CN117498711B - 具备直流故障清除能力的储能型mmc子模块电路及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路及工作方法，属于电压源型变换器技术领域。本发明通过为典型半桥型子模块电路拓扑增加储能变换器单元及故障处理单元的方式，提出了一种具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路及控制方法。改进后的子模块在不失去原有功能的情况下同时具备直流故障清除能力与能量存储能力，有助于提高了MMC换流电站的技术性与经济性，具有广泛的适用性。

Description

具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路及工作方法
技术领域
本发明属于电压源型变换器技术领域，涉及模块化多电平变换器的子模块电路拓扑及工作方法，具体涉及一种具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路拓扑及其工作方法。
背景技术
随着电力电子技术的发展，基于模块化多电平变换器(MMC)的柔性直流(MMC-HVDC)系统受到了业界和学术界的广泛关注。MMC具有有功和无功控制解耦、无换相故障、低谐波等优点，性能优于电网换相换流器(LCC)，在风电场集成、多端运行、无源网络供电等场景中得到广泛应用。到目前为止，国内已建成了昆柳龙、张北等多端架空线路柔性直流工程。然而架空线输电场合导线裸露在空间中，线路容易发生短路、闪络等瞬时性故障，采用半桥子模块的典型MMC不具备直流侧故障自清除能力，对柔性直流系统的发展形成制约。采用全桥子模块的MMC因全桥子模块在闭锁状态下可将电流消纳至模块电容中的特性而具备直流侧故障自清除能力，但存在投资成本较高的问题。
受环境因素的影响，可再生能源的出力具有一定的波动性和间歇性，大规模可再生能源的并网将会影响电力系统的稳定性；高比例接入电力系统的电力电子器件也因其低惯性、弱致稳性、弱抗扰性等特征降低了电网抗扰动能力和调节能力，影响系统稳定性。在电力系统中增加储能系统能够平抑电力波动、提高系统稳定性和经济性，较好补偿以上不足。模块化多电平变换器具有模块化、输出电压谐波含量低、开关器件电压应力小等优点，是较理想的储能系统功率变换拓扑。
因此，设计一种可对分散储能系统的电力电子器件进行直流故障工况临时复用的半桥与全桥自适应MMC子模块，使基于MMC的换流站同时具备直流故障清除与储能功能，具有很好的应用价值。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路及工作方法。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路，采用如下技术方案：
本发明公开的一种具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路，为便于指代以下称为子模块，包括以下元件：1个电抗器，为便于指代命名为L；1个电容器，命名为C；6个电力二极管，分别命名为D1、D2、D3、D3、D4、D5、D6；2个电力晶闸管，分别命名为V1、V2；5个绝缘栅双极型晶体管，分别命名为T1、T2、T3、T4、T5；1个储能元件，选用蓄电池或超级电容，命名为ES。相较于典型非隔离型储能MMC子模块电路拓扑，本发明公开的子模块电路拓扑在仅增加1个绝缘栅双极型晶体管、2个电力晶闸管和2个电力二极管的情况下便令MMC换流站具备了柔性直流输电所紧缺的架空线路直流故障处理能力，且于正常工作状态下兼具储能电站的功能。
本发明公开的子模块电路拓扑，包含半桥常规子模块单元、储能变换器单元以及故障处理单元三部分，3个单元均包含3个接线端。半桥常规子模块单元为MMC桥臂提供较为稳定的电压，储能变换器单元实现能量在储能元件与电容器之间的交换，故障处理单元负责子模块半桥与全桥的临时状态转换。
