升级EAST快控电源控制器研制

针对EAST快控电源缩短电流响应时间的要求,升级的快控电源控制器采用TMS320F28335替代原快控电源支路控制器中的TMS320F2812,实现响应和输出脉冲宽度调节(PWM)控制上的载波相移,提高系统等效开关频率,减小输出电压响应延时。经过实验验证,升级的快控电源控制器实现预定目标,有助于提升EAST装置抑制等离子体垂直位移不稳定性的能力。     

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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。     

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.     

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。     

适用于EAST快控电源的交流绝缘监测技术

为了保障EAST快控电源系统的稳定运行,提出了一种适用于EAST快控电源的高频高压工作环境的交流绝缘监测技术。此方法利用电阻不平衡桥,通过交替投切电阻造成分压的变化,实时采集电压,计算出绝缘电阻值。搭建了Simulink仿真平台,分别将~220V市电和EAST快控电源输出作为电压输入进行实时绝缘监测仿真分析,波形与预期相符。经过实验验证,新方法能够准确完成220V市电交流输入的绝缘监测,并且在快控电源现场能正常工作,达到绝缘监测的精度要求。     

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为了保障EAST快控电源系统的稳定运行,提出了一种适用于EAST快控电源的高频高压工作环境的交流绝缘监测技术.此方法利用电阻不平衡桥,通过交替投切电阻造成分压的变化,实时采集电压,计算出绝缘电阻值.搭建了Simulink仿真平台,分别将~220V市电和EAST快控电源输出作为电压输入进行实时绝缘监测仿真分析,波形与预期相符.经过实验验证,新方法能够准确完成220V市电交流输入的绝缘监测,并且在快控电源现场能正常工作,达到绝缘监测的精度要求.     

EAST共振磁扰动线圈电源响应延迟分析及优化

为了提高EAST装置中共振磁扰动(RMP)线圈电源的输出电压、电流响应速度和输出特性,对共振磁扰动线圈电源的响应时间延迟进行了分析和优化处理。详细分析了对称规则采样和单极性倍频PWM调制过程所产生的时间延迟,针对该部分时间延迟提出了多次采样延时数据更新方法,对逆变电源控制器进行优化和改进。实验结果表明,采用该方法后电源输出响应时间延迟从206μs减小为70μs,可以满足EAST实验的需求。     

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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。     

快控电源支路控制器程序的远程升级研究

在 EAST 等离子体垂直位移快速控制电源(快控电源)的数字信号处理(DSP)执行控制程序远程升级中， 通过改变“二次引导”的顺序结构，提出一种新的“二次引导”结构。该结构不需要汇编语言的参与，使用 C 语言编写“二次引导”程序，同时将该结构与无线网络传输技术相结合，实现了对程序的远程升级固化。实验结果 表明，所提出的结合无线网络的“二次引导”结构能够实现对控制电源 DSP 程序的远程加密升级。     

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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。     

瞬时环流反馈均流策略在EAST快控电源中的应用

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。     

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In order to improve response speed and output characteristics of resonant magnetic perturbations (RMP) coil power supply of EAST tokamak, the response time delay is analyzed and optimized. Time delay that is caused by symmetrical rules sampling and single polarity PWM is amply analyzed and quantitatively determined. And multiple sampling & tardive updating is proposed to improve inverter response delay. The experimental data demonstrates that response time delay is decreased from 206μs to 70μs by the method, which meets the requirement of EAST experiments.     

基于IGBT的大功率H桥快控电源控制策略

为了控制快速变化的等离子体垂直位移,研制了基于IGBT的大功率H桥快速可控电源,额定参数为500 V/3 kA。旧的快控电源由于结构以及控制策略的原因,导致IGBT关断过电压高、工作频率低、续流过程不可控产生的电压宽脉冲等问题。针对这些不足,新的H桥快速控制电源首先重新设计了电源的结构,使其更加紧凑,减小了电源的寄生电感,从而降低了IGBT的关断过电压。其次,通过改变电源的控制方式,电源的工作频率达到IGBT开关频率的2倍,增大了电源输出电压的频率,等效提高了电源的快速响应能力。同时,为电源重新设计了一种可控的续流方式,通过对IGBT的控制改变电路的续流回路,使续流过程可控。通过实验研究可知,电源的响应时间为125 s,在等离子体位移发生变化时电流能够快速响应,控制等离子体位移,保证托卡马克装置的正常放电,并且通过新的续流控制方式,使电源在续流时不会再出现续流不可控导致的宽电压脉冲问题,输出电压能够有效地跟踪给定电压值变化。