流支路分压有限，尤其故障回路阻抗较大时，因此在配置反并联结构时，其耐压能力需按照相间电压的最大值进行配备。而在故障隔离结束后，变流器相间电压由晶闸管和子模块IGBT共同承担，其耐压要求相对故障隔离过程较小。
[0077] 从本优选实施方式所述的MMC工作原理可以看出，本发明所述MMC的晶闸管在正常工作状态下处于持续导通状态，在检测到故障后撤销其导通信号，桥臂电流过零时自然关断。因此，在正常工作状态下晶闸管的开关频率较低，为工频；应用于故障隔离，对导通速度要求较低。因此，对于晶闸管的选取，在满足耐压的耐流的前提下，以经济性和损耗最优化为原则。
[0078] 图5为根据本发明优选实施方式的模块化多电平换流器进行直流故障隔离的系统的结构示意图。如图5所示，本优选实施方式所述的进行直流故障隔离的系统500包括：
[0079] 信号采集单元501，其用于采集电网运行信号并传输至故障检测单元；
[0080] 故障检测单元502，其用于根据电网运行信号确定电网运行状态，所述运行状态包括正常运行状态和故障状态；
[0081] 控制单元503，其用于根据电网运行状态，向MMC发出控制信号，其中，当电网为正常运行状态时，向晶闸管持续发送导通信号；当电网为故障状态时，向所有MMC桥臂的IGBT发出闭锁信号，并向晶闸管发送撤销导通信号；
[0082] MMC504，其用于根据控制单元的控制信号执行晶闸管导通或者关断，其中，当控制信号为导通信号时，全部晶闸管持续导通；当控制信号为撤销导通信号时，当任一桥臂的电流大于零，与所述桥臂串联的开关单元中的晶闸管关断，当所述晶闸管关断时，与所述晶闸管直接串联的桥臂关断，当所述MMC中的全部桥臂关断时，所述电网的直流故障隔离完成。
[0083] 优选地，所述信号采集单元501包括：
[0084] 第一信号单元511，其用于采集MMC中桥臂的电流；
[0085] 第二信号单元512，其用于采集电网保护系统所需的判断电网运行故障的信号，所述信号包括线路出口电压行波和电流行波。
[0086] 优选地，所述故障检测单元502包括：
[0087] 第一检测单元521，其用于根据第一信号单元的电流信号确定MMC桥臂是否过流，当任一桥臂过流时，确定电网处于故障状态；
[0088] 第二检测单元522，其用于根据第二信号单元的信号确定电网运行是否发生故障，其中，对于行波保护，利用电压行波高频分量的幅值或变化率判断是否发生故障，利用电流行波的变化率识别故障方向，对于单端量保护，提取单侧电流行波高频能量，利用故障暂态能量幅值进行故障识别。
[0089] 本发明所述基于模块化多电平换流器进行直流故障隔离的系统在直流侧发生故障时进行故障隔离的方法与本发明所述基于模块化多电平换流器进行直流故障隔离的方法采取的步骤相同，并且达到的技术效果也相同，此处不再赘述。
[0091] 通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
[0092] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0093] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0094] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0095] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0096] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
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