等离子体垂直位移快速控制电源关键技术研究

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当今世界最大的大科学工程国际科技合作计划之一--ITER要建造一个可持续工作的托卡马克聚变实验堆以验证聚变反应堆的工程可行性。ITER是具有非圆截面的超导托卡马克装置,通过拉长等离子体截面形成偏滤器位形的方法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。因此在ITER装置中需要设置反馈控制系统来抑制等离子体的垂直位移,VS快控电源是等离子体垂直位移主动反馈控制电源,通过以较快的速度向主动反馈线圈提供电能以形成磁场,达到控制等离子体垂直扰动的目的。  VS快控电源的最大特点在于大的电流输出(数十千安培)和较快速的动态响应。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,如大功率三相整流技术、逆变器并联技术、PWM控制技术、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。本论文主要工作有:  1.根据VS3电源技术要求,确定了以三相PWM整流器和多组H桥逆变器并联的AC/DC/AC的主电路方案;  2.对采用LCL滤波器的大功率三相PWM整流器进行了详细地分析研究;  3.对功率器件的功率损耗和传热特性进行了详细地分析研究;  4.对基于器件级功率元件直接并联和功率单元并联的扩容技术进行了详细地分析研究;  5.对逆变器并联时的环流进行研究,并详细分析了VS快控电源逆变器在电流和电压两种工作模式下的并联均流控制技术;  6.搭建了10kW的样机实验系统,分别进行了三相整流充电试验,多逆变器并联试验,快速跟踪试验,脉冲大电流输出试验,验证了本文提出VS电源系统主电路拓扑及控制策略的正确性与可行性,以及理论分析的正确性。  本文较为全面地完成了对ITER快控电源的方案研究、数字仿真、样机实验等内容,在着眼于工程实现的同时,力图吸收和使用电力电子较为前沿的理论和技术,以期对类似电源系统的研发和现代电力电子技术的发展有所裨益。  
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