CN112909986A - 一种模块化多电平换流器子模块及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种模块化多电平换流器子模块及其控制方法，所述子模块包括：上下管主电路，上下管主电路包括上管半导体器件S1和下管半导体器件S2 *；所述上管半导体器件S1反并联第一开关器件D1；上管半导体器件S1的第二电极连接下管半导体器件S2 *的第一电极；所述上管半导体器件S1的第一电极连接直流电容CDC的一端；下管半导体器件S2 *反并联第二开关器件D2 *；下管半导体器件S2 *的第二电极连接直流电容CDC的另一端；所述下管半导体器件S2 *中设有中心可控击穿区域。本发明的模块化多电平换流器子模块完全省略传统MMC模块方案中的出口处的旁路晶闸管，从而降低子模块制造的体积和成本并简化系统的运行控制方案。

Description

一种模块化多电平换流器子模块及其控制方法
技术领域
本发明属于高压柔性直流输电领域，具体涉及一种模块化多电平换流器子模块及其控制方法。
背景技术
随着大规模可再生能源如海上风电的快速发展和接入，以及不同交流电网的异步并网需求，模块化多电平换流器(MMC)技术得到深入研究和应用。由于模块化多电平换流器单个子模块电压较低，因此在高压柔性直流输电系统中通常级联使用，而当子模块发生故障时，为了避免整个系统停机，通常会将故障子模块旁路，保证剩余模块单元可以正常运行。在运行过程中子模块最严重的故障之一为器件闭锁引起的子模块电容持续过压，在这种情况下如果子模块电容不能及时释放能量降低电压，将会发生十分危险的工况，因此在目前的子模块出口端通常会并联一个旁路晶闸管T(并联至子模块出口端的下管二极管)，它会在指定电压下击穿来对电容进行能量释放，同时利用失效短路的旁路晶闸管T以及后备的机械旁路开关K对子模块进行旁路。同时，当系统发生直流双极短路故障时，下管二极管将进入整流模式承受连续5个周波的高浪涌电流，传统二极管无法承受这一浪涌电流水平，因此出口的旁路晶闸管在直流双极短路故障发生时会被触发开通实现对二极管的分流保护，但是旁路晶闸管的引入不仅增加了子模块制造的体积和成本，以及对出口电压变化率较差的耐受性能还可能给系统运行控制的复杂度带来了新的挑战。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种无旁路晶闸管的具有闭锁过压故障自击穿和直流双极短路故障穿越功能的MMC子模块及其控制方法。
本发明的一种模块化多电平换流器子模块，包括：
上下管主电路，所述上下管主电路包括上管半导体器件S1和下管半导体器件S2 *；
所述上管半导体器件S1反并联第一开关器件D1，所述上管半导体器件S1的第一电极连接所述第一开关器件D1的第二电极，所述上管半导体器件S1的第二电极连接所述第一开关器件D1的第一电极；
所述上管半导体器件S1的第二电极连接所述下管半导体器件S2 *的第一电极；
所述上管半导体器件S1的第一电极连接直流电容CDC的一端；
所述下管半导体器件S2 *反并联第二开关器件D2 *，所述下管半导体器件S2 *的第一电极连接所述第二开关器件D2 *的第二电极，所述下管半导体器件S2 *的第二电极连接所述第二开关器件D2 *的第一电极；
所述下管半导体器件S2 *的第二电极连接所述直流电容CDC的另一端；
所述下管半导体器件S2 *中设有中心可控击穿区域，所述下管半导体器件S2 *的第一电极和第二电极之间为模块化多电平换流器子模块的出口电压。
进一步，还包括辅助电路，
所述辅助电路包括电感LA，第三开关器件DCL、电阻RCL、电容CCL，
所述电感LA的一端连接所述直流电容CDC的一端和所述电阻RCL的一端，所述电感LA的另一端连接所述第三开关器件DCL的第一电极；
所述第三开关器件DCL的第二电极连接所述电阻RCL的另一端和所述电容CCL的一端；
