磁场电源在 HL-2M 装置初始等离子体放电中的应用

磁场电源是 HL-2M 装置初始等离子体放电的重要组成部分,它关系到 HL-2M 装置零场的建立,等 离子体的击穿和维持及位形控制。为实现初始等离子体放电所需的供电电压和电流,对磁场电源从主回路、控制、 测量和保护分别作了相应的调整。在此基础上进行了大量的工程调试,确保了磁场电源的控制和保护等性能达到 初始等离子体放电的需求。在磁场电源运行中,电源控制性能和输出参数的一致性、纹波质量等都有显著提高。 介绍了磁场电源在调试及 HL-2M 装置初始放电中的应用。     

欧姆电源整流变压器改造方案及分析计算

根据HL-2A装置电源主回路实施方案，为尽量利用原有设备、节约投资，原HL-1M装置欧姆电源的两台5．6MVA脉冲整流变压器经改造后将作为HL-2A装置多极场E2，E3，E4电源。改造方案及分析计算如下。     

HL-2M 装置磁场电源逻辑保护系统

为了保障 HL-2M 装置磁场电源的供电安全，其逻辑保护系统设计了 4 级保护机制，分别在主机线 圈、电源变流器、整流变压器、交流开关柜设置保护检测器件，按保护等级确定逻辑保护策略。通过 HL-2M 装 置放电实验，验证了逻辑保护系统的可行性和稳定性。     

基于NI CompactRIO的晶闸管电源同步信号处理系统

HL-2A装置使用脉冲发电机组为装置极向场晶闸管电源供电以驱动线圈负载,晶闸管电源采用相控控制,因此同步信号的质量将直接影响电源的控制精度。HL-2A装置晶闸管电源同步信号取自同步变压器,脉冲发电机组带整流负载的供电方式使得同步信号不仅存在严重的波形畸变,同时还存在同步信号频率在大范围快速变化的特点。根据HL-2A装置晶闸管电源同步信号的特点,采用逐点巴特沃斯滤波器消除波形畸变,并通过实时频率计算和相位重建获得高质量同步信号。基于NI CompactRIO平台设计了晶闸管相控电源同步信号实时处理系统,实验结果表明该系统可有效解决同步信号畸变严重和频率宽范围快速变化的问题。     

HL-2A装置与HL-2M装置控制处理研究与发展

2006年，围绕HL-2A装置实验控制、数据采集与处理，开展了高性能计算系统建设，基于EFIT代码的HL-2A等离子体位形重建以及若干大型代码的引进移植；实施了水平场电源部分有环流控制；设计制作了新型抗干扰采集器；开展了基于模拟信号脉冲识别的计数研究，在此基础上通过SDD诊断数据计算获得了等离子体电子温度；对HL-2A数据存储系统与实验网进行了全面升级，围绕HL-2M项目，开展了HL-2M位形和极向场线圈设计，HL-2M等离子体控制系统的预研．     

MW级中性束注入弧电源系统优化

中性束注入弧电源的性能严重影响弧放电的稳定性和中性束加热的效率。HL-2A装置弧电源采用基于晶闸管相控调压和12脉波不控整流的线性电源技术;HL-2M测试束线弧电源采用基于超级电容和IGBT全控整流的开关电源技术。为了优化电源系统性能、改进弧放电稳定性,研究了采样频率对弧放电稳定性的影响。通过对两套电源控制系统进行建模,利用MATLAB仿真了不同采样频率下HL-2M弧流电源控制系统的阶跃响应性能和HL-2A的控制系统性能,分析了采样频率对系统性能的影响。利用离子源测试平台进行不同采样频率下的弧放电实验对仿真结果进行验证,实验结果与仿真结果一致。实验结果验证:采样频率对弧放电稳定性有很大影响,在频率可调范围内,增大采样频率,可以提高控制系统性能,优化弧放电稳定性;HL-2A弧放电不稳定的原因是晶闸管导通特性和滤波电路引起的。     

HL-2A 装置 LHCD 系统灯丝电源远程控制的 一种新方法

为解决 HL-2A 装置低杂波电流驱动(LHCD)系统灯丝电源无法远程控制的问题,介绍了基于西门子 WinCC 监测系统的 HL-2A 装置 LHCD 系统灯丝电源 MSComm 串行通信系统的设计与实现。在 WinCC 图形编辑 器中直接调用 MSComm 控件,编写 VBS 全局脚本实现对串口的访问,解决了硬件组态过程中串行通讯操作被 WinCC 所限制的问题。采用了虚拟串口技术、工业以太网通讯技术、光纤隔离技术等,提高了 WinCC 组态串口 设备的灵活性。HL-2A 装置 LHCD 实验证明,在 HL-2A 装置放电的复杂电磁环境下,LHCD 灯丝电源 MSComm 串行通信系统运行稳定、功能完善。     

HL-2M 装置初始等离子体放电阶段的直流辉光放电清洗系统研制

基于 HL-2M 托卡马克初始等离子体放电的工程需求,设计并研制了直流辉光放电清洗系统,包括电 极、馈线、电源、控制以及监测等关键部件和辅助子系统。研制完成后开展了系统装配和工程调试,并投入到首 次等离子体放电。实验结果表明,该直流辉光放电系统运行稳定、可靠,且此辉光放电清洗显著降低了真空室本 底杂质浓度,能满足 HL-2M 装置初始等离子体放电的壁条件需求。     

