CRAFT超导磁体电源换流变压器短路阻抗设计

聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT）超导磁体电源兼具大电流稳态运行、高功率脉冲运行和瞬态故障抑制能力的需求。换流变压器的短路阻抗与超导磁体电源的特性密切相关。为了优化超导磁体电源的性能,基于交直流系统的参数和换流变压器的等效电路模型,研究了换流变压器短路阻抗与超导磁体电源的输出电压、谐波电流、短路故障电流和无功损耗的关系。短路阻抗越小,超导磁体电源的额定输出电压越高,无功损耗越小,这些特性对CRAFT超导磁体电源的性能有利,但是短路故障电流和谐波电流增加,影响电源的短路故障抑制能力和谐波特性。在CRAFT超导磁体电源换流变压器短路阻抗设计时,首先短路阻抗必须满足直流电源的额定输出电压和故障电流抑制能力,其次,由于CRAFT超导磁体电源是多相变流器,仅产生高次特征谐波电流,含量少便于抑制,因而尽量选择较小的短路阻抗。     

ITER PF电源现场层监控系统网络拓扑延时分析

为保障ITER极向场(PF)电源系统的高实时性控制需求,根据其设备体积大、分布分散等特点,选取了支持多种设备连接拓扑的实时工业以太网现场总线EtherCAT作为ITER PF电源现场层监控系统的数据通讯协议.为研究ITER极向场电源现场层监控系统的实时性,分析了数据帧在几种适合ITER PF整流器单元现场层信号采集与控...     

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对EAST装置中边界局域模等相关物理现象研究的要求,RMP线圈电源需要有更大的承载电流能力,同时提高响应速度和减小输出电压纹波.对于一期RMP线圈电源的拓扑结构、主回路参数进行了优化设计,结合理论计算、MATLAB仿真和实际测试验证了设计方案的可行性,实验结果表明二期RMP线圈电源在响应速度、承载电流能力和电压纹波方面相比一期均表现得更好,达到优化的目的.     

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EAST装置的快控电源是用来维持等离子体在垂直方向稳定性的,由H桥逆变电路组成。为了增加电平数,使快控电源安全平稳地进行,可以采取载波移相的方法。利用双重Fourier变换,讨论了PWM的特点,分析了载波移相的原理。研究了输出电压电平数与调制比的关系,对不同调制比下的输出电平数做了仿真分析。并且提出了一种同时增加电平数和消除谐波的新调制方法,通过MATLAB仿真验证了分析结果的正确性。     

14T核磁共振成像超导磁体电源拓扑设计及纹波抑制

根据14T 核磁共振成像(MRI)大电感超导体磁体(电感307H、连接阻抗2mΩ)负载纹波的需求(低压为3V、电流为1500A、电流纹波小于1ppm)，基于常见拓扑结构出现的问题，提出了一种适用于这种大电感超导磁体运行电源的拓扑结构。此拓扑结构采用多级处理、无源滤波和有源滤波相结合的思想来设计。介绍了电源的输入级、中间变换级及输出级三个部分的拓扑，并阐述了各部分拓扑设计对负载电流纹波抑制的作用。通过 Matlab 仿真分析，验证了拓扑设计的合理性。     

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在EAST 快控电源中采用瞬时环流反馈引入虚拟电阻的均流控制策略,可大大增加并联逆变器之间等效输出阻抗的实部,有效提高对环流低频分量的抑制能力。仿真和实验结果验证了该控制策略的可行性和有效性。     

EAST极向场电源本地控制器软件设计与实现

本地控制器是EAST (Experimental Advanced Super—conducting Tokamak)极向场电源控制系统重要的子系统,实现对12套电源系统的实时控制,设备状态监控以及系统保护。本地控制器采用主从结构的实时控制软件架构,共享内存实现内部数据传输,脉冲式消息传递触发进程执行;通过现场总线、硬件板卡、反射内存网络等与现场设备和主控制器进行数据传输;通过数字移相板卡实现对整流器的环流、四象限等运行控制。经实验测试,该设计运行稳定,能满足极向场电源控制系统对本地控制器的实时性可靠性的需求。     

基于EtherCAT的ITER极向场电源现场层监控系统设计

根据ITER 大功率极向场电源高实时性与高可靠性控制的需求,选取了具有高实时通讯性能的工业以太网现场总线EtherCAT(以太网控制自动化技术)设计ITER 极向场电源现场层监控系统。依据ITER 极向场电源装置体积大、分布较为分散的特点,为保障高可靠性的数据传输,对比了可构成的两种EtherCAT 环网冗余拓扑的可靠性,选取从站单元中最末端从站是将E-BUS 转换为100BASE-TX/FX 的拓展模块的可靠性较高的环网冗余拓扑来设计极向场电源现场层监控系统的拓扑结构。使用了组态软件TwinCAT(基于Windows 的控制和自动化技术)对系统进行配置,同时绘制了具有可直观显示并控制现场信号等功能的HMI 界面。经测试,该系统可实现对现场层数百路模拟与数字量信号的实时监控,满足了ITER 极向场电源的高实时性与可靠性的控制需求。     

ITER极向场变流器温升试验方法

ITER极向场变流器是一种高功率大电流的六脉波桥变流器,其额定容量41 MV·A、额定电流27.5 kA。为了承载如此大的额定电流,ITER极向场变流器被设计成每个桥臂由12个晶闸管支路并联组成。在温升试验中,晶闸管支路中的晶闸管壳、快熔、软连接以及RC回路电阻等多个关键部位的温度需要检测,如果每个晶闸管支路都布置测温点,则测温点多达几百个,大大增加其温升试验的难度。为简化测温点、便于温升试验,本文采用先均流再温升的试验方法,通过均流试验得出各桥臂均流系数,在均流系数最小的三个桥臂中选出承担最大电流的晶闸管支路,然后在温升试验中只需验证这三个承担最大电流晶闸管支路的温升。由焦耳定律可知,只要承载最大电流的三个晶闸管支路关键位置的温升满足要求,则其他晶闸管支路的温升一定满足要求。该试验方法将测温点由几百个简化成十几个,为测温点的布置以及温度数据的采集带来便利。     

中点箝位型逆变器在EAST低次谐波平台中的应用

针对EAST磁体电源等非线性负载产生低次谐波(75~125 Hz)难以治理的问题,提出注入式混合有源滤波的方案。基于EAST低次谐波实验平台,对注入式混合有源电力滤波装置的拓扑结构与滤波原理进行了研究; 同时采用一种降低直流侧中点电位波动的三电平空间电压矢量调制算法,并给出基本矢量作用时间的求取方法; 对该方案及算法进行了仿真与实验验证,仿真与实验结果具有很高的一致性,证明该方案能有效抑制EAST磁体电源运行中产生的低次谐波及其谐振放大。