所述电容CCL的另一端连接所述直流电容CDC的另一端。
进一步，
所述上管半导体器件S1的第一电极连接所述电感LA的另一端。
进一步，
所述下管半导体器件S2 *的第一电极和第二电极间设置有机械旁路开关K。
进一步，
所述上管半导体器件S1和下管半导体器件S2 *为集成门极换流晶闸管或绝缘栅双极晶体管，当所述上管半导体器件S1和下管半导体器件S2 *为集成门极换流晶闸管时，所述上管半导体器件S1和下管半导体器件S2 *的第一电极为阳极，第二电极为阴极，当所述上管半导体器件S1和下管半导体器件S2 *为绝缘栅双极晶体管时，所述上管半导体器件S1和下管半导体器件S2 *的第一电极为集电极，第二电极为发射极；
所述第一开关器件D1、第二开关器件D2 *、第三开关器件DCL为二极管，所述第一开关器件D1、第二开关器件D2 *、第三开关器件DCL的第一电极为阳极，第二电极为阴极；
所述第二开关器件D2 *为高浪涌能力二极管。
进一步，
所述下管半导体器件S2 *的击穿电压满足：所述击穿电压的设计浮动值为额定标称阻断电压值的±20％，所述额定标称阻断电压值为未设有中心可控击穿区域的下管半导体器件SS和或所述下管半导体器件SS的反并联二极管DD的额定标称阻断电压值，同时所述击穿电压不超过直流母线电容的安全过电压范围。
进一步，
所述下管半导体器件S2 *为集成门极换流晶闸管时，
所述中心可控击穿区域包括所述集成门极换流晶闸管的门极和阳极之间的p+基区，p基区，n-基区，第二n缓冲区，所述第二缓冲区代替了所述集成门极换流晶闸管中所述中心可控击穿区域以外的缓冲区及p+发射极进一步，
所述下管半导体器件S2 *为绝缘栅双极晶体管时，
所述中心可控击穿区域包括所述绝缘栅双极晶体管的集电极和发射极之间的p基区，n-基区，第二缓冲层，所述第二缓冲区代替了所述绝缘栅双极晶体管中所述中心可控击穿区域以外的缓冲区及p+发射极。
本发明还提供一种模块化多电平换流器子模块控制方法，用于控制上述的模块化多电平换流器子模块，所述控制方法包括：在预定时刻控制所述模块化多电平换流器子模块闭锁，从而控制所述模块化多电平换流器子模块的出口电压在桥臂电流的正半波分量的作用下从稳态运行电压逐渐阶梯抬升，当下管半导体器件S2 *两端电压达到击穿阈值后发生击穿，以实现故障模块的旁路。
本发明的MMC子模块下管集成门极换流晶闸管(IGCT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)采用中心可控击穿的IGCT、IGBT器件方案，该器件在中心处设置了指定电压下的击穿薄弱点，可以在器件损坏灌入大电流时保证管壳的热稳定性，具备优异的防爆能力，同时该IGCT器件具备失效长期短路能力，因此这种MMC子模块方案具有闭锁过压故障下的自击穿及旁路的功能，避免模块闭锁不受控时母线电容电压的持续上升，从而降低了电容绝缘破坏爆炸的风险，保证了系统运行的安全性和稳定性。同时本发明的MMC子模块下管二极管采用高浪涌能力的二极管，当直流双极短路故障发生时，该二极管在交流侧断路器断开故障前可以承受住5个连续周波高浪涌电流的穿越而不损坏。综上，本发明的MMC子模块可以完全省略传统MMC模块方案中的出口处的旁路晶闸管，从而降低子模块制造的体积和成本并简化系统的运行控制方案。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明实施例所采用的中心可控击穿的IGCT器件的芯片横向版图；
图2示出了根据本发明实施例所采用的中心可控击穿的IGCT器件的芯片纵向结构示意图；
图3示出了根据本发明实施例所采用的中心可控击穿的IGCT器件的常规门极区域在临界击穿电压下的电场分布示意图；
图4示出了根据本发明实施例所采用的中心可控击穿的IGCT器件的中心可控击穿区域在临界击穿电压下的电场分布示意图；
图5示出了根据本发明实施例的基于中心可控击穿IGCT器件(S2*)和高浪涌二极管(D2*)的MMC系统结构图；
