【摘要】：國際熱核聚變實驗堆ITER是目前世界上規(guī)模最大的全超導托卡馬克裝置,由32個國家共同研制,旨在驗證和平利用聚變能的科學和技術(shù)可行性。ITER極向場(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,運行模式最復雜的特種電源系統(tǒng)。常規(guī)的一體化電源設(shè)計方法已無法滿足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)為對象,提出了超導磁體電源變流系統(tǒng)的模塊化設(shè)計方法,重點對ITER PF變流器串聯(lián)系統(tǒng)的控制保護邏輯、啟動退出策略、無功最小化控制及信號去噪等關(guān)鍵問題進行了深入研究,并結(jié)合ITER PF串聯(lián)順序測試平臺對關(guān)鍵問題的解決方案進行了實驗驗證。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點具體如下:(1)基于模塊化設(shè)計思想,提出了采用模塊的共用性和組合優(yōu)化效應(yīng)實現(xiàn)高電壓、大電流超導磁體電源變流系統(tǒng)的模塊化設(shè)計方法,有效降低了系統(tǒng)的設(shè)計難度。(2)研究了 ITER PF變流器串聯(lián)系統(tǒng)的控制和保護邏輯,實現(xiàn)了系統(tǒng)的復雜模式運行。同時,針對串聯(lián)復雜系統(tǒng)的同步啟停問題,提出了借助旁通的安全啟動策略和大電感儲能負載條件下的可靠退出策略,并通過實驗驗證了其可行性和可靠性。(3)針對ITER PF變流器串聯(lián)系統(tǒng)無功功率最小化控制進行研究,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,通過算法優(yōu)化實現(xiàn)串聯(lián)系統(tǒng)無功功率最小化控制,減小無功沖擊對電網(wǎng)造成的危害,降低了無功補償系統(tǒng)的裝機容量及設(shè)備投資。(4)對強電磁復雜環(huán)境下的ITER PF電源變流器系統(tǒng)的電流反饋控制信號進行了小波實時濾波。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時性和準確性。所設(shè)計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,提升了電源在復雜電磁環(huán)境下運行的穩(wěn)定性,具有實用價值。
【圖文】：

場電源（Ｐｏｌｏｉｄａｌ邋Ｒａｄｉａｌ邋Ｍａｇｎｅｔｉｃ邋Ｆｉｅｌｄ邋Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，ＰＲＦＡ）以及歐姆加熱場電逡逑源（Ｏｈｍｉｃ邋Ｈｅａｔｉｎｇ邋Ｃｉｒｃｕｉｔ，ＯＨ邋Ｃｉｒｃｕｉｔ）。ＪＥＴ極向場電源系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)逡逑如圖１．１所示＞１８］，垂直場電源和位形控制電源、徑向場電源、歐姆加熱場電源逡逑的拓撲結(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極向場電源系統(tǒng)逡逑ＪＥＴ極向場電源系統(tǒng)中共有兩套垂直場電源為線圈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。垂直場電源與位形控制電源的拓撲結(jié)構(gòu)逡逑相同，每套電源均由４個變壓器分別為４個整流橋模塊供電，４個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。徑向場電源的拓撲結(jié)構(gòu)如圖１．１中（ｂ）所示，由４個三相全控逡逑橋并聯(lián)一個二極管組成，可實現(xiàn)１２／２４脈波運行，徑向電源的輸出參數(shù)如表１．２逡逑所示。極向場飛輪儲能發(fā)電機（Ｐｏｌｏｉｄａｌ邋Ｆｌｙｗｈｅｅｌ邋Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ邋Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，ＰＦＧＣ）逡逑輸出的交流電經(jīng)過由二極管構(gòu)成的整流橋直接轉(zhuǎn)換為直流，每個二極管橋臂由逡逑４０個二極管并聯(lián)組成。歐姆加熱場電源通過調(diào)節(jié)飛輪儲能發(fā)電機轉(zhuǎn)速，控制輸逡逑出能量大小。逡逑表１．２邋ＪＥＴ徑向場電源輸出參數(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縱場電源逡逑ＪＥＴ裝置共包含３２個縱場線圈，縱場線圈上的最大電流為７５邋ｋＡ，可在真逡逑空室中心產(chǎn)生的最大場強為４邋Ｔ［１９］。ＪＥＴ縱場電源系統(tǒng)由縱場飛輪儲能發(fā)電機逡逑（Ｔｏｒｏｉｄａｌ邋Ｆｌｙｗｈｅｅｌ邋Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ邋Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，ＴＦＧＣ）和兩個由晶鬧管整流器構(gòu)成的逡逑縱場變流器單元（Ｔｏｒｏｉｄａｌ邋Ｆｉｅｌｄ邋Ｓｔａｔｉｃ邋Ｕｎｉｔｓ
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TL631.24

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本文編號：2571614