一种PSM高压电源系统及其反馈控制实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种PSM高压电源系统及其反馈控制实现方法，包括有高压进线单元，所述的高压进线单元由两台高压断路器柜分别串联一台高压接触器柜构成，两台高压接触器柜分别连接一台多绕组高压隔离变压器，多绕组高压隔离变压器分别连接低频整流电源模块和高频整流电源模块,低频整流电源模块和高频整流电源模块全部串联后连接至负载，本发明专利技术很好地解决了在EAST装置放电期间由于电网扰动对于高压输出造成的剧烈波动，满足了速调管对于电压精度的控制要求，从而最终满足了各项物理实验的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于PSM技术的高压电源系统
，尤其涉及一种PSM高压电源系统及其反馈控制实现方法。
技术介绍
作为最近几年国内外研究的重点，PSM开关电源技术发展迅速并已在托卡马克辅助加热高压电源系统中获得大量成功的应用。基于PSM开关电源技术的高压电源系统是以单个整流电源模块为核心，利用多个模块的串联来实现最终直流高压的建立，在控制策略中引入负反馈机制，通过模块的自动增减可以提高电压控制精度，从而减小各种扰动对输出电压的影响。对于设计参数范围内的各种扰动，在一定控制范围内通过减小反馈控制步长时间即提高反馈控制速度，可以明显提高电压控制精度。但是当扰动的幅值、速度等超出设计值时，高压电源系统就无法及时、准确地做出响应以保证电压控制精度，从而无法满足负载的控制需求。系统的反馈控制速度依赖于以下三个方面的影响，一是系统的固有响应时间，二是控制器的运算及控制性能，三是整流电源模块的开关频率。通常情况下，系统响应时间在设计完成后基本确定，控制器的速度也远远超出模块的调节速度，而整流电源模块的开关频率由于与成本有较大关联，因此一般根据负载需要选取设计值，不会有太大的裕量。因此如果希望通过继续提高反馈控制速度来解决系统过快或者过度的扰动问题，就要求整流电源模块具有更高的开关频率，而随着开关频率的提高其研制难度加大且成本将显著增加，根据估算，具备1kHz开关能力的整流模块比100Hz的整流模块成本约高出50%。如何实现一种新型PSM高压电源及反馈控制方法，节约成本的同时提高系统的适应性，使其能够满足各种扰动下的性能要求，就显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种PSM高压电源系统及其反馈控制实现方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种PSM高压电源系统，包括有高压进线单元，所述的高压进线单元由两台高压断路器柜分别串联一台高压接触器柜构成，两台高压接触器柜分别连接一台多绕组高压隔离变压器，多绕组高压隔离变压器分别连接低频整流电源模块和高频整流电源模块,低频整流电源模块和高频整流电源模块全部串联后连接至负载，所述的低频整流电源模块的个数为Nlf个，“lf”表示“LowFrequency”,模块编号分别为（1#,2#,……，Nlf#），所述的高频整流电源模块的个数为Nhf个，“hf”表示“HighFrequency”,模块编号分别为（1#,2#,……，Nhf#），低频整流电源模块的数量Nlf和高频整流电源模块的数量Nhf相加之和为单台多绕组高压隔离变压器副边绕组数量的两倍，低频整流电源模块的数量Nlf和高频整流电源模块的数量Nhf的配置一般选择为9:1，该配置可以根据系统需要进行相应调整。一种PSM高压电源系统的反馈控制实现方法，（1）首先预设输出电压值Vref、开环上升时间间隔Tr、开环下降时间间隔Tf、闭环采样运算周期Ts；（2）确定电压控制裕度VΔ，理论上PSM结构高压电源的电压控制裕度为单个模块输出电压的一半，即Vs/2，为了避免系统的过度调节引起震荡，在控制上适当增加该数值，取值Vs/10，从而保证系统调节的稳定性，则VΔ=Vs/2+Vs/10=0.6Vs；（3）程序自动计算出预计启动模块个数N，根据X=Vref/Vs,X不是整数，对X四舍五入得到N；（4）根据N-Nhf/2得出拟投入运行的低频模块个数；（5）PSM高压电源系统接收到启动信号以后，立即从1#低频模块开启，间隔Tr时间逐个开启至（N-Nhf/2）#低频模块，随后进入负反馈控制阶段；（6）在一个闭环采样周期Ts时间以内，系统采集反馈采样值Vfd与电压给定值Vref相比较，根据比较结果对高频整流电源模块进行如下操作：增加、保持或者减少，由于高频整流电源模块数量有限，因此其调节范围有一定的限制，1#高频模块为下限，Nhf#高频模块为上限，增加至Nhf#高频模块后，如果电压低于预设值，仍保持；减少至1#高频模块以后，如果电压高于预设值，仍保持；（7）脉冲时间到达以后，按照间隔时间Tf，逐个关闭所有模块。本专利技术的优点是：本专利技术为EAST核聚变装置上4.6GHz低杂波系统的稳定运行提供了可靠的技术保障，通过一定数量的高频模块替代低频模块，很好地解决了在EAST装置放电期间由于电网扰动对于高压输出造成剧烈扰动的问题，节约科研经费的同时大大缩短了设备的研制与调试周期，满足了速调管对于电压精度的控制要求，从而最终满足了各项物理实验的要求。