图6示出了根据本发明实施例的基于中心可控击穿IGCT器件(S2*)和高浪涌二极管(D2*)的MMC系统子模块结构图；
图7示出了根据本发明实施例的直流双极短路故障时的MMC系统浪涌电流路径情况示意图；
图8示出了根据本发明实施例的直流双极短路故障时的MMC系统子模块浪涌电流路径情况示意图；
图9示出了根据本发明实施例的在交流断路器S切除前的MMC系统的浪涌电流波形示意图；
图10示出了根据本发明实施例的发生过压故障时的MMC系统中的电流路径及击穿旁路功能示意图；
图11示出了根据本发明实施例的发生过压故障时的MMC系统的闭锁模块中的电流路径及击穿旁路功能示意图；
图12示出了根据本发明实施例的发生过压故障时的MMC系统的闭锁模块的输入电流情况示意图；
图13示出了根据本发明实施例的发生过压故障时的MMC系统的闭锁模块的出口电压情况示意图；
图14示出了根据本发明实施例的MMC系统子模块采用的IGBT单元纵向结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1和图2分别示出了本发明实施例所采用的中心可控击穿的IGCT器件的芯片横向版图和芯片纵向结构示意图。图1中，a为可控中心击穿区域，b为阴极梳条，c为门极接触，d为阴极环。图2中，a1为门极，b1为阴极，c1为门极，d1为n+发射极，e1为p+基区，f1为p基区，g1为n-基区，h1为第一n缓冲区，i1为p+发射极，j1为阳极，k1为p+基区，l1为p基区，m1为n-基区，n1为第二n缓冲区，A和B为裁线，J1、J2、J3为三个PN结结构。
由图1可知，本发明实施例所采用的中心可控击穿的IGCT器件的内部芯片主要由10圈阴极环d构成，每个阴极环d内包括众多细小的阴极梳条b，在第5环和第6环之间还设有引出的门极接触c，本发明中所采用的设计方案在芯片的中心位置还设置了可控中心击穿区域a。
图2示出了本发明实施例所采用的中心可控击穿的IGCT器件的芯片纵向结构，所述芯片纵向结构包括三部分结构，第一部分结构为门极a1和阳极j1及二者之间的p+基区e1，p基区f1，n-基区g1，第一n缓冲区h1，p+发射极i1；第二部分结构为阴极b1和阳极j1及二者之间的n+发射极d1，p+基区e1，p基区f1，n-基区g1，第一n缓冲区h1，p+发射极i1；第三部分结构为门极c1和阳极j1及二者之间的p+基区k1，p基区l1，n-基区m1，第二n缓冲区n1。所述第一部分结构为常规门极及其下方区域，第三部分结构为中心可控击穿区域。本发明所采用的设计方案将传统的N缓冲区更正为第一缓冲区h1，在此基础上在第三部分结构设置掺杂浓度更低的第二缓冲区n1，即第二缓冲区n1设置在芯片的中心可控击穿区域中，在设置第二缓冲区n1的同时还取消第三部分结构的P+发射极结构，将第二缓冲区n1与阳极j1直接相连。即第一部分结构和第三部分结构的差别在于第三部分结构中以第二缓冲区n1替换了第一部分结构中的第一n缓冲区h1及p+发射极i1。
图3和图4分别示出了本发明实施例所采用的中心可控击穿的IGCT器件的常规门极区域和中心可控击穿区域在临界击穿电压下的电场分布示意图，即图2中，分别沿截线A和B的纵向电场分布。图3和图4中，E代表电场强度，X代表位置坐标，e1+f1代表p+基区e1及p基区f1，k1+l1代表p+基区k1及p基区l1，其余附图标记含义同图2中的附图标记。由图3和图4可知，由于本发明把第二缓冲区n1的浓度设置得较第一缓冲区h1的浓度更低，因此在芯片达到临界击穿电压时，中心可控击穿区域的电场边界相比常规门极下方区域更易于抵达阳极侧，实现更早的穿通，进而导致器件击穿。即当器件达到临界击穿电压时，中心可控击穿区域的电场强度先抵达阳极侧，实现了器件的电场穿通而发生器件击穿，从而保证了IGCT在阻断过压失效时的中心失效点。
