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超导磁体电源变流系统模块化的关键问题研究

陈晓娇  
【摘要】:国际热核聚变实验堆ITER是目前世界上规模最大的全超导托卡马克装置,由32个国家共同研制,旨在验证和平利用聚变能的科学和技术可行性。ITER极向场(Poloidal Field,PF)电源变流器系统作为ITER装置的重要子系统,是目前世界上功率最高,运行模式最复杂的特种电源系统。常规的一体化电源设计方法已无法满足ITER PF电源变流器系统的技术及工程需求。本文以ITER PF电源变流器系统为对象,提出了超导磁体电源变流系统的模块化设计方法,重点对ITER PF变流器串联系统的控制保护逻辑、启动退出策略、无功最小化控制及信号去噪等关键问题进行了深入研究,并结合ITER PF串联顺序测试平台对关键问题的解决方案进行了实验验证。本文的主要研究内容和创新点具体如下:(1)基于模块化设计思想,提出了采用模块的共用性和组合优化效应实现高电压、大电流超导磁体电源变流系统的模块化设计方法,有效降低了系统的设计难度。(2)研究了 ITER PF变流器串联系统的控制和保护逻辑,实现了系统的复杂模式运行。同时,针对串联复杂系统的同步启停问题,提出了借助旁通的安全启动策略和大电感储能负载条件下的可靠退出策略,并通过实验验证了其可行性和可靠性。(3)针对ITER PF变流器串联系统无功功率最小化控制进行研究,提出了极值控制的电压分配方式。在不增加任何额外设备的情况下,通过算法优化实现串联系统无功功率最小化控制,减小无功冲击对电网造成的危害,降低了无功补偿系统的装机容量及设备投资。(4)对强电磁复杂环境下的ITER PF电源变流器系统的电流反馈控制信号进行了小波实时滤波。创新性的提出了一种新型左右延拓方法,提高了小波滤波的实时性和准确性。所设计的小波滤波器成功应用于电源控制系统,优化了系统的控制性能,提升了电源在复杂电磁环境下运行的稳定性,具有实用价值。


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