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。     

HL-2M 装置供电系统研制

为满足 HL-2M 装置的供电需求,须配套建设相应的供电系统。通过仿真计算 HL-2M 装置的总体供 电需求,考虑到 HL-2A 装置现有的供电系统设备,提出了兼顾 HL-2A 和 HL-2M 装置供电需求的总体配置方案。介绍了国内首台 300MVA 立式交流脉冲发电机组、磁体电源、高压电源和电源控制系统的研制情况。     

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。     

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。     

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针对HL-2A装置极向场电源晶闸管触发器系统同步信号波形畸变严重、频率不断变化的特点,通过分析和比较各种滤波器的滤波效果,提出了一个多级数字滤波器联合滤波的方案。利用MATLAB软件搭建了该滤波器的仿真模型,并对其进行了仿真分析,理论上证明了该方案的可行性。通过估计算法的延时,证明了该数字滤波器满足实时信号处理的要求。     

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介绍了HL-2A装置上用于二级加热系统的PSM高压脉冲电源的反馈控制系统.该电源控制系统以DSP+FPGA作为控制核心,输出112路驱动脉冲,以此来控制112个IGBT的通断,包括了驱动、通信、计算、反馈等部分,使电源系统输出稳定高压.设计了远程通信系统,其中基于VB的上位机与控制系统之间采用CAN总线技术来实现电源系统的相关参数设定及传输.DSP与FPGA实现了计算、反馈等功能.完成了相关的代码编写与系统测试.实验测试结果表明,该控制系统实现了高压电源的稳定输出,满足了实验的需求.     

kA级双阶梯脉冲电源方案设计与分析

托卡马克装置预电离过程中,环向磁场应与电子回旋波频率相匹配,NCST装置现有的电子回旋波频率较低,为了让环向场与已有的电子回旋波频率匹配,提出新的环向场线圈电流产生方案,在原方案的磁场线圈平顶电流产生之前增加一个低电流台阶。回顾NCST球形托卡马克装置环向场线圈电源的原有方案后,设计了全控型和半控型两种方案,从电压电流的高次谐波、电流的可控性和纹波、改动成本和安装便捷性四方面对比两个方案的优缺点,最终选定半控型改造方案。根据现场条件制作电源改造柜,尽量减少对原有电源柜的改动。实际测试结果显示,两个电流台阶衔接正常,低电流台阶宽度可调、幅值可调,满足改造要求。     

基于CAN 总线技术的PSM 电源远程控制通信系统

为提高HL-2A 装置辅助加热系统脉冲阶梯调制(PSM)电源的运行效率和操作可靠性,设计并实现了一种基于CAN 总线技术的远程控制通信系统。该系统采用载有SJA1000CAN 总线控制器的PCI 板卡以及TMS320F2812 微处理器分别作为上位机和下位机的通信终端,结合用户界面程序,实现了HL-2A 受控核聚变装
置辅助加热电源的远程控制,提高了其整体控制性能和操作效率。     

HL-2M装置中心螺线管线圈电源变流器过流保护的仿真研究

利用MATLAB仿真工具，搭建HL-2M中心螺线管(CS)电源系统模型，研究了CS电源变流器过流保护策略。通过仿真研究，为HL-2M CS电源系统中变流器制定了最优的过流保护策略，这为电源安全可靠的运行提供了理论依据。     

基于脉冲调制技术的LHCD大功率阴极高压电源

为满足HL-2A装置低杂波电流驱动等辅助加热系统的需要,分析设计了基于脉冲调制技术的大功率高压电源,为速调管提供阴极高压。高压电源采用了模块化串联的系统结构,通过控制算法的调节,电源输出连续可调,使低压低频直流脉冲电源转化为高压高频直流脉冲电源,还具有高功率、高稳定、高冗余的特点。重点对模块的器件参数、选型、工艺等进行详细设计分析,利用多绕组变压器的漏感作为模块的滤波电感,选用特性更好的金属薄膜电容、绝缘栅双极晶体管等器件,优化模块结构;设计了29个副边绕组的多绕组高压隔离变压器,设计了电源控制系统,得出适合本电源控制的控制算法,易于调整高压的幅值以及高压的上升下降时间。最后给出大量实验结果,验证电源的保护能力,两种主要的电源控制算法的可操作性及实用性。试验证明,此套电源不仅满足负载提出的快速保护的要求,其电源工作的稳定度等其他参数也满足设计要求。