进一步地，半桥常规子模块单元、储能变换器单元以及故障处理单元的连接关系如下：半桥常规子模块单元的第一接线端为本发明公开的子模块的正极输出接线端，半桥常规子模块单元的第二接线端与储能变换器单元的第一接线端相连，半桥常规子模块单元的第三接线端与储能变换器单元的第三接线端相连；故障处理单元的第一接线端为本发明公开的子模块的负极输出接线端，故障处理单元的第二接线端与储能变换器单元的第二接线端相连，故障处理单元的第三接线端与储能变换器单元的第三接线端相连。
进一步地，所述半桥常规子模块单元，包含电容器C、电力二极管D1、D2、绝缘栅双极型晶体管T1、T2，且5个元件的连接关系如下：D1的阳极、D2的阴极、T1的发射极和T2的集电极四者相连接并作为半桥常规子模块单元的第一接线端；电容器C的一端与T1的集电极及D1的阴极三者相连接并作为半桥常规子模块单元的第二接线端，电容器C的另一端与T2的发射极及D2的阳极三者相连接并作为半桥常规子模块单元的第三接线端。可见半桥常规子模块单元拓扑与典型半桥子模块拓扑构造相一致。
进一步地，所述储能变换器单元，包含电抗器L、电力二极管D3、D4、电力晶闸管V1、V2、绝缘栅双极型晶体管T3、T4、储能元件ES，且8个元件的连接关系如下：D3的阴极与T3的集电极两者相连接并作为储能变换器单元的第一接线端；D3的阳极、D4的阴极、V1的阳极、V2的阴极、T3的发射极、T4的集电极六者相连接并作为储能变换器单元的第二接线端；L的一端与ES的正极相连接，V1的阴极、V2的阳极与L的另一端三者相连接；T4的发射极、D4的阳极与ES的负极三者相连接并作为储能变换器单元的第三接线端。可见储能变换器单元拓扑与典型Buck-Boost双向变换器拓扑相比增加了一对反并联晶闸管，该对晶闸管能够切断故障电流馈入储能元件的通路，达到相互隔离的目的。
进一步地，所述故障处理单元，包含电力二极管D5、D6、绝缘栅双极型晶体管T5，且3个元件的连接关系如下：D5的阳极、D6的阴极、T5的集电极三者相连接并作为故障处理单元的第一接线端；D5的阴极单独作为故障处理单元的第二接线端；D6的阳极与T5的发射极两者相连接并作为故障处理单元的第三接线端。故障处理单元拓扑为发明人独自发现并应用于所述的具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路，实现了子模块在常态半桥模式与故障状态下全桥模式之间的相互转换，对直流故障的清除起有不可或缺的重要作用。
为了实现上述目的，第二方面，本发明还提供了一种用于上述的具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路的控制方法，采用如下技术方案：
用于本发明公开的子模块的控制方法，包括六种控制模式，具体如下：
第一种控制模式为，在采用本发明公开的子模块的MMC中，在MMC直流侧双极短路且储能元件为充电状态的情况下，为了清除故障，进行以下操作：首先同时为T1、T2、T3、T5四者的栅极施加关断信号，为T4的栅极施加导通信号以及断开V1、V2二者门极的导通信号，然后等待2毫秒，最后为T4的栅极施加关断信号。其中等待一段时间目的在于令反并联晶闸管可靠关断。可见7个可控及半控元件悉数关断后，故障电流在本发明公开的子模块中流通路径为：由负极输出接线端流入，然后依次流经D5、D3、C、D2，最后循正极输出接线端流出。经此控制，本发明公开的子模块正、负极输出接线端间电压为电容器C的反向电压，有利于将故障电流消纳至电容中并由此阻断直流故障电流。
第二种控制模式为，在MMC直流侧双极短路且储能元件为放电状态的情况下，为了清除故障，进行以下操作：首先同时为T1、T2、T4、T5四者的栅极施加关断信号，为T3的栅极施加导通信号以及断开V1、V2二者门极的导通信号，然后等待2毫秒，最后为T3的栅极施加关断信号。其中等待一段时间目的同在于令反并联晶闸管可靠关断。可见7个可控及半控元件悉数关断后，故障电流在本发明公开的子模块中流通路径为：由负极输出接线端流入，然后依次流经D5、D3、C、D2，最后循正极输出接线端流出。经此控制，本发明公开的子模块正、负极输出接线端间电压为电容器C的反向电压，有利于将故障电流消纳至电容中并由此阻断直流故障电流。
