【摘要】：輔助加熱高壓電源的控制系統(tǒng)決定了電源的輸出特性。同時,面向儀器的外設(shè)擴(kuò)展總線(PCI eXtensions for Instrumentation,PXI)技術(shù)具有集成度高、拓展性強(qiáng)、兼容性好等突出優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于聚變控制領(lǐng)域。本文基于PXI控制技術(shù),結(jié)合JTEXT電子回旋共振加熱系統(tǒng)(Electron cyclotron resonance heating,ECRH)新回旋管的負(fù)載要求完成對其陰極電源控制策略的優(yōu)化設(shè)計(jì),同時針對中國聚變工程實(shí)驗(yàn)堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)負(fù)離子中性束注入(Negative-ion based Neutral Beam Injector,N-NBI)樣機(jī)加速器電源的需求完成其控制系統(tǒng)的研制。J-TEXT ECRH陰極電源采用脈沖階梯調(diào)制(Pulse Step Modulation,PSM)拓?fù)浞桨?原有控制系統(tǒng)無法滿足全新回旋管對于超調(diào)和控制響應(yīng)延時的要求。本文基于現(xiàn)有拓?fù)鋮?shù),對單個模塊的動態(tài)特性進(jìn)行建模分析,提出一種新的前饋控制策略以抑制上升沿超調(diào);并重新設(shè)計(jì)底層控制器的控制邏輯以改善控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng);經(jīng)仿真和高壓實(shí)驗(yàn)證明,優(yōu)化后的控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)零超調(diào)輸出與5μs的控制響應(yīng)延時。CFETR N-NBI加速器電源采用逆變型拓?fù)浞桨?國內(nèi)對其控制技術(shù)的研究較為鮮見。本文廣泛調(diào)研國外逆變電源控制方案,基于CFETR N-NBI樣機(jī)加速器電源拓?fù)鋮?shù)完成控制與采集硬件方案的研制;針對逆變型電源上升超調(diào)、輸出紋波、直流分量抑制等關(guān)鍵問題完成綜合控制策略的設(shè)計(jì);針對加速極負(fù)載的運(yùn)行特性,提出完整的運(yùn)行與保護(hù)邏輯;并結(jié)合J-TEXT PSM電源優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)基于LabVIEW完成程序設(shè)計(jì)。本文基于N-NBI樣機(jī)200kV/25A加速器電源原型參數(shù)搭建Simulink仿真模型,并按照相同控制需求搭建5kV/3A原理樣機(jī),對所研制控制系統(tǒng)的控制策略、運(yùn)行時序與保護(hù)邏輯進(jìn)行驗(yàn)證。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明,本文提出的控制策略滿足加速極負(fù)載對于電源動態(tài)與穩(wěn)態(tài)性能的要求,所設(shè)計(jì)的運(yùn)行邏輯可以實(shí)現(xiàn)對電源μs級的可靠控制與保護(hù)響應(yīng)。本文研究成果可為國內(nèi)輔助加熱電源控制系統(tǒng)的研制提供重要參考。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TL631.24;TP273
【圖文】：

中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論2 PSM 電源控制系統(tǒng)優(yōu)化置的 ECRH 輔助加熱系統(tǒng)原計(jì)劃采用英國 VGE-800配套建成如圖 2-1 所示的陰極電源，該電源采用 PS 750V/60A 的開關(guān)電源模塊串聯(lián)組成，輸出側(cè)但是，由于 J-TEXT 裝置需求變更，ECRH 系統(tǒng)-105 系列回旋管，其對于陰極電源輸出特性的要求也升沿<10ms，特征值為 500μs，上升超調(diào)<1%，開通<10μs 等。因此，需要對原有的 PSM 電源進(jìn)行優(yōu)化，模塊硬件改造的成本較大，同時新回旋管對陰極電性方面，因此對于 PSM 電源的控制系統(tǒng)的優(yōu)化至關(guān)

