半橋型柔性直流換流器功率模塊典型故障分析

楊德林，譚令其，歐陽文艷，林曙光，宋啓能

（1.云南電網有限責任公司文山供電局，云南 文山 663000；2.廣東電網電力科學研究院，廣州 510080）

0 引言

模塊化多電平換流器（Modular Multilevel Converters，MMC）拓撲結構因其具有模塊化集成度高、易于拓展、諧波小等特點，被廣泛應用于柔性直流輸電、異步聯網、風電并網、無功補償等領域[1-9]。與常規直流輸電相比，模塊化多電平拓撲的柔性直流輸電技術具有無需受端提供換相電壓、無需無功補償和交流濾波器、無換相失敗問題、有功無功獨立控制等優點[10]。隨著MMC由最初的低壓、小容量示范工程向高電壓、大容量方向的快速發展，其器件也存在模塊數量多、承受電壓電流應力大、輔助電路結構復雜等特點。

目前柔性直流工程上應用的MMC 主要為半橋型MMC拓撲結構，受限于現有功率子模塊的耐壓水平，一個閥組往往需要級聯幾千個功率子模塊，子模塊故障成為工程現場最常見的故障之一。通常柔性直流輸電拓撲每橋臂設計一定數量的冗余子模塊，當子模塊冗余耗盡時，控保系統執行順控程序將相應閥組停運。因此，研究半橋型功率子模塊故障類型、故障特征和失效分析，對于現場故障診斷及提高柔性直流輸電可靠性具有重大意義。

目前國內已有不少文獻開展了絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）失效機理、故障特征的分析和研究，提出了IGBT 相應的故障檢測、定位、保護等方案[11-19]，但少有文獻對工程應用中的大功率IGBT 器件現場故障開展分析。本文結合工程現場實際，梳理MMC半橋子模塊驅動/器件類、通信類等典型故障，并結合現場波形開展故障特征和原因分析，提出運維建議和處置措施，供類似故障處理提供參考。……