第三种控制模式为，为了使本发明公开的子模块向MMC桥臂输出正向电压且储能元件充电，同时进行以下操作：为T1、T3、T5三者的栅极施加导通信号，为T2、T4两者的栅极施加关断信号，为V1、V2的门极施加导通信号。可见此时本发明公开的子模块正、负极输出接线端间电压为电容器C的正向电压，流经储能元件的电流由储能元件的正极流入，实现了本发明公开的子模块向MMC桥臂输出正向电压且储能元件充电的预设目标。
第四种控制模式为，为了使本发明公开的子模块向MMC桥臂输出正向电压且储能元件放电，同时进行以下操作：为T1、T4、T5三者的栅极施加导通信号，为T2、T3两者的栅极施加关断信号，为V1、V2的门极施加导通信号。可见此时本发明公开的子模块正、负极输出接线端间电压为电容器C的正向电压，流经储能元件的电流由储能元件的正极流出，实现了本发明公开的子模块向MMC桥臂输出正向电压且储能元件放电的预设目标。
第五种控制模式为，为了使本发明公开的子模块向MMC桥臂输出零电压且储能元件充电，同时进行以下操作：为T2、T3、T5三者的栅极施加导通信号，为T1、T4两者的栅极施加关断信号，为V1、V2的门极施加导通信号。可见此时本发明公开的子模块正、负极输出接线端间电压小于两个绝缘栅双极型晶体管的导通压降且接近于零，流经储能元件的电流由储能元件的正极流入，实现了本发明公开的子模块向MMC桥臂输出零电压且储能元件充电的预设目标。
第六种控制模式为，为了使本发明公开的子模块向MMC桥臂输出零电压且储能元件放电，同时进行以下操作：为T2、T4、T5三者的栅极施加导通信号，为T1、T3两者的栅极施加关断信号，为V1、V2的门极施加导通信号。可见此时本发明公开的子模块正、负极输出接线端间电压小于两个绝缘栅双极型晶体管的导通压降且接近于零，流经储能元件的电流由储能元件的正极流出，实现了本发明公开的子模块向MMC桥臂输出零电压且储能元件放电的预设目标。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明中，在已提出的典型非隔离型储能MMC子模块拓扑结构的基础上，仅增加包含1个绝缘栅双极型晶体管、2个电力二极管的故障处理单元以及用于储能元件隔离的一对反并联晶闸管，得到了具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路拓扑。对基于MMC的柔性直流换流站而言，采用本发明提出的子模块电路拓扑一方面能够使其具备柔性直流输电所紧缺的架空线路直流故障处理能力，另一方面可使换流站于正常工作状态下兼具了储能电站所具备的调峰调频、平抑可再生能源出力波动、作为不间断电源等功能，大大提高了电站的技术性和经济性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明公开的具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块的电路拓扑图；
图2是本发明公开的用于具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路拓扑的控制方法，作用于直流故障工况的电流流通路径示意图；
图3是本发明公开的用于具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路拓扑的控制方法，作用于正常工况的电流流通路径示意图；
图4是本发明实施例1中公开的子模块电路拓扑的模块化多电平换流器的电路拓扑图；
图5是本发明实施例3中三端输电系统的电路拓扑图；
图6是本发明实施例2中公开的MMC的网侧电压及直流电压的仿真波形示意图；
图7是本发明实施例2中公开的MMC的交直流及储能侧功率的仿真波形示意图；
