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南方能源建设
南方电网数字传媒科技有限公司、中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司
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季刊

2095-8676

南方能源建设/Journal Energy Construction
正式出版
收录年代

    面向托卡马克破裂预测的实时数据采集系统设计

    张沛龙叶伟杰郑玮丁永华...
    96-109页
    查看更多>>摘要：[目的]等离子破裂是托卡马克核聚变装置运行中的重大威胁.破裂缓解系统可以降低等离子体破裂对装置的危害,其动作时机高度依赖于实时运行的等离子体破裂预测系统对等离子体破裂时刻的预测.基于深度学习的神经网络已被用于训练等离子体破裂预测模型,其实时运行需要来自多种诊断的大量实时数据.[方法]文中提出一种实时数据采集系统的设计方案.该系统基于模块化结构进行设计,分为多通道采集模块、ADC转换控制和数据读取模块、数据分组与封装模块和数据传输网络模块.数据传输网络模块基于运行在FPGA上的10 G速率的硬件UDP网络协议栈进行构建.该硬件UDP协议栈具有确定性的数据传输过程,使得系统具有很低的传输时延.[结果]该实时数据采集系统的采样率可以达到每通道 2 MSa/s,数据吞吐速率超过 9.3 Gb/s,数据传输延迟小于 10 μs.[结论]该实时数据采集系统可以为破裂预测程序提供快速传输的实时诊断数据流.高采样率使得系统可以对辐射、电子温度等 1维诊断进行实时传输,提高数据时间分辨率.高数据吞吐率可以提高诊断数据的传输数据量,低数据传输时延可以减少破裂预测模型获取诊断数据的时间.

    托卡马克破裂预测数据采集UDP实时传输

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    热核聚变发电厂储能系统运行模式研究

    林燕李斌罗浩东向魁...
    110-116页
    查看更多>>摘要：[目的]核聚变作为一种新型核能利用形式,其清洁绿色特性被视为人类未来的"终极能源",也是我国在能源发展道路上的必经之路.在热核聚变发电厂中,中国聚变工程实验堆(CFETR)聚变反应堆具有一定周期性、脉冲式的输出特性,而汽轮发电机组的运行是稳定、连续的,因此核岛和常规岛之间需配有储能岛以进行储能缓冲;为实现其储能缓冲的功能,储能系统需选择合适的运行模式.[方法]核岛与常规岛耦合运行或解耦运行,对应着储能系统不同的运行模式;文章基于CFETR核岛侧的功率输出特性,从系统配置、设备选型和运行控制等方面对储能系统运行模式的不同方案进行分析和对比.[结果]研究结果表明,核岛与常规岛的解耦运行模式在常规岛发电效率、设备设计技术成熟性和机组运行控制上都更具优势,因此推荐热核聚变发电厂储能系统采用解耦运行模式.[结论]储能系统解耦的运行模式方案大都采用成熟技术,可进行规模化的商业应用,因此可为实现热核聚变发电厂的商业化设计提供支撑.

    核聚变核电厂储能运行模式常规岛

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    基于超级电容器的核聚变磁体电源系统环形场线圈电源设计

    许一泽林睿王思巍
    117-125页
    查看更多>>摘要：[目的]研究旨在为核聚变磁体电源系统中的环形场线圈开发一种高效可靠的脉冲电源系统.针对核聚变装置在高功率需求下的挑战,提出了一种基于超级电容器的电源解决方案,旨在增强能量存储的效率和系统的稳定性.[方法]通过采用模块化多级转换器技术,开发了一种新型的脉冲电源结构.利用超级电容器的高功率密度和快速充放电能力,作为主要的能量存储单元,以满足环形场线圈的高频脉冲运行需求.此外,探讨了超级电容器与模块化多级转换器技术结合的优势,如系统的灵活性和可扩展性.[结果]研究结果显示,所开发的电源系统能够有效支持核聚变反应堆的脉冲操作需求,确保了能量的高效输送和转换.[结论]基于超级电容器的脉冲电源系统为核聚变装置提供了一种有效的能量解决方案.该系统不仅提高了能量转换的效率,也增强了整个设备的运行稳定性和可靠性.未来的研究将进一步优化电源结构和性能,以适应更广泛的应用场景.

    核聚变磁体电源系统飞轮发电机环形场线圈超级电容器模块化多电平转换器

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    热核聚变发电岛三回路参数优化研究

    罗贤勇李斌林燕向魁...
    126-136页
    查看更多>>摘要：[目的]为了适应CFETR聚变反应堆周期性的输出特性,聚变发电厂采用氦气-熔盐储能-水(汽)动力循环三回路系统.其中三回路蒸汽循环的参数及热力方案对发电岛投资和发电收益有重大影响.高参数和复杂的热力方案可提高循环效率,但增加了初投资;低参数和简单的热力方案循环效率不高,但初投资显著降低.三回路蒸汽参数及热力方案的选择应综合考虑发电效率和初投资,按综合经济性较优的原则选取.[方法]文章基于仿真软件Ebsilon进行建模仿真,考察不同回热方案、不同主汽和再热参数下的热力循环的性能.通过对不同的热力方案和参数组合进行计算,获得了各工况下的总效率和输出功率,并分析了三回路主要设备投资及其随参数的变化.[结果]综合考虑储能岛和常规岛的总投资与收益,推荐采用 9级回热,主蒸汽参数 12.4 MPa、540℃的热力方案.[结论]文章提出的三回路蒸汽参数和热力方案对后续聚变发电技术研究以及工程设计具有参考价值.

