EAST托卡马克大功率双向直流快速晶闸管开关可靠关断理论分析及参数优化设计

对EAST托卡马克极向场电源系统的关键设备之——大功率双向直流快速晶闸管开关的基本工作原理，即强迫换流技术进行深入的理论分析，得出直流晶闸管开关可靠关断理论判据。并在此基础上进行了参数的优化设计。最后对换流支路分布电阻对关断特性的影响进行了分析。所有这些工作为大功率双向直流快速晶闸管开关的研制成功提供了坚实的理论保证。     

EAST快控电源逆变器并联分析

针对超导托卡马克核聚变实验装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,简称EAST)对等离子体位移快控电源大电流快速响应要求,采用多组逆变单元并联运行。分析了采用均流电抗器形式的逆变电源并联产生环流的情况,根据EAST快控电源系统的设计要求,对逆变单元采用电流闭环调节器控制,可有效提高系统对低频和直流环流的抑制能力。实验结果说明该系统设计方案合理,控制策略有效。     

基于EAST超导纵场线圈的换流分析

先进超导托卡马克(EAST)是一个磁约束核聚变装置,其中,纵场线圈的额定储能接近300 MJ,一旦发生失超没有及时地进行保护,后果将是灾难性的,因此可靠的纵场线圈失超保护措施对于EAST至关重要。从纵场线圈的能量泄放途径着手,在确保纵场线圈焦耳积分满足要求的前提下,详细地阐述了换流的方案和开关的连锁控制。理论分析和实验证明,它们不仅能保护纵场线圈的安全,而且能可靠地保护纵场电源;二次换流方案的采用,降低了开关分断直流电弧的难度,提高了开关的使用寿命,它对超导储能设备和大电感负载的换流具有一定的借鉴作用。     

NBI高压电源数字控制PWM-PSM模块的研究

在不降低系统动态性能的情况下,为提高托卡马克装置中性束注入(NBI)加速极高压电源的输出精度,介绍了一种基于数字控制PWM-PSM模块.在分析电源模块的运行条件后,重点讨论了变换器拓扑结构、电路参数及数字控制策略.随后对电源系统进行了仿真分析,同时在EAST装置中进行了验证.运行结果表明,该电源模块能够很好地解决NBI高压电源系统动、稳态性能之间的矛盾,满足了EAST装置的运行要求.     

特高压盆式绝缘子水压试验中应力应变分布的仿真计算与光纤测量

特高压盆式绝缘子是气体绝缘开关设备的关键部件,绝缘子的应力集中可能会导致盆式绝缘子内部产生微裂,引发放电事故并对盆式绝缘子产生更严重的破坏。为了分析特高压盆式绝缘子在受到外力作用下应力应变分布情况,采用有限元软件ANSYS对盆式绝缘子在水压试验中应力应变的分布情况进行仿真计算,基于计算结果,将布拉格光栅光纤布置于盆式绝缘子表面,测量盆式绝缘子在水压破坏试验中不同位置应变大小并与仿真计算结果相比较。结果表明,盆式绝缘子在水压试验中应力最大的位置位于靠近法兰曲率半径较小的盆面处,该位置也是盆式绝缘子破坏时的破坏起始位置。仿真计算所得盆式绝缘子的应力应变与实际测量结果一致性较好,是一种对盆式绝缘子应力分析研究的有效可靠方法。     

EAST快控电源监控系统设计

EAST快控电源是国家“九五”大科学工程EAST非圆截面大型超导托卡马克装置的子系统。为实现对EAST快控电源系统完善的监控和管理,采用PLC与系统控制器相结合的方式实现电源现场的运行智能管理;PLC配置CP423．1模块,通过工业以太网与远程监控诊断计算机进行通信,实现遥信和遥控;现场采集工控机对电源系统的模拟量进行采集,并将数据远传,实现遥测。该监控系统已在EAST运行中使用,实现了预期的设计目标。     

基于Ansoft的冰凌分布对绝缘子周边电场的影响研究

主要研究分析了线路绝缘子表面有冰凌分布时周边电场分布情况。利用有限元分析软件Ansoft Maxwell构建了线路绝缘子有限元计算模型。通过对线路绝缘子模型仿真分析,得出了绝缘子表面没有冰凌存在时周边电场的分布情况。接着通过仿真分析得出了冰凌的分布量、长度以及直径对绝缘子周边电场的影响规律。最后归纳总结,提出相应的优化建议,以提高电力系统运行可靠性。     

进口500 kV复合绝缘子断裂的原因分析

通过对德国西门子公司、美国可靠公司和德国赫斯特公司生产的500 kV复合绝缘子的断裂现象进行原因分析、剖析试验、研究并模拟仿真电场分布理论计算。分析结果表明：德国西门子公司的复合绝缘子存在严重的质量问题;美国可靠公司的复合绝缘子在采取措施后可以继续使用;德国赫斯特公司非标加工的500 kV/300 kN级复合绝缘子,其芯棒密实性、渗透性能不符合标准要求。同时,对运行中复合绝缘子的使用提出了防范措施,并对新建线路复合绝缘子的选用提出了建议。     

我国首个“人造太阳”即将建成

由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置大部件已安装完毕，进入抽真空降温试验阶段。EAST全超导托卡马克实验装置以探索无限而清洁的核聚变能源为目标。将于今年3、4月在合肥建成。这个装置也被称为“人造太阳”，能够像太阳一样给人类提供无限清洁的能源。     

半桥三电平并联逆变电源的设计与试验

以超导托卡马克核聚变实验装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,简称EAST)中的快控电源为背景,针对其三电平相移多重化结构进行研究.分析了系统的设计方案,并基于Matlab进行了数字仿真及试验.实验结果证明了系统设计方案和控制策略的有效性.     