图8是采用半桥子模块、非隔离型储能子模块以及本发明公开的子模块的三种不同MMC，在采用相同的MMC控制策略下，三者的直流故障电流的仿真波形对比示意图；
图9是采用半桥子模块、非隔离型储能子模块以及本发明公开的子模块的三种不同MMC，在采用相同的MMC控制策略下，三者的交流并网点A相故障电流的仿真波形对比示意图；
图10是采用非隔离型储能子模块以及本发明公开的子模块的两种不同MMC，在采用相同的MMC控制策略下，两者的A相上桥臂第一储能元件的故障电流的仿真波形对比示意图；
图11是本发明实施例3中三端输电网络中换流站MMC2的网侧电压及直流电压的仿真波形示意图；
图12是本发明实施例3中三端输电网络中换流站MMC2的的交直流及储能侧功率的仿真波形示意图；
图13是采用半桥子模块、非隔离型储能子模块以及本发明公开的子模块的三种不同MMC，在采用相同的MMC控制策略下，在实施例3的三端输电网络中，三者的直流故障电流的仿真波形对比示意图；
图14是采用半桥子模块、非隔离型储能子模块以及本发明公开的子模块的三种不同MMC，在采用相同的MMC控制策略下，在实施例3的三端输电网络中，三者的换流站MMC2交流并网点A相故障电流的仿真波形对比示意图；
图15是采用非隔离型储能子模块以及本发明公开的子模块的两种不同MMC，在采用相同的MMC控制策略下，在实施例3的三端输电网络中，两者的换流站MMC2的A相上桥臂第一储能元件的故障电流的仿真波形对比示意图。
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、完整地描述，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。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路拓扑。该拓扑包括以下元件：1个电抗器，为便于指代命名为L；1个电容器，命名为C；6个电力二极管，分别命名为D1、D2、D3、D3、D4、D5、D6；2个电力晶闸管，分别命名为V1、V2；5个绝缘栅双极型晶体管，分别命名为T1、T2、T3、T4、T5；1个储能元件，选用蓄电池或超级电容，命名为ES。
该电路拓扑，包含半桥常规子模块单元、储能变换器单元以及故障处理单元三部分，三个单元均包含三个接线端且连接关系如下：半桥常规子模块单元的第一接线端为所述子模块拓扑正极输出接线端，半桥常规子模块单元的第二接线端与储能变换器单元的第一接线端相连，半桥常规子模块单元的第三接线端与储能变换器单元的第三接线端相连；故障处理单元的第一接线端为为所述子模块拓扑负极输出接线端，故障处理单元的第二接线端与储能变换器单元的第二接线端相连，故障处理单元的第三接线端与储能变换器单元的第三接线端相连。
本实施例中，半桥常规子模块单元包含元件C、D1、D2、T1、T2，且5个元件的连接关系如下：D1的阳极、D2的阴极、T1的发射极和T2的集电极四者相连接并作为本单元的第一接线端；C的一端与T1的集电极及D1的阴极三者相连接并作为本单元的第二接线端，C的另一端与T2的发射极及D2的阳极三者相连接并作为本单元的第三接线端。
本实施例中，储能变换器单元包含元件L、D3、D4、V1、V2、T3、T4、ES，且8个元件的连接关系如下：D3的阴极与T3的集电极两者相连接并作为本单元的第一接线端；D3的阳极、D4的阴极、V1的阳极、V2的阴极、T3的发射极、T4的集电极六者相连接并作为本单元的第二接线端；L的一端与ES的正极相连接，V1的阴极、V2的阳极与L的另一端三者相连接；T4的发射极、D4的阳极与ES的负极三者相连接并作为本单元的第三接线端。
本实施例中，故障处理单元包含元件D5、D6、T5，且3个元件的连接关系如下：D5的阳极、D6的阴极、T5的集电极三者相连接并作为本单元的第一接线端；D5的阴极单独作为本单元的第二接线端；D6的阳极与T5的发射极两者相连接并作为本单元的第三接线端。
实施例2