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术的工作原理图。图3为本专利技术反馈控制实现方法的工作流程图。图4为正常电网条件下的电压输出图。图5为有扰动电网条件下的电压输出图(图5a为输出电压全局图，和图5b为输出电压局部放大图）。图6为提高反馈控制速度对于扰动控制的影响图形（图6a为输出电压全局图，图6b为输出电压局部放大图）。图7为PSM结构高压电源对于扰动的抑制效果图（图7a为输出电压全局图，图7b为输出电压局部放大图。具体实施方式如图1所示，一种PSM高压电源系统，包括有高压进线单元，所述的高压进线单元由两台高压断路器柜1分别串联一台高压接触器柜2构成，两台高压接触器柜2分别连接一台多绕组高压隔离变压器3，多绕组高压隔离变压器3分别连接低频整流电源模块4和高频整流电源模块5,低频整流电源模块和高频整流电源模块全部串联后连接至负载6，所述的低频整流电源模块的个数为Nlf个，“lf”表示“LowFrequency”,模块编号分别为（1#,2#,……，Nlf#），所述的高频整流电源模块的个数为Nhf个，“hf”表示“HighFrequency”,模块编号分别为（1#,2#,……，Nhf#），低频整流电源模块的数量Nlf和高频整流电源模块的数量Nhf相加之和为单台多绕组高压隔离变压器副边绕组数量的两倍，低频整流电源模块的数量Nlf和高频整流电源模块的数量Nhf的配置一般选择为9:1，该配置可以根据系统需要进行相应调整。如图3所示，一种PSM高压电源系统的反馈控制实现方法，（1）首先预设输出电压值Vref、开环上升时间间隔Tr、开环下降时间间隔Tf、闭环采样运算周期Ts；（2）确定电压控制裕度VΔ，理论上PSM结构高压电源的电压控制裕度为单个模块输出电压的一半，即Vs/2，为了避免系统的过度调节引起震荡，在控制上适当增加该数值，取值Vs/10，从而保证系统调节的稳定性，则VΔ=Vs/2+Vs/10=0.6Vs；（3）程序自动计算出预计启动模块个数N，根据X=Vref/Vs,X不是整数，对X四舍五入得到N；（4）根据N-Nhf/2得出拟投入运行的低频模块个数；（5）PSM高压电源系统接收到启动信号以后，立即从1#低频模块开启，间隔Tr时间逐个开启至（N-Nhf/2）#低频模块，随后进入负反馈控制阶段；（6）在一个闭环采样周期Ts时间以内，系统采集反馈采样值Vfd与电压给定值Vref相比较，根据比较结果对高频整流电源模块进行如下操作：增加、保持或者减少，由于高频整流电源模块数量有限，因此其调节范围有一定的限制，1#高频模块为下限，Nhf#高频模块为上限，增加至Nhf#高频模块后，如果电压低于预设值，仍保持；减少至1#高频模块以后，如果电压高于预设值，仍保持；（7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PSM高压电源系统，其特征在于：包括有高压进线单元，所述的高压进线单元由两台高压断路器柜分别串联一台高压接触器柜构成，两台高压接触器柜分别连接一台多绕组高压隔离变压器，多绕组高压隔离变压器分别连接低频整流电源模块和高频整流电源模块, 低频整流电源模块和高频整流电源模块全部串联后连接至负载，所述的低频整流电源模块的个数为Nlf个，所述的高频整流电源模块的个数为Nhf个，低频整流电源模块的数量Nlf和高频整流电源模块的数量Nhf相加之和为单台多绕组高压隔离变压器副边绕组数量的两倍，低频整流电源模块的数量Nlf和高频整流电源模块的数量Nhf的配置比为9:1。

【技术特征摘要】
1.一种PSM高压电源系统，其特征在于：包括有高压进线单元，所述的高压进线单元由两台高压断路器柜分别串联一台高压接触器柜构成，两台高压接触器柜分别连接一台多绕组高压隔离变压器，多绕组高压隔离变压器分别连接低频整流电源模块和高频整流电源模块,低频整流电源模块和高频整流电源模块全部串联后连接至负载，所述的低频整流电源模块的个数为Nlf个，所述的高频整流电源模块的个数为Nhf个，低频整流电源模块的数量Nlf和高频整流电源模块的数量Nhf相加之和为单台多绕组高压隔离变压器副边绕组数量的两倍，低频整流电源模块的数量Nlf和高频整流电源模块的数量Nhf的配置比为9:1。2.根据权利要求1所述的一种PSM高压电源系统的反馈控制实现方法，其特征在于：具体步骤如下：（1）首先预设输出电压值Vref、开环上升时间间隔Tr、开环下降时间间隔Tf、闭环采样运算周期Ts；（2）确定电压控制裕度VΔ，理论上PSM结构高压电源的电压控制裕度为单个模块输出电压的一半，即Vs/2，为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，郭斐，孙浩章，黄懿赟，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34