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GB／T 41821-2022 聚变装置变流器控制系统设计准则.pdf本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由全国核能标准化技术委员会(SAC/TC58)提出并归口。 本文件起草单位：中国科学院合肥物质科学研究院、合肥聚能电物理高技术开发有限公司、中南大 学、华中科技大学、核工业标准化研究所。 本文件主要起草人：黄连生、何诗英、陈晓娇、张秀青、王泽京、吴杰峰、李传、杨建、宋冬然、傅鹏、 李波、李令鹏、左英、黄素贞、李昱防、潘建均、于浩洋。
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由全国核能标准化技术委员会(SAC/TC58)提出并归口。 本文件起草单位：中国科学院合肥物质科学研究院、合肥聚能电物理高技术开发有限公司、中南大 学、华中科技大学、核工业标准化研究所。 本文件主要起草人：黄连生、何诗英、陈晓娇、张秀青、王泽京、吴杰峰、李传、杨建、宋冬然、傅鹏、 李波、李令鹏、左英、黄素贞、李昱旷、潘建均、于浩洋。
高架桥预制T梁工程施工方案聚变装置变流器控制系统设计准贝
本文件规定了聚变装置变流器控制系统的系统构成、设计要求、设备状态巡检及数据采集和设备安 装要求。 其他大功率变流器电源控制系统设计参照执行
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于 本文件。 GB/T2900.33电工术语电力电子技术 GB/T2900.49电工术语电力系统保护 GB/T2900.56电工术语控制技术 GB/T2900.83电工术语电的和磁的器件 GB/T2900.100电工术语超导电性 GB/T4960.9核科学技术术语第9部分：磁约束核聚变
在控制系统中，采取软件或硬件技术手段，给控制器软件提供不同时间分辨率的高精度时钟源， 特定的时间内对时序的控制，
变流器控制系统与聚变装置等离子体控制系统、中央控制系统、失超检测系统（如有)存在接口。 安 流器控制系统采用主控制层与设备控制层相结合的主从系统结构，所有变流器应具有相互关联的运行 时序及逻辑，结构如图1所示。
对于超导聚变装置，应包含失超保护系统。
图1 变流器控制系统结构示意图
变流器控制系统从层次上包括主控制层和设备控制层；按控制器功能归属不同分为运行控制器和 联锁控制器。数据采集以及设备状态巡检功能可以在本系统运行控制器及联锁控制器中实现，也可以 采用独立的硬件系统实现。每一类型控制器设置必要的信号接口单元，实现信号交互。
变流器控制系统应具备以下特点：
a) 提供实时通信网络接口，与等离子体控制系统通信，接收控制信号，实现聚变装置变流器实时 控制； b) 提供网络接口及硬件接口，与聚变装置中央控制系统实现信号交互及系统状态联锁； ? 提供控制及保护接口，用于开关网络系统的控制及测量； d) 提供控制及保护接口，用于保护系统（超导磁体聚变装置包含失超保护系统）的控制及测量； e）独立设置设备联锁控制器。
功能要求包括对主控制层运行控制器和主控制层联锁控制器的要求。 a）主控制层运行控制器的功能设计应包括： 1）协调及同步所有设备控制层运行控制器运行时序； 2）监控所有设备控制层运行控制器运行状态，具备综合判断及处理功能； 3）周期性接收等离子体控制系统的控制量转换成控制信号，并下发到所有设备控制层运行 控制器，实现聚变装置变流器控制； 4）实时接收中央控制系统的时序、逻辑等控制信号，并转发到相应设备控制层运行控制器， 实现聚变装置变流器时序、逻辑等控制； 5）接收中央控制系统对聚变装置变流器的参数预置指令，完成自检及初始化，实现聚变装置 变流器参数配置； 6）能切换控制模式，具备解耦控制功能，实现聚变装置变流器在多负载相互耦合条件下的稳 定运行功能。 b）主控制层联锁控制器的功能设计应包括： 1）接收来自中央控制系统、设备控制层联锁控制器、失超检测系统（如有）的联锁信号，经联 锁控制器的逻辑算法分析处理后，生成相应指令和信号，发送至设备控制层联锁控制器、 运行主控制器及中央控制系统，实现系统联锁保护； 2）具备功能冗余，确保联锁功能可靠。
