CN108900103A - 具备直流故障自清除能力的换流器功率模块和换流器 - Google Patents

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CN108900103A CN201810969174.7A CN201810969174A CN108900103A CN 108900103 A CN108900103 A CN 108900103A CN 201810969174 A CN201810969174 A CN 201810969174A CN 108900103 A CN108900103 A CN 108900103A
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刘继权
王建武
伦振坚
彭冠炎
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Abstract

本发明涉及一种具备直流故障自清除能力的换流器功率模块和换流器，属于电力电子领域，具备直流故障自清除能力的换流器功率模块包括第一级单元、第二级单元和第三级单元，第一级单元中设置全控型模块和二极管，第二级单元、第三级单元中设置全控型模块、二极管和电容，在功率模块正常工作时，通过控制信号控制全控型模块的导通和截止，可以输出需要的不同电平，故障时闭锁功率模块，功率模块只具备对电容充电的电流通路，应用在换流器中，当换流器的正负极端发生短路故障时，只要同时闭锁所有功率模块，因电流路径只能对功率模块中的电容充电，电容电压升高，从而提供反向电动势阻断直流故障电流消除故障点弧道，实现换流器直流侧故障的自清除。

Description

具备直流故障自清除能力的换流器功率模块和换流器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种具备直流故障自清除能力的换流器功率模块和换流器。
背景技术
随着电力电子技术的不断发展，高电压、大容量已成为电力电子技术的重要发展方向，高电压、大容量的电力电子换流器已经众多场合中有着重要应用。
高电压、大容量的多电平电力电子换流器的有着多种拓扑结构，包括基于阀组串联的两电平结构、二极管箝位多电平结构、飞跨电容多电平结构、组合换流器结构、H桥级联多电平结构、模块化多电平结构(Modular Multilevel Converter，MMC)等等。其中，H桥级联多电平结构、MMC结构因具有模块化设计、便于扩容、交流输出侧出口电压谐波含量少无需交流滤波器等优点，在电网有较为成功应用。
传统的MMC结构多采用半H桥或H桥作为功率单元模块。采用半H桥或H桥结构的MMC结构不具备直流自清除能力，在直流侧故障时需在闭锁所有模块后，跳交流断路器才能将故障清除，流程复杂，时间较长。
发明内容
基于此，有必要针对传统的模块化多电平换流器不具备直流故障自清除能力的问题，提供一种新的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块和换流器。
一种具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，包括第一级单元、第二级单元和第三级单元；
第一级单元包括反向串接的第一全控型模块和第一二极管；
第二级单元包括第二全控型模块、第三全控型模块和第一电容；第二全控型模块和第三全控型模块正向串接后与第一电容并联；
第三级单元包括第四全控型模块、第五全控型模块、第二二极管和第二电容；第四全控型模块和第五全控型模块正向串接后与第二电容并联，第五全控型模块与第二二极管反向串接；
第一全控型模块和第一二极管反向串接后与第二电容并联，第五全控型模块和第二二极管反向串接后与第一电容并联；
第一全控型模块和第一二极管的连接点作为第一连接点，第二全控型模块和第三全控型模块的连接点作为第二连接点，第一连接点和第二连接点作为具备直流故障自清除能力的换流器功率模块的输出端子。
