100kV PSM高壓電源相關(guān)技術(shù)研究和系統(tǒng)實現(xiàn).pdf

1、要實現(xiàn)核聚變必須將等離子體加熱到10 keV以上，歐姆加熱等常規(guī)的加熱方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法將等離子體加熱到點火溫度，因此必須采用輔助加熱手段。而高壓電源是聚變裝置輔助加熱系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部件，直接影響輔助加熱的功率和效率。J-TEXT裝置是我國高校中唯一的中型常規(guī)托卡馬克實驗裝置，為了在J-TEXT裝置上開展電子回旋共振加熱（Electron Cyclotron Resonance Heating，ECRH）實驗，需要研制一套高壓電源系統(tǒng)給電子回

2、旋管供電。本論文針對J-TEXT裝置 ECRH系統(tǒng)對高壓電源的要求，開展了100 kV脈沖階梯調(diào)制（Pulse Step Modulation，PSM）高壓電源相關(guān)技術(shù)的研究，并研制了一套100 kV/60 A PSM高壓電源系統(tǒng)。本論文的具體工作包括：
　　開展PSM高壓電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究，通過對國內(nèi)外大型聚變裝置輔助加熱系統(tǒng)所采用的PSM高壓電源進(jìn)行分析和對比，重點研究和探討了PSM高壓電源的變壓器結(jié)構(gòu)方案、電源模塊結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)

3、缺點，并結(jié)合 J-TEXT裝置 ECRH系統(tǒng)的具體情況，對100 kV/60 A PSM高壓電源的整體方案進(jìn)行了設(shè)計。采用一級干式多繞組變壓器同時實現(xiàn)電壓隔離和多路降壓輸出，由于無需第一級油浸式隔離變壓器，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了損耗，極大地縮減了成本和占用空間，且便于維護(hù)，同時有效減小了系統(tǒng)分布電容，提高了負(fù)載安全性。本文提出并采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可為今后百千伏級輔助加熱高壓電源的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考，具有較強(qiáng)推廣價值。
　　開展PSM高壓

4、電源模塊設(shè)計方法研究，研究了電源模塊主電路的優(yōu)化設(shè)計和參數(shù)計算方法，全面分析了電源模塊的控制和保護(hù)需求，結(jié)合工程經(jīng)驗，探討了電源模塊的電磁兼容、散熱和空間布局等問題，完成了750 V/60 A PSM電源模塊的優(yōu)化設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)和性能測試。測試結(jié)果表明本論文所研究的電源模塊設(shè)計方法有效、可行，所設(shè)計的電源模塊效率高、響應(yīng)快、保護(hù)迅速可靠，完全滿足100 kV/60 A PSM高壓電源的需求。
　　開展控制系統(tǒng)硬件方案的研究，設(shè)計了

5、基于面向儀器系統(tǒng)的 PCI擴(kuò)展（PCI extensions for Instrumentation，PXI）技術(shù)的控制器，通過PXI總線控制FPGA板卡輸出模塊控制信號并監(jiān)測故障信號，具有結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，且符合ITER控制、數(shù)據(jù)訪問和通信（Control，Data Access and Communication，CODAC）規(guī)范，可以直接接入J-TEXT CODAC系統(tǒng)。該控制器為PXI技術(shù)在國內(nèi)聚變輔助加

6、熱高壓電源上的成功應(yīng)用，且具有較高拓展性，對今后高壓電源控制系統(tǒng)設(shè)計具有一定參考價值，同時也對ITER CODAC相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了補(bǔ)充與發(fā)展。
　　開展PSM高壓電源的控制策略研究，在傳統(tǒng)的移相PSM控制策略基礎(chǔ)上提出了一種新的排隊PSM控制策略，可有效提高電源系統(tǒng)的動態(tài)性能，同時算法相對簡單，對控制器資源占用少，在硬件上更容易實現(xiàn)。該控制策略目前在國內(nèi)未見公開報道，對聚變高壓電源控制及運行具有較強(qiáng)參考價值。
　　為驗證所研究