图5示出了本发明实施例的基于中心可控击穿IGCT器件(S2*)和高浪涌二极管(D2*)的MMC系统结构。图5中，Ua、Ub、Uc为所述MMC系统的三相电压端，每一个三相电压输入端均通过一个交流断路器S和一个电感Lac连接至两个桥臂，其中，Ua连接至第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂由子模块As1，…，Asn串联构成，n为大于1的整数，第二桥臂由子模块Ax1，…，Axn串联构成；Ub连接至第三桥臂和第四桥臂，第三桥臂由子模块Bs1，…，Bsn串联构成，第四桥臂由子模块Bx1，…，Bxn串联构成；Uc连接至第五桥臂和第六桥臂，第五桥臂由子模块Cs1，…，Csn串联构成，第六桥臂由子模块Cx1，…，Cxn串联构成。各电感Lac与对应连接的各桥臂之间还连接有电感Larm。子模块As1，Bs1，Cs1连接至直流电压端+Udc，子模块Axn，Bxn，Cxn连接至直流电压端-Udc。
图6所示为本发明的MMC系统第一桥臂至第六桥臂的各桥臂中子模块结构。所述子模块结构为基于中心可控击穿IGCT的MMC子模块。如图6所示，本发明的MMC系统未采用自毁晶闸管T。所述基于中心可控击穿IGCT的MMC子模块包括直流电容CDC，上管位置的传统IGCTS1及与S1反并联的传统二极管D1以及下管位置的中心可控击穿的IGCT S2 *及与S2 *反并联的高浪涌能力的二极管D2 *，且所述基于中心可控击穿IGCT的MMC子模块还包括构成了辅助旁路电路的电感LA、二极管DCL、电阻RCL、电容CCL。其中，电感LA的一端连接直流电容CDC的一端和电阻RCL的一端，电感LA的另一端连接二极管DCL的阳极、IGCT S1的阳极和二极管D1的阴极；二极管DCL的阴极连接电阻RCL的另一端和电容CCL的一端；电容CCL的另一端连接直流电容CDC的另一端；IGCT S1的阴极连接二极管D1的阳极、IGCT S2 *的阳极和二极管D2 *的阴极；IGCTS2 *的阴极和二极管D2 *的阳极连接电容CCL的另一端。IGCT S2 *的阳极和阴极之间连接模块化多电平换流器的交流出口侧，Vout为子模块的出口电压或输出电压。Iarm为桥臂电流。此外，所述交流出口侧还并联设置有机械旁路开关K用于故障子模块的旁路切除。
所述基于中心可控击穿IGCT的MMC子模块中下管IGCT器件S2 *具有可控中心击穿功能，可以实现闭锁故障模块在过压时的自击穿及旁路，而通过采用高浪涌能力二极管D2 *实现直流双极短路故障的浪涌电流穿越而不损坏二极管，因此可以省去旁路晶闸管T，简化电路设计和系统控制复杂度。同时，基于中心可控击穿的IGCT器件在过压击穿故障以及其他击穿故障下的稳定失效短路模式，其出口处的机械旁路开关可以进一步省去。
本发明采用的中心可控击穿的IGCT器件的中心可控击穿区域的击穿电压设计原则：略低于、等于或者略高于常规(即未设有中心可控击穿区域)的下管IGCT SS和或其反并联二极管DD的额定标称阻断电压值(所述击穿电压的设计浮动值一般为额定标称阻断电压值的±20％)，同时不应超过直流母线电容CDC的安全过电压范围，以防止反并联二极管D2 *先于下管IGCT S2 *发生随机击穿引起管壳破裂以及控制直流母线电容不发生严重损坏。
图7示出了发生直流双极短路故障时的本发明的MMC系统浪涌电流路径情况，图8示出了发生直流双极短路故障时的MMC系统子模块的浪涌电流路径情况，图9示出了在交流断路器S切除前本发明的MMC系统的浪涌电流波形示意图。图7中，Ia、Ib、Ic分别为三相电流，Idc为变换器直流输出侧的电流，图7中其余符号标记含义与图5中符号标记含义相同，图7中箭头折线代表直流出口发生了双极短路故障，MMC系统各桥臂中的箭头示出了各桥臂中浪涌电流的流向。图8中，箭头示出了在图6所示的MMC桥臂子模块中，高浪涌能力二极管D2 *实现直流双极短路故障的浪涌电流穿越。图9示出了浪涌电流峰值为Ipeak，持续时间为5个周波左右。