主控制层的运行控制器和联锁控制器的性能均应满足以下要求： a) ）最小定时精度1μs，定时器摆动小于定时周期的5%，100s累积时间误差不超过10μS； b) 2 具有不少于10个定时功能，最大控制频率10kHz； c）控制周期小于1ms。
5.1.3硬件及软件要求
对主控制层运行控制器和主控制层联锁控制器的硬件及软件设计要求如下。 a 1 主控制层运行控制器的硬件及软件设计要求如下： 1）应采用机械与抗电磁干扰加固型构架硬件系统； 2）外部存储器应满足经久耐用、可靠稳定、存取速度快、防震抗摔、发热量低和功耗低等要 求，宜采用半导体存储介质，且具备存储余配置； 3） 控制器应选用具有实时内核的操作系统：
控制软件应满足实时控制要求，且具备多线程(或多进程)架构。 b 12 主控制层联锁控制器的硬件设计要求如下： 1） 宜采用嵌人式硬件系统，不宜采用基于总线制的计算机硬件系统 2）宜采用故障安全型硬件系统。
对主控制层运行控制器和主控制层联锁控制器的接口要求如下。 a) 主控制层运行控制器的接口设计应满足以下要求： 1）与聚变装置中央控制系统和等离子体控制系统的通信满足实时控制的要求； 2）与设备控制层运行控制器具备实时通信功能； 3）与设备状态巡检及数据采集之间采用硬件接口实现信号传输，并保证二者之间电气隔离； 4）对选取的通信方式进行抗阻塞性能测试，以满足实时通信的要求。 b）主控制层联锁控制器的接口设计应满足以下要求： 1）与中央控制系统采用硬件接口实现信号互联，并保证二者之间电气隔离； 2）与设备控制层联锁控制器之间采用硬件接口实现信号互联，并保证二者之间电气隔离； 3）与失超检测系统（如有)之间采用硬件接口实现信号互联，并保证二者之间电气隔离，该信 号至少3通道互为冗余； 4）与设备状态巡检及数据采集之间采用硬件接口实现信号传输，并保证二者之间电气隔离。
对设备控制层运行控制器和设备控制层联锁控制器的功能要求如下。 a）设备控制层运行控制器的功能设计应包括： 1）实时接收主控制层运行主控制器下发的控制指令，实现对聚变装置变流器的控制； 2）需具备聚变装置变流器环流控制功能，环流电流波动小于环流设定值的40%； 3）需具备聚变装置变流器并联单元的均流控制功能，并联单元电流误差小于并联单元电流 均值的10%； 4）在过流、快速熔断器损坏、冷却系统故障等异常情况下，具备控制聚变装置变流器正常退 出的功能。 b）设备控制层联锁控制器功能设计应包括： 1）接收主控制层运行控制器、保护系统（超导磁体聚变装置应包含失超保护系统）等联锁信 号，实现聚变装置变流器联锁保护； 2）实时检测聚变装置变流器输出的电流及其他设备联锁信号，综合处理，在故障情况下实现 聚变装置变流器联锁保护，同时将联锁信号传送至主控制层联锁控制器及设备控制层运 行控制器； 3）具备功能冗余，确保联锁功能可靠，
对设备控制层运行控制器和设备控制层联锁控制器的性能要求如下。 a 2 设备控制层运行控制器的性能要求应满足： 1）最小定时精度1μs,定时器摆动小于定时周期的5%,100s累积时间误差不超过10μs； 2）具有不少于10个定时功能，最大控制频率10kHz；
对设备控制层运行控制器和设备控制层联锁控制器的性能要求如下。 设备控制层运行控制器的性能要求应满足： 1）最小定时精度1μs,定时器摆动小于定时周期的5%,100s累积时间误差不超过10μs 2）具有不少于10个定时功能，最大控制频率10kHz；
GB/T 418212022
3）控制周期小于1ms。 D> 2 设备控制层联锁控制器额性能要求应满足： 1）从聚变装置变流器过流保护阈值触发到保护信号输出的总延时不大于10ms； 2）收、发失超保护信号（如有）的总延时不大于20ms。
5.2.3硬件及软件要求
