一种托卡马克等离子体破裂能量处理装置及处理方法_2

文档序号:8414733阅读:来源:国知局
号断开电阻单元;能量处理装置回复到初始状态。
[0030]优选的,托卡马克等离子体破裂能量处理方法中,预设的逆变电压值与最小逆变工作电压值相等。
[0031]优选的,托卡马克等离子体破裂能量处理方法中,预设的逆变电压值为40V?80V,最小逆变工作电压值为40V?80V ;在该范围内取逆变电压预设值和最小逆变工作电压值,既可最大限度的减少逆变结束后脉冲电容单元里剩余的能量,又将逆变电压与电网电压的差值控制在合适范围内。
[0032]总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
[0033](I)由于本发明提供的能量处理装置采用脉冲电容单元,进行储能,通过优化电容量使转移出来的等离子体破裂能量达到最大,从而使等离子体破裂防护效果达到最优;配合电阻单元和逆变单元既可以实现能量逆变再利用,又可以实现能量的有效耗散,对托卡马克等离子体破裂产生的能量具有变废为宝、回收与再利用的作用;
[0034](2)由于本发明提供的能量处理装置采用了压敏电阻,压敏电阻既可对回路在等离子体破裂时可能出现的过电压进行限制,以实现对能量处理装置其他各单元的过电压保护,又能起到吸收能量的作用;
[0035](3)由于本发明提供的能量处理装置采用了逆变单元,可将等离子体破裂能量并入电网,对于破裂能量加以应用;逆变单元还可直接连接负载单元,将破裂能量耗散;
[0036](4)由于本发明提供的能量处理装置的脉冲电容单元由多台脉冲电容器并联而成,电流通流能力远大于现有的单台脉冲电容器,具备承受高达几十千安电流峰值的能力,起到对等离子体破裂能量的吸收储存作用;储能单元必须具有承受大电流峰值的能力
[0037](5)由于本发明提供的能量处理装置的压敏电阻采用多个压敏电阻并联而成,电流通流能力达到50kA,克服现有单只压敏电阻额定最大能量以及散热能力的局限;
[0038](6)由于本发明提供的能量处理装置的电阻单元电阻由电阻率不小于0.7Ω -mm2/m的金属导体并联而成,电阻值在0.5毫欧以上;并联的导体具有足够大的表面积以进行充分散热;
[0039](7)由于本发明提供的能量处理方法结合了脉冲电容单元、压敏电阻和电阻单元,三个单元既可以单独作用以处理等离子体破裂能量,又能相互配合,再结合逆变单元,实现对托卡马克等离子体破裂能量的储能、吸能、耗能与能量回馈再利用的多重处理功能;
[0040](8)通过本发明提供的能量处理装置和与等离子体耦合的线圈配合,可以可靠的吸收和处理转移出来的托卡马克等离子体破裂能量,减少耗散在托卡马克装置内部耗散的能量,从而实现等离子体破裂防护;
[0041](9)本发明提供的能量处理方法的优选方案中,预设的逆变电压值在40V?80V范围取值;在该范围内取逆变电压预设值和最小逆变工作电压值,既可最大限度的减少逆变结束后脉冲电容单元里剩余的能量,将托卡马克等离子体破裂能量最大限度的应用;又将逆变电压与电网电压的差值控制在合适范围内,便于逆变单元的并网逆变。
【附图说明】
[0042]图1是托卡马克等离子体破裂时等离子体电流波形示意图;
[0043]图2是经与等离子体耦合的线圈出来后的等离子体破裂能量波形示意图;
[0044]图3是托卡马克等离子体破裂能量处理装置系统框图;
[0045]图4是本发明实施例1托卡马克等离子体破裂能量处理装置的使用状态图;
[0046]图5是本发明实施例2托卡马克等离子体破裂能量处理装置的使用状态图;
[0047]图6是本发明实施例1托卡马克等离子体破裂能量处理装置的控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0048]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0049]图1为托卡马克等离子体破裂时等离子体电流波形示意图,Iplasma为等离子体电流,a时刻发生等离子体破裂,b时刻结束,整个等离子体破裂过程在几个毫秒量级,等离子体电流在几毫秒内从兆安量级迅速下降到零。