根据上述本发明的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，第一级单元中设置全控型模块和二极管，第二级单元、第三级单元中设置全控型模块、二极管和电容，在功率模块正常工作时，通过控制信号控制全控型模块的导通和截止，可以输出需要的不同电平，故障时闭锁功率模块，功率模块只具备对电容充电的电流通路，应用在换流器中，当换流器的正负极端发生短路故障时，只要同时闭锁所有功率模块，因电流路径只能对功率模块中的电容充电，电容电压升高，从而提供反向电动势阻断直流故障电流消除故障点弧道，实现换流器直流侧故障的自清除。
在其中一个实施例中，第三级单元为多个，前一个第三级单元中的第五全控型模块和第二二极管反向串接后，与后一个第三级单元中的第二电容并联；第一全控型模块和第一二极管反向串接后与首部的第三级单元中的第一电容并联，尾部的第三级单元中的第五全控型模块和第二二极管反向串接后与第一电容并联。
在其中一个实施例中，第三级单元为两个。
在其中一个实施例中，第三级单元为三个。
在其中一个实施例中，第一全控型模块、第二全控型模块、第三全控型模块、第四全控型模块、第五全控型模块均包括反向并联的全控型器件和第三二极管。
在其中一个实施例中，第一全控型模块包括绝缘栅双极型晶体管T1和二极管D1，第二全控型模块包括绝缘栅双极型晶体管T2和二极管D2，第三全控型模块包括绝缘栅双极型晶体管T3和二极管D3，第四全控型模块包括绝缘栅双极型晶体管T4和二极管D4，第五全控型模块包括绝缘栅双极型晶体管T5和二极管D5；
绝缘栅双极型晶体管T1的发射极分别与二极管D1的正极、第一二极管的负极连接，绝缘栅双极型晶体管T1的集电极与二极管D1的负极连接，第二电容连接在二极管D1的负极与第一二极管的正极之间；
绝缘栅双极型晶体管T2的集电极分别与二极管D2的负极、二极管D5的负极连接，绝缘栅双极型晶体管T2的发射极分别与绝缘栅双极型晶体管T3的集电极、二极管D2的正极、二极管D3的负极连接，绝缘栅双极型晶体管T3的发射极分别与二极管D3的正极、第二二极管的正极连接，第一电容连接在绝缘栅双极型晶体管T2的集电极与绝缘栅双极型晶体管T3的发射极之间；
绝缘栅双极型晶体管T4的集电极分别与二极管D1的负极、二极管D4的负极连接，绝缘栅双极型晶体管T4的发射极分别与绝缘栅双极型晶体管T5的集电极、二极管D4的正极连接，绝缘栅双极型晶体管T5的集电极还与二极管D5的负极连接，绝缘栅双极型晶体管T5的发射极分别与二极管D5的正极、第一二极管的正极、第二二极管的负极连接。
在其中一个实施例中，各绝缘栅双极型晶体管的参数相同，各二极管的参数相同，各电容的参数相同。
一种换流器，包括第一组换流桥臂和第二组换流桥臂；
第一组换流桥臂中的三相换流桥臂的负极端通过对应的桥臂电抗器与交流电网侧连接；第二组换流桥臂中的三相换流桥臂的正极端通过对应的桥臂电抗器与交流电网侧连接；
第一组换流桥臂和第二组换流桥臂中的任意一相换流桥臂均包括串接的若干个上述的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，前一个功率模块中的第二连接点与后一个功率模块中的第一连接点连接，串接后首部的功率模块中的第一连接点作为换流桥臂的正极端，尾部的功率模块中的第二连接点作为换流桥臂的负极端。
根据上述本发明的换流器，将上述具备直流故障自清除能力的换流器功率模块应用在换流器中，在换流器正常工作时，若换流器的正负极端发生短路故障时，只要同时闭锁功率模块，因电流路径只能对功率模块中的电容充电，电容电压升高，从而提供反向电动势阻断直流故障电流消除故障点弧道，实现换流器直流侧故障的自清除。
在其中一个实施例中，换流器还包括与第一组换流桥臂对应的桥臂电抗器，以及与第二组换流桥臂对应的桥臂电抗器。
在其中一个实施例中，换流器还包括三个充电电阻和一组三相隔离开关；
三相隔离开关连接在对应第一组换流桥臂的桥臂电抗器与交流电网侧之间，同时，三相隔离开关连接在对应第二组换流桥臂的桥臂电抗器与交流电网侧之间；三相隔离开关的三相与三个充电电阻一一对应并联。
附图说明
图1为一个实施例的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块的结构简图；
