空间环境地面模拟装置是哈尔滨工业大学承建的国家重大科技基础设施项目，其包含的空间等离子体环境模拟与研究系统是用于提供磁重联过程等基本物理过程的时空演化规律研究的平台。在研究地球磁尾三维磁重联时，使用处于真空环境内的偶极磁场线圈和两个磁镜场线圈来提供研究所需的模拟背景磁场，其中偶极场线圈为一个总电感为17.4 mH、总电阻为30.25 mΩ的单个线圈，而磁镜场线圈为两个线圈镜像对称设置并串联连接，总电感30.16 mH，总电阻58.81 mΩ。为了产生实验所需背景磁场的幅值和持续时间，研制并测试了两套总能量3.36 MJ的脉冲电源，在进行地球磁尾三维磁重联实验时两套电源需要同时工作。用于驱动偶极场线圈的脉冲电源按照实验需求可以在充电压不大于20 kV的情况下，能够提供超过9 kA的峰值电流，95%峰值电流的持续时间超过了5 ms，由峰值时刻降低到10%峰值时刻的时间不超过130 ms；用于驱动磁镜场线圈的脉冲电源按照实验需求可以在充电压不大于20 kV的情况下，能够提供超过8 kA峰的值电流，95%峰值电流的持续时间超过了5 ms，由峰值时刻降低到10%峰值时刻的时间不超过130 ms。

空间等离子体环境模拟与研究装置用于在地面模拟空间磁场和等离子体环境，需要在3.5 μH电感、0.8 mΩ电阻的环向场线圈负载上产生前沿130 μs、降流时间不大于1600 μs、峰值260 kA的脉冲电流，因此设计了一套模块化的电容器型放电电源。针对相对较小电感的负载，根据设计要求的放电波形和开关组件通流能力，考虑负载短路故障的情形，给出了保护电感、优化的模块数量等回路参数计算方法。进一步采用传输电缆作为能量传输，同时将电缆寄生电感作为保护电感的方案，研制了一套由4个模块组成的放电电源。研究结果表明，本文给出的电路理论计算结果与设计要求一致，放电试验进一步证明电源设计满足设计放电波形要求。

为克服MCP-PMT传统高压供电设备体积大、便携性差的问题，采用了基于小型化高压模块的高压供电方式。该系统在实际使用过程中发生了一起MCP-PMT高压击穿故障。详细分析了该系统的故障原因，将问题定位为MCP-PMT内部真空度下降导致的耐压性能下降，同时还发现了导致故障发生的诱因是高压模块在加电时刻存在的高压过冲现象。针对高压模块的过冲问题，本文提出了较为巧妙的设计改进方法并取得了良好的效果，进一步提高了MCP-PMT系统的工程应用可靠性。

采用感应同步加速原理，能在MHz重复频率下连续运行的双极性脉冲感应加速单元可以替代传统的射频加速单元应用于环形加速器中。针对MHz重频双极性脉冲功率源设计、感应腔负载特性等关键技术开展了实验研究，研制了一套MHz重频双极性脉冲感应加速单元。相比于日本高能加速器研究机构（KEK）研制的感应同步加速单元，该加速单元对电路结构进行了优化， 在加速脉冲具备相同顶降的前提下，将加速腔纵向尺寸缩小了5倍以上，可有效改善现有脉冲感应加速单元在加速电压调节方面的局限性，提高了功率系统的稳定性，减小了组元连续运行时的功率损耗，更加适应各类环形加速器对重频脉冲感应加速组元的应用需求。