ICS 27.120.99 F 60 DB34 安 徽 省 地 方 标 准 DB 34/T 3440—2019 聚变装置变流器控制系统设计要求 Design requirements of converter control system for nuclear fusion device 文稿版次选择 2019 - 11 - 04 发布 安徽省市场监督管理局 2019 - 12 - 04 实施 发 布 DB34/T 3440—2019 前 言 本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 本标准由中国科学院等离子体物理研究所提出。 本标准归口单位：安徽省核聚变工程技术及应用标准化技术委员会。 本标准起草单位：中国科学院等离子体物理研究所、安徽省质量和标准化研究院。 本标准主要起草人：黄连生、高格、傅鹏、陈晓娇、何诗英、程鸣。 I DB34/T 3440—2019 聚变装置变流器控制系统设计要求 1 范围 本标准规定了聚变装置变流器控制系统的术语和定义、通用要求、系统构成、设计要求和系统集成。 本标准适用于超导聚变装置兆瓦级变流器控制系统（以下简称“控制系统”）设计，其它类似的电源 控制系统设计可参考执行。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是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/T 2900.33 电工术语 电力电子技术 GB/T 2900.56 电工术语 控制技术 GB/T 2900.83 电工术语 电的和磁的器件 GB/T 4960.9 核科学技术术语 第9部分：磁约束核聚变 GB/T 2900.100 电工术语 超导电性 3 术语和定义 GB/T 2900.33、GB/T 2900.56、GB/T 2900.83、GB/T 4960.9 和 GB/T 2900.100 界定的以及下列 术语和定义适用于本文件。 3.1 开关网络 switching network unit（SNU） 由快速直流断路器及高功率电阻构成的换流单元。 4 4.1 通用要求 聚变装置变流器 实现电能变换的功能，为聚变装置磁体供电，实现聚变装置等离子体的产生、加热、控制及约束。 4.2 控制系统 4.2.1 应提供实时通讯网络接口，与等离子体控制系统通讯，接收控制信号，实现聚变装置变流器实 时控制。 4.2.2 应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。 4.2.3 应提供控制及保护接口，用于开关网络系统的控制及测量。 4.2.4 应提供控制及保护接口，用于超导磁体失超保护系统的控制及测量。 1 DB34/T 3440—2019 4.2.5 5 应独立设置设备联锁保护控制器。 系统构成 5.1 控制系统与托卡马克装置等离子体控制系统、中央控制系统、失超检测系统存在众多接口。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。 等离子体 控制系统 托卡马克中央控制系统 主控制层常规控制器 失超检测 系统 主控制层联锁控制器 设备层常规控制器 设备层联锁控制器 开关网络SNU 失超保护系统 其它系统 变流系统 主控制层 变流系统 设备层 其它系统 通讯网络 直联IO信号 通讯网络 或/及 直联IO 信号 图1 控制系统结构 5.2 控制系统从层次上包括主控制层控制器和设备层控制器两个控制层；从控制器功能归属分为常规 控制器和联锁控制器。数据采集以及设备监控功能可以在本系统常规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。 6 设计要求 2 DB34/T 3440—2019 6.1 主控制层常规控制器 6.1.1 功能要求 6.1.1.1 协调及同步所有设备层常规控制器运行时序。 6.1.1.2 综合所有设备层常规控制器运行状态，并进行综合判断及处理。 6.1.1.3 周期性接收等离子体控制系统的控制量，并将控制量下发到所有设备层常规控制器，实现聚 变装置变流器控制。 6.1.1.4 能切换控制模式，实现聚变装置变流器控制在聚变装置多负载相互耦合条件下需具有解耦控 制功能。 6.1.1.5 接收中央控制系统对聚变装置变流器的预置参数，实现聚变装置变流器参数配置。 6.1.1.6 实时接收中央控制系统的时序、逻辑等控制信号，并转发到相应设备层常规控制器，实现聚 变装置变流器时序、逻辑等控制。 6.1.2 性能要求 6.1.2.1 运行程序具备最小定时精度 1 us 的定时功能，定时器摆动小于定时周期的 5％。定时器 100 s 累积时间误差小于 10 μs。 6.1.2.2 运行程序具有不少于 10 个定时功能，最小定时周期不大于 100 μs。 6.1.2.3 运行控制周期不大于 1 ms。 6.1.3 硬件要求 6.1.3.1 6.1.3.2 6.1.4 软件要求 6.1.4.1 6.1.4.2 6.1.4.3 6.1.5 应采用加固型构架的硬件系统。 外部存储器宜采用半导体存储介质，不宜采用机械硬盘，且具备存储冗余配置。 