图2为另一个实施例的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块的结构简图；
图3为一个实施例的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块的结构示意图；
图4为一个实施例的三电平功率模块的结构示意图；
图5-a、5-b为一个实施例的三电平功率模块在工作状态一时的电流路径示意图；
图6-a、6-b为一个实施例的三电平功率模块在工作状态二时的电流路径示意图；
图7-a、7-b为一个实施例的三电平功率模块在工作状态三时的电流路径示意图；
图8-a、8-b为一个实施例的三电平功率模块在工作状态四时的电流路径示意图；
图9为一个实施例的四电平功率模块的结构示意图；
图10为一个实施例的五电平功率模块的结构示意图；
图11-a、11-b为一个实施例的四电平功率模块在工作状态一时的电流路径示意图；
图12-a、12-b为一个实施例的四电平功率模块在工作状态二时的电流路径示意图；
图13-a、13-b为一个实施例的四电平功率模块在工作状态三时的电流路径示意图；
图14-a、14-b为一个实施例的四电平功率模块在工作状态四时的电流路径示意图；
图15-a、15-b为一个实施例的四电平功率模块在工作状态五时的电流路径示意图；
图16为一个实施例的应用具备直流故障自清除能力的换流器功率模块的换流器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
需要说明的是，本发明实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
本申请提供的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块和换流器，换流器包括第一组换流桥臂和第二组换流桥臂，第一组换流桥臂中的三相换流桥臂的负极端通过对应的桥臂电抗器与交流电网侧连接；第二组换流桥臂中的三相换流桥臂的正极端通过对应的桥臂电抗器与交流电网侧连接；各相桥臂均包括串接的若干个具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，第一组换流桥臂中的三相换流桥臂的正极端作为直流输出正极端，第二组换流桥臂中的三相换流桥臂的负极端作为直流输出负极端，换流器可以将交流电网侧输入的交流电转变为直流电输出。
参见图1所示，为本发明一个实施例的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块的结构示意图，该实施例中的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，包括包括第一级单元100、第二级单元200和第三级单元300；
第一级单元100包括反向串接的第一全控型模块110和第一二极管120；
第二级单元200包括第二全控型模块210、第三全控型模块220和第一电容230；第二全控型模块210和第三全控型模块220正向串接后与第一电容230并联；
第三级单元300包括第四全控型模块310、第五全控型模块320、第二二极管330和第二电容340；第四全控型模块310和第五全控型模块320正向串接后与第二电容340并联，第五全控型模块320与第二二极管330反向串接；
第一全控型模块110和第一二极管120反向串接后与第二电容340并联，第五全控型模块320和第二二极管330反向串接后与第一电容230并联；
第一全控型模块110和第一二极管120的连接点作为第一连接点，第二全控型模块210和第三全控型模块220的连接点作为第二连接点，第一连接点和第二连接点作为具备直流故障自清除能力的换流器功率模块的输出端子。
根据上述本发明的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，第一级单元中设置全控型模块和二极管，第二级单元、第三级单元中设置全控型模块、二极管和电容，在功率模块正常工作时，通过控制信号控制全控型模块的导通和截止，可以输出需要的不同电平，故障时闭锁功率模块，功率模块只具备对电容充电的电流通路，应用在换流器中，当换流器的正负极端发生短路故障时，只要同时闭锁所有功率模块，因电流路径只能对功率模块中的电容充电，电容电压升高，从而提供反向电动势阻断直流故障电流消除故障点弧道，实现换流器直流侧故障的自清除。