如图2所示，本实施例提供一种应用本发明公开的子模块的MMC，并在此MMC上应用本发明所述的用于具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路拓扑的控制方法。
本发明公开的子模块应用到MMC中时，其MMC拓扑结构包含A，B，C三相回路，每一相包含上下两个桥臂，每个桥臂由4个本发明公开的子模块构成，在A，B，C三个相单元之间串联设置有上下两个桥臂电感及用于桥臂损耗等效的电阻。A相上桥臂的第1个子模块的正极输出接线端连接正极直流母线，负极输出接线端连接第2个子模块的正极输出接线端，第2个子模块负极输出接线端连接第3个子模块的正极输出接线端，第3个子模块负极输出接线端连接第4个子模块的正极输出接线端，第4个子模块负极输出接线端连接上桥臂等效电阻的上端，上桥臂等效电阻的下端连接上桥臂电抗器的上端，上桥臂电抗器下端与下桥臂电抗器上端相连接并于连接点接入A相交流电源，下桥臂电抗器的下端连接下桥臂等效电阻的上端，A相下桥臂的第1个子模块的正极输出接线端连接下桥臂等效电阻的下端，负极输出接线端连接第2个子模块的正极输出接线端，第2个子模块负极输出接线端连接第3个子模块的正极输出接线端，第3个子模块负极输出接线端连接第4个子模块的正极输出接线端，第4个子模块负极输出接线端连接直流母线的负极。B、C两相的连接方式同A相。
用于本发明公开的具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路的控制方法，包括六种控制模式，具体如下：
第一种控制模式为，首先同时为T1、T2、T3、T5四者的栅极施加关断信号，为T4的栅极施加导通信号以及断开V1、V2二者门极的导通信号，然后等待2毫秒，最后为T4的栅极施加关断信号。
第二种控制模式为，首先同时为T1、T2、T4、T5四者的栅极施加关断信号，为T3的栅极施加导通信号以及断开V1、V2二者门极的导通信号，然后等待2毫秒，最后为T3的栅极施加关断信号。
第三种控制模式为，为T1、T3、T5三者的栅极施加导通信号，为T2、T4两者的栅极施加关断信号，为V1、V2的门极施加导通信号。
第四种控制模式为，为T1、T4、T5三者的栅极施加导通信号，为T2、T3两者的栅极施加关断信号，为V1、V2的门极施加导通信号。
第五种控制模式为，为T2、T3、T5三者的栅极施加导通信号，为T1、T4两者的栅极施加关断信号，为V1、V2的门极施加导通信号。
第六种控制模式为，为T2、T4、T5三者的栅极施加导通信号，为T1、T3两者的栅极施加关断信号，为V1、V2的门极施加导通信号。
其中，第一、二种控制模式为直流故障处理模式，该模式下，故障电流在所述的子模块中流通路径如图3所示，为：由负极输出接线端流入，然后依次流经D5、D3、C、D2，最后循正极输出接线端流出。第三、四、五、六中控制模式为正常工作模式，电流在本发明公开的子模块中流通路径如图4所示，在此模式下，本发明公开的子模块为MMC提供正向电压与储能能量交换功能。
为了表明本发明所具备的功能及优势，在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建如图2所示的直流侧±5kV/1.5MW、储能侧360kW/360kWh的单端MMC-HVDC仿真模型以模拟本发明所述子模块及其控制方法的正常工况以及直流故障工况。仿真模型的具体参数如表1所示。
表1实施例2所提供的仿真模型参数表
项目 实施例2取值
换流站额定容量 1.5MW
网侧交流额定电压 10kV
频率 50Hz
交流系统等效阻抗 0.01Ω、0.001H
直流额定电压 5kV
单桥臂子模块数 4
桥臂电抗 0.004H
电容器C 10000uF
储能元件ES：超级电容 20F
超级电容电压 300V
超级电容额定电流 50A
电抗器L 0.01H
储能控制载波频率 5kHz