    聚变发电厂三回路系统熔盐储能参数选择热力方案热经济性等效焓降

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    HL-3聚变用大容量Crowbar

    吴琳君李海燕雷枭吴一...
    137-145页
    查看更多>>摘要：[目的]面向HL-3聚变大科学装置极端故障能量快速转移,配置短路保护用大容量旁路开关需求.[方法]基于HL-3磁体电源参数,结合电力电子变流技术及可控硅触发应用基础,针对快速冲击应用中多并联可控硅一致性导通及稳定均流的严苛工况,融合电力电子变流工程实践经验,经并联分支导电线路等长型式改良;并联元件参数一致性筛选,并联臂内元件位置与参数差异化选配;通过在可控硅侧附加串联电阻物理强迫均流,并对附加电阻热稳定性核算,并联桥臂电动力冲击验算;可控硅元件高频脉冲列强触发等手段和方法.[结果]推导设计了一种稳定的可控硅 220 kA级大容量聚变用crowbar旁路保护电子开关系统,经试验模拟实测验证及实载 160 kA冲击考验,实现了HL-3保护用大容量旁路开关的匹配要求.[结论]在做好热动、稳定性验算的基础上,采用线路改良,附加物理强迫均流,元件参数筛选及装配,触发模式调整等综合手段,实现大容量crowbar在聚变中的配套应用是完全可行的.

    核聚变可控硅Crowbar保护开关设计应用

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    TH2103A型速调管阳极电流测量和保护系统

    陈娅莉卢波白兴宇马悦心...
    146-151页
    查看更多>>摘要：[目的]工作频率 3.7 GHz的TH2103A型高功率速调管广泛应用在托卡马克实验装置中.为了简化高压供电系统(去掉阳极调制中的电真空四极管),在HL-2A装置的TH2103A型速调管中引入了一种基于分压模式的供电方式.为了保证速调管在该供电模式下安全运行,研制了阳极电流的测量和保护系统.[方法]对该供电模式下的阳极电流特点进行了分析:阳极电流会出现正常、正向过流或反向过流的情况.当阳极电流出现正向过流或反向过流时,代表有大量的电子轰击阳极或大量电子从阳极流出,这些现象对速调管来说都是非常危险的,通常会引起速调管钛泵过流,甚至损坏速调管.因此对阳极电流进行准确的测量以及当阳极电流出现过流时切断高压对速调管进行保护非常重要.文章介绍了阳极电流测量系统的原理和供电模式,阳极保护系统的原理和实施方案,在实验过程中对阳极电流的测量和保护系统的可靠性进行了验证.[结果]证明了该供电模式下阳极电流测量和保护系统的有效性和可靠性.[结论]文章所述供电模式和阳极测量保护系统对基于TH2103A型速调管的运行和维护具有重要参考意义.

    低杂波速调管阳极电流测量保护

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    基于PLC的HL-3装置中性束逻辑控制系统设计

    余珮炫周红霞万银祥
    152-158页
    查看更多>>摘要：[目的]中性束注入(NBI)是中国环流三号(HL-3)托卡马克装置重要的等离子体加热和电流驱动手段.NBI加热系统是涉及真空、电力电子、机械、自动控制、气体放电等多学科、多领域的复杂系统.控制系统是NBI加热系统可靠运行的基本保证,可实现对加热系统现场设备的远程控制、运行状态的实时监控和放电实验的逻辑控制.[方法]根据NBI加热束线控制需求确定PLC系统的硬件配置,组建了以西门子S7-416为主控制器,以Profibus-DP网络和工业以太网为基础,以光纤为传输介质的分布式I/O系统.采用组态软件STEP7实现硬件组态、通信连接和程序编写,利用界面软件WinCC完成集中管理、过程监控和信息归档.[结果]PLC系统能够实时监控现场设备状态,与NBI控制系统进行数据交换,指导现场设备稳定运行.此外,图形化的用户界面使得实验过程可视化,真空值、流量和温度的实时显示,为实验运行人员提供了及时的状态信息.[结论]整个PLC系统高效可靠,重复性好,具有良好的兼容性和可扩展性,实现了对NBI束线现场设备的监测和控制.

    HL-3装置中性束注入PLC现场总线实时监控

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    特约主编寄语

    王志斌许敏
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    人物介绍

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