进一步的，第一二极管120、第二二极管230是相同类型的二极管；第一电容240和第二电容330也是相同类型的电容，可以但不限于是干式金属氧化膜电容，这种电容具备杂散电感低、耐腐蚀，具有自愈能力等特点，适合换流器的使用场合。
在一个实施例中，如图2所示，第三级单元300为多个，前一个第三级单元中的第五全控型模块320和第二二极管330反向串接后，与后一个第三级单元中的第二电容340并联；第一全控型模块110和第一二极管120反向串接后与首部的第三级单元中的第一电容230并联，尾部的第三级单元中的第五全控型模块320和第二二极管330反向串接后与第一电容230并联。
在本实施例中，第三级单元为多个，增加了功率模块中全控型模块的数量，通过控制全控型模块的导通和截止，对功率模块中的多个电容进行充电和放电，可以输出更多不同的电平，以适应不同的电平需求。
在一个实施例中，第三级单元为两个。
在本实施例中，第三级单元为两个，功率模块中包括三个电容，可以输出四种不同的电平。
在一个实施例中，第三级单元为三个。
在本实施例中，第三级单元为三个，功率模块中包括四个电容，可以输出五种不同的电平。
在一个实施例中，第一全控型模块110、第二全控型模块210、第三全控型模块220、第四全控型模块310、第五全控型模块320均包括反向并联的全控型器件和第三二极管。
在本实施例中，全控型模块包括反向并联的全控型器件和第三二极管，以此种连接关系，在功率模块进行工作时，可以提供不同的电流通路，实现功率模块中的电容的充电和放电过程。
需要说明的是，全控型模块与其他二极管反向串接时，全控型模块中的第三二极管与其他二极管正向连接，即第三二极管的正极与其他二极管的负极连接，此处的其他二极管是独立的二极管，即未与全控型器件并联的二极管；
全控型模块中的第三二极管可以采用外置式二极管，也可以采用全控型器件内置的反并联二极管。
在一个实施例中，如图3所示，第一全控型模块包括绝缘栅双极型晶体管T1和二极管D1，第二全控型模块包括绝缘栅双极型晶体管T2和二极管D2，第三全控型模块包括绝缘栅双极型晶体管T3和二极管D3，第四全控型模块包括绝缘栅双极型晶体管T4和二极管D4，第五全控型模块包括绝缘栅双极型晶体管T5和二极管D5；
绝缘栅双极型晶体管T1的发射极分别与二极管D1的正极、第一二极管的负极连接，绝缘栅双极型晶体管T1的集电极与二极管D1的负极连接，第二电容连接在二极管D1的负极与第一二极管的正极之间；
绝缘栅双极型晶体管T2的集电极分别与二极管D2的负极、二极管D5的负极连接，绝缘栅双极型晶体管T2的发射极分别与绝缘栅双极型晶体管T3的集电极、二极管D2的正极、二极管D3的负极连接，绝缘栅双极型晶体管T3的发射极分别与二极管D3的正极、第二二极管的正极连接，第一电容连接在绝缘栅双极型晶体管T2的集电极与绝缘栅双极型晶体管T3的发射极之间；
绝缘栅双极型晶体管T4的集电极分别与二极管D1的负极、二极管D4的负极连接，绝缘栅双极型晶体管T4的发射极分别与绝缘栅双极型晶体管T5的集电极、二极管D4的正极连接，绝缘栅双极型晶体管T5的集电极还与二极管D5的负极连接，绝缘栅双极型晶体管T5的发射极分别与二极管D5的正极、第一二极管的正极、第二二极管的负极连接。
在本实施例中，全控型器件可以是绝缘栅双极型晶体管，通过触发控制绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4、T5的导通和截止状态，可以使功率模块处于不同的工作状态，以便输出不同的电平，图3中的USM为功率模块的输出电压，iSM为功率模块的工作电流。
在一个实施例中，各绝缘栅双极型晶体管的参数相同，各二极管的参数相同，各电容的参数相同。
在本实施例中，各绝缘栅双极型晶体管的参数相同，各二极管的参数相同，各电容的参数相同，便于控制功率模块在不同工作状态下的电流电压。需要说明的是，各二极管包括二极管D1、D2、D3、D4、D5以及第一二极管、第二二极管。
