本技術(shù)涉及電子電力，具體涉及一種用于驅(qū)動磁約束聚變裝置中磁體的電源模塊和電源系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、托卡馬克裝置等聚變裝置通過磁場來控制等離子體，磁場則通過向磁場線圈中通入一定電流來產(chǎn)生，因此通常會需要一套大功率的脈沖電源來向磁場線圈中注入電流，即磁體驅(qū)動電源。通常磁體驅(qū)動電源需要在短時間內(nèi)能夠到達mw甚至更高級別的功率，這樣的功率需求如果從電網(wǎng)直接引入，則對電網(wǎng)的負荷要求較高。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，磁體驅(qū)動電源通常會使用大容量的儲能元件，先從電網(wǎng)儲能，然后將能量在短時間內(nèi)饋入磁場線圈。

2、現(xiàn)有的磁體驅(qū)動電源通常采用飛輪發(fā)電機的方式進行儲能，飛輪發(fā)電機可存儲較大的能量，輸出功率高，能夠滿足各種類型的托卡馬克裝置等聚變裝置的用電需求，然而，飛輪發(fā)電機組成的電源系統(tǒng)，往往復雜度較高，通用性差，若發(fā)生故障，可維護性差。

3、因此，如何在滿足聚變裝置的電源需求的同時提升磁體驅(qū)動電源的適用性和維護性成為亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種用于驅(qū)動磁約束聚變裝置中磁體的電源模塊和電源系統(tǒng)，至少解決相關(guān)技術(shù)中存在的如何在滿足聚變裝置的電源需求的同時提升磁體驅(qū)動電源的適用性和維護性的技術(shù)問題。

2、本技術(shù)實施例提供一種用于驅(qū)動磁約束聚變裝置中磁體的電源模塊，多個所述電源模塊可基于所述磁體的目標需求電量通過串和/或并聯(lián)后形成目標電源系統(tǒng)以對所述磁體供電，所述電源模塊包括：電容模塊，包括超級電容器、充電回路和放電回路，所述充電回路用于與充電電源連接，對所述超級電容器充電，所述放電回路用于通過母線與所述磁體連接，對所述磁體放電；信號采集模塊，與所述電容模塊連接，用于采集所述電容模塊的狀態(tài)信號；模塊控制器，分別與所述電容模塊和所述信號采集模塊連接，用于對所述電容模塊的充放電狀態(tài)進行控制以及基于所述狀態(tài)信號對所述電容模塊進行監(jiān)控；通信模塊，與所述模塊控制器連接，用于與其他電源模塊的模塊控制器或所述電源系統(tǒng)的主控制器通信。

3、在一種實施例中，所述電源模塊還包括：模塊保護單元，設(shè)置在所述放電回路中，用于對所述電源模塊進行保護。

4、在一種實施例中，所述模塊保護單元包括如下電路中的至少之一：均流電路，用于所述多個電源模塊搭建所述電源系統(tǒng)時，對各個所述超級電容器的放電電流進行均流；泄放電路，分別與所述超級電容器和所述模塊控制器連接，用于在所述模塊控制器的觸發(fā)下對所述超級電容器中的電量進行泄放；緩沖電路，用于對所述放電回路關(guān)斷時的尖峰脈沖進行緩沖；過流/過壓保護電路，用于對所述放電回路進行過流/過壓保護。

5、在一種實施例中，所述放電回路包括：第一控制開關(guān)，續(xù)流元件和驅(qū)動單元，其中，所述驅(qū)動單元與所述第一控制開關(guān)的控制端連接，所述第一控制開關(guān)與所述續(xù)流元件串聯(lián)在所述超級電容器的兩端，所述續(xù)流元件兩端用于通過所述母線與所述磁體線圈連接。

6、在一種實施例中，所述驅(qū)動單元在接收到放電指令時，控制所述第一控制開關(guān)閉合，導通所述超級電容器與所述母線之間的連接，所述超級電容器通過所述母線向所述磁體放電；所述驅(qū)動單元在接收到停止放電指令時，控制所述第一控制開關(guān)斷開，以斷開所述超級電容器與所述母線之間的連接，所述磁體可通過母線和所述續(xù)流元件形成續(xù)流回路，釋放所述磁體中的電量。

7、在一種實施例中，所述續(xù)流元件包括第二控制開關(guān)，所述第二控制開關(guān)與所述第一控制開關(guān)串聯(lián)，所述第二控制開關(guān)的控制端與所述驅(qū)動單元的輸出端連接。

8、根據(jù)第二方面，本技術(shù)實施例提供了一種電源系統(tǒng)，包括多個上述第一方面任意一項所述的電源模塊；多個所述電源模塊串聯(lián)和/或并聯(lián)在所述母線上，向所述磁體供電；主控制器，分別通過所述通信模塊與每個所述電源模塊的模塊控制器通信，用于接收每個所述電源模塊的狀態(tài)信號，并基于所述狀態(tài)信號控制所述電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

9、在一種實施例中，電源系統(tǒng)還包括：時鐘同步模塊，分別與多個所述電源模塊連接，用于同步多個所述電源模塊的動作時鐘。

10、在一種實施例中，所述主控制器分別與所述電源模塊的放電回路連接，用于向所述放電回路輸出放電指令或停止放電指令，以控制所述放電回路放電或停止放電；所述時鐘同步模塊包括第一同步單元，連接在所述主控制器和所述放電回路之間，用于同步所述放電指令或所述停止放電指令。

