【摘 要】
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作为国家“九五”重大科学工程的EAST超导托卡马克装置对我国的核聚变实验研究工作具有重要的意义,而为了实现大拉长比位形的等离子体稳定运行,设计制造控制性能优良的等离子体
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作为国家“九五”重大科学工程的EAST超导托卡马克装置对我国的核聚变实验研究工作具有重要的意义,而为了实现大拉长比位形的等离子体稳定运行,设计制造控制性能优良的等离子体垂直位移快速控制电源装置是不可或缺的重要工作之一。EAST快控电源的最大特点在于大的电流输出(数千安培)和较快速的动态响应。为此,其研发工作必须借助于目前电力电子新的发展成果和成熟的工程经验,如逆变器并联技术、相移PWM技术、大功率电力电子装置设计制造技术等诸多方面,是一项在理论和工程上均具有挑战意义的工作。大功率变流电源装置在拓扑结构上分为电流型和电压型两种,本论文结合工程实际提出了相应的工程方案,并进行了详细的分析、试验与设计工作。电流型快控电源方案拟采用大功率电流型组合变流器来实现AC-DC-AC快速电流控制,以期在满足工程要求的前提下,减少快控电源系统对电网的污染,实现“绿色”能源转换。电流型快控电源系统由空间矢量相移电流型组合整流器和载波相移电流型组合H桥逆变器两部分组成,其中电流型整流器提供恒流源,而利用电流型组合H桥逆变器的PWM调制实现快控线圈电流的四象限跟踪控制。电压型快控电源方案是借鉴目前较为成熟的电压型并联逆变器系统而提出的,主电路结构中包括多相二极管不控整流器与载波相移电压型组合H桥逆变器两部分,其中相移不控整流装置在提供恒压源的同时,可以经济而显著地改善网侧进线电流品质,而通过电压型组合H桥逆变器的输出电流闭环反馈来实现控制目标。上述两种方案虽各有特点,所使用的PWM控制技术和多重化技术也基本相通,但应该看到,电压型方案工程可行性较好,在理论基础、成本预算和目前国内大功率电力电子生产厂家的经验积累等方面优势较为明显,因此快控电源的工程设计以电压型方案为选择。
本研究特色之处包括:⑴对脉宽调制(PWM)及其多重化技术进行了较为全面的总结和分析;⑵依据PWM变流器及其并联理论,进行了快控电源控制策略的研究;⑶基于两种电源方案的基本工作原理,对各主电路参数进行了优化设计;⑷与设备生产厂家紧密合作,完成了电源装置的工程设计与实施。本文较为全面地完成了对快控电源的方案研究、数字仿真、样机实验和工程设计总结等内容,在着眼于工程实现的同时,力图吸收和使用电力电子学科较为前沿的理论或技术,以期对类似工程的研发和现代电力电子技术的发展有所裨益。
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