【摘 要】
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加速极高压直流电源是大型聚变装置负离子源中性束注入系统（Negative-ionbased Netroin Beam Injector,N-NBI）的关键部件,为N-NBI系统提供主要能量。电源输出电压纹波直接决定了束流的发散度,进而影响N-NBI系统的加热效率和运行安全。电源采用变流器交直交变换和变压器升压整流的逆变型拓扑,变流器直流母线含有较大的纹波能量,且直流母线的电压波动与高压输出纹波直接
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加速极高压直流电源是大型聚变装置负离子源中性束注入系统（Negative-ionbased Netroin Beam Injector,N-NBI）的关键部件,为N-NBI系统提供主要能量。电源输出电压纹波直接决定了束流的发散度,进而影响N-NBI系统的加热效率和运行安全。电源采用变流器交直交变换和变压器升压整流的逆变型拓扑,变流器直流母线含有较大的纹波能量,且直流母线的电压波动与高压输出纹波直接耦合,致使输出电压纹波高于设计预期,对此缺乏有效解决手段。为了保证加速极高压电源纹波满足设计要求,本文以中国聚变工程试验装置（China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR）N-NBI系统200 k V/25 A加速极电源为对象,分析了直流母线电压波动与输出电压纹波之间的耦合关系,设计了一套大容量、高补偿精度、耐冲击的直流有源滤波装置。本文首先对直流母线电压波动特性及其与输出电压纹波的耦合关系开展了研究。通过建立电源小信号模型,推导出直流母线电压波动到输出电压纹波的开环传递函数。根据母线电压波动的各项组成成分对电路进一步分析,得到母线电压、电流的波形类型和幅频特性,结合传递函数波特图的增益信息验证了通过抑制母线电压波动降低输出电压纹波的可行性,分析得到的纹波能量、电流斜率、频率等参数是有源滤波装置的关键设计依据。然后从拓扑方案、纹波检测和控制策略三方面开展了对有源滤波装置的设计。针对高压大功率的实际应用需求,设计了级联结构的拓扑方案。针对高速高精度的纹波检测需求,提出基于滑窗迭代离散傅里叶分析的检测算法,对比验证了该算法性能。为保证跟踪补偿精度和系统运行可靠性,提出级联电路滞环电流控制策略,通过改变滞环宽度将开关频率限制在安全区间内,并设计了辅助电容均压与稳压控制回路,拓展了滞环电流控制在高压大功率领域的应用范围。基于以上理论分析,搭建了加速极电源和直流有源滤波装置的PSIM仿真模型,研制了相应的小功率原理样机,仿真和实验结果验证了方案设计的合理性和波动抑制的效果。本文研究成果为CFETR N-NBI加速极电源的纹波抑制提供了有效手段,对我国未来聚变装置大型N-NBI系统加速极电源的研制和高效稳定运行具有重要参考意义。
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在大型磁约束聚变装置的等离子体加料中,由于等离子体参数的提高难以实现芯部加料,边界注气加料仅能沉积在等离子体边缘,因此需要研究其它先进的加料方式。弹丸加料（Pellet Injection,PI）是一种先进的芯部加料技术,有望穿透等离子体边缘,实现芯部沉积和密度峰化。相对于超声分子束注入（Supersonic Molecular Beam Injection,SMBI）和注气加料（Gas Puff
托卡马克是最有希望实现可控核聚变发电的装置,其安全高效的运行是至关重要的。高约束模式下出现的边界局域模（Edge Localized Modes,ELMs）会导致偏滤器靶板承受极大的瞬态热负荷,可能损坏靶板并严重影响聚变堆的安全运行。因此,实现ELMs的有效抑制是目前的研究热点。作为ELMs控制最有效的手段,共振磁扰动（Resonant Magnetic Perturbation,RMP）场实现E
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