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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。在EAST中通过拉长等离子体截面形成偏滤器位形的方法可提高对等离子体的磁场约束能力,但大拉长比位形的等离子体存在垂直不稳定性,在受到干扰后等离子体的垂直平衡状态会被打破,朝一个方向运动。如不加以控制,等离子体会撞击真空室墙壁导致破裂,造成放电失败。故在EAST中需要设置反馈控制系统来抑制等离子体的垂直位移,包括被动反馈控制和主动反馈控制。快控电源对主动反馈线圈励磁,产生磁场抑制等离子体偏移,因此研制控制性能优良的等离子体垂直位移快速控制电源装置是很必要的。
EAST快控电源的最大特点在于大功率和快速动态响应。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,如多电平技术、相移PWM技术、逆变器并联技术、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。
论文主要工作有:
1)对托卡马克装置等离子体垂直不稳定性及反馈控制进行了数值分析;
2)对EAST快控电源中采用的半桥三电平拓扑结构进行了详细地分析;
3)对EAST快控电源逆变单元中采用的PWM相移多重化技术进行了详细地分析;
4)对逆变器并联时的环流进行研究,并详细分析EAST快控电源逆变单元中采用的电流闭环控制方式对于单元间均流的影响:
5)分析了EAST快控电源系统双电流环控制原理和监控系统工作原理:
6)对EAST快控电源升级改造的几种方案进行了分析和预研。
本论文较为全面地完成了对现有EAST快控电源的理论分析、数字仿真和实验分析,以此为基础对EAST快控电源进一步升级改造进行了详细的理论分析和数字仿真,并制作了相应的试验样机。在着眼于工程实现的同时,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。