三电平大功率并联逆变电源在EAST系统中的应用

针对EAST超导托卡马克装置中的等离子体位移快控电源大电流快速响应的要求,采用三电平结合移相PWM多重化技术,实现多组变流器并联运行,提高了变流器的等效开关频率控制性能,从而改善了电流波形品质。分析了快控电源系统的设计方案和控制方法,并针对移相PWM多重化技术,采用Matlab进行了仿真,验证了设计思想。实验结果表明,该系统设计方案合理、控制策略有效,具备良好的大电流输出和快速响应能力。     

新EAST快控电源电压模式的探索

针对EAST快控电源大电流快速响应的要求,EAST第二代等离子体垂直位移主动反馈电源在保留第一代主动反馈电源电流控制模式的同时,也可实施电压控制模式,实现电流上升率的最大化。为解决其带来的高电压输出时频繁过流保护而导致能量倒灌引发直流侧过压保护的现象,采用限流保护进行改进。经实验验证,电压模式可大幅提升电源对于等离子体垂直不稳定位移的抑制能力。     

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针对EAST快控电源大电流快速响应的要求,EAST第二代等离子体垂直位移主动反馈电源在保留第一代主动反馈电源电流控制模式的同时,也可实施电压控制模式,实现电流上升率的最大化.为解决其带来的高电压输出时频繁过流保护而导致能量倒灌引发直流侧过压保护的现象,采用限流保护进行改进.经实验验证,电压模式可大幅提升电源对于等离子体垂直不稳定位移的抑制能力.     

HT-7U装置位移快控电源及其控制系统设计

针对HT－7U装置等离子体位移快控电源低压大电流控制要求，提出了一种采用双PWM AC／DC变流器拓扑且易于多组并联的新颖控制方案；在分析了PWM AC／DC变流器d-q模型的基础上，设计了三闭环控制系统，特别采用了基于前馈的解耦控制和微分反馈控制，从而使系统获得了优良的动态性能，仿真结果证实了方案的正确性。     

基于悬浮拓扑的加速器脉冲电源设计

随着加速器技术的发展,重离子加速器脉冲电源工作频率逐步提高,电流上升速率逐步提升。脉冲电源磁铁负载具有阻感特性,其在电流波形上升段将吸收大量的无功,会对电网产生周期性强冲击;同时,快电流上升速率下的高精度要求,对电源设计提出了新的挑战。论文设计了一种基于电容储能的悬浮型H桥级联拓扑,利用电源自身储能电容和负载电感进行无功交互,实现了无功能量的内部循环,以减小对其对电网冲击;同时采用H桥级联多电平结合移相倍频控制,以保证电源快动态响应下的高精度需求。样机实验结果验证了电源拓扑和控制原理的可行性,为加速器快电流上升速率脉冲电源提供了一种新的解决方案。     

基于虚拟中心电流法的 HL-2M快控电源数学模型

针对中国环流器2号M(HL-2M)装置中用于核聚变物理实验等离子体的垂直不稳定性控制的快控电源拓扑结构，充分考虑线圈的自感与互感对输出的影响，构建出数学模型，首次提出并运用虚拟中心电流法，使得控制算法更加简单，采用多输入多输出的控制方法，利用2个参量控制3个变量。本文基于基本供电方案得到多线圈耦合电压，基于快控电源拓扑推导出快控电源电路方程，再将其合并得到最终的线圈电压数学模型，最后进行仿真验证。结果表明数学模型搭建正确，为今后进行进一步计算提供了坚实的基础。     

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针对EAST超导托卡马克核聚变实验装置中等离子体位移快速控制的要求,快控电源采用三电平电路结合载波移相PWM调制技术,实现多组逆变器并联运行。介绍了系统设计方案,并对其输出谐波进行了研究,利用双重傅里叶变换建立了数学模型,分析了其谐波分布特性。通过仿真和实验表明,快控电源系统具有良好的谐波特性,具备良好的大电流输出和快速响应能力。     

高功率聚变磁体电源桥臂直通故障分析及仿真

高功率聚变磁体电源采用三电平中点钳位型(NPC)电压源变流器(VSC)拓扑，在变流器桥臂直通故障情况下，其直流侧电容的充放电使故障暂态过程较为复杂，为变流器故障分析带来挑战。针对这一问题，以3kV、6kA三电平IGCT大功率VSC为背景，建立了桥臂直通故障暂态等效数学模型。将整个故障过程分为直流侧电容放电和二极管导通两个阶段，详细分析了该故障情况下电压及电流的变化趋势，为后期保护方案的设计奠定基础。Matlab仿真结果表明了该分析方法的可靠性。     