具体的，如图4所示，具备直流故障自清除能力的换流器功率模块由第一级单元、第二级单元、第三级单元共三部分组成，第一级单元的a端与第三级单元的a端相连，第一级单元的b端与第三级单元的b端相连，第二级单元的a端与第三级单元的c端相连，第二级单元的b端与第三级单元的d端相连，第一级单元的c端和第三级单元的c端为整个子模块的两个输出端口。
第一级单元由一个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)和两个二极管组成，其中IGBT为T1，两个二极管分别为D1、D11。将二极管D1的正极、二极管D11的负极、T1的发射极三端相连后作为第一级单元的c端；二极管D1的负极与T1的集电极相连后作为第一级单元的a端，二极管D11的正极作为第一级单元的b端。
第二级单元由两个IGBT、两个二极管和一个电容组成，其中IGBT为T2、T3，两个二极管分别为D2、D3、D12，电容为C1。将电容C1的正极、T2的集电极和D2的负极相连后作为第二级单元的a端，将T2的发射极、D2的正极、T3的集电极和D3的负极相连后作为第二级单元的c端，将C1的负极、T3的发射极和D3的正极相连后作为为第二级单元的b端。
第三级单元由两个IGBT、三个二极管和一个电容组成，其中IGBT为T4、T5，三个二极管分别为D4、D5，电容为C2。将电容C2的正极、T4的集电极和D4的负极相连后作为第三级单元的a端，将T4的发射极、D4的正极、T5的集电极和D5的负极相连后作为第三级单元的c端，将C2的负极、T5的发射极、D5的正极和D12的负极相连后作为为第三级单元的b端，D12的正极作为第三级单元的d端。
该功率模块正常工作时可输出三种电平，分别为0、Uc、2Uc，各工作状态下IGBT的触发状态如表1所示：
表1三电平子模块IBGT触发状态
功率模块通过触发控制绝缘栅双极型晶体管的导通和截止状态，可以使功率模块处于不同的工作状态，功率模块一共有三种工作状态：
工作状态一：T1、T3、T5导通，T2、T4截止。
当iSM＜0时，其电流流向如图5-a所示，电流通过T3、C1、T5、C2、T1形成通路，功率单元输出的电压为2Uc，电容C1、C2处于放电状态。
当iSM＞0时，其电流流向如图5-b所示，电流通过D1、C2、D5、C1、D3形成通路，功率单元输出的电压为2Uc，电容C1、C2处于充电状态。
工作状态二：T1、T2、T5导通，T3、T4截止。
当iSM＜0时，其电流流向如图6-a所示，电流通过D2、T5、C2、T1形成通路，功率单元输出的电压为Uc，电容C2处于放电状态，电容C1处于旁路状态。
当iSM＞0时，其电流流向如图6-b所示，电流通过D1、C2、D5、T2形成通路，功率单元输出的电压为Uc，电容C2处于充电状态，电容C1处于旁路状态。
工作状态三：T1、T2、T4导通，T3、T5截止。
当iSM＜0时，其电流流向如图7-a所示，电流通过D2、D4、T1形成通路，功率单元输出的电压为0，电容C处于旁路状态。
当iSM＞0时，其电流流向如图7-b所示，电流通过D1、T4、T2形成通路，功率单元输出的电压0，电容C处于旁路状态。
工作状态四：T1、T2、T3、T4、T5均截止。
当iSM＜0时，其电流流向如图8-a所示，电流通过D2、D4和C2、C1和D12、D11形成通路，功率单元输出的电压为-Uc，电容C1、C2处于充电状态。
当iSM＞0时，其电流流向如图8-b所示，电流通过D1、C2、D5、C1、D3形成通路，功率单元输出的电压为2Uc，电容C1、C2处于充电状态。
具备直流故障自清除能力的换流器功率模块可以灵活扩展为四电平、五电平及更多电平的模块结构，只需在当前模块基础上增加其中的第三级单元部分，其扩展后的四电平、五电平子模块如图9和图10所示，扩展后的四电平、五电平功率模块的各工作状态下的IGBT的触发状态如表2、表3所示，四电平功率模块对应的五种工作状态的电流路径如图11-a、11-b、12-a、12-b、13-a、13-b、14-a、14-b、15-a、15-b所示。
表2四电平功率模块IBGT触发状态