15kA晶闸管分断开关的改进及其在EAST装置中的应用

介绍了15kA晶闸管分断开关的工作环境及工作原理.在理论分析、仿真及大量实验的基础上,分析了放电回路参数及开关结构参数对分断过程的影响.实验表明,该开关的合理结构形式确保了并联晶闸管元件在分断过程中的一致性.由实验确定的晶闸管元件临界关断条件,为选择合理的(放电回路)电容、电感参数提供了依据,既确保了开关的可靠性、经济性,又保证了开关结构紧凑、美观,其快速、可靠的分断特性可以满足EAST装置系统实验的需求.     

托卡马克中等离子体破裂时的过电压研究

为解决托卡马克放电中经常发生的等离子体破裂造成瞬间能量剧变在电源系统内的迅速传播而危及整流元件的安全且目前对破裂的预防和控制手段还不成熟的问题,对等离子体破裂时的情形进行了分析建模。电路参数的计算及MATLAB仿真发现,不同类型破裂时产生的过电压幅值和作用时间相差较大;电源系统中过电压波的传播及对整流元件影响的分析表明,一般保护难以兼顾不同类型破裂时产生的过电压冲击,因此介绍了针对等离子体破裂时产生的过电压的复合保护器,由非线性电阻和间隙组成。仿真结果和试验证明其效果良好。     

多逆变器并联在EAST装置中的应用

＂EAST（超导托卡马克核聚变实验装置）＂中的快控电源是一种大容量单相逆变电源,其为真空室内部的反馈线圈进行快速励磁以抑制等离子体的快速垂直漂移。为满足其大电流快速响应要求,采用多组逆变单元串联均流电抗器并联运行。文中根据EAST快控电源系统的设计要求,对逆变单元采用电流闭环调节控制,可有效提高系统对低频和直流环流的抑制能力。实验结果说明该系统设计方案合理,控制策略有效。     

超高压输电线路绝缘子红外在线检测技术

介绍绝缘子的故障类型及故障绝缘子的发热机理,指出绝缘子串上的电压分布规律,针对绝缘子原有检测方法存在的不足,提出一种安全、可靠、高效的红外在线检测方法,并用此方法对绝缘子的发热及温升特性进行分析,给出不同故障绝缘子的红外在线检测热像诊断、辨别建议,可供其他超高压线路运行、维护工作借鉴。     

基于PCI的托卡马克高速数据采集系统研究

为满足EAST托卡马克装置放电实验需要,为物理实验人员提供连续、高采样率的物理诊断分析数据,设计并实现了基于PCI总线的托卡马克长时间高速数据采集系统。详细叙述该数据采集系统的软、硬件设计,该系统由ADLink工控机和高速数据采集卡DAQ2010构成,通过双缓冲的采集方式实现了多路信号的连续、同步采集,使用改进的LZO算法对数据进行压缩并实时将数据上传到大容量数据服务器。实验结果表明,该系统能够在2MSps采样率下连续稳定工作,系统运行稳定,满足实验对数据采集速度和同步的要求。     

采用脉冲阶梯调制技术的50kV、100A直流高压电源设计

EAST实验装置的辅助加热系统大功率直流高压电源要求调节方便、响应快捷和故障快速关断,为提高其输出参数而设计了一套50kV、100A等级的高压电源。该电源采用脉冲阶梯调制技术,利用50个不可控整流电源模块串联,控制各模块的开通和关断使输出电压在0～100%范围内调节,可实现快速动态响应和μs级的关断时间。模块串联运行和故障短路的测试结果表明其最大运行参数达57kV、108A,满足该系统的要求。     

EAST 快控电源灰色预测均流控制研究

应对超导托卡马克核聚变实验装置中等离子体的垂直位移快控电源大电流快速响应的要求,使用多组逆变单元并联运 行方式。 为克服电压模式下各支路参数不同导致各支路输出电流的不一致性,提出基于灰色预测模型的均流控制策略,用其预 测下一刻电流上升率,实时动态调整各支路脉冲宽度调制(PWM)占空比,实现快控电源的均流控制。 仿真与实验结果表明,基 于灰色预测模型的均流控制策略使得各支路输出电流具有较好的一致性,验证了该算法在 EAST 快控电源上应用的可行性和 有效性。     

EAST大功率快控电源设计

针对超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)中等离子体位移快控电源高压和大电流快速响应的要求,采用半桥三电平结合移相PWM多重化技术,实现多组变流器并联运行,提高了变流器的等效开关频率控制,从而改善了电流波形品质。分析了半桥三电平逆变电路工作原理,并针对移相PWM多重化技术,采用Matlab进行了仿真。实验结果说明,该系统设计方案合理,具备良好的大电流输出和快速响应能力。