对设备控制层运行控制器和设备控制层联锁控制器的硬件及软件要求如下。 a）设备控制层运行控制器的硬件及软件设计要求如下。 1）应采用机械与抗电磁干扰加固型构架硬件系统。 2）外部存储器性能应满足经久耐用、可靠稳定、存取速度快、防震抗摔、发热量低和功耗低等 要求，宜采用半导体存储介质，且具备存储余配置。 3）硬件驱动功率应满足不同功率器件运行要求。对于电流控制型功率器件，宜采用调制强 脉冲触发；对于电压控制型功率器件，除提供所要求的电压外，还需提供短期脉冲驱动 功率。 4）控制器应选用具有实时内核的操作系统。 5）控制软件应满足实时控制要求，且具备多线程（或多进程)架构。 b）对于设备控制层联锁控制器的硬件设计要求如下。 1）宜采用嵌人式硬件系统，不宜采用基于总线制的计算机硬件系统。 2）宜采用故障安全型硬件系统。
对设备控制层运行控制器和设备控制层联锁控制器的接口要求如下。 a）设备控制层运行控制器的接口设计应满足如下要求： 1）与主控制层运行控制器的通信满足实时控制要求； 2）与设备控制层联锁控制器之间采用硬件接口实现信号互联，并保证二者之间电气隔离； 3）具备与开关网络硬件接口，并保证二者之间电气隔离； 4）与设备状态巡检及数据采集之间采用硬件接口实现信号传输，并保证二者之间电气隔离。 b）设备控制层联锁控制器的接口设计应满足如下要求： 1）与主控制层联锁控制器之间采用硬件接口实现信号互联，并保证二者之间电气隔离； 2）与设备控制层运行控制器之间采用硬件接口实现信号互联，并保证二者之间电气隔离； 3）与保护系统（超导磁体聚变装置应包含失超保护系统）之间采用硬件接口实现信号互联， 并保证二者之间电气隔离，该信号至少3通道互为余； 4）与设备状态巡检及数据采集之间采用硬件接口实现信号传输，并保证二者之间电气隔离。
设备状态巡检及数据采集
实现对聚变装置变流器所有设备的运行状态信息采集、监视、开关的远程合闸及分闸操作，监控 同包括但不限于： a) 交流侧高压开关合闸及分闸状态； b）整流变压器绕组温度；
见对聚变装置变流器所有设备的运行状态信息采集、监视、开关的远程合闸及分闸操作，监控范 且不限于： 交流侧高压开关合闸及分闸状态； 整流变压器绕组温度；
GB 25033-2010-T 再生沥青溷凝土c 变流器的冷却系统运行状态、快速熔断器状态、交流母排温度、直流母排温度及输出端接 电流； d)
采集聚变装置变流器运行过程中的关键参数，用于聚变装置变流器性能分析或作为故障分析依据。 以下设备运行参数、信号应被采集及存储： a) 变流器子单元输出电压和电流； b）变流器总输出电压和电流； c）等离子体控制系统输出的变流器控制指令； d）中央控制系统的配置信息； e）中央控制系统的联锁信号； f）失超检测系统（如有）的失超信号。
数据采集及存储的性能要求应满足： a) 模拟信号采样频率不小于5倍信号截止频率； b 确保有效采集脉冲宽度1ms的数字信号； C) 所有被记录信号，具有统一的时间基准，通道之间的起始时间误差不大于10μs； d) 所有信号有效存储，并具备历史数据检索、查阅功能。
变流器控制系统设备安全通用要求包括： aD 变流器控制系统应按层级分类安装，设备控制层控制器与主控制层控制器分别安装在相互独 立机柜内； b) 变流器控制系统应按功能分类安装，运行控制器及联锁控制分别安装在相互独立机柜内； C) 变流器控制系统接地网络应与主设备接地网络分离； d) 控制柜状态监测，包括但不限于环境温度、湿度及控制柜状态。
变流器控制系统控制电源要求包括： a) 运行控制器采用单回路供电，应使用在线式不间断电源供电，控制电与动力电应使用变压器 隔离； b> 联锁控制器应采用双回路余供电，其中一个回路应使用在线式不间断电源供电，另一个回路 可以采用常规供电，控制电与动力电应使用变压器隔离；
c 每一控制器电源进线端应安装熔断器或断路器； d 安装于变流器内部的控制器，应采用线性直流稳压电源（不大于48V)供电装配式预应力砼25m箱梁预制、安装施工方案，电压纹波及精度 应满足控制要求。