控制器安装具有实时内核的操作系统。 控制程序应运行在实时内核上，且具备多线程（或多进程）架构。 控制程序宜采用 C 语言或 C++语言编写。 接口要求 6.1.5.1 与等离子体控制系统应具备实时通讯功能，通讯带宽不小于 100 Mbps、周期不大于 1 ms、传 输延时不大于 300 μs，不应采用可能产生阻塞的通讯方式。 6.1.5.2 与聚变装置中央控制系统应具备网络通讯功能，应采用应答式可靠通讯机制，通讯带宽不小 于 100 Mbps。 6.1.5.3 与设备层常规控制器应具备实时通讯功能，通讯带宽不小于 100 Mbps、周期不大于 1 ms、传 输延时不大于 300 μs，不应采用可能产生阻塞的通讯方式。 6.2 6.2.1 主控制层联锁控制器 功能要求 6.2.1.1 接收来自中央控制系统、失超检测系统、设备层联锁控制器的联锁信号，经综合处理后并将 相应指令和信号发送至设备层联锁控制器、常规主控制器及中央控制系统，实现系统联锁保护。 6.2.1.2 应具备功能冗余，确保联锁功能可靠。 6.2.2 性能要求 3 DB34/T 3440—2019 6.2.2.1 程序具备最小定时精度 1 μs 的定时功能，定时器摆动小于定时周期的 5%，定时器 100 s 累 积时间误差小于 10 μs。 6.2.2.2 程序具有不少于 10 个定时功能，最小定时周期不大于 100 μs。 6.2.2.3 运行控制周期不大于 1 ms。 6.2.3 硬件要求 6.2.3.1 6.2.3.2 6.2.4 宜采用嵌入式硬件系统，不宜采用基于总线制的计算机硬件系统。 宜采用故障安全型硬件系统。 接口要求 6.2.4.1 与中央控制系统应采用硬件接口实现信号互联，并保证两个控制器之间电气隔离。 6.2.4.2 与失超检测系统之间应采用硬件接口实现信号互联，并保证两个控制器之间电气隔离，该信 号至少 3 通道互为冗余。 6.2.4.3 与设备层联锁控制器之间应采用硬件接口实现信号互联，并保证两个控制器之间电气隔离。 6.3 设备层常规控制器 6.3.1 功能要求 6.3.1.1 实时接收常规主控制器下发的控制指令，实现对聚变装置变流器的控制。 6.3.1.2 需具备聚变装置变流器环流控制功能时，环流电流波动小于环流设定值的 40％。 6.3.1.3 需具备聚变装置变流器并联单元的均流控制功能时，并联单元电流误差小于并联单元电流均 值的 10％。 6.3.1.4 在过流、快速熔断器损坏、冷却系统故障等故障情况下，应具备控制聚变装置变流器正常退 出的功能。 6.3.2 性能要求 6.3.2.1 程序具备最小定时精度 1 μs 的定时功能，定时器摆动小于定时周期的 5％，定时器 100 s 累 积时间差小于 10 μs。 6.3.2.2 程序具有不少于 10 个定时功能，最小定时周期不大于 100 μs。 6.3.2.3 运行控制周期不大于 1 ms。 6.3.3 6.3.3.1 6.3.3.2 6.3.4 6.3.4.1 6.3.4.2 6.3.4.3 6.3.5 硬件要求 应采用加固型构架的硬件系统。 外部存储器宜采用半导体存储介质，不宜采用机械硬盘，且具备存储冗余配置。 软件要求 控制器安装具有实时内核的操作系统。 控制程序应运行在实时内核上，且具备多线程（或多进程）架构。 控制程序宜采用 C 语言或 C++语言编写。 接口要求 6.3.5.1 与主控制层常规控制器具备实时通讯功能，通讯带宽不小于 100 Mbps，通讯周期不大于 1 ms， 传输延时不大于 300 μs。 4 DB34/T 3440—2019 6.3.5.2 6.3.5.3 6.4 与设备层联锁控制器之间应采用硬件接口实现信号互联，并保证两个控制器之间电气隔离。 设备层常规控制器具备与开关网络（SNU）硬件接口，并保证两个控制器之间电气隔离。 设备层联锁控制器 6.4.1 功能要求 6.4.1.1 接收主控制层常规控制器、失超系统等联锁信号，实现聚变装置变流器联锁保护。 6.4.1.2 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层常规控制器。 6.4.1.3 应具备功能冗余，确保联锁功能可靠。 6.4.2 性能要求 6.4.2.1 6.4.2.2 6.4.3 硬件要求 6.4.3.1 6.4.3.2 6.4.4 宜采用嵌入式硬件系统，不宜采用基于总线制的计算机硬件系统。 宜采用故障安全型硬件系统。 接口要求 6.4.4.1 6.4.4.2 6.4.4.3 7 收、发失超保护信号的总延时不大于 20 ms。 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 10 ms。 与主控制层联锁控制器之间应采用硬件接口实现信号互联，并保证两个控制器之间电气隔离。 与设备层常规控制器之间应采用硬件接口实现信号互联，并保证两个控制器之间电气隔离。 与失超保护系统之间应采用硬件接口实现信号互联，并保证两个控制器之间电气隔离。 附属功能 7.1 设备监控 7.1.1 功能要求 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，监控范 围包括但不限于： a)