具有快速保护的超长脉冲微波负高压电源

脉宽３－５ｓ的ＨＴ－７低杂波负高压电源已经建成，针对电湃设计的难点，交流侧采用脉冲发电机组－电网联合供民，超长脉冲的脉宽采用“直接侧瞬时合闸－交流侧延时分闸”，快速保护依靠撬棒完成。进一步设计了交流供电的软起动，解决了直流合闸时的过电压问题。两套电源均已在假负载上调到－３５ｋＶ、４０Ａ的额定指标，接上带调管负载后，成功地进行了ＨＴ－７装置首轮低杂波电流 动实验。     

步进追频及恒振幅控制的超声电源设计

针对超声金属焊接过程中出现的负载变化导致谐振频率漂移和焊接振幅失恒问题,设计了一种基于步进追频及恒振幅控制的超声电源。在负载变化对谐振频率影响的研究基础上,根据FPGA-DDS步进追频原理设计了负载变化追频逻辑;结合全桥逆变电路的移相控制方式,研究了不同占空比下的最大输入电流与最大焊接振幅的关系,提出了基于输入电流反馈下的步进移相恒振幅控制方案;实验结果表明,负载变化追频逻辑实现了谐振频率快速变化下的动态实时追踪,解决了因频率失谐导致的焊接振幅非线性下降问题。同时,在加入了振幅闭环控制后,实现了焊接振幅相对极差稳定在10%以内。     

束流轨道快校正磁铁电源研究进展

快校正磁铁电源能够对束流轨道的偏离进行快速校正,提升同步辐射光源运行的可靠性。随着第四代衍射极限储存环(DLSR)光源品质的进一步提高,为了保证束流轨道的稳定性,快速轨道反馈(FOFB)系统对校正磁铁电源的性能也提出了更高的要求。针对先进同步辐射光源FOFB系统对快校正磁铁电源的需求,将目前国内外第四代同步辐射光源束流轨道快速校正磁铁电源的研究成果分为线性电源和开关电源两类,对各方案的拓扑结构、控制策略以及性能参数的特点等进行了简要对比分析,可以看出目前国内外正在研制的快校正磁铁电源响应带宽基本可以达到5 kHz甚至10 kHz水平,线性电源的低纹波噪声特性具备应用优势但需要关注效率低的问题;开关电源方案具有高效、模块化等特点,如果可以有效解决纹波噪声问题,将会更广泛地应用在快校正磁铁电源的设计中。     

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用小波多分辨分析方法对EAST快控电源控制信号进行分解，分层设定阈值滤除不符合要求的频率成分再进行信号重构，得到了满足要求的EAST快控电源控制信号，并经过了仿真和实验的验证。结果表明，使用小波变换比使用其他方法更为理想。     

H桥式大电流快控电源设计

介绍了HL-2A升级改造装置用于控制等离子体垂直位移的H桥式大电流快控电源的设计方案,内容包括快控电源方案与工作模式的仿真,开关元件的选择和改善IGBT静态均流的措施。利用实验平台,通过改变并联元件的回路参数将IGBT并联电流不均衡率由16.5%降低到6.8%。计算了IGBT模块工作时可能产生的最大损耗,并给出满足模块温度要求的散热方案。     

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。     

中国散裂中子源大功率可编程脉冲电源设计

在中国散裂中子源大功率可编程脉冲电源设计中,主回路采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)H桥串并联拓扑,错相工作方式,利用IGBT功率放大的特性,实现了电源高功率(60 MW)、高频率(1.843 2MHz)、高压(3.319 kV)和大电流(18 kA)的要求,并通过电源反馈控制系统,实现了电源的快速响应时间,使电源跟踪精度达到1.5%,满足指标要求。在电源研制中,解决了IGBT高压、大电流的均压和均流问题;由于IGBT工作在开关状态,为了消除谐波,利用多重化技术,得到了光滑的输出脉冲电流曲线;采用电流互感器的并联,实现了输出大电流的检测;电源的反馈控制策略采用比例和前馈运算,实现了电源输出波形对给定波形的快速跟踪。     

HL-2A 共振磁扰动线圈电源的方案设计与仿真

介绍了共振磁扰动(RMP)电源的电路拓扑结构,基本元器件的选取,初步控制方案以及电路相关的计算与仿真。RMP 线圈将由最大4kA 的直流电流或者最大频率1kHz 最大4kA 的交流正弦电流供电。通过选择合理的电源结构和控制方式,以实现响应速度快和电流纹波小的要求,并使RMP 线圈电源满足ELM 控制的需求,尽量降低对等离子体控制的不利影响。     

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介绍了共振磁扰动(RMP)电源的电路拓扑结构,基本元器件的选取,初步控制方案以及电路相关的计算与仿真。RMP 线圈将由最大4kA 的直流电流或者最大频率1kHz 最大4kA 的交流正弦电流供电。通过选择合理的电源结构和控制方式,以实现响应速度快和电流纹波小的要求,并使RMP 线圈电源满足ELM 控制的需求,尽量降低对等离子体控制的不利影响。