本发明属于磁约束核聚变，具体涉及一种基于多供电模式选择的百千伏级高频高压电源及工作方法。
背景技术：
1、中性束加热(neutral beam injection heating，nbi)是一种通过向磁约束聚变装置内注入高能中性粒子的方式加热等离子体的技术，由于其显著的加热效果，在磁约束聚变装置上得到了广泛应用。为确保托卡马克装置开展更高参数h模放电以及未来开展高有效率和可靠性的氘氚实验，需要在现有条件下进一步提高中性注入加热功率和中性束系统的可靠性和运行效率。离子源是中性束注入系统的最关键的核心设备，离子源的运行参数和稳定性直接关系到束线的总体参数和性能。为确保束线运行的可靠性和稳定性，设计和研制满足120kv/40a/5s弧放电正离子源实验的配套放电电源、束流加速和引出电源及控制测量系统。为最终用于7mw中性束加热束线，以及未来聚变实验堆，实现高功率nbi加热系统研发及加工提供必须的技术储备。
2、将为磁约束聚变堆的离子源测试实验提供新型加速级高压电源。原有的高压电源大部分采用脉冲步进调制(pulse step modulation，psm)技术，实现高压直流电的输出。而psm技术的控制端在高压端，在负载过流或打火后，需迅速关断开关器件，因此，开关器件将承受更大的扰动和电压，在关断过程将会有更多的能量涌入负载。
技术实现思路
1、为了解决采用psm技术控制高压直流电的输出时，由于负载过流或打火导致开关器件承受更大的扰动和电压，可能损坏开关器件，影响供电安全的问题，本发明提出了一种基于多供电模式选择的百千伏级高频高压电源及工作方法，本发明提出的高频高压电源采用一种在低压端控制开关器件，高压端采用不控器件的拓扑电路，实现多输入模式、多应用场景和多输出模式的高压电源，同时避免负载过流或打火引起的开关器件损坏，提高了供电安全性。
2、本发明通过下述技术方案实现：
3、一种基于多供电模式选择的百千伏级高频高压电源，所述百千伏级高频高压电源包括：
4、交流供电电路，所述交流供电电路包括依次串联连接的交流电网输入、真空开关、软启动柜、双抽头大容量变压器；所述真空开关作为交流输入侧起过流保护作用及控制所述百千伏高频高压电源是否进行充放电的装置；
5、直流供电电路，所述直流供电电路包括依次串联连接的市电输入、升降压功率因素矫正装置、超级电容柜和直流断路器；所述直流断路器作为直流输入侧起过流保护作用及控制所述百千伏高频高压电源是否进行充放电的装置；
6、以及多接口全桥逆变模块组，所述多接口全桥逆变模块组包括与所述双抽头大容量变压器连接的交流输入接口和与所述直流断路器连接的直流输入接口；
7、其中，所述多接口全桥逆变模块组包括三组多接口全桥逆变模块，所述多接口全桥逆变模块由若干个全桥逆变电源串联叠加而成，三组所述多接口全桥逆变模块的输出端依次串联，在首位所述前桥逆变模块输出端引出直流母线并在所述直流母线两端并联撬棒和分压器。
8、现有采用脉冲步进调制技术实现高压直流电输出的高压电源，其控制端在高压端，由于负载过流或打火，导致开关器件将承受更大的扰动和电压，从而损坏开关器件，影响高压电源输出稳定性和可靠性。而本发明提出的百千伏级高频高压电源采用多供电模式，调试便捷且长脉冲输出，提高了高频高压电源的应用场景，同时其控制器件(真空开关、直流断路器等开关器件)在低压端，在高压端仅有不控器件，在负载打火或过流之后使得开关器件受到保护，保证高频高压电源输出稳定性和可靠性。此外，本发明还采用了双抽头大容量变压器，能够提供ac 400v和ac 600v的输出，实现了多样化的输出特性，并采用了升降压功率因素矫正电路，使得采用超级电容进行调试过程中，能够有效地控制超级电容端的端电压，保护超级电容组的安全可靠性。
9、作为优选实施方式，本发明的软启动柜在电源启动初期串联电阻降低启动电流，达到稳定后切除电阻，实现平滑启动减小交流电网冲击。
10、作为优选实施方式，本发明的双抽头大容量变压器将交流电网输入电压转换为所述多接口全桥逆变模块组需要的交流电压等级。
11、作为优选实施方式，本发明的双抽头大容量变压器原边采用星接或角接，所述双抽头大容量变压器原边采用星接时电压为10kv，采用角接时电压为6kv；
12、所述双抽头大容量变压器副边采用角接，所述双抽头大容量变压器副边有低压抽头和高压抽头，所述低压抽头输出400v交流电，所述高压抽头输出600v交流电。
13、作为优选实施方式，本发明的升降压功率因素矫正装置将400v市电输入电压整流，在矫正功率因素的同时完成升降压功能，用于调试过程中控制超级电容柜中的超级电容器的端电压，保护超级电容组安全。
14、作为优选实施方式，本发明的超级电容柜对经所述升降压功率因素矫正装置整流后的能量进行储存。
15、作为优选实施方式，本发明的全桥逆变电源包括第一整流桥、滤波电感、滤波电容、逆变器、高频变压器、第二整流桥和支撑滤波电容；
16、所述第一整流桥输入端与所述多接口全桥逆变模块组交流输入接口连接；
17、所述滤波电感串联于所述第一整流桥输出端直流母线上，所述滤波电容并联于所述第一整流桥输出端直流母线上；
18、所述逆变器输入端与经所述滤波电感和滤波电容的后级直流母线连接；
19、所述高频变压器原边与所述逆变器输出端连接，所述高频变压器副边与所述第二整流桥输入端连接；