图10示出了发生过压故障时本发明的MMC系统中的电流路径及击穿旁路功能示意图，图10中其余符号标记含义与图7中符号标记含义相同。图11示出了发生过压故障时本发明的MMC系统的闭锁子模块(即图6所示子模块)中的电流路径及击穿旁路功能示意图。由图11和12可知，此时由于下管IGCT器件S2 *具有可控中心击穿功能，实现了闭锁故障模块在过压时的自击穿及旁路。
本发明还提供了模块化多电平换流器子模块控制方法，包括：在预定时刻控制所述模块化多电平换流器子模块闭锁，从而控制所述模块化多电平换流器子模块的出口电压在桥臂电流的正半波分量的作用下从稳态运行电压逐渐阶梯抬升，当下管半导体器件S2 *两端电压达到击穿阈值后发生击穿，以实现故障模块的旁路。所述预定时刻是当子模块在额定标称工作电压和工作电流条件下运行一段时间达到器件热稳定后，即可根据工况主动控制闭锁。
图12示出了发生过压故障时本发明的MMC系统的闭锁模块的输入电流情况示意图，而图13示出了发生过压故障时本发明的MMC系统的闭锁模块(即图6所示子模块)的出口电压情况示意图。当子模块在t1时刻闭锁时，出口电压Vout在桥臂电流Iarm的正半波分量的作用下从稳态运行电压V1逐渐阶梯抬升，当t2时刻S2 *两端电压即出口电压Vout达到击穿阈值V2后IGCT器件发生击穿，然后实现故障模块的旁路。
除本示例的中心可控击穿的IGCT器件外，此器件设计和应用方法也可以应用于其他适合MMC模块的器件如IGBT和IEGT器件等，同样可以实现闭锁模块过压故障下的自击穿功能，通过配合高浪涌能力二极管，也可以实现直流双极短路故障下的浪涌电流穿越功能。图14示出了本发明的MMC系统子模块采用的IGBT单元纵向结构示意图。图14中a2为栅极，b2为发射极，c2为n+发射极，d2为栅极氧化层，e2为p基区，f2为n-基区，g2为第一缓冲层，h2为p+发射极，i2为集电极，j2为p基区，k2为n-基区，l2为第二缓冲层，J1、J2和J3为PN结。图14中的发射极b2和集电极i2间的p基区j2，n-基区k2，第二缓冲层l2构成了中心可控击穿区域，其余结构与传统IGBT单元结构相同。在具体工作中，将图6中的IGCT单元替换为图14所示的IGBT单元即可。本发明的MMC系统子模块，还可采用具有中心可控击穿区域的注入增强栅晶体管(IEGT)，在此不再赘述。
本发明的MMC子模块下管IGCT采用中心可控击穿的IGCT器件方案，该器件在中心处设置了指定电压下的击穿薄弱点，可以在器件损坏灌入大电流时保证管壳的热稳定性，具备优异的防爆能力，同时该IGCT器件具备失效长期短路能力，因此这种MMC子模块方案具有闭锁过压故障下的自击穿及旁路的功能，避免模块闭锁不受控时母线电容电压的持续上升，从而降低了电容绝缘破坏爆炸的风险，保证了系统运行的安全性和稳定性。同时本发明的MMC子模块下管二极管采用高浪涌能力的二极管，当直流双极短路故障发生时，该二极管在交流侧断路器断开故障前可以承受住5个连续周波高浪涌电流的穿越而不损坏。综上，本发明的MMC子模块可以完全省略传统MMC模块方案中的出口处的旁路晶闸管，从而降低子模块制造的体积和成本并简化系统的运行控制方案。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种模块化多电平换流器子模块，其特征在于，包括：
上下管主电路，所述上下管主电路包括上管半导体器件S1和下管半导体器件S2 *；
所述上管半导体器件S1反并联第一开关器件D1，所述上管半导体器件S1的第一电极连接所述第一开关器件D1的第二电极，所述上管半导体器件S1的第二电极连接所述第一开关器件D1的第一电极；
所述上管半导体器件S1的第二电极连接所述下管半导体器件S2 *的第一电极；
所述上管半导体器件S1的第一电极连接直流电容CDC的一端；
