HL-3启用超级电容脉冲电源

中核集团（CNNC）已启用一套具有突破性的超级电容器脉冲电源系统，以推进Huanliu-3（HL-3）托卡马克运行方式的现代化。“该系统相较于传统脉冲阶梯调制（PSM）和飞轮发电机配置实现了重大演进，解决了核聚变装置高能运行中的关键制约因素。”

这套300 MVA／3000 MJ超级电容器储能系统（SCESS）的投运，是HL-3装置运行转段的一个里程碑，标志着其从各子系统单独安装转向全系统综合调试。

超级电容器脉冲电源的引入，从多个关键方面提升了HL-3实验反应堆的性能。托卡马克现代化改造需要快速释放巨量能量，以驱动磁约束线圈和辅助加热系统。直接从当地电网获取这些能量可能引发电网不稳定。超级电容器阵列可在数分钟内安全储存能量，并以数兆瓦级的高强度脉冲释放，从而降低对电网容量的要求。

该系统专门用于为大功率中性束注入系统提供快速、高频切换的电力。通过将软开关DC-DC谐振变换器与超级电容器单元集成，该设施能够以超过5 MW的功率向等离子体注入加热能量，同时将开关损耗降至最低。

实现稳定磁约束，要求驱动环向场和极向场磁体的电源具备毫秒级动态响应能力。超级电容器快速充放电和高功率密度的特性，可支持微秒级／毫秒级电流爬升，从而抑制等离子体的无序运动。

这一里程碑直接契合由位于成都（Chengdu）的Southwestern Institute of Physics（SWIP）实施的中国整体核聚变发展路线图。作为中国最大的常规铜线圈托卡马克，HL-3已经实现重大“双亿度”里程碑，将等离子体离子加热至1.2亿摄氏度、电子加热至1.6亿摄氏度。其电源系统升级将优化装置在高约束模式（H模）下的运行。

HL-3采用铜磁体，因此物理实验脉冲的持续时间受到磁体过热的限制，但其本地化供电系统和结构研究成果正在为新近公布的HL-4托卡马克奠定基础。HL-4正在上海（Shanghai）建设，将采用高温超导（HTS）磁体，从短时脉冲运行转向连续、稳态聚变燃烧运行。

SWIP主任Zhang Libo和副主任Chen Qingchuan出席了HL-3转段活动。Zhang Libo指出，首个系统顺利转段是所有参建单位共同努力的成果，也为后续各系统综合调试积累了经验并创造了条件。

项目实施期间，SWIP统筹协调了中核集团Seventh Design Institute、CNNC Huaxing、CNNC Consulting、China Electric Equipment Group Co Ltd和Xuji Electric等单位，衔接系统开发、设计、制造、安装和调试各阶段。经过10个多月的连续施工，超级电容器脉冲电源系统完成了改造、设备安装和子系统静态调试。

施工期间，面对作业条件困难、多专业交叉等问题，工程团队将模拟建模与三维建筑信息模型相结合，对施工进度进行预演。由此得以提前发现并消除空间冲突、作业顺序矛盾、管线和通信线路交叉以及资源配置不一致等问题，并从源头加强技术与安全风险管控。同时，项目依托数字化控制系统，在整个施工过程中实现风险预防和改进闭环。