廣播電視無線臺站UPS電源系統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，對無線臺站發射系統的供能問題提出了更高的要求，如何科學應用UPS電源系統，通過科學設計與技術運用保證系統運行的高效穩定值得重點研究。本文基于系統建設的實際需求，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射系統電子電氣設施設備提供穩定持續的電力電源供應。當供電系統能夠保證正常的輸入時，UPS可以作為穩壓器使用，必要時可以為電路上的負載提供電力支持，也可根據情況智能為作為備用能源的供電電池反向充電。一旦系統供電出現異常情況或故障無法排除時，UPS系統適時通過逆向變換將供電電池作為主能源為系統進行供電，能夠保證電路系統始終穩定處于220V市電供應，能夠較好地保護負載設施設備的可靠穩定以及相關軟硬件的有效工作。

2 UPS電源系統的智能化設計

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穩定，即使采取多路能源供應模式也需要浪費開關自動轉換與電機重啟的時間，會導致發射設備掉電當機，也會導致電源反復重啟造成設施設備損壞的情況發生。通過引入在線式UPS電源系統，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象，穩妥解決突發掉電、供電不穩、雜波擾動等問題，達到發射系統供電持續不間斷的目的。

2.2 應用功能對接

（1）供能計算

當采用單個UPS電源系統為廣播電視供電時，在通常情況下考慮能夠持續為發射系統賦能3h以上時間，假設機房負載P=50KVA，當UPS電源系統工作效率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常×PU×cos()/(M×N×U)，Sw為實際的放電速率。這里仍假設能夠持續為發射系統賦能3h以上時間，機房負載P= 50KVA，放電電壓U= 10.5V，逆向轉換效率N=0.9，C常=0.8。因此，結合UPS電源實際輸入電壓的數值，根據式(1)計算可知，需要標準12V/100AH電池32個，且共四組以并聯的方式展開。

2.3 智能模式準入

（1）智能準入系統

現實中，廣電無線臺站通常會配有主/備兩路電源，并經過ATS雙電源自動轉換開關，自動優化選擇采用何種電源對負載進行供電；而相對于在線式UPS電源系統而言，其配置在ATS裝置后方，根據負載監控數據，智能、適時準入供電系統，并作為發射臺站整體電源使用，此時可以滿足系統供電需求，且能夠對設施設備數據監測，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示意圖

（2）遠程接入服務

如今的在線式UPS電源系統均使用了智能模塊，可以遠程、實時經SNMP接入網絡后臺的監控服務系統；其既能高效實施維保人員對設備數據采集、分析、查詢以及調取、修改等工作并能夠完成智能任務設定、工作參數比對等自動監控工作，還可以結合系統監測技術實現對系統局部重點部位的數據采集和報警功能；同時，實時將數據傳輸至后臺監控系統,以根據預案自動采取相關處理方式，以便于在實時監測需求前提下（即人機環的標準要求高），系統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，重點利用其進行穩壓與濾波作用，以期為整個系統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，逆向轉換功能實時打開，以應對可能發生的異常故障與斷電情況。從廣播電視無線臺站常態化工作出發，可以判斷基于市電供應的UPS工作狀態是固定模式，需要在此環境下發揮穩定電路與儲備電能的基本任務，保證系統設施的可靠運行。

（2）基于多模整流

當供電系統穩定、供能效果較好時，為了簡化工作流程，降低能量損耗，可以將市電經整流后直接提供于系統負載，此模式下UPS電源系統作用發揮受限，不需要采用逆向轉換方式對系統電路進行穩壓，也不需要進行持續智能切換工作模式。

（3）基于蓄電轉化

當整個供電系統出現突發情況一時難以排除時，UPS立即接管整個系統供電工作，通過將電池中的直流電逆向轉化為交流電，持續為系統負載提供電力能源，已達到持續不間斷供能的效果，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賦能。

3 UPS電源系統技術運用與檢測保養

3.1 關鍵技術運用

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

（2）由于逆向轉換功能模塊長期處于工作狀態，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部元器件的損壞，縮短其工作壽命或者電源系統模式紊亂，電源輸出狀態異常；

（3）UPS系統不能夠長期處于負荷工作狀態（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電路的前面，而把穩壓整流的元器件放在后面，從而保證系統整體運行的安全穩定；

（4）為了延長UPS電源的使用壽命，通常在系統運行時先接入市電（此時系統電路處于旁路，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，使其逆向轉換功能處于工作狀態，關機時則按照相反程序實施即可。

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

需要明確，當系統處于市電-UPS狀態時，各個負載工作正常，且數據已經完整儲存；通過關機方式將工作狀態切換至UPS-旁路，此時觀察系統工作是否異常，運行參數是否準確，當判斷一切正常時，再通過開機方式，切回工作狀態。

（2）重點檢測市電-逆向轉換與電池-逆向轉換的工作模式

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

（3）重點檢測市電參數與電磁參數的供能使用范圍

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

（4）電池狀態的常態化抽檢

蓄電池的抽檢通常是在放電狀態下進行，此時能夠有效保護系統負載的穩定。放電工作最好是在電池電量處于滿量狀態且負載不超過系統標量的70%。 狀態檢測可以首先利用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、時間的區間等，有效衡量UPS電源電池狀態，當不滿足需求時應及時更換。

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