对于本实施例所提供的MMC及子模块控制方法，在正常工作状态下，于0.5s时刻给予交流有功功率指令增量ΔPs＝0.4p.u并给予储能有功功率指令增量ΔPes＝1.4p.u后，系统的响应一方面如图6所示，MMC的交流并网点网侧电压与直流侧电压均能够保持稳定，于此表明本发明所提出的子模块电路拓扑具备子模块所应有的组成电压源型变换器的功能；另一方面如图7所示，MMC的交直流及储能功率随着指令值的变化而变化并迅速恢复稳定，而且交流侧、直流侧、储能侧三者的功率交换符合能量守恒定律，于此表明本发明所提出的子模块电路拓扑具备储能子模块所应有的与交直流电网进行能量交换的功能。
对于本实施例所提供的MMC及子模块控制方法，在直流侧出口1.0s发生短路故障后，系统的响应如图8、图9所示，直流侧短路故障电流能在短时间内可靠下降至零，交流侧故障电流也能可靠下降至零，对比采用半桥子模块、非隔离型储能子模块的MMC而言，本发明公开的子模块电路拓扑直流故障清除能力明显较优。此外，如图10所示，反并联晶闸管的关断可靠隔离了储能元件与故障状态下的MMC，能够达到与采用非隔离型储能子模块的MMC相同的效果。
实施例3
如图5所示，本实施例提供一种应用本发明公开的子模块的三端直流输电网络，并在此三端直流输电网络上应用本发明公开的子模块的控制方法。三端直流输电网络中，每个端均采用基于本发明公开的子模块的MMC，每个端的MMC的拓扑结构构成参照实施例2以及图2。
为了表明本发明所具备的功能及优势，在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建如图5所示的直流电压等级400kV的三端直流输电系统仿真模型以模拟本发明所述子模块及其控制方法的正常工况以及直流故障工况。仿真模型的具体参数如表2所示。
表2实施例3所提供的仿真模型参数表
对于本实施例所提供的三端输电系统及控制方法，在正常工作状态下，于0.2s时刻给予换流站MMC2给予储能有功功率指令增量ΔPes＝1.4p.u后，系统的响应一方面如图11所示，MMC2的交流并网点网侧电压与直流侧电压均能够保持稳定，于此表明本发明所提出的子模块电路拓扑具备子模块所应有的组成电压源型变换器的功能；另一方面如图12所示，MMC2的交直流及储能功率随着指令值的变化而变化并迅速恢复稳定，而且交流侧、直流侧、储能侧三者的功率交换符合能量守恒定律，于此表明本发明所提出的子模块电路拓扑具备储能子模块所应有的与交直流电网进行能量交换的功能。
对于本实施例所提供的三端输电系统及控制方法，在MMC1与MMC2之间的直流线路中点处于0.5s发生短路故障后，系统的响应如图13、图14所示，直流侧短路故障电流能在短时间内可靠下降至零，交流侧故障电流也能可靠下降至零，对比采用半桥子模块、非隔离型储能子模块的三端输电系统而言，本发明公开的子模块电路拓扑直流故障清除能力明显较优。此外，如图15所示，反并联晶闸管的关断可靠隔离了储能元件与故障状态下的MMC，能够达到与采用非隔离型储能子模块的MMC相同的效果。
综上所述，采用本发明公开的电路拓扑能够令MMC换流站在不失去原有功能的情况下具备了柔性直流输电所紧缺的架空线路直流故障处理能力，且于正常工作状态下兼具储能电站的功能，大大提高了电站的技术性和经济性，具有广泛的适用性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路，其特征在于，包含半桥常规子模块单元、储能变换器单元以及故障处理单元，上述3个单元均包括3个接线端且相互的连接关系如下：半桥常规子模块单元的第一接线端为所述具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路的正极输出接线端，半桥常规子模块单元的第二接线端与储能变换器单元的第一接线端相连，半桥常规子模块单元的第三接线端与储能变换器单元的第三接线端相连；故障处理单元的第一接线端为所述具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路的负极输出接线端，故障处理单元的第二接线端与储能变换器单元的第二接线端相连，故障处理单元的第三接线端与储能变换器单元的第三接线端相连；
