廣播電視無線臺站UPS電源系統(tǒng)智能化設計與技術運用

云南省廣播電視局迪慶實驗臺 趙軍棋

云南省廣播電視局迪慶中波臺 李正花

隨著新型設備廣泛應用于廣播電視行業(yè)，對無線臺站發(fā)射系統(tǒng)的供能問題提出了更高的要求，如何科學應用UPS電源系統(tǒng)，通過科學設計與技術運用保證系統(tǒng)運行的高效穩(wěn)定值得重點研究。本文基于系統(tǒng)建設的實際需求，通過分析UPS工作原理，深入探討了UPS智能化設計、技術手段創(chuàng)新運用等關鍵問題，具有一定的參考借鑒價值。

1 UPS電源系統(tǒng)的工作原理

不間斷電源（UPS）可以理解為具有儲備電源能量的設備，能夠使得設備長期保持在一個恒定電流電壓且能夠維持穩(wěn)定的工作頻率。目前，在廣播電視無線臺站的主要使用場景是用于發(fā)射系統(tǒng)電子電氣設施設備提供穩(wěn)定持續(xù)的電力電源供應。當供電系統(tǒng)能夠保證正常的輸入時，UPS可以作為穩(wěn)壓器使用，必要時可以為電路上的負載提供電力支持，也可根據(jù)情況智能為作為備用能源的供電電池反向充電。一旦系統(tǒng)供電出現(xiàn)異常情況或故障無法排除時，UPS系統(tǒng)適時通過逆向變換將供電電池作為主能源為系統(tǒng)進行供電，能夠保證電路系統(tǒng)始終穩(wěn)定處于220V市電供應，能夠較好地保護負載設施設備的可靠穩(wěn)定以及相關軟硬件的有效工作。

2 UPS電源系統(tǒng)的智能化設計

2.1 設計思路

考慮到廣播電視無線臺站建設的實際情況（通常處于較為偏遠、偏僻的高山上），這導致電源供應的過程很難保證持續(xù)穩(wěn)定，即使采取多路能源供應模式也需要浪費開關自動轉(zhuǎn)換與電機重啟的時間，會導致發(fā)射設備掉電當機，也會導致電源反復重啟造成設施設備損壞的情況發(fā)生。通過引入在線式UPS電源系統(tǒng)，能夠有效避免多路供應造成的啟/停矛盾以及主/備電源二次供電中斷現(xiàn)象，穩(wěn)妥解決突發(fā)掉電、供電不穩(wěn)、雜波擾動等問題，達到發(fā)射系統(tǒng)供電持續(xù)不間斷的目的。

2.2 應用功能對接

（1）供能計算

當采用單個UPS電源系統(tǒng)為廣播電視供電時，在通常情況下考慮能夠持續(xù)為發(fā)射系統(tǒng)賦能3h以上時間，假設機房負載P=50KVA，當UPS電源系統(tǒng)工作效率X=90%時，此時至少需要安裝的PU=54.5KVA大功率UPS電源。

（2）電池優(yōu)化

電池容量CAH可表示為：

式(1)中I為電池實際的可放電電流值I=C?！罰U×cos()/(M×N×U)，Sw為實際的放電速率。這里仍假設能夠持續(xù)為發(fā)射系統(tǒng)賦能3h以上時間，機房負載P= 50KVA，放電電壓U= 10.5V，逆向轉(zhuǎn)換效率N=0.9，C常=0.8。因此，結(jié)合UPS電源實際輸入電壓的數(shù)值，根據(jù)式(1)計算可知，需要標準12V/100AH電池32個，且共四組以并聯(lián)的方式展開。

2.3 智能模式準入

（1）智能準入系統(tǒng)

現(xiàn)實中，廣電無線臺站通常會配有主/備兩路電源，并經(jīng)過ATS雙電源自動轉(zhuǎn)換開關，自動優(yōu)化選擇采用何種電源對負載進行供電；而相對于在線式UPS電源系統(tǒng)而言，其配置在ATS裝置后方，根據(jù)負載監(jiān)控數(shù)據(jù)，智能、適時準入供電系統(tǒng)，并作為發(fā)射臺站整體電源使用，此時可以滿足系統(tǒng)供電需求，且能夠?qū)υO施設備數(shù)據(jù)監(jiān)測，滿足性能要求的同時，最大限度保護設備，以達到不間斷電源輸出的目的，如圖1所示。

圖1 大功率UPS電源智能準入供電系統(tǒng)示意圖

（2）遠程接入服務

如今的在線式UPS電源系統(tǒng)均使用了智能模塊，可以遠程、實時經(jīng)SNMP接入網(wǎng)絡后臺的監(jiān)控服務系統(tǒng)；其既能高效實施維保人員對設備數(shù)據(jù)采集、分析、查詢以及調(diào)取、修改等工作并能夠完成智能任務設定、工作參數(shù)比對等自動監(jiān)控工作，還可以結(jié)合系統(tǒng)監(jiān)測技術實現(xiàn)對系統(tǒng)局部重點部位的數(shù)據(jù)采集和報警功能；同時，實時將數(shù)據(jù)傳輸至后臺監(jiān)控系統(tǒng),以根據(jù)預案自動采取相關處理方式，以便于在實時監(jiān)測需求前提下（即人機環(huán)的標準要求高），系統(tǒng)能夠自動匹配智能化處理能力和自動化響應速度。

2.4 服務場景匹配

（1）基于市電供應

當通過市電對無線臺站進行供電時，接入UPS電源系統(tǒng)，重點利用其進行穩(wěn)壓與濾波作用，以期為整個系統(tǒng)負載提供純凈的電力資源，且為電池蓄電提供支撐。在線式UPS一旦進入工作模式，逆向轉(zhuǎn)換功能實時打開，以應對可能發(fā)生的異常故障與斷電情況。從廣播電視無線臺站常態(tài)化工作出發(fā)，可以判斷基于市電供應的UPS工作狀態(tài)是固定模式，需要在此環(huán)境下發(fā)揮穩(wěn)定電路與儲備電能的基本任務，保證系統(tǒng)設施的可靠運行。

