不間斷電源在廣播電視發射臺的應用

張 東

（菏澤市廣播電視臺，山東 菏澤 274000）

0 引言

電源供應中斷及質量問題嚴重影響發射臺的運行效率，緊急情況下可能威脅到公共安全。廣播電視發射臺對電源質量要求較高，常規電源系統難以應對可能出現的各種電源問題。不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）系統能夠在電源中斷或不穩定時提供連續、穩定的電力支持，確保廣播服務的連續性。在此背景下，本文圍繞UPS在廣播電視發射臺的應用展開探討，旨在提出有效的電源設計及應用策略，提高發射臺整體電源能效。

1 UPS工作原理及工作模式

1.1 工作原理

UPS由整流器、電池組、逆變器及控制系統構成。整流器能夠將輸入的交流電轉換為直流電供給逆變器和電池充電器。在此過程中，整流器采用由硅控整流器或二極管組成的橋式整流電路，將輸入電壓轉換為直流電壓。電池組由多個鉛酸或鋰離子電池串聯而成，能夠在電源中斷時借由逆變器將直流電轉換為交流電，供給負載設備[1-2]。逆變器能夠將電池組提供的直流電轉換為交流電，確保輸出電壓和頻率符合負載設備的要求。檢測到電源問題時，UPS控制系統將指揮靜態開關切換至電池供電模式，并在電源恢復正常后自動切換回主電源供電。

1.2 工作模式

UPS的工作模式主要包括在線式、離線式（備用式）以及線互動式3種模式。

UPS的在線式模式中，UPS系統應用整流器將交流輸入轉換為直流電，由逆變器轉換回交流電供給負載，從而保障輸出電力質量。在線式UPS具有較高能效比，能在10 ms以內切換到電池供電模式。離線式（備用式）UPS模式中，UPS將在檢測到電源中斷或電壓超出設定范圍時切換到電池供電模式[3-4]。此模式下，電池通過直流-交流（DC-AC）逆變器供電給負載，切換時間一般在2～10 ms。

互動式UPS模式結合上述兩種模式特點，電源情況正常時，UPS應用內置自動電壓調節器調整電壓波動；若電源中斷或電壓異常，系統將快速切換到電池供電模式，如圖1所示。

圖1 UPS互動式模式工作路徑

2 廣播電視發射臺UPS設計

2.1 配電系統設計

廣播電視發射臺的UPS系統可以選擇具有雙路交流輸入、額定電壓為220 V、頻率為50 Hz的UPS系統，便于在主電源失效時自動切換到備用電源，保證電源連續供應。在電流和電壓控制方面，UPS可采用具有至少±1%電壓調節精度的脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation，PWM）控制器，確保輸出電壓穩定。整體系統可以采用N+1冗余設計原則，系統中的每個關鍵組件均需擁有至少1個備份。

2.2 后備電池設計

后備電池設計需要考慮電池類型的選擇、容量計算、配置方式及管理系統等多個方面，以確保電池組能夠在滿足功率需求的基礎上提供足夠備用電力。

鑒于廣播電視發射臺對穩定性及可靠性要求較高，推薦使用容量為100 Ah、額定電壓12 V的閥控式密封鉛酸蓄（Valve Regulated Lead Acid，VRLA）電池，或者容量為100 Ah、額定電壓48 V的鋰離子電池。電池的容量應綜合考慮發射臺的最大負載需求和預期備用時間，根據電池公式可以計算出所需總電池容量。

式中：C為電池容量（Ah），P為負載功率（kW），T為備用時間（h），V為電池電壓（V）。

針對配置方式而言，串聯電池可以增加輸出電壓，并聯電池則可以增加電池容量和放電時間。若系統輸入電壓為48 V，則可以串聯4組12 V、100 Ah的電池。若電池需達到4 167 Ah容量，則可采取并聯手段。

3 UPS在廣播電視發射臺中的應用

3.1 保障發射連續性

發射連續性是確保廣播電視信號穩定傳輸的關鍵要素。UPS系統能夠為其提供應急電力支持，確保關鍵發射設備的不間斷運行[5]。廣播電視發射臺可采用容量為100 kVA的在線式UPS系統，配備相應容量的鉛酸電池組以提供不少于30 min的電源支持。正常情況下，電源通過UPS直接供應給發射設備。當UPS監測到電源中斷或質量下降時，系統將自動切換到電池供電模式。實際應用時可采用主UPS系統和備用UPS系統雙電源配置，二者可以并行工作，提供冗余保護，如圖2所示。具體可配置兩臺50 kVA的在線式UPS實現N+1冗余，即使其中一臺UPS發生故障，另一臺仍能維持整個負載的運行。

圖2 雙電源配置工作流程

為最大化發射連續性，廣播電視發射臺的UPS系統應該集成到中央監控系統中，便于技術人員遠程監測電源狀態。在電池電量降低或UPS性能異常時，監控系統將自動發出預警，確保問題在影響發射前得到解決。

3.2 管理電源質量

UPS能夠管理、提升廣播電視發射臺電源質量，以確保發射設備穩定運行。UPS系統需在電源質量管理環節濾除電網中的電壓波動、頻率不穩定和電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）。發射臺可以使用APC Smart-UPS SRT 8000VA（型號SRT8KXLI）系統提供純正弦波輸出以保護敏感設備，保護設備免受有害電磁干擾的影響。UPS系統內置有自動電壓調節器（Automatic Voltage Regulation，AVR），能夠對不穩定電網電壓進行調整，確保輸出電壓始終保持在安全范圍內，從而防止因電壓波動或短暫電源中斷造成的設備損壞。

在實際應用中，發射臺需要多個UPS系統保護不同的設備區域，每個UPS的容量和功能都應與其保護的設備相匹配。為確保電源質量得到有效管理，發射臺技術團隊需要定期進行UPS維護及測試，以確保其性能符合標準，具體維護及測試說明如表1所示。

表1 UPS維護及測試說明表

4 結語

本文探討了不同類型UPS系統的工作原理及其適用性，優化系統設計及配置能夠顯著提高廣播電視發射臺的電源穩定性。下一步的研究將關注極端氣候條件下的電源穩定性，探索更高效、環保的電池技術。隨著智能化及物聯網技術的發展，未來研究還應考慮如何將新興技術融入廣播電視發射臺電源系統，以進一步提升系統智能化管理水平及能源效率。