【摘要】：國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER是目前世界上規(guī)模最大的全超導(dǎo)托卡馬克裝置,由32個(gè)國(guó)家共同研制,旨在驗(yàn)證和平利用聚變能的科學(xué)和技術(shù)可行性。ITER極向場(chǎng)(Poloidal Field,PF)電源變流器系統(tǒng)作為ITER裝置的重要子系統(tǒng),是目前世界上功率最高,運(yùn)行模式最復(fù)雜的特種電源系統(tǒng)。常規(guī)的一體化電源設(shè)計(jì)方法已無(wú)法滿足ITER PF電源變流器系統(tǒng)的技術(shù)及工程需求。本文以ITER PF電源變流器系統(tǒng)為對(duì)象,提出了超導(dǎo)磁體電源變流系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)方法,重點(diǎn)對(duì)ITER PF變流器串聯(lián)系統(tǒng)的控制保護(hù)邏輯、啟動(dòng)退出策略、無(wú)功最小化控制及信號(hào)去噪等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了深入研究,并結(jié)合ITER PF串聯(lián)順序測(cè)試平臺(tái)對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題的解決方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)具體如下:(1)基于模塊化設(shè)計(jì)思想,提出了采用模塊的共用性和組合優(yōu)化效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高電壓、大電流超導(dǎo)磁體電源變流系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)方法,有效降低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。(2)研究了 ITER PF變流器串聯(lián)系統(tǒng)的控制和保護(hù)邏輯,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的復(fù)雜模式運(yùn)行。同時(shí),針對(duì)串聯(lián)復(fù)雜系統(tǒng)的同步啟停問(wèn)題,提出了借助旁通的安全啟動(dòng)策略和大電感儲(chǔ)能負(fù)載條件下的可靠退出策略,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性和可靠性。(3)針對(duì)ITER PF變流器串聯(lián)系統(tǒng)無(wú)功功率最小化控制進(jìn)行研究,提出了極值控制的電壓分配方式。在不增加任何額外設(shè)備的情況下,通過(guò)算法優(yōu)化實(shí)現(xiàn)串聯(lián)系統(tǒng)無(wú)功功率最小化控制,減小無(wú)功沖擊對(duì)電網(wǎng)造成的危害,降低了無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的裝機(jī)容量及設(shè)備投資。(4)對(duì)強(qiáng)電磁復(fù)雜環(huán)境下的ITER PF電源變流器系統(tǒng)的電流反饋控制信號(hào)進(jìn)行了小波實(shí)時(shí)濾波。創(chuàng)新性的提出了一種新型左右延拓方法,提高了小波濾波的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。所設(shè)計(jì)的小波濾波器成功應(yīng)用于電源控制系統(tǒng),優(yōu)化了系統(tǒng)的控制性能,提升了電源在復(fù)雜電磁環(huán)境下運(yùn)行的穩(wěn)定性,具有實(shí)用價(jià)值。
【圖文】：

