EAST电源无功补偿与滤波系统分析

EAST滤波与无功补偿系统是用来滤除EAST电源系统产生的谐波电流,并对产生的无功功率进行补偿,以实现EAST电源系统与电网的电磁兼容。实验结果表明现有的滤波与无功补偿系统不能满足要求,同时考虑到负载扩容的要求,提出了FC+TCR改造方案。分析表明,针对这种冲击性负载,该方案能够满足滤波与无功补偿的要求。

EAST电源数据采集控制系统的设计与实现

随着EAST装置不断升级,现有的电源数据采集及其控制系统已不能满足等离子体长时间放电要求,需设计新型EAST电源数据采集控制系统。该控制系统采用LAMP架构,对采集参数管理加入多种安全验证,实现了数据采集系统的远程启动、实时监测、异常检测、故障恢复和日志管理,解决了原有系统移植性差和安全性弱等问题;此外通过对实验数据进行有效性分析,并对有效实验数据的关键参数进行统计,实现了基于数据内容的检索。实验结果表明,该系统能够稳定运行,可有效降低人为故障,缩短异常处理时间,具备良好的扩展性和移植性,对EAST其他子装置的数据采集及其控制系统的升级有很好的参考价值。

全超导托卡马克核聚变发电装置快控电源的干扰抑制离散积分滑模电流控制

全超导托卡马克核聚变发电装置(EAST)快控电源的首要性能指标是快速跟踪参考信号,以输出电流实现负载线圈的励磁,对等离子体的垂直位移进行反馈控制。EAST快控电源负载线圈受装置内部部件和真空内等离子体的影响,线圈感值会出现小范围内慢时变波动以及线圈上存在互感电动势干扰,传统比例-积分(PI)控制方法在电流跟踪控制过程中存在不足。为了实现干扰的抑制和应对负载波动,提出一种带干扰抑制的离散积分滑模控制方法,根据系统状态方程设计离散积分滑模控制器,结合滑模干扰观测器实现集总干扰的观测,对集总干扰进行前馈补偿控制。为了抑制抖振和加快收敛速度,设计一种新型平滑饱和函数和增益自适应观测器,根据观测电流误差和跟踪电流误差自适应调整观测器增益。对比传统PI控制,仿真和实验验证了所提控制方法具有更加优良的电流跟踪特性,在输出电流超调更小的情况下动态响应更快,能够有效地抑制负载侧扰动,具有良好的鲁棒性。

基于改进灰色预测单神经元PI的全超导托卡马克核聚变发电装置快控电源电流控制

全超导托卡马克核聚变发电装置(EAST)快控电源负载电感的电流受多种不确定环境因素的影响而难以预测,灰色预测无需精确对象模型,只需少量已知信息即可实现输出电流短期预测,已在EAST快控电源中有了一定研究应用。为解决灰色预测在EAST快控电源中对突变信号边沿预测精度低和预测延时时间长的问题,提出一种改进灰色预测算法实现输出电流预测。在一个开关周期内对输出电流进行等时长间隔采样4次作为原始序列,将滚动式采样预测改为逐周期采样预测,在实现灰色预测的过程中不必依赖过去几个周期的历史采样信息,只需本周期的4个原始采样值即可实现输出电流的预测。根据预测电流与参考电流误差自适应调整单神经元比例-积分(PI)控制的输出增益,实现输出电流的快速准确控制。仿真和实验结果表明,在EAST快控电源电流预测过程中所提出的改进灰色预测,对比传统灰色预测具有更高的预测精度和更小的预测延时,改进灰色预测变增益单神经元PI控制能够在减小电流超调的同时加快输出电流响应速度。

