ht-7u超导托卡马克核聚变实验装置快控电源（fcps）的研究与设计.ppt

HT-7U超导托卡马克核聚变实验装置快控电源（FCPS）的研究与设计 概述 基于电压型PWM整流器的FCPS方案 基于电流型PWM整流器的FCPS方案 电流型FCPS仿真 电压型FCPS仿真 电压型、电流型FCPS方案比较 1 概述1.1 FCPS电源的特点 原技术要求： 大功率 2?1MW 低电压、大电流 ?20000A/ ?50V 电压响应：?1ms 四象限运行 快速电流响应（设计目标）: 响应频率～100HZ 最大电流驱动速率?20000A/ 5ms 1.2 设计理念 移相式并联组合设计 减小单台容量，降低制造难度 增强故障冗余能力，提高可靠性 提高等效PWM调制频率，改善波形品质 低开关频率运行，降低功率管应力及损耗 1.2 设计理念 受控电流源特性 容易多组并联运行 快速跟踪电流响应 四象限运行 绿色电能变换 网侧无污染（正弦波电流） 可控功率因数（单位功率因数） 1.2 设计理念 故障诊断与保护 主电路故障诊断与保护 系统故障诊断与保护 系统故障运行 1.3 PWM整流器技术 1.3.1 概述 研究现状 分类 电压型PWM整流器（直流侧电容储能） 电流型PWM整流器（直流侧电感储能） 负载瞬时功率 N=1, f=100H, 瞬时功率p=-2.8 ~ +4MW N=1, f=20H, 瞬时功率p=-.35 ~ +1.25MW 负载瞬时功率 N=2, f=100H, 瞬时功率p=-2.6 ~ +3.9 MW N=2, f=20H, 瞬时功率p=-0.35 ~ +1.25MW 负载瞬时功率 N=4, f=100H, 瞬时功率p=-2.6 ~ +4.0 MW N=4, f=20H, 瞬时功率p=-0.35 ~ +1.25 MW 负载瞬时功率 N=1, f=100H, 瞬时功率p=-2.7 ~ +4MW N=1, f=20H, 瞬时功率 p=-0.3 ~ +1.3 MW 负载瞬时功率 N=2, f=100H, 瞬时功率p=-2.6 ~ +3.5MW N=2, f=20H 瞬时功率p=-0.25 ~ +1.2MW 负载瞬时功率 N=4, f=100H 瞬时功率p=-2.5 ~ +3.5MW N=2, f=20H 瞬时功率p=-0.25 ~ +1.25MW 2 基于电压型PWM整流器的FCPS方案 2.4 控制系统的设计 系统仿真 无电压（Ud2）前馈和微分反馈控制下的外环阶跃响应和阶跃扰动响应 2 基于电压型PWM整流器的FCPS方案 2.4 控制系统的设计 系统仿真 有电压（Ud2）前馈和微分反馈控制下的外环阶跃响应和阶跃扰动响应 2 基于电压型PWM整流器的FCPS方案 2.4 控制系统的设计 结论 快控电源（FCPS）控制系统采用了三环控制结构，其中基于前馈的解耦控制提高了电流内环的动态性能，电压中环起到了改造控制对象、抑制扰动以及加快电流外环响应的作用，而IL*则由电流均分器产生。 在PWM AC/DC变流器d-q模型基础上，采用基于前馈的解耦控制以及微分反馈控制的三闭环控制系统，使系统在确保跟随性能的同时获得了优良的抗扰性能，达到了预期的设计要求。 back 3 基于电流型PWM整流器的FCPS方案 3.1 主电路拓扑结构 PWM整流器 H桥 3 基于电流型PWM整流器的FCPS方案 3.2 特点 采用电流型PWM整流器和电流型H桥逆变器相结合的拓扑结构，PWM整流器提供直流侧恒定电流，H桥逆变器进行PWM电流跟踪控制； 基于电流型PWM整流器的控制，真正实现了网侧单位功率因数正弦电流控制，克服了变流器对电网的污染且无须增加大容量滤波装置； 3 基于电流型PWM整流器的FCPS方案 3.2 特点 电流型变流器由于较高的输出阻抗，因而特别适合多组并联增容方案，当采用新型移相PWM组合并联控制时，在较低的功率管开关频率基础上获得了等效的高频PWM控制，因而具有损耗低、响应快的特点； 移相PWM组合