（2）基于多模整流

當供電系統(tǒng)穩(wěn)定、供能效果較好時，為了簡化工作流程，降低能量損耗，可以將市電經(jīng)整流后直接提供于系統(tǒng)負載，此模式下UPS電源系統(tǒng)作用發(fā)揮受限，不需要采用逆向轉(zhuǎn)換方式對系統(tǒng)電路進行穩(wěn)壓，也不需要進行持續(xù)智能切換工作模式。

（3）基于蓄電轉(zhuǎn)化

當整個供電系統(tǒng)出現(xiàn)突發(fā)情況一時難以排除時，UPS立即接管整個系統(tǒng)供電工作，通過將電池中的直流電逆向轉(zhuǎn)化為交流電，持續(xù)為系統(tǒng)負載提供電力能源，已達到持續(xù)不間斷供能的效果，且能夠有效解決主/備多路電源切換的問題；一旦人工介入使UPS進入休眠模式時，可設置備用電路接替進行系統(tǒng)賦能。

3 UPS電源系統(tǒng)技術運用與檢測保養(yǎng)

3.1 關鍵技術運用

（1）UPS在使用階段經(jīng)常會出現(xiàn)容量不足，不能夠有效滿足系統(tǒng)供能的穩(wěn)定持續(xù)，此時必須立足于發(fā)射系統(tǒng)負載的輸出功率，計算UPS電源系統(tǒng)的可擴展空間；

（2）由于逆向轉(zhuǎn)換功能模塊長期處于工作狀態(tài)，因此不能夠頻繁啟/停UPS電源，否則會因為瞬間的沖擊電流導致電源內(nèi)部元器件的損壞，縮短其工作壽命或者電源系統(tǒng)模式紊亂，電源輸出狀態(tài)異常；

（3）UPS系統(tǒng)不能夠長期處于負荷工作狀態(tài)（通常情況下，最大負荷是標準承載的80%，極端情況可以達到90%），否則，極易導致內(nèi)部元器件被燒穿，這就要求無線臺站在接入UPS電源時，應當將大功率電器放在系統(tǒng)電路的前面，而把穩(wěn)壓整流的元器件放在后面，從而保證系統(tǒng)整體運行的安全穩(wěn)定；

（4）為了延長UPS電源的使用壽命，通常在系統(tǒng)運行時先接入市電（此時系統(tǒng)電路處于旁路，能夠有效抗擊瞬時電流的沖擊），而后逐一接入負載，并打開UPS，使其逆向轉(zhuǎn)換功能處于工作狀態(tài)，關機時則按照相反程序?qū)嵤┘纯伞?/p>

3.2 設備技術檢測

（1）重點檢測市電-UPS與UPS-旁路的工作狀態(tài)

需要明確，當系統(tǒng)處于市電-UPS狀態(tài)時，各個負載工作正常，且數(shù)據(jù)已經(jīng)完整儲存；通過關機方式將工作狀態(tài)切換至UPS-旁路，此時觀察系統(tǒng)工作是否異常，運行參數(shù)是否準確，當判斷一切正常時，再通過開機方式，切回工作狀態(tài)。

（2）重點檢測市電-逆向轉(zhuǎn)換與電池-逆向轉(zhuǎn)換的工作模式

首先明確系統(tǒng)處于市電功能狀態(tài)，即此時是UPS常態(tài)化工作模式，逆向轉(zhuǎn)換功能處于工作狀態(tài)，系統(tǒng)正常運行，電壓穩(wěn)定，干擾較小；通過掉電的方式使得系統(tǒng)進入電池供能模式，判斷系統(tǒng)是否正常，電壓是否穩(wěn)定，當判斷一切正常時，再重新加電切回原工作狀態(tài)。

（3）重點檢測市電參數(shù)與電磁參數(shù)的供能使用范圍

需要在市電功能條件下檢測并保存此時UPS電源系統(tǒng)的輸入功率（電壓/電流），通過關機進一步采集系統(tǒng)在電池供能的前提下相關數(shù)據(jù)；值得注意的是，UPS電源系統(tǒng)的相關輸出參數(shù)也應積極與同期數(shù)據(jù)比對，判斷電源系統(tǒng)運行狀態(tài)是否穩(wěn)定可靠。

（4）電池狀態(tài)的常態(tài)化抽檢

蓄電池的抽檢通常是在放電狀態(tài)下進行，此時能夠有效保護系統(tǒng)負載的穩(wěn)定。放電工作最好是在電池電量處于滿量狀態(tài)且負載不超過系統(tǒng)標量的70%。 狀態(tài)檢測可以首先利用UPS自檢功能，即遠程服務終端控制UPS電源實施自檢放電，并通過采樣輸出電壓強度的變化、時間的區(qū)間等，有效衡量UPS電源電池狀態(tài)，當不滿足需求時應及時更換。

結(jié)束語：為了更好地保障廣播電視無線臺站供電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，進而保證電視節(jié)目安全高效的播出，在線式UPS電源系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛使用于發(fā)射系統(tǒng)建設中。從本文研究可以看出，通過UPS智能化設計，能夠滿足供電系統(tǒng)自動監(jiān)測與遠程操控的需求，并通過相關技術的科學運用，為整個發(fā)射系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的電力能源，極大提高了供能系統(tǒng)的工作效率和設備運行的工作狀態(tài)，對于系統(tǒng)整體性能的發(fā)揮起到了關鍵作用。