20、所述支撑滤波电容输入端与所述第二整流桥输出端连接，所述支撑滤波电容输出端引出直流母线，在首位全桥逆变电源的支撑滤波电容输出端引出直流母线。
21、作为优选实施方式，本发明的撬棒由开关器件与电阻串联而成，并联在所述多接口全桥逆变模块组输出端的直流母线上，当直流母线上过压时，所述撬棒迅速切断电源，电源能量通过所述撬棒的电阻释放。
22、作为优选实施方式，本发明的分压器由高压臂电阻和低压臂电阻构成，通过高压臂电阻和低压臂电阻的比值，将高压转换为低电压传输给控制系统，对所述百千伏级高频高压电源的输出电压进行控制。
23、另一方面，本发明还提出了一种基于上述百千伏级高频高压电源的工作方法，所述工作方法包括：
24、当选择交流输入模式时，闭合真空开关，交流电网输入电压经过软启动柜限流启动，待经过预设时间后闭合软启动柜的直通开关，此时交流电网输入电压经过双抽头大容量变压器转化为全桥逆变模块组交流输入接口所需电压；全桥逆变电源内部第一整流桥启动，将输入的交流电压整流为直流电压，后级滤波电感和滤波电容对所述直流电压滤波后得到低纹波直流电压，所述低纹波直流电压经逆变器转换为高频交流电，所述高频交流电经高频变压器升压后转化为高频高压交流电后，由第二整流桥将所述高频高压交流电转化高压直流电，所述高压直流电经支撑滤波电容滤波后转化为高精度高压直流电输出；
25、当选择直流输入模式时，通过启动升降压功率因素矫正装置，将市电输入电压整流为直流电压同时完成功率因素矫正，所述直流电压通过超级电容柜进行能量储存，通过闭合直流断路器，将所述直流电压输出至后级全桥逆变模块组传输，经逆变器将所述直流电压转换为高频交流电，所述高频交流电经高频变压器升压后转化为高频高压交流电后，由第二整流桥将所述高频高压交流电转化高压直流电，所述高压直流电经支撑滤波电容滤波后转化为高精度高压直流电输出。
26、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
27、1、本发明提出的高频高压电源采用电网供电和市电供电的多供电模式，其中，采用市电400v和超级电容的配合下能够实现秒级的调试，采用电网端可实现更宽脉冲的负载调试供电，调试便捷且长脉冲输出，提高了高压电源的应用场景；同时本发明提出的高频高压电源的开关器件在低压端，在高压端仅有不控器件，从而在负载打火或过流后使得开关器件受到保护，提高了高压电源输出稳定性和可靠性；
28、2、本发明提出的高频高压电源采用电网供电时，变压器能够提供ac 400v和ac600v两个输出接口，在具体同样的全桥逆变电源模块数情况下，采用600v供电可提供输出电压，采用400v供电可使得输出电压的控制精度更小，因此可根据负载的要求，实现多样化的输出特性；
29、3、本发明提出的高频高压电源还采用了升降压功率因素矫正电路，使得采用超级电容进行调试过程中，能够有效地控制超级电容端的端电压，保证了超级电容组的安全可靠性。
1.一种基于多供电模式选择的百千伏级高频高压电源，其特征在于，所述百千伏级高频高压电源包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于多供电模式选择的百千伏级高频高压电源，其特征在于，所述软启动柜在电源启动初期串联电阻降低启动电流，达到稳定后切除电阻，实现平滑启动减小交流电网冲击。
3.根据权利要求1所述的一种基于多供电模式选择的百千伏级高频高压电源，其特征在于，所述双抽头大容量变压器将交流电网输入电压转换为所述多接口全桥逆变模块组需要的交流电压等级。
4.根据权利要求1所述的一种基于多供电模式选择的百千伏级高频高压电源，其特征在于，所述双抽头大容量变压器原边采用星接或角接，所述双抽头大容量变压器原边采用星接时电压为10kv，采用角接时电压为6kv；
5.根据权利要求1所述的一种基于多供电模式选择的百千伏级高频高压电源，其特征在于，所述升降压功率因素矫正装置将400v市电输入电压整流，在矫正功率因素的同时完成升降压功能，用于调试过程中控制超级电容柜中的超级电容器的端电压，保护超级电容组安全。
6.根据权利要求1所述的一种基于多供电模式选择的百千伏级高频高压电源，其特征在于，所述超级电容柜对经所述升降压功率因素矫正装置整流后的能量进行储存。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于多供电模式选择的百千伏级高频高压电源，其特征在于，所述全桥逆变电源包括第一整流桥、滤波电感、滤波电容、逆变器、高频变压器、第二整流桥和支撑滤波电容；
8.根据权利要求7所述的一种基于多供电模式选择的百千伏级高频高压电源，其特征在于，所述撬棒由开关器件与电阻串联而成，并联在所述多接口全桥逆变模块组输出端的直流母线上，当直流母线上过压时，所述撬棒迅速切断电源，电源能量通过所述撬棒的电阻释放。
9.根据权利要求7所述的一种基于多供电模式选择的百千伏级高频高压电源，其特征在于，所述分压器由高压臂电阻和低压臂电阻构成，通过高压臂电阻和低压臂电阻的比值，将高压转换为低电压传输给控制系统，对所述百千伏级高频高压电源的输出电压进行控制。
10.基于权利要求1-9任一项所述的百千伏级高频高压电源的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括：