[0050]图2所示为经与等离子体耦合的线圈出来的等离子体破裂能量波形示意图,转移出来的能量为大功率脉冲形式,时间长度在14毫秒左右,由于在极短的时间内接收极大的能量,逆变器难以对如此大的能量进行直接的逆变并网再利用,需先对破裂能量进行储存再进行逆变;另外,该脉冲电流峰值最大可达25kA以上,因此储能单元必须具有承受大电流峰值的能力。
[0051]图3所示为本发明实施例1提供的托卡马克等离子体破裂能量处理装置的系统框图,包括压敏电阻、脉冲电容单元、电阻单元、逆变单元和控制单元;压敏电阻、脉冲电容单元、电阻单元依次并联在直流母线的正极和负极之间;脉冲电容单元的正负极与直流母线的正负极对应连接。
[0052]实施例1的压敏电阻采用五个同型号的KPP-30-300高能氧化锌压敏电阻并联,并联形成的氧化锌压敏电阻额定能量达150千焦耳;并联增大了压敏电阻的通流能力以吸收大电流脉冲;在等离子体破裂阶段,如果能量处理装置发生过电压,电压幅值大于压敏电阻的压敏电压,则氧化锌压敏电阻导通,氧化锌压敏电阻开始工作,起限制过电压并吸收能量的作用。
[0053]实施例1的脉冲电容单元采用70台同型号的MKMJ2-5000脉冲电容器并联,电容值为0.35法拉,用于承担破裂发生瞬间的大电流脉冲并储能。
[0054]实施例1的电阻单元的电阻用于吸收能量,由10根长1.4米的金属不锈钢空心圆管导体并联而成,电阻值达I毫欧;电阻单元与第一开关串联后并联在直流母线正极与负极之间:第一开关的一端与直流母线正极连接,另一端通过所述电阻与所述直流母线负极连接;第一开关的控制端作为所述电阻单元的控制信号输入端。
[0055]实施例1的逆变单元包括三相逆变桥、三相滤波器、三相隔离变压器和并网开关模块;逆变桥由IGBT(绝缘栅双极型晶体管Insulated Gate Bipolar Transistor)构成,用于根据控制单元发出的触发信号进行逆变;滤波器采用LCL型滤波,逆变器侧电感LI第一端与逆变桥连接,第二端与并网侧电感L2第一端连接,电感L2第二端与隔离变压器连接,电容第一端并接在LI与L2连接的线路上,电容第二端与其他两相的电容并联连接;隔离变压器采用工频脉冲隔离变压器,起升压和隔离的作用;并网开关采用A26-30-10三相接触器,第一端连接隔离变压器的输出端,第二端在逆变单元并网工作时连接电网,脱网工作时连接负载,控制信号输入端连接控制单元的第二输出端。
[0056]实施例1的控制单元采用DSP28335作为控制核心处理器,采用霍尔传感器作为电流电压采集单元,采集脉冲电容单元两端电压、逆变单元的滤波器电容电流、并网电流和电网电压;DSP28335对采集到的电流电压信号作分析和处理,向电阻单元开关、逆变单元的逆变桥开关和并网开关发出关断或导通的控制信号。
[0057]实施例1提供的托卡马克等离子体破裂能量处理装置的应用如图4所示,图中I为等离子体电流回路,II为与等离子体耦合的线圈与能量处理装置组成的破裂防护系统,III为电网。
[0058]实施例2提供的托卡马克等离子体破裂能量处理装置的应用如图5所示,与实施例I相比,区别在于实施例2的逆变单元的三相滤波器采用单电感L滤波,其他各部分相同;与实施例1相比,由于实施例2减少了滤波器电容电流的反馈,降低了控制难度,对应的控制单元可以减少一个电流采集模块,降低了成本;但是采用单电感L滤波器对高频谐波的滤波效果不如采用LCL滤波的效果好。
[0059]本发明提供的等离子体破裂能量处理方法的流程如图6所示,结合实施例1提供的等离子体破裂能量处理装置具体阐述如下:
[0060](I)当托卡马克装置发生等离子体破裂时,通过脉冲电容单元接收并储存经与等离子体耦合的线圈转移出来的等离子体破裂产生的能量;
[0061](2)在储能过程中,当直流母线电压达到压敏电阻的压敏电压值时,压敏电阻自动导通,对直流母线电压进行限制以保护后级电路,并吸收能量;若直流母线电压小于压敏电阻的压敏电压,压敏电阻不动作;
[0062](3)在储能过程中,当脉冲电容单元两端电压超过预设的逆变电压值,控制单元输出六路触发脉冲控制信号到逆变桥,同时控制单元输出控制信号导通并网开关,逆变单元开始工作,实现并网电流外环和电容电流内环的
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