場(chǎng)電源（Ｐｏｌｏｉｄａｌ邋Ｒａｄｉａｌ邋Ｍａｇｎｅｔｉｃ邋Ｆｉｅｌｄ邋Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，ＰＲＦＡ）以及歐姆加熱場(chǎng)電逡逑源（Ｏｈｍｉｃ邋Ｈｅａｔｉｎｇ邋Ｃｉｒｃｕｉｔ，ＯＨ邋Ｃｉｒｃｕｉｔ）。ＪＥＴ極向場(chǎng)電源系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逡逑如圖１．１所示＞１８］，垂直場(chǎng)電源和位形控制電源、徑向場(chǎng)電源、歐姆加熱場(chǎng)電源逡逑的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分別如圖１．１中（ａ）、（ｂ）、（ｃ）所示。逡逑＿＿＿邋＿＿＿邋￥邋￥邋￥逡逑ｎ邋２ｒｓ￣邋ｔｉ邋ａ邋ｎ邐三＝＿逡逑＝＝—－＝＝—邋＾邋邐邋．逡逑ｓｉｔ邋ｔｉｔ邐——Ｎ－ｉ逡逑＇邋＇邐（＾邋＾＿＿ｉ邋＾邐｜－Ｃ＝３－ｒＣ＝＞－逡逑－ｅｆｔ邋ｔ逡逑⑷邋㈨逡逑醒逡逑Ｎ＝４０邐ｐ＾Ｔ－（Ｗ）邋１邐卞邋Ｉ邐ｚ邋卜逡逑？邐————邐＾邋—Ｈ＂逡逑Ｉ邋ｉ－邋ｒ－＾－Ｕ￣￣ｘ邋ｉ：邋Ｒ？逡逑ｐｆｇｃ邋邐Ｉ邋ｒｙｙｒ＼邋Ｉ邋．邐Ａ．邋Ｔ邋Ｉ邋Ｉ邐＃逡逑—＜ｗｖ￣ｆ邋ｓ２？逡逑Ｒｉｂ逡逑（ｃ）逡逑圖１．１邋ＪＥＴ極向場(chǎng)電源系統(tǒng)逡逑ＪＥＴ極向場(chǎng)電源系統(tǒng)中共有兩套垂直場(chǎng)電源為線圈Ｐ４供電，兩套位形控逡逑制電源電源分別為線圈Ｐ２和Ｐ３供電。垂直場(chǎng)電源與位形控制電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逡逑相同，每套電源均由４個(gè)變壓器分別為４個(gè)整流橋模塊供電，４個(gè)整流橋模塊逡逑兩兩并聯(lián)后串聯(lián)

邐０邐＋５８／－４５邐＋７０／－５６逡逑塊，，避免其因承受反向電壓而損壞。垂直場(chǎng)電源和位形控制電源的具體輸出參逡逑數(shù)如表１．１所示。徑向場(chǎng)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖１．１中（ｂ）所示，由４個(gè)三相全控逡逑橋并聯(lián)一個(gè)二極管組成，可實(shí)現(xiàn)１２／２４脈波運(yùn)行，徑向電源的輸出參數(shù)如表１．２逡逑所示。極向場(chǎng)飛輪儲(chǔ)能發(fā)電機(jī)（Ｐｏｌｏｉｄａｌ邋Ｆｌｙｗｈｅｅｌ邋Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ邋Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，ＰＦＧＣ）逡逑輸出的交流電經(jīng)過(guò)由二極管構(gòu)成的整流橋直接轉(zhuǎn)換為直流，每個(gè)二極管橋臂由逡逑４０個(gè)二極管并聯(lián)組成。歐姆加熱場(chǎng)電源通過(guò)調(diào)節(jié)飛輪儲(chǔ)能發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，控制輸逡逑出能量大小。逡逑表１．２邋ＪＥＴ徑向場(chǎng)電源輸出參數(shù)逡逑直流輸出參數(shù)邐空載邐帶載邐帶載逡逑最大電壓（ｋＶ）邐±３．０邐±２．３邐±２．０逡逑電流（ｋＡ）／持續(xù)時(shí)間（ｓ）邐０邐±２．０／２５邐±３．０／１２．５逡逑峰值功率（ＭＷ）邐０邐士４．６邐±６．０逡逑１．１．２．３邋ＪＥＴ縱場(chǎng)電源逡逑ＪＥＴ裝置共包含３２個(gè)縱場(chǎng)線圈，縱場(chǎng)線圈上的最大電流為７５邋ｋＡ，可在真逡逑空室中心產(chǎn)生的最大場(chǎng)強(qiáng)為４邋Ｔ［１９］。ＪＥＴ縱場(chǎng)電源系統(tǒng)由縱場(chǎng)飛輪儲(chǔ)能發(fā)電機(jī)逡逑（Ｔｏｒｏｉｄａｌ邋Ｆｌｙｗｈｅｅｌ邋Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ邋Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，ＴＦＧＣ）和兩個(gè)由晶鬧管整流器構(gòu)成的逡逑縱場(chǎng)變流器單元（Ｔｏｒｏｉｄａｌ邋Ｆｉｅｌｄ邋Ｓｔａｔｉｃ邋Ｕｎｉｔｓ
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TL631.24

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本文編號(hào)：2571614