11、在一種實施例中，所述時鐘同步模塊還包括第二同步單元，所述第二同步單元分別與所述模塊控制器連接，用于同步所述模塊控制器之間的時鐘。

12、在一種實施例中，所述主控制器在輸出放電指令之前，基于所述狀態(tài)信號判斷各個所述電源模塊是否處于正常狀態(tài)；當所述電源模塊處于正常狀態(tài)時，輸出放電控制指令。

13、在一種實施例中，當存在處于異常狀態(tài)的電源模塊時，所述主控制器或所述模塊控制器屏蔽所述處于異常狀態(tài)的電源模塊。

14、本技術(shù)的有益效果至少在于：

15、每一電源模塊可以具有超級電容器以及可以為超級電容器進行獨立充電和獨立放電的充電回路和放電回路，并且，每一電源模塊還設(shè)置有獨立的信號采集模塊和模塊控制器，通過信號采集模塊采集電容模塊的狀態(tài)信號，通過模塊控制器對電容模塊實現(xiàn)獨立的充放電狀態(tài)控制和監(jiān)控，進而可以使得每一電源模塊獨立運行。因此，本實施例中的電源模塊可以作為磁約束聚變裝置中磁體的電源系統(tǒng)的一個通用模塊按照目標需求電壓和/或目標需求電流進行靈活的組裝。進而可以在不影響磁體的電源系統(tǒng)正常工作的情況下，維護單個電源模塊；在目標需求電壓和/或目標需求電流發(fā)生變化時，只需要按照新的目標需求電壓和/或新的目標需求電流適應性的增加電源模塊的串聯(lián)數(shù)量和/或并聯(lián)數(shù)量即可，具有較強的通用性和較為簡易的維護性。

16、進一步，每一電源模塊還可以包括模塊保護單元，模塊保護單元可以為電源模塊在工作狀態(tài)下，或非工作狀態(tài)下提供獨立的保護功能，相當于將把整體電源系統(tǒng)的風險分散到了單個電源模塊上，單個電源模塊即使發(fā)生問題，由于單個電源模塊均具有模塊保護單元，可以獨立的進行保護，因此對其他模塊影響也較小，并且單個電源模塊的電壓和電流等級較低，因此，可以減小發(fā)生事故時引起劇烈能量，進而保證整體電源系統(tǒng)的安全。

17、進一步，均流電路設(shè)置在所述放電回路中，用于所述多個電源模塊搭建所述電源系統(tǒng)時，對所述超級電容器的放電電流進行均流。通過均流模塊對電源系統(tǒng)中的各個電源模塊的放電電流進行均衡，保證并聯(lián)模塊間電流的均一性。

18、進一步，模塊保護單元還包括泄放電路，分別與所述超級電容器和所述模塊控制器連接，用于在所述模塊控制器的觸發(fā)下對所述超級電容器中的電量進行泄放。電源系統(tǒng)在工作結(jié)束后，模塊控制器可以控對應的泄放控制單元導通對應的泄放電阻和超級電容器之間的通路，進而將超級電容器上殘余的能量釋放。不僅可以提升泄放效率，減少能量泄放時的熱量集中問題，并且單個電源模塊有獨立的充電和泄放控制能力，因此能夠成為一個有著完備和獨立放電能力的電源。

19、進一步，通過多個電源模塊的并聯(lián)和/或串聯(lián)即可適應性的搭建磁體所需的目標電流和目標電壓。主控制器分別每個所述電源模塊的模塊控制器通信，在放電過程中，模塊控制器通過自身的信號采集模塊采集放電過程中當前電源模塊的實時電流信號，放電回路的觸發(fā)狀態(tài)信號等上傳至主控制器，主控制器能夠基于每一模塊控制器上傳的每一電源模塊的工作狀態(tài)監(jiān)控各個電源模塊的運行狀態(tài)。在放電之前或空閑狀態(tài)，模塊控制器可以通過信號采集裝置采集的超級電容器的電壓、溫度、開關(guān)電路的溫度，開關(guān)電路的驅(qū)動供電狀態(tài)等狀態(tài)信息上傳至主控制器，主控制器能夠?qū)φ麄€電源系統(tǒng)的狀態(tài)進行實時分析，自動報警，因此在出現(xiàn)問題時能夠立即發(fā)現(xiàn)，并且精準定位問題。

20、進一步，各個電源模塊的放電回路過可通過主控制器統(tǒng)一進行控制，為了使得開關(guān)指令對所有電源模塊的第一控制開關(guān)同時觸發(fā)，在主控制器和各個電源模塊之間設(shè)置有第一同步單元，在第一同步單元接收到主控制器發(fā)送的指令后，將指令同步至各個電源模塊，以保證各個電源模塊的運行動作處于同步狀態(tài)。

21、進一步，各個模塊控制器之間還設(shè)置有第二同步單元，該第二同步單元分別與所述模塊控制器連接，用于同步所述模塊控制器之間的時鐘，可以保證模塊控制器之間的時鐘誤差較小，進而能夠使得主控制器接收到的各個電源模塊的模塊控制器上傳的狀態(tài)信號是同步的。