EAST快控电源中空心电抗器的电磁屏蔽计算

针对EAST快控电源系统中空心电抗器运行时产生的磁场对周围电子设备干扰的问题,提出利用金属网屏蔽磁场的理论,通过解析计算得到单层和双层金属网屏蔽时屏蔽系数的表达式。参照现场实物建立多个三维模型,选择不同材料(DT4A,GO,1008steel)的金属网,采用三维有限元和Matlab仿真的方法,获得电抗器周围柜体屏蔽前后磁通密度的分布情况,进而分析了屏蔽系数与网孔数目、激励频率、距离的关系。结果表明,单层金属网屏蔽时,DT4A的屏蔽效果最好;双层金属网屏蔽时,DT4A/GO的屏蔽效果最好。总体而言,双层比单层屏蔽更加有效。对进一步研究空心电抗器的安全运行具有重要意义。

基于PLC与WINCC的EAST快控电源远控网络设计

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。为了便于EAST快控电源以及控制系统中的多台微机及UPS的统一控制,并针对快控电源控制逻辑对于实时性要求不高,但控制系统所需传输数据信息量大以及控制逻辑指令可靠性要求高的特点,采用了以太网通信方式,使用PLC和WINCC完成了对快控电源的远程控制网络的设计。该系统已在EAST首次运行中使用,实现了预期的设计目标。

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。

升级EAST快控电源控制器研制

针对EAST快控电源缩短电流响应时间的要求,升级的快控电源控制器采用TMS320F28335替代原快控电源支路控制器中的TMS320F2812,实现响应和输出脉冲宽度调节(PWM)控制上的载波相移,提高系统等效开关频率,减小输出电压响应延时。经过实验验证,升级的快控电源控制器实现预定目标,有助于提升EAST装置抑制等离子体垂直位移不稳定性的能力。

基于QNX的EAST极向场电源现场层实时控制的设计与实现

为实现对核聚变装置EAST极向场12套电源的现场层的实时控制,构建了基于QNX平台的电源分布式现场层控制系统,利用以太网现场总线控制器实现对极向场电源状态的实时控制,并通过Modbus/UDP协议实现和上位机的数据的实时通信,实时控制周期可达4ms。

新EAST快控电源电压模式的探索

针对EAST快控电源大电流快速响应的要求,EAST第二代等离子体垂直位移主动反馈电源在保留第一代主动反馈电源电流控制模式的同时,也可实施电压控制模式,实现电流上升率的最大化。为解决其带来的高电压输出时频繁过流保护而导致能量倒灌引发直流侧过压保护的现象,采用限流保护进行改进。经实验验证,电压模式可大幅提升电源对于等离子体垂直不稳定位移的抑制能力。

EAST快控电源中空心电抗器磁热耦合分析（英文）

当脉冲电流通过实验先进超导托卡马克(EAST)快控电源中空心电抗器时会产生磁场,导致输出柜发热。为了解决热问题,在空心电抗器周围安装一层或两层屏蔽体。电流幅值最大为1500A时,求解空心电抗器周围磁场分布以及输出柜的涡流损耗。将涡流损耗作为主要的热源,根据电磁学和热力学理论建立电抗器的三维磁热耦合有限元模型。本文对空心电抗器的温度场进行分析和讨论。结果表明,在屏蔽条件下空心电抗器的磁场和输出柜的温度都会降低。

适用于EAST快控电源的交流绝缘监测技术

为了保障EAST快控电源系统的稳定运行,提出了一种适用于EAST快控电源的高频高压工作环境的交流绝缘监测技术。此方法利用电阻不平衡桥,通过交替投切电阻造成分压的变化,实时采集电压,计算出绝缘电阻值。搭建了Simulink仿真平台,分别将~220V市电和EAST快控电源输出作为电压输入进行实时绝缘监测仿真分析,波形与预期相符。经过实验验证,新方法能够准确完成220V市电交流输入的绝缘监测,并且在快控电源现场能正常工作,达到绝缘监测的精度要求。

25kA霍尔传感器在EAST纵场电源中的研究与应用

在详细分析霍尔电流传感器磁路的基础上,推导出电流传感器直流传递函数。并通过ANSYS电磁仿真软件对传感器进行三维电磁场仿真计算,验证了理论计算的正确性。最后给出了25 kA霍尔电流传感器的主要参数及其在EAST纵场电源中的应用。