表3五电平功率模块IBGT触发状态
根据上述具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，本发明还提供一种换流器，以下就本发明的换流器的实施例进行详细说明。
参见图16所示，为本发明一个实施例的换流器的结构示意图，该实施例中的换流器，包括第一组换流桥臂和第二组换流桥臂；
第一组换流桥臂中的三相换流桥臂410、420、430的负极端通过对应的桥臂电抗器与交流电网侧A、B、C连接；第二组换流桥臂中的三相换流桥臂510、520、530的正极端通过对应的桥臂电抗器与交流电网侧A、B、C连接；
第一组换流桥臂和第二组换流桥臂中的任意一相换流桥臂均包括串接的若干个上述的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，前一个功率模块中的第二连接点与后一个功率模块中的第一连接点连接，串接后首部的功率模块中的第一连接点作为换流桥臂的正极端，尾部的功率模块中的第二连接点作为换流桥臂的负极端。
在本实施例中，将上述具备直流故障自清除能力的换流器功率模块应用在换流器中，在换流器正常工作时，若换流器的正负极端发生短路故障时，只要同时闭锁功率模块，因电流路径只能对功率模块中的电容充电，电容电压升高，从而提供反向电动势阻断直流故障电流消除故障点弧道，实现换流器直流侧故障的自清除。
需要说明的是，图16中的SM表示换流器桥臂中的功率模块，m和n表示序号。
在一个实施例中，如图16所示，换流器还包括三个充电电阻R1、R2、R3和一组三相隔离开关S1；
三相隔离开关S1连接在对应第一组换流桥臂的桥臂电抗器412、422、432与交流电网侧A、B、C之间，同时，三相隔离开关S1连接在对应第二组换流桥臂的桥臂电抗器512、522、532与交流电网侧之间；三相隔离开关S1的三相与三个充电电阻R1、R2、R3一一对应并联。
在本实施例中，在桥臂电抗器与交流电网侧A、B、C三相之间设置了三个充电电阻R1、R2、R3和三相隔离开关S1。换流器在正常工作前需要进行初始化充电，通过三相隔离开关S1的断开，交流电网侧可以通过三个充电电阻R1、R2、R3对换流器的所有换流桥臂进行充电。
进一步的，三个充电电阻R1、R2、R3参数相同。
具备直流故障自清除能力的换流器功率模块可以应用在换流器中，如MMC换流器等，在具体应用时，全控型全控型器件作为开关器件，不仅可以用绝缘栅双极型晶体管IGBT，如更换其他全控型器件(如IEGT等)也能达到同样的目的。应用本发明的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，可以解决半H桥型MMC换流器需断开交流断路器清除直流侧故障的缺陷，所用的IGBT比全H桥型MMC换流器少。与CDSM(Clamp Doulbe Sub-modular，箝位双功率模块)相比，三电平子模块与CDSM元器件一样，平均每电平需2.5个IGBT(含反并联二极管)和1个独立的二极管，但四电平、五电平及更高电平功率模块平均每电平所需的IGBT更少，经济性更优，且可根据工程实际需要选择合适电平的功率模块，减少功率模块数量，减少功率模块电压排序时间和控制复杂度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，其特征在于，包括第一级单元、第二级单元和第三级单元；
所述第一级单元包括反向串接的第一全控型模块和第一二极管；
所述第二级单元包括第二全控型模块、第三全控型模块和第一电容；所述第二全控型模块和所述第三全控型模块正向串接后与所述第一电容并联；
所述第三级单元包括第四全控型模块、第五全控型模块、第二二极管和第二电容；所述第四全控型模块和所述第五全控型模块正向串接后与所述第二电容并联，所述第五全控型模块与所述第二二极管反向串接；
所述第一全控型模块和第一二极管反向串接后与所述第二电容并联，所述第五全控型模块和所述第二二极管反向串接后与所述第一电容并联；
所述第一全控型模块和所述第一二极管的连接点作为第一连接点，所述第二全控型模块和所述第三全控型模块的连接点作为第二连接点，所述第一连接点和所述第二连接点作为所述具备直流故障自清除能力的换流器功率模块的输出端子。
