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EAST非圆截面超导托卡马克装置对我国的核聚变实验研究工作具有极其重要的意义,并在此领域走在了世界前列。而电源系统,作为装置的一个非常重要的子系统,在等离子体的产生、约束、维持和加热等方面发挥关键性的作用。其中快控电源主要用以抑制高温等离子体在垂直方向上的漂移,提高其垂直稳定性。因此,设计和研制高性能的快控电源是非常有必要的。
由于目前运行的EAST快控电源采用24组逆变单元并联运行,控制方式较复杂,故障率较高,维护不太方便,并且其容量已经不能满足现行实验的需求。为了提高快控电源容量、动态响应、可靠性和可维护性,本论文主要内容有:
1)对半桥三电平拓扑电路进行了详细分析;
2)简化EAST快控电源拓扑,将以前每组整流带载的四组并联逆变器并为一组,开关器件选用更大容量的IGBT,以降低系统复杂度,其中对大功率器件IGCT。的应用也作了相关讨论;
3)对大功率逆变器采用Bang-Bang控制方式运行,分析了工作原理和控制逻辑,并通过MATLAB仿真和实验样机证明了该方法是切实可行的,并提升了电源系统的动态响应性能;
4)讨论逆变器级联问题,并对H桥逆变器级联做了相关分析、仿真和实验,以进一步提升电源系统的动态性能;
5)对电源输电线路的电阻、电感和电容做了理论计算,通过参数仿真讨论其对电源性能的影响;
为了进一步提升EAST快控电源的性能,本文在新型拓扑、控制方式等方面做了系统的研究、分析仿真和实验工作。对今后EAST快控电源的改进和ITER快控电源的设计研制具有一定的参考和指导意义。