瞬时环流反馈均流策略在east快控电源中的应用-核聚变与等离子体.pdf

第 35 卷 第 1 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.35, No.1 2 0 1 5 年 3 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics March 2015 文章编号：0254−6086(2015)01−0051−06 瞬时环流反馈均流策略在 EAST 快控电源中的应用 徐 超，高 格，刘 辉 (中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031) 摘 要：在 EAST 快控电源中采用瞬时环流反馈引入虚拟电阻的均流控制策略，可大大增加并联逆变器之间等 效输出阻抗的实部，有效提高对环流低频分量的抑制能力。仿真和实验结果验证了该控制策略的可行性和有效性。 关键词：快控电源；逆变器；环流；虚拟电阻 中图分类号：TL62+9 文献标识码：A [3] 1 引言 的瞬时均流 。 EAST 装置中的等离子体垂直位移快控电源是 在现有的文献中，有两种引入虚拟电阻的方 一种大容量 AC/DC/AC 单相逆变电源，其跟踪等离 式。一种是通过逆变器输出电流反馈来引入虚拟电 子体漂移产生的位移信号，通过为真空室内部的 4 阻[4~6] ；另一种是通过瞬时环流反馈引入虚拟电阻[3, 个快控线圈提供数千安培的励磁电流，形成磁场来 7] 。对于通过逆变器输出电流反馈引入虚拟电阻的 维持等离子体在非圆截面时的动态平衡与准确位 方法，其原理就是使逆变器的输出电流以阻抗压降 置，以抑制等离子体在大拉长比位形下的快速漂移 的形式从参考电压中减去，将虚拟电阻设置在了逆 [1] 。 变器的输出端，这种方法在抑制环流的同时也会使 为了输出大电流，快控电源采用多组逆变器并 得并联系统的输出电压跌落，影响电源输出电流的 联运行，且各并联逆变器之间通过均流电感进行连 动态响应速度。对于通过瞬时环流反馈引入虚拟电 接。均流电感的引入可以很好地抑制并联系统中环 阻的方法，则只会增大并联逆变器之间的等效输出 流的高频分量，但是，增大均流电感并不能有效地 阻抗，并不会影响并联系统的输出特性。 提高系统对环流低频分量的抑制能力。此外，均流 电感也不能取值过大，否则其压降会降低负载电流 2 快控电源的工作模式和电路结构 的动态响应速度。 等离子体控制系统(PCS)根据检测到的等离子 当快控电源工作于电流给定模式时，各并联单 体垂直位移，经计算后向快控电源输出电流或电压 元可采用单元电流闭环反馈控制策略来提高系统 指令，快控电源对该指令进行实时跟踪和线性放 对低频环流的抑制能力[2] 。当快控电源工作于电压 大。根据电磁场原理，励磁电源可控制磁场强度， 给定模式时，电源处于开环运行状态，并联逆变器 所以无论快控电源的给定信号是电流给定还是电 系统中的环流问题不容忽视。对此，各并联单元可 压给定，最终都是控制主动反馈线圈所产生的磁 通过瞬时环流反馈引入虚拟电阻的控制策略来提 场。在电流给定模式下，通过控制快控电源的输出 高系统对环流低频分量的抑制能力，实现并联系统 电流来直接控制磁场的变化；在电压给定模式下， 收稿日期：2014−01−26 ；修订日期：2014−07−23 基金项目：国家磁约束核聚变能发展研究专项