2.根据权利要求1所述的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，其特征在于，所述第三级单元为多个，前一个第三级单元中的第五全控型模块和第二二极管反向串接后，与后一个第三级单元中的第二电容并联；所述第一全控型模块和第一二极管反向串接后与首部的第三级单元中的第一电容并联，尾部的第三级单元中的第五全控型模块和所述第二二极管反向串接后与所述第一电容并联。
3.根据权利要求2所述的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，其特征在于，所述第三级单元为两个。
4.根据权利要求2所述的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，其特征在于，所述第三级单元为三个。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，其特征在于，所述第一全控型模块、所述第二全控型模块、所述第三全控型模块、所述第四全控型模块、所述第五全控型模块均包括反向并联的全控型器件和第三二极管。
6.根据权利要求1所述的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，其特征在于，所述第一全控型模块包括绝缘栅双极型晶体管T1和二极管D1，所述第二全控型模块包括绝缘栅双极型晶体管T2和二极管D2，所述第三全控型模块包括绝缘栅双极型晶体管T3和二极管D3，所述第四全控型模块包括绝缘栅双极型晶体管T4和二极管D4，所述第五全控型模块包括绝缘栅双极型晶体管T5和二极管D5；
绝缘栅双极型晶体管T1的发射极分别与二极管D1的正极、所述第一二极管的负极连接，绝缘栅双极型晶体管T1的集电极与二极管D1的负极连接，所述第二电容连接在二极管D1的负极与所述第一二极管的正极之间；
绝缘栅双极型晶体管T2的集电极分别与二极管D2的负极、二极管D5的负极连接，绝缘栅双极型晶体管T2的发射极分别与绝缘栅双极型晶体管T3的集电极、二极管D2的正极、二极管D3的负极连接，绝缘栅双极型晶体管T3的发射极分别与二极管D3的正极、所述第二二极管的正极连接，所述第一电容连接在绝缘栅双极型晶体管T2的集电极与绝缘栅双极型晶体管T3的发射极之间；
绝缘栅双极型晶体管T4的集电极分别与二极管D1的负极、二极管D4的负极连接，绝缘栅双极型晶体管T4的发射极分别与绝缘栅双极型晶体管T5的集电极、二极管D4的正极连接，绝缘栅双极型晶体管T5的集电极还与二极管D5的负极连接，绝缘栅双极型晶体管T5的发射极分别与二极管D5的正极、所述第一二极管的正极、所述第二二极管的负极连接。
7.根据权利要求6所述的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，其特征在于，各绝缘栅双极型晶体管的参数相同，各二极管的参数相同，各电容的参数相同。
8.一种换流器，其特征在于，包括第一组换流桥臂和第二组换流桥臂；
所述第一组换流桥臂中的三相换流桥臂的负极端通过对应的桥臂电抗器与交流电网侧连接；所述第二组换流桥臂中的三相换流桥臂的正极端通过对应的桥臂电抗器与交流电网侧连接；
所述第一组换流桥臂和第二组换流桥臂中的任意一相换流桥臂均包括串接的若干个如权利要求1至6中任意一项所述的具备直流故障自清除能力的换流器功率模块，前一个功率模块中的第二连接点与后一个功率模块中的第一连接点连接，串接后首部的功率模块中的第一连接点作为所述换流桥臂的正极端，尾部的功率模块中的第二连接点作为所述换流桥臂的负极端。
9.根据权利要求8所述的换流器，其特征在于，还包括三个充电电阻和一组三相隔离开关；
所述三相隔离开关连接在对应所述第一组换流桥臂的桥臂电抗器与交流电网侧之间，同时，所述三相隔离开关连接在对应所述第二组换流桥臂的桥臂电抗器与交流电网侧之间；所述三相隔离开关的三相与三个所述充电电阻一一对应并联。
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