T∕CPSS 104.3-2026 磁约束聚变装置电压源型磁体电源系统通 用技术规范 第3部分：控制系统

磁约束聚变装置电压源型磁体电源系统通用技术规范第3部分：控制系统devices—Part3:Con Ⅱ Ⅲ 1 13术语和定义 14系统组成 2 45.1主控制层运行控制器 45.2主控制层联锁控制器 55.3设备层运行控制器 65.4设备层联锁控制器 65.5设备状态巡检 75.6数据采集及存储 76设备集成要求 8 86.2控制电源要求 86.3数据管理要求 86.4控制界面要求 96.5测试要求 9Ⅱ本文件起草单位：中国科学院合肥物质科学研究院、聚变新能(安徽)有限公司、核工业西南物理研究院、中南大学、华中科技大学、扬州大学、合肥工业大学、安徽建筑大学、合肥春晓智源科技有限公司、通达电磁能股份有限公司、中车株洲电力机车研究所有限公司、合肥科聚高技术有限责任公司、合肥聚能电物理高技术开发有限公司。本文件主要起草人：何诗英、黄连生、陈晓娇、张秀青、王泽京、黄懿赟、宋执权、王雅丽、张春光、吴一、杨建、宋冬然、董密、李传、李生权、鲁迎春、杨亚龙、汤龙、陈元初、马振宇、左英、李令鹏、吴杰峰。ⅢT/CPSS104—2026《磁约束聚变装置电压源型磁体电源系统通用——第1部分：总则。目的在于确立磁约束聚变装置电压源型磁体电源系统的组成与功能、技术要——第2部分：变流器。目的在于确立磁约束聚变装置电压源型磁体电源系统的核心组成部分变流——第3部分：控制系统。目的在于确立磁约束聚变装置电压源型磁体电源系统的核心组成部分控1第3部分：控制系统下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本超导磁体由超导态到常规态的不可控和不可逆的转变。是超导磁体系统中至关重要的安全子系统。在超导磁体发生失超的极短时间内，精准检测异常信号，并立即触发保护逻辑，将磁体中储存的巨大电磁能量迅速、均匀地导出或耗散，从而确保磁体安全。其其他系统控制保护系统是磁体电源系统核心指挥与协调单元。位于整个电源控制架构的顶层负责接收上层等离子体控制系统及聚变装置中央控制系统的运行指令或失超检测系统的保护指令，对底层多个功率变换模块进行集中调度、逻辑互锁、时序协同及全局状态监控。是磁体电源系统中的底层执行单元，直接面向交流开关柜、整流变压器、PWM变流器、储能电容备状态、失超检测系统(如有)及保护系统(如有)的指令信号，当检测到参数越限、设备故障及操作等离子体控制系统聚变装置中央控制系统失超检测系统(如有)系统(如有)主控制层RJ45RJ45主控制层运行控制器设备控制层设备层运行控制器主控制层联锁控制器设备层联锁控制器设备状态巡检数据采集磁约束聚变装置电压源型磁体电源3信号序列电源系统状态控制指令，用于控制电源按既定时序运行电压电流采样数据，失超异常监测一级失超保护触发信号二级失超保护触发信号设备运行状态及诊断信息电源设备运行控制信号电源设备联锁控制信号结构化数据报文c)支持与聚变装置等离子体控制系统、中央控制系统、失超检测系统(若配置)及失超保护系统(若配置)的标准化接口，实现信息互通与功能协同。4工作状态15.1.1功能要求b)监控所有设备控制层运行控制器运行状态，具备综合判断及处理功能；e)接收中央控制系统对聚变装置变流器的参数预置指令，完成自检及初始化，实现聚变装置变流器参数配置；f)易于切换控制模式，可具备解耦控制功能，实现聚变装置变流器在多负载相互耦合条件下的稳定运行功能；g)与所有设备控制层运行控制器通信延迟应小于1ms。55.1.2定时要求定时要求如下：a)最小定时精度1μs,定时器摆动小于定时周期的5%,100s累积时间误差不超过10μs;b)控制周期小于1ms。b)外部存储器应满足经久耐用、可靠稳定、存取速度快、防震抗摔、发热量低和功耗低等要求，a)控制器应选用具有实时内核的操作系统，如QNX、c)采用实时操作系统或实时任务调度机制，确保关键任务(如联锁逻辑判断、急停响应)在1个控制周期内得到执行；5.1.4接口要求a)与聚变装置中央控制系统和等离子体控制系统的通信应满足实时控制的要求；c)对选取的通讯方式进行抗阻塞性能测试，以满足实时通信的要求。a)接收来自中央控制系统、设备控制层联锁控制器、失超检测与保护系统(如有)的联锁信号，经联锁控制器的逻辑算法分析处理后，生成相应指令和信号，发送至设备控制层联锁控制器、运行主控制器及中央控制系统，实现系统联锁保护；5.1.2适用。6运行控制器的性能要求除应满足5.1.2条的要求外，还应具有不少于10个定时功能，且控制频率不低于10kHz。b)对于电流控制型功率器件，宜采用调制强脉冲触发；c)对于电压控制型功率器件，除提供所要求的电压外，还需提供短期脉冲驱动功b)与设备控制层联锁控制器之间采用硬件接口实现信号互联，并保证二者之间电气隔离；7b)对于超导聚变装置，收/发失超保护信号的总延时应小于20ms。a)采用实时操作系统或实时任务调度机制，确保关键任务(如联锁逻辑判断、急停响应)在规定5.4.4接口要求b)与设备控制层运行控制器之间采用硬件接口实现信号互联，并保证二者之间电气隔离；设备运行期间，对设备状态进行周期性巡检，巡检周期不大于100ms。8c)等离子体控制系统输出的变流器控制指令；f)失超检测系统(如有)的失超信号。6.1通用要求a)应按层级分类安装，设备控制层控制器与主控制层控制器分别安装在相互独立机柜内；a)运行控制器应采用单回路供电，该回路应由在线式不间断电源(UPS)供电，且控制电应采用大于1h,需满足联锁保护、故障保持、状态上传和安全停机全过程供电要求；c)每台控制器的电源进线端应配置熔断器或断路器，用于过流保护；d)安装于变流器内部的控制器宜由不超过48V的直流稳压电源供电，其输出电压纹波应满足控制系统对电源质量的要求。9b)数据存储格式应采用HDF5c)对关键数据的修改操作应限制授权用户，并记录操作日志。a)应提供关键参数配置界面，集成波形管理、运行模式切换、顺序控制流程可视化及关键控制命g)关键操作(如系统启动、运行模式切换)应经“选择-检查-执行”三步流程进行确认；控制键测试应满足下列要求：c)应逐项模拟所有设计规定的故障与异常工况(如过流、紧急停止等),对安全联锁与保护功能进行测试，验证保护系统动作的准确性、完整性与时序特性(如断路器分闸、旁通触发等)符d)应开展控制与人机界面(HMI)集成测试，覆盖本地/远程控制切换、波形加载与执行、数据i)应生成并归档完整的测试文档，包括原始测试记录、测试报告以及所e)