所述下管半导体器件S2 *反并联第二开关器件D2 *，所述下管半导体器件S2 *的第一电极连接所述第二开关器件D2 *的第二电极，所述下管半导体器件S2 *的第二电极连接所述第二开关器件D2 *的第一电极；
所述下管半导体器件S2 *的第二电极连接所述直流电容CDC的另一端；
所述下管半导体器件S2 *中设有中心可控击穿区域，所述下管半导体器件S2 *的第一电极和第二电极之间为模块化多电平换流器子模块的出口电压。
2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器子模块，其特征在于，还包括辅助电路，
所述辅助电路包括电感LA，第三开关器件DCL、电阻RCL、电容CCL，
所述电感LA的一端连接所述直流电容CDC的一端和所述电阻RCL的一端，所述电感LA的另一端连接所述第三开关器件DCL的第一电极；
所述第三开关器件DCL的第二电极连接所述电阻RCL的另一端和所述电容CCL的一端；
所述电容CCL的另一端连接所述直流电容CDC的另一端。
3.根据权利要求2所述的一种模块化多电平换流器子模块，其特征在于，
所述上管半导体器件S1的第一电极连接所述电感LA的另一端。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种模块化多电平换流器子模块，其特征在于，
所述下管半导体器件S2 *的第一电极和第二电极间设置有机械旁路开关K。
5.根据权利要求4所述的一种模块化多电平换流器子模块，其特征在于，
所述上管半导体器件S1和下管半导体器件S2 *为集成门极换流晶闸管或绝缘栅双极晶体管，当所述上管半导体器件S1和下管半导体器件S2 *为集成门极换流晶闸管时，所述上管半导体器件S1和下管半导体器件S2 *的第一电极为阳极，第二电极为阴极，当所述上管半导体器件S1和下管半导体器件S2 *为绝缘栅双极晶体管时，所述上管半导体器件S1和下管半导体器件S2 *的第一电极为集电极，第二电极为发射极；
所述第一开关器件D1、第二开关器件D2 *、第三开关器件DCL为二极管，所述第一开关器件D1、第二开关器件D2 *、第三开关器件DCL的第一电极为阳极，第二电极为阴极；
所述第二开关器件D2 *为高浪涌能力二极管。
6.根据权利要求5所述的一种模块化多电平换流器子模块，其特征在于，
所述下管半导体器件S2 *的击穿电压满足：所述击穿电压的设计浮动值为额定标称阻断电压值的±20％，所述额定标称阻断电压值为未设有中心可控击穿区域的下管半导体器件SS和或所述下管半导体器件SS的反并联二极管DD的额定标称阻断电压值，同时所述击穿电压不超过直流母线电容CDC的安全过电压范围。
7.根据权利要求6所述的一种模块化多电平换流器子模块，其特征在于，
所述下管半导体器件S2 *为集成门极换流晶闸管时，
所述中心可控击穿区域包括所述集成门极换流晶闸管的门极和阳极之间的p+基区，p基区，n-基区，第二n缓冲区，所述第二缓冲区代替了所述集成门极换流晶闸管中所述中心可控击穿区域以外的缓冲区及p+发射极。
8.根据权利要求6所述的一种模块化多电平换流器子模块，其特征在于，
所述下管半导体器件S2 *为绝缘栅双极晶体管时，
所述中心可控击穿区域包括所述绝缘栅双极晶体管的集电极和发射极之间的p基区，n-基区，第二缓冲层，所述第二缓冲区代替了所述绝缘栅双极晶体管中所述中心可控击穿区域以外的缓冲区及p+发射极。
9.一种模块化多电平换流器子模块控制方法，用于控制权利要求1-8任一所述的模块化多电平换流器子模块，其特征在于，所述控制方法包括：在预定时刻控制所述模块化多电平换流器子模块闭锁，从而控制所述模块化多电平换流器子模块的出口电压在桥臂电流的正半波分量的作用下从稳态运行电压逐渐阶梯抬升，当下管半导体器件S2 *两端电压达到击穿阈值后发生击穿，以实现故障模块的旁路。
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