HL-2A装置供电系统年度进展

本文综述了2006年供电系统在电机变频调速、励磁改造方面的研究成果，介绍了磁场电源和二级加热电源的现状和新项目研制进展，总结了供电系统在HL-2A装置试验中的运行结果并展望装置升级改造后对电源系统的功率与能量的需求。     

HL-2M 装置限制器系统设计及工艺研究

HL-2M 装置设计有 8 套固定极向限制器和 1 套活动极向限制器,其主要功能是进一步加强保护真空 室及其内部件,同时活动限制器还将提供不同孔栏位形用于等离子体物理实验。根据 HL-2M 装置总体运行需求, 活动限制器结构设计可移动有效距离为 120mm,活动限制器移动精度可控制在±0.1mm 以内。基于激光跟踪仪测 量方法对 HL-2M 装置限制器系统完成了高精度的安装,限制器的面向等离子体关键位置安装精度优于±0.5mm, 通过初始等离子体放电实验表明其运行状态均正常。      

HL-2A 装置低混杂波加热系统高压电源

中国环流器二号A( HL- 2A) 装置低混杂波辅助加热系统的脉冲高压电源系统包含大的储能元件和非线性元件, 其输出电压在投入负载速调管时会有一定程度的跌落, 并且在装置放电过程中, 前级电源) ) ) 125MVA 脉冲发电机输出电压变化大, 该输出电压也发生变化。针对该问题利用MATLAB 进行建模仿真, 对该电源系统采用了PID 反馈控制与前馈补偿策略, 并且对采用的PID 控制器的设计与参数选择作了详尽分析, 其实际应用结果表明该控制策略能很好地满足该电源电压稳定性的要求。     

HL-1装置供电及控制系统调试

本文在介绍供电系统及其主要技术参数和调试概况的基础上,着重分析了电源参数与等离子体参数间的关系,叙述了获得平衡稳定等离子体的调试过程,并对供电回路的退耦方法进行了初步探讨。     

HL-2A装置ECRH主高压电源的研制

介绍了HL-2A装置电子回旋系统主高压电源的研制。用星点控制技术实现了高压直流平台输出电压的调节;用TM-703FB大功率调制管为核心的高压调制技术实现了高压电源输出电压的快速升降及电源的快速保护。用前馈补偿和反馈控制技术实现了输出电压波纹小于1%。电源输出总体指标为-60kV/(25A×4)/1s,满足了ECRH系统的要求。     

HL-2A装置实时等离子体位形重建系统的加速优化

现有的HL-2A实时平衡重建系统采用的是网格尺寸为33×33,将无法满足HL-2M装置对控制精度和速度要求。为此开发了网格尺寸为129×129的重建系统,并通过GPU并行、算法重构等优化方法,使得新的重建系统在保证计算精度的情况下能够使得每一次平均重建计算维持在600μs内,可满足HL-2A和HL-2M中周期为1ms等离子体控制系统对重建系统精度和速度要求。     

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现有的HL-2A实时平衡重建系统采用的是网格尺寸为33×33,将无法满足HL-2M装置对控制精度和速度要求.为此开发了网格尺寸为129×129的重建系统,并通过GPU并行、算法重构等优化方法,使得新的重建系统在保证计算精度的情况下能够使得每一次平均重建计算维持在600μs内,可满足HL-2A和HL-2M中周期为1ms等离子体控制系统对重建系统精度和速度要求.     

脉冲调制高压电源高频化改造的仿真分析与实验

对HL-2A 装置原有的高压电源进行了高频化改造，改造后的单元电源采用脉冲步进阶梯调制(PSM)技术，采用24 个不可控整流电源模块与4 个调节电源模块串联输出，通过控制各模块的投入切出，使输出电压范围在0~20kV 可调，模块开关频率最高可以达到20kHz。通过仿真和实验测试结果表明，该电源运行参数可以达到20kV/200A，开关频率最高达到了20kHz，能够满足系统的实验需求。     

HL-2M 装置初始等离子体放电磁场电源实时控制系统设计

为满足 HL-2M 装置初始等离子体放电参数的需求,根据磁场电源的主回路拓扑结构设计了一套实 时控制系统。系统硬件架构基于 NI PXI 与 CompactRIO 控制器,采用基于共享内存网络的千兆光纤网络传输数据, 并在本地将中控传输的控制数据处理为对应的触发脉冲,具备很强的实时性与准确性。经过首次等离子体放电实 验的验证,磁场电源实时控制系统可完全满足首次等离子体放电的需求。     

HL-2M 装置 NBI 加热系统规划及束线研究进展

为满足 HL-2M 装置高约束模式及高参数实验需求,HL-2M 装置规划 3 条中性束注入(NBI)加热束线, NBI 加热功率为 15MW。第 1 和第 2 条束线是基于正离子源的 NBI 加热束线,根据中后期高参数实验状态确定第 3 条束线采用正离子源或者负离子源。本文简要介绍了 HL-2M 装置的加热束线布局和系统设计概念,综述了基于 4 套 80kV/45A/5s 离子源的 5MW-NBI 中性束加热束线的设计参数及研制进展。在物理和工程可行性简要分析基 础上,给出了采用 2 套 200kV/12.5A/10s 热阴极负离子源的 2.5MW-NBI 束线的概念设计、工程设计及技术研究进 展。