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创新国产PSM高压电源控制系统，推动核聚变科技新突破

2024-9-18 10:56:26 362 电力电子高压电源电源控制技术实时仿真系统

0 面对日益加剧的能源消耗问题，核聚变作为一种具有巨大潜力的清洁能源，其研究与开发的重要性日益凸显。高压脉冲电源在核聚变反应中发挥着重要作用，它必须具备高电压、强电流、快速响应和精准控制等特性，以适应极端的反应条件。为优化高压电源控制策略，加速其设计和优化过程，森木磊石推出了基于国产PXI控制器的高压电源控制系统方案。本篇中我们将对高压电源控制系统进行介绍，并以 100kV、50A量级的高压电源为例，验证EasyGo高压控制系统在不同控制算法下，对高压电源的优异控制效果。一、高压电源控制系统在高压电源控制系统方案中：控制部分采用真实的控制器“国产PXI”，功率拓扑部分利用EasyGo实时仿真器模拟，将二者用真实的物理IO线缆进行闭环连接。整体系统架构下图所示：在高压电源控制系统中，使用国产PXI作为高压电源系统的控制器。国产PXI：由PXIe控制器，PXIe机箱，PXIe FPGA 模块组成，其性能强大，接口丰富，拥有大量的IO通道且支持TCP通讯。若搭建真实的高压电源电路功率拓扑，耗费周期长且进行故障工况测试时不具有安全性。考虑到多种因素，利用EasyGo实时仿真器模拟高压电源系统。在实时仿真器部分中，只需要利用Simulink搭建好高压电源模型后，基于EasyGo平台将其导入进实时仿真器中运行即可。二、控制系统优势 ▍模块化组合，灵活配置：可以配置不同的板卡，适应不同的组合，灵活性高。 ▍图形化算法搭建：非代码式的开发，支持图形控件拖拽进行算法逻辑搭建。 ▍上位机实时监控：上位机自定义界面支持实时下发控制参数和数据监控。三、控制系统仿真验证为验证EasyGo高压电源控制系统方案对于紧凑型高压电源系统的控制效果，我们将通过“PSM控制、PWM配合PSM控制、移相控制”三种控制方法进行仿真测试。整体系统测试架构如图：左侧机柜下方安装的是国产PXI控制器，右侧为模拟紧凑型高压电源的实时仿真器PXIBOX，上位机通过TCP通讯对实时仿真器进行实时监控。对紧凑型高压电源进行模型搭建，由于做原型验证，我们在实时仿真模型中模拟了300个模块级联的高压电源拓扑电路。将模型载入到实时仿真器中，通过真实的物理IO线与真实控制器进行连接，从而来验证不同的控制算法对其控制效果。接下来以 100kV、50A量级的高压电源为例，为大家分享基于多种控制方法，对紧凑型高压电源系统的控制效果。 1、PSM控制验证 PSM控制算法是根据目标输出电压去调整需要调用子模块的个数。在调用单个子模块的时候，对该子模块的半桥控制只有上管常开下管常关，或者上管常关下管常开两种。当上管关下管开时，为调用该模块；反之，则为不调用该模块。电压环经过PI后，得到相应的需要调用的子模块个数M，将M输入到模块调用控制中，即可形成闭环控制。启动控制后，输出电压会步进式地逐步向目标电压靠近，直到达到目标电压。该控制方法的缺点是输出电压波纹偏大，缺乏灵活性。仿真中，控制器设定目标电压为100kV，可以观察到：负载输出最终控制在100kV左右，调用的子模块数在270个左右，负载为阻性负载2000欧姆，负载电流为50A左右。Vdc输出电压随着子模块开启数量的增加，一步一步增加直到目标值，与控制算法逻辑一致。实时仿真界面如图所示：可以看到，负载电压稳定在99600~100400V左右，使用子模块数在270个左右。 2、PWM配合PSM控制验证 PSM控制纹波较大的主要原因是：不同电压期望值对应的子模块投入数量并非总是理想的整数。PI控制通过将计算结果的小数部分转换为占空比，并利用PWM控制来调节一个固定的子模块，有效减少纹波。在控制中，只对第300个子模块使用PWM控制，其他的299个子模块依旧是用PSM控制，这样可以起到PWM配合PSM的作用。仿真中，控制器设定目标电压为100kV，可以观察到波形如图：相比于单纯的PSM控制算法，其输出波形平滑了许多，输出电压也到达了设定值100kV。实时仿真界面如图所示：可以发现，负载电压稳定在99700~100300V左右，其纹波相对于纯PSM控制要优化了许多。 3、载波移相控制验证载波移相控制通过依次调整子模块的载波相位来实现。模型包含30个串联模块，分为0°、120°、240°三组，每组10个，载波相位以36°的间隔递增。每个特定的输出目标电压都有对应的调制占空比。仿真中，控制器设定目标电压为100kV，可以观察到：电压波形达到设定值，阻性负载为2000Ω，电流为50A左右。由于所有的子模块都进入到了工作状态，且同时进行控制，其达到目标设定值的时间相比于前两种算法要大大缩减。实时仿真界面如下图所示：可以发现，负载电压稳定在99800~100200V左右。经过对多种控制算法验证测试，可以看到国产PXI控制器控制效果与预期一致，再次验证了EasyGo高压电源控制系统方案对高压电源的优异控制效果，可为高压电源的设计和优化提供强有力的支持。 0 本主题由从前有座_山于 2024-9-18 13:51 审核通过
2024-9-18 10:56:26　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 全国产PSM高压电源控制系统，助力核聚变技术发展 446 • 高压电源 1575 • 高压电源创新：前世今生 1544 • 高压电源 1342 • 高压电源原理_高压电源使用方法 5768 • 高压电源创新：前世今生 1 • 高压电源创新设计如何改变世界 1125 • 高压电源介绍 381 • 高压电源检测工装怎么设计 2183 • 设计离子高压电源 5387