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文間要略長于單純的 RC 過渡時間 tsRC。為驗(yàn)證以上分析的正確性，本小節(jié)在 simulink 中搭建如圖 2-5 所示的 PSM 電源單模塊仿真模型。模塊輸入電壓 523V，交流頻率 80Hz，交流側(cè)電感 0.5mH，內(nèi)阻0.16Ω，直流側(cè)濾波電容5.8mF，限流電感 50μH，續(xù)流電阻1Ω，負(fù)載等效電阻 17.36Ω。仿真結(jié)果如圖 2-6 所示，在 t=0 時刻斷路器閉合，濾波電容開始充電，端電壓平均值為 748V。在 t=0.1s 時刻導(dǎo)通 IGBT，負(fù)載電壓平均值從 748V 緩慢下降至 687V，輸出電壓超調(diào) PO=8.8%，其暫態(tài)過程持續(xù)時間 12.5ms 左右，對應(yīng)相同參數(shù)的 RC 簡化電路從 748V 衰減至 687V 的過渡時間為 8.1ms。仿真結(jié)果同上述暫態(tài)過程分析結(jié)果基本一致。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文4) 控制程序設(shè)計(jì)PSM 電源的控制系統(tǒng)軟件環(huán)境基于 LabVIEW 編程環(huán)境來實(shí)現(xiàn)，此外現(xiàn)有控制程序已經(jīng)占用較多FPGA硬件資源，因此在軟件層面的優(yōu)化主要遵循以下兩個原則，即：a) 與原有程序的開通/關(guān)斷邏輯兼容；b) 占用 FPGA 硬件資源最小原則。前饋控制程序示意如圖 2-12 所示，其中藍(lán)色標(biāo)題控件代表母循環(huán)其他輔助功能模塊的運(yùn)算輸出。為保證控制時間精度，前饋控制基于 FPGA 硬件定時循環(huán)實(shí)現(xiàn)，所有計(jì)時單位均以 25ns 為最小步長單元。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 阮俊;王恒利;孫華美;黃學(xué);;三相逆變器輸出直流分量的抑制[J];電器與能效管理技術(shù);2015年15期

2 吳彬;揭貴生;王恒利;陽習(xí)黨;朱威;陸明科;;無隔離三相逆變器兩種直流分量抑制策略對比[J];西安交通大學(xué)學(xué)報;2014年06期

3 徐偉東;陳文光;宣偉民;姚列英;王英翹;;基于PSM技術(shù)的70kV/90A高壓脈沖電源的研制[J];電工技術(shù)學(xué)報;2011年12期

4 潘圣民;傅鵬;蔣力;楊雷;李云娜;;采用DSP和CPLD的100kV高壓脈沖電源控制系統(tǒng)[J];高電壓技術(shù);2009年07期

5 潘圣民;傅鵬;蔣力;楊雷;李云娜;;基于QNX和力控6.0的高壓脈沖電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];化工自動化及儀表;2009年02期

6 卜英南;宣偉民;姚列英;;HL-2A中性束加速極電源分布式控制的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J];核聚變與等離子體物理;2008年04期

7 宣偉民;姚列英;李青;毛曉惠;邵葵;陳宇紅;王雅麗;王英翹;徐偉東;;HL-2A裝置ECRH主高壓電源的研制[J];核聚變與等離子體物理;2008年02期

8 錢尚介,潘垣;中國可控核聚變研究的啟始與發(fā)展的外部條件[J];世界科技研究與發(fā)展;2002年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 夏令龍;托卡馬克輔助加熱系統(tǒng)高壓電源若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2015年

2 馬少翔;100kV PSM高壓電源相關(guān)技術(shù)研究和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2015年

3 鄭瑋;托卡馬克裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 焦津;-100kV PSM高壓電源反饋控制研究[D];華中科技大學(xué);2017年

2 章雪亮;聚變裝置輔助加熱系統(tǒng)逆變型直流高壓電源技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2016年

3 趙志軍;三電平PWM整流器研制[D];北京交通大學(xué);2011年

4 王一農(nóng);基于PSM技術(shù)的EAST中性束注入器加速極高壓電源設(shè)計(jì)[D];合肥工業(yè)大學(xué);2005年

本文編號：2805554