托卡马克辅助加热系统高压电源若干关键技术研究

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1、学校代码丨密级博士学位论文托卡马克辅助加热系统高压电源若干关键技术研究学位申请人：夏令龙学科专业：电气工程指导教师：庄革教授答辩日期：年月日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringTheStudyonSeveralKeyTechniquesofHighVoltagePowerSupplyforAuxiliaryHeatingSysteminTokamaksCandidate:XiaL

2、inglongMajor:ElectricalEngineeringSupervisor:Prof.ZhuangGeHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074，独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名日期丨年【月日学位论文版权使用授

3、权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，卩：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密“请在以上方框内打学位论文作者签名指导教师签名：日期：曰期：年乂月曰华中科技大学博士学位论文摘要辅助加热是托卡马克装置实现等离子自持燃烧的必要手段，各种辅助加热方式均需要高压直流电源为其关键部件供电。辅助加热系统要求其高压电源具

4、有电压高、容量大、精度高、纹波系数小、响应迅速等特点，电源性能对辅助加热系统的稳定可靠运行影响极大因此对辅助加热系统特种高压电源技术开展研宂具有重要意义。辅助加热系统高压电源的主要技术方案有两种：脉冲阶梯调制（电源技术与逆变型高压电源技术，本文对这两种电源技术的电路拓扑与控制策略等若干关键问题进行了研宄。本文研宄了高压电源的单级主变压器拓扑结构及系统绝缘。提出了将单级多绕组干式变压器向模块供电并实现电气隔离的主变压器系统拓扑结构应用于电源，以减小系统占用空间；研究了移相变压器绕组联结方式，通过主变压器一次侧绕组采用延边三角形移相，以实现多脉波整流，

5、减小了输出纹波，而二次侧绕组全部采用型接法，降低了每相绕组电压；对变压器系统容量、绝缘等电气参数选择进行了计算。研究了高压电源在工程建设中的绝缘技术，设计了绝缘安装支架及模块内部控制电路的隔离供电系统，并开展了高压试验。本文对电源的软启动技术进行了研究。提出了对电源启动过程二次侧绕组进行并联简化等效后再折算为直流等效电路的简化分析方法，针对电网供电与脉冲发电机供电的电源不同特点分别研宄了串电阻启动与调压启动两种不同的软启动技术。研究了电源串电阻启动的简化方案，分析了该方案下电路的暂态过程，提出了启动电阻的选择判据，并进行了仿真与实验验证。研宄了调压

6、启动的原理，提出了电路冲击电流的计算方法，并据此提出调压启动中交流电源电压上升速率的选择判据。根据计算与仿真为装置电源设计了调压启动方案，并应用于高压电源的实际运行中。华中科技大学博士学位论文本文对单级逆变型高压电源的电路拓扑进行了研究，重点分析其中隔离型直流升压变换电路的拓扑结构及工作过程。研究了基于三相三电平逆变的隔离升压型直流变换电路的占空比调制方式。对比了隔离升压变压器采用不同绕组联结方式时的电路特性，并确定型绕组联结方式以增大变比并减小纹波。研究了输出电流连续条件下，占空比从到变化时电路的六种工作模式，并分析了不同工作模式的临界条件。本文

7、研究了逆变型高压电源稳态电压及纹波控制策略。基于三相三电平隔离型直流升压变换电路的工作过程，研究了占空比及系统参数对其输出电压及纹波的影响。分析结果显示按隔离变压器变比折算后的直流升压变换电路等效升压比为时，其输出纹波最小，并据此提出对直流母线电压与输出电压进行联合反馈控制的总体控制策略，该控制策略可使逆变型高压电源运行于输出纹波最小的稳态工作点。针对应用于国际热核聚变实验堆（的逆变型直流高压电源初步电路方案，基于本文提出的控制策略设计了新的稳态控制系统，并进行了仿真研究。最后搭建了、的实验样机，对逆变型高压电源的电路工作模式、输出电压及纹波控制策

8、略进行了实验验证。关键词：托卡马克辅助加热高压电源脉冲阶梯调制三电平逆变多绕组变压器软启动纹波华中科技大学博士学位论文，，