其中，所述半桥常规子模块单元包括电容器C、电力二极管D1、D2、绝缘栅双极型晶体管T1、T2，且5个元件的连接关系如下：D1的阳极、D2的阴极、T1的发射极和T2的集电极四者相连接并作为半桥常规子模块单元的第一接线端；电容器C的一端与T1的集电极及D1的阴极三者相连接并作为半桥常规子模块单元的第二接线端，电容器C的另一端与T2的发射极及D2的阳极三者相连接并作为半桥常规子模块单元的第三接线端；
所述储能变换器单元包括电抗器L、电力二极管D3、D4、电力晶闸管V1、V2、绝缘栅双极型晶体管T3、T4、储能元件ES，且8个元件的连接关系如下：D3的阴极与T3的集电极两者相连接并作为储能变换器单元的第一接线端；D3的阳极、D4的阴极、V1的阳极、V2的阴极、T3的发射极、T4的集电极六者相连接并作为储能变换器单元的第二接线端；电抗器L的一端与ES的正极相连接，L的另一端与V1的阴极及V2的阳极三者相连接；T4的发射极、D4的阳极与ES的负极三者相连接并作为储能变换器单元的第三接线端；
所述故障处理单元包括电力二极管D5、D6、绝缘栅双极型晶体管T5，且3个元件的连接关系如下：D5的阳极、D6的阴极、T5的集电极三者相连接并作为故障处理单元的第一接线端；D5的阴极单独作为故障处理单元的第二接线端；D6的阳极与T5的发射极两者相连接并作为故障处理单元的第三接线端。
2.根据权利要求1所述的具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路，其特征在于，所述储能型MMC子模块电路在MMC直流侧双极短路且储能元件为充电状态的情况下，为了清除故障，进行以下操作：首先同时为T1、T2、T3、T5四者的栅极施加关断信号，为T4的栅极施加导通信号以及断开V1、V2二者门极的导通信号，然后等待2毫秒，最后为T4的栅极施加关断信号。
3.根据权利要求1所述的具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路，其特征在于，所述储能型MMC子模块电路在MMC直流侧双极短路且储能元件为放电状态的情况下，为了清除故障，进行以下操作：首先同时为T1、T2、T4、T5四者的栅极施加关断信号，为T3的栅极施加导通信号以及断开V1、V2二者门极的导通信号，然后等待2毫秒，最后为T3的栅极施加关断信号。
4.根据权利要求1所述的具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路，其特征在于，为了使所述储能型MMC子模块电路向MMC桥臂输出正向电压且储能元件充电，同时进行以下操作：为T1、T3、T5三者的栅极施加导通信号，为T2、T4两者的栅极施加关断信号，为V1、V2的门极施加导通信号。
5.根据权利要求1所述的具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路，其特征在于，为了使所述储能型MMC子模块电路向MMC桥臂输出正向电压且储能元件放电，同时进行以下操作：为T1、T4、T5三者的栅极施加导通信号，为T2、T3两者的栅极施加关断信号，为V1、V2的门极施加导通信号。
6.根据权利要求1所述的具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路，其特征在于，为了使所述储能型MMC子模块电路向MMC桥臂输出零电压且储能元件充电，同时进行以下操作：为T2、T3、T5三者的栅极施加导通信号，为T1、T4两者的栅极施加关断信号，为V1、V2的门极施加导通信号。
7.根据权利要求1所述的具备直流故障清除能力的储能型MMC子模块电路，其特征在于，为了使所述储能型MMC子模块电路向MMC桥臂输出零电压且储能元件放电，同时进行以下操作：为T2、T4、T5三者的栅极施加导通信号，为T1、T3两者的栅极施加关断信号，为V1、V2的门极施加导通信号。
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