托卡马克中断时处置等离子体电磁能的能量处理系统研究
由于托卡马克等离子体的稳定性和/或约束性的丧失，不确定性经常发生。在这种情况下，托卡马克中的等离子体电磁能量迅速变化。这些变化在大多数情况下会严重损害托卡马克装置。因此，必须建立一个有效和可行的方法，以开发一个能量处理系统（EPS）来处理中断期间的等离子体电磁能量。这种处理方法应能减轻等离子体的破坏，特别是对于下一代托卡马克，如国际热核实验反应堆（ITER）。
在这个装置中，等离子体电磁能量在中断期间大约为2GJ。其中，四种主要的能量处理技术是电压保护和能量吸收技术、基于压敏电阻的能量耗散技术、基于储能元件的储能技术，以及基于逆变器的能量反馈技术。能源处理技术已经在传统领域得到了广泛的研究和应用，如城市轨道交通列车、电梯、轨道炮、航天器等，以促进能源的循环利用，并满足节能减排的趋势。然而，这些技术还没有被实施来处理中断期间的等离子体电磁能。笔者在此谈一个由五部分组成的EPS，用于处理德克萨斯联合实验托卡马克中发生中断时的等离子体电磁能量。
在等离子体破坏期间，托卡马克中的磁通量迅速变化。在大多数情况下，这些变化导致高磁性线圈系统中的电压浪涌。偶尔会诱发过电压浪涌，过电压波会流经CCP和EPS，这种过电压可能会严重损坏元件。因此，必须采用MOV来限制过电压并吸收能量，这些压敏电阻可以保护CCP和EPS免受过电压的损害。所使用的MOV是以氧化锌为基础的，在低于额定值使用时不会退化。这种MOV的特征属性是电压-电流的极度非线性。因此，即使在极高的放电电流下，电压也受到限制。
TEXT托卡马克的偏置线圈被用作CCP，因为等离子体和这些线圈之间的耦合很强（耦合度大约为90%）。此外，偏置线圈是可用的。图2的示意图（绿色部分）显示了偏压线圈。图3显示了当两个偏置线圈作为CCP使用时，当电阻为2毫欧时，量从托卡马克装置转移出来的等离子体电磁能几乎达到最大值，即10.6千焦耳。尽管如此，最佳电阻模块R1应该是当考虑到连接CCP的环形电缆的电阻时，即小于2毫欧时，电阻器模块的电感应最小化，因为在等离子体中断期间，电流ICCP迅速变化。
该模块的表面积应足够大以充分散热。考虑到短时期的过电流承受能力，选择了一个标称参数为2000V/2000A的真空传感器作为开关S1。随着脉冲电源技术的快速发展，脉冲电容器的研究和应用也越来越广泛。与耗散和浪费等离子体电磁能量的电阻模块不同，脉冲电容器模块可以储存能量。然后，其他方法可以回收这些能量。电容越大，转移的等离子体电磁能就越多。
此外，当电容值大于某一数值时，储存的能量就会减少。因此，最佳电容值是0.36F。考虑到电流ICCP远远大于一个电容的电流容量，许多电容应并联以提高浪涌电流容量。比如，72个相同类型的电容器可以并联，每个电容器的电容为5000μF，额定电压为2000V，因此，电容的脉冲电容器可以从0.005到0.36F变化。开关S2也是使用真空接触器，其标称参数为2000V/2000A。因为当电阻模块或脉冲模块工作时，电流ICCP的峰值值都接近10kA。
此外，当能量达到预设值时，电阻Rs，用于消耗储存在脉冲电容器中的能量。选择一个高压继电器作为开关S3。逆变器模块随着可再生能源技术和分布式发电技术的快速发展，并网逆变器已被广泛应用于现代电网。
LCL输出滤波器可以在比L滤波器和LC滤波器更小的滤波电感下产生卓越的滤波效果。根据设计原理，逆变器侧的电感是L1=0.9mH，滤波电容是C1=5μF，电网侧电感是L2=0.45mH。逆变器基于绝缘栅双极型晶体管，额定参数为1200伏/100安。控制器一个由TI公司生产的TMS320F28335数字信号处理器芯片作为控制芯片被实施。在中断期间，电阻模块或脉冲电容模块都会工作。当脉冲电容电压达到预设值时，控制器向逆变器模块发送控制信号并激活该模块。
逆变器控制方案的策略包括使用同步框架比例积分控制器来调节电网电流与一个简单的内部电容器电流调节回路相配合。当脉冲电容模块运行时，EPS系统的控制过程如下：（1)最初，所有的开关都是打开的。在发生等离子体中断的情况下，接触器S2打开。脉冲电容器储存了由CCP从真空容器中传输的能量，从而电容器电压增加；（2)当脉冲电容电压达到预设值60V时，逆变器模块被激活。此外，开关S4也被打开。因此，脉冲电容器的电压逐渐下降。当该电压下降到60V时，逆变器模块停止工作。然后，开关S4被关闭；（3)开关S3被激活；因此，脉冲电容器中的剩余能量被电阻Rs消散了。当脉冲电容器的电压下降到0V时，开关S3被停用，能量储存和回收过程随之结束。