EAST极向场电源的数据存储及读取方法

EAST(Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)装置的等离子体放电持续时间设计值为1000s,目前放电长度已超过100s。极向场电源(PF)是EAST的核心系统,有接近200路信号需要进行数据存储,每一次放电的数据量非常大,普通的数据库不能够满足长脉冲数据存储的要求。本文使用HDF5(Hierarchical Data Format)存储长脉冲数据,HDF5是可以存储不同类型的图像和数码数据的文件格式。本文采用HDF5的C接口,设计复合数据类型的数据集,为了实现实时存储与实时读取,将一次放电时间进行分割,并对数据进行分块存储和读取。通过可视化工具Hdfview查看数据集,以及Qt读取HDF5文件并进行波形显示,证明复合数据类型和分块数据集的正确性,以及分块写入与分块读取的可行性,同时对读写时间进行简单的测试,证明分块写入与分块读取方式具有高效性。

EAST快控电源监控系统的改造

针对EAST快控电源原有的远程监控系统的问题,本文提出了一套实际的改造方案,通过工业-以太网进行通讯,采用力控组态软件和VB进行界面编程,增加了每个单元的具体信号,提高了系统的可靠性。

EAST快控电源绝缘监测技术研究

为了保障EAST快控电源系统的稳定运行,提出了一种适用于EAST快控电源的高频高压工作环境的交流绝缘监测技术。此方法利用电阻不平衡桥,通过交替投切电阻造成分压的变化,实时采集电压,计算出绝缘电阻值。搭建了Simulink仿真平台,分别将220 V市电和EAST快控电源输出作为电压输入进行实时绝缘监测仿真分析,波形与预期相符。经过试验验证,新方法能够准确完成220 V市电交流输入的绝缘监测,并且在快控电源现场能正常工作,达到绝缘监测的精度要求。

基于EPICS的EAST极向场电源监控设计与实现

监控系统是EAST极向场电源控制系统重要的子系统,实现对设备的实时监视与远程控制;电源监控系统运行于Linux操作系统,基于EPCIS进行设计;创建EPICS数据库,编写IOC程序,使用CSS设计OPI人机界面;实现对现场所有设备的实时监视,并对开关进行远程控制,使用alarm插件实现故障检测,使用archive插件实现数据存储并可查看历史数据;经实验测试,该设计运行稳定功能齐全,能满足极向场电源对监控系统的需求。

EAST新快控电源保护系统的设计

针对EAST超导托卡马克实验装置的新快控电源系统AC-DC-AC各环节工作中可能出现的问题,提出各环节的控制保护方法。通过深入研究核聚变领域快速控制电源的保护机理,并结合核聚变装置的需要,设计了抑制浪涌电流电路、电压保护电路、过电流保护电路、过温保护电路、电能泄放保护电路及撬棒保护电路,与传统的保护法相比,该方案具有保护范围广、可靠性强、安全性高的特点。实验结果表明,该电源保护系统可以确保电源在突发故障情况下安全可靠地退出,有效保护超导托卡马克实验装置内的超导磁体及电源各器件不受损坏,从而验证了设计方案的正确性和有效性。

EAST纵场电源监控系统设计

监控系统是EAST纵场电源不可或缺的一部分,为满足纵场电源控制系统的要求,设计了一套基于PLC和工控机的远程监控系统。PLC采集电源状态,并发出相应命令保护纵场电源系统。工控机选用组态王设计了状态监控界面,并通过串口与PLC进行实时通信实现远程监控。结果显示该套监控系统不仅能够实现实时监控和自动保护作用,而且提供了界面元素丰富、交互性良好的人机界面。

EAST快控电源监控系统的优化

针对EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)快控电源原有远程监控系统中的问题,本文提出了一种新的改进方案。通过三维力控阻态软件进行统一界面绘制,使用VC++6.0和FIOSTM SDK开发自制板卡在力控下的驱动控件,简化了监控系统的操作过程,提高了系统的可靠性和扩展性。