[发明专利]一种用于大规模直线变压器驱动源带故障充电方法及装置

说明书

本发明公开了一种用于大规模直线变压器驱动源带故障充电方法及装置，所述方法包括：当大规模直线变压器驱动源在充电时，对大规模直线变压器驱动源中每个LTD模块的充电回路进行检测，判断每个LTD模块是否有故障特征信息，若某个或多个LTD模块存在故障特征信息，则断开故障LTD模块的充电回路，并保持正常LTD模块继续充电；能够在大规模LTD装置充电过程中出现开关自击穿或电容器绝缘击穿时，检测出故障单元所在的LTD模块，并断开与该模块相连的充电回路，使其余LTD模块能够继续完成充电过程，从而有效提高装置的实验效率。

技术领域

本发明涉及脉冲功率技术领域，具体地，涉及一种用于大规模直线变压器驱动源带故障充电方法及装置。

背景技术

直线变压器驱动源(Linear Transformer Driver,LTD)是俄罗斯强流电子学研究所(HCEI)发明的一种新型脉冲功率技术，其核心思想是：将传统使用的容量较大的储能电容“化整为零”，分为很多容量较小的电容器并联，每个电容器配置独立的开关，构成很多并联的基础放电单元。由于每个基础放电单元的放电周期较短，可以直接产生快前沿的脉冲，不需要传统技术所必需的庞大复杂的脉冲压缩网络，因而能量效率较高。将一定数量的基础放电单元并联环状排列可组成独立的LTD模块用于产生较大的电流。典型的LTD模块通过多个模块串联可在次级以感应叠加的方式输出高电压，其构成如图1所示。

LTD技术能够直接产生快前沿脉冲，且其模块化和标准化设计非常有利于大规模应用，已经成为下一代大型脉冲功率装置设计建造最有前途的技术途径。例如，美国圣地亚实验室(Sandia National Laboratory,SNL)2000年开始与HCEI合作，研究的主要项目是Z箍缩驱动的惯性聚变能(Z-IFE)计划。该计划的技术路线是利用Z-pinch实现惯性约束聚变点火，远期目标是提供高效、经济、清洁的商用聚变发电装置。2013年，SNL同时提出了Z300(输出电流49MA)和Z800(输出电流64MA)装置概念设计，计划用于聚变点火和聚变能源研究，两个装置均采用了快脉冲LTD技术。2018年，国内也提出了输出电流约50MA的LTD驱动源装置概念设计。

数十MA的大规模LTD装置一般由数千个LTD模块串并联组成，包含数万甚至数十万只开关和电容器。例如：Z300由2970个模块(包含5.94万只开关和11.88万只电容器)组成，Z800由5400个模块(包含16.2万只开关和32.4万只电容器)组成。如此大规模的开关和电容器，在充电过程中极有可能出现少量开关自击穿或电容器绝缘击穿现象。以目前的开关自击穿概率水平(～10^-4)计算，每次装置充电时，Z300和Z800分别至少有6只和16只开关会出现自击穿故障。电容器故障率水平虽然要低一些，但数量庞大的电容器必然也有出现故障的可能性。

目前已有的小规模驱动源装置在充电过程中一旦出现开关自击穿或电容器击穿故障，由于故障回路阻抗突然变低，充电电流急剧增大，充电电源为了保护自身器件安全往往会进行自动断电保护操作，这就意味着此次充电过程失败。遇到此类问题，最常用的方法就是将充电系统复位后重新进行充电操作。当然，对于某些不能自动恢复功能的永久性故障，则需要对故障进行检修后才能重新进行充电操作。对于小规模驱动源装置来说，由于开关和电容器数量相对较少，在同样的故障概率下出现上述故障的机会也较少。但对于大规模驱动源特别是基于LTD的驱动源来说，其开关和电容器数量极其庞大，几乎每次充电都可能都会出现上述故障，如果不采取特别的措施或方法，那么任何实验都将无法顺利开展。

综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：