[00097824]20MW高稳定度电源系统的设计与研制

国家“十一五”重大科技基础设施项目“强磁场实验装置”包括稳态强磁场实验装置和脉冲强磁场实验装置，中科院合肥物质科学研究院承担稳态强磁场实验装置部分的建设任务{其国拨经费为2.5亿元（国拨总经费3.7亿元）}，华中科技大学承担脉冲强磁场实验装置部分的建设任务。强磁场装置具有极高的科学研究价值，自1913年以来，19项与强磁场有关的科学研究成果获得了诺贝尔奖，仅近20年就有8项，如量子霍尔效应、分数量子霍尔效应、磁共振成像等。稳态强磁场实验装置的建设目标是建成具有国际先进水平、可为众多学科领域的科学研究提供强磁场极端实验环境和测试手段的大型综合科学实验装置，成为世界最著名的强磁场科学中心之一。高稳定度直流电源系统是稳态强磁场实验装置的关键技术装备之一（是衡量稳态强磁场实验装置规模的最重要参数），20MW电源系统的建设要求为：20MW高稳定度直流电源系统由二组独立的额定输出电压为500V、输出电流为20kA的电源组成，二组电源并联运行额定输出电流为40kA、额定功率为20MW，它们单独或并联为磁体供电都要满足输出电流8小时连续工作稳定度优于10ppm、输出电流纹波小于50ppm的要求，电源系统电磁兼容符合相关的国家标准。电源系统具体主要技术性能指标如下：额定输出电压：500V；额定输出电流：2×20kA；电流纹波峰－峰值：50ppm；稳定度（8小时）：10ppm。项目组通过升级最终使电源系统可实现500V、600V及700V三个档次的额定电压输出，从而使电源系统由最大输出功率由20MW提高到28MW，这将为建设稳态磁场强度最高达45T（世界记录）的混合磁体提供了保障，也将使合肥稳态强磁场实验装置的磁场强度与实验室规模位居世界五大稳态强磁场科学中心（美国、中国、法国、荷兰及日本）的世界第二。 该项目主要创新和贡献有：核心技术完全自主设计优化，大大降低预算成本，为稳态强磁场的建设做出巨大的贡献。国外强磁场实验室的高稳定度电源装置的建设主要由国际电气行业巨头诸如ABB、西门子公司等整体承包研制完成，且其研制建设经费高昂，关键技术壁垒等。在此之前，国内尚且没有成功研制10MW级、输出电流稳定度10ppm的高稳定度直流电源的先例。创新地设计了通过电力配电变压器副边的无载调压来实现电源系统500V、600V及700V三个档次的额定直流电压输出，使电源为不同水冷磁体供电时实现高功率因数运行。优化设计LC滤波器和精密的反馈控制策略，使“稳态强磁场实验装置”的高稳定度电源系统的电源稳定度达到10ppm,并实现输出电流纹波峰－峰值降低到≤25ppm，高于国家项目50ppm要求。