有線電視中心機房的UPS 供電系統設計與使用

覃邦榕

（廣西廣播電視信息網絡股份有限公司南寧分公司，廣西 南寧 533000）

0 引 言

偶然發生的停電事件，極有可能引發有線電視中心機房的發射機供配電系統故障，從而造成大范圍、長時間的停播事故，產生極其不良的社會影響。其原因是目前廣播電視臺供配電系統建設采用主/備雙回路模式，即當突發停電事件后，中心機房的電源監測系統會及時發出指令至自動切換裝置，完成備用供電系統的及時接入。由于切換瞬間的供配電系統啟動電流較大，瞬時電涌會直接沖擊發射機供配電系統，直接導致系統出現故障，甚至損壞[1]。為有效解決這些問題，需要引入不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）保證有線電視中心機房設備的正常工作和電視節目的安全播出。文章在分析UPS 供電系統設計思路和基本要求的基礎上，提出一種新的UPS供電系統設計與應用方案，并詳細分析UPS選配、使用等方面內容。

1 有線電視中心機房UPS 供電系統的設計思路和要求

1.1 有線電視中心機房UPS 供電系統的設計思路

有線電視中心機房UPS 供電系統應融合從中壓變壓器到負載饋線端的全功率鏈路，能夠為大型中心機房提供兆瓦級的供、配、備電一體化解決方案。通過一體化設計、高密部件集成，減少電力系統占地；通過預制化、去工程化，降低交付復雜度，縮短部署工期；通過iPower 智能特性，實現全鏈可視管理和預測性維護，保障系統運行安全。主要思路包括以下3 點[2]。

第一，一體化集成，全模塊化架構，快速部署中心機房UPS 供電系統。依托面向中小機房中心的一站式UPS 設計方案，將供電、制冷、機柜、通道、布線及管理平臺等系統一體化集成，全模塊化架構實現極簡安裝、快速部署，傳承綠色、極簡、安全及智能4 個設計理念。

第二，連續制冷架構，一鏈兩用，運行無中斷。由于有線電視機房中心的電力需求高且供應緊張，突發停電會對高速運轉的發射機造成極大影響，供電異常極易形成局部過熱。UPS 供電系統的一鏈兩用架構實現連續制冷，可以保證制冷系統運行平穩，避免供電異常造成的局部過熱。同時，通過組件創新和架構集成，實現信息技術（Information Technology，IT）、溫控雙模式按需選擇。

第三，可移動式自動管理，運維極簡。UPS 供電系統可以實現移動式自動管理功能，基于全棧云數據中心能力，實現機房中心的四免管理，即硬件免部署、機房免巡檢、故障免定位及現場免維護。移動管理平臺一鍵掃碼即連，便可實現7×24 h 移動運維，定時深度檢測機房中心UPS 供電系統，可以識別20 多種隱患，提供故障處理指導和一鍵報修，全方面實現數據中心運維極簡。

1.2 有線電視中心機房UPS 供電系統的設計要求

在有線電視中心機房UPS 供電系統的使用過程中，可能會遇到UPS 異常問題。例如：UPS 供電系統可能會出現短路，造成輸出過載；大負載導致UPS供電系統表面溫度過高出現性能異常。此時，為防止因自身工作異常造成UPS 內部逆變元件受損，通常設計UPS 供電系統時會采用微處理器進行自動控制，實現逆變元件的直流供電模式切換至旁路電源的交流供電模式，進而保證對發射機電源的持續供電[3]。

引入微處理機的自動控制模塊，打造自動化、模塊化的有線電視機房中心UPS 供電系統，為未來實現網絡化、智能化提供基礎平臺?；疽蟀ㄒ韵? 點：一是省地，一列一路電，占地減少40%，達到融合高密化；二是省電，鏈路效率在雙變換模式下高達95.6%，在線模式下高達97.8%；三是省時，產品預制化后質量可控，交付工期由2 月縮短至2 周，部件模塊化后支持熱插拔，5 min 完成維護；四是省心，全鏈可視，實時監控，易管理。

2 有線電視中心機房UPS 供電系統的設計與使用

2.1 系統配置

根據工作實際和使用需求，科學確定UPS 供電系統的額定容量。當UPS 供電系統的額定容量設置較大時，即整個機房中心的設備供電處于長時間的輕載周期中，會降低整個機房供配電設備的工作效率，且UPS 蓄電池處于長時間小電流充放電模式，也會降低電池的使用壽命；當UPS 供電系統的額定容量設置較小時，長時間的過飽和工作狀態極可能會直接燒穿UPS 內部元件，且無法有效完成系統擴容等性能提升。此外，UPS 供電系統的輸出功率也需要合理設置，通常情況下，根據機房負載和系統擴容的實際需求進行設置，即負載額度約等于60%的額定輸出功率。

根據以上UPS 供電系統配置需求，這里選擇的是華為UPS5000-H。該UPS 是面向中大型機房中心和關鍵供電場景的超高密、超高效的新一代模塊化不間斷電源。采用全新100 kVA/3U 熱插拔功率模塊，一柜一兆瓦，有效節省占地面積和安裝工時，系統效率高達97%。休眠模式低載高效，iPower 技術提升系統可靠性，簡化運維，“自動在線”模式0 ms 切換，效率高達99.1%，實現高效率的同時保障持續不間斷供電[4]。該UPS 輸出功率因子為1.0，負載區間為18 ～40.2 kW。目前，有線電視機房中心的實際負載約為25.8 kW，基本滿足最佳配置策略，且為未來系統擴容預留充裕的空間。

2.2 設備部署

2.2.1 UPS 供電系統

為有效應對可能的突發停電現象，這里采用UPS供電系統并機的場景部署，如圖1 所示。并機時，各機柜的市電輸入、旁路輸入及其交流輸出端均并聯一起，并機線將各個機柜的電子控制模塊（Electronic Control Module，ECM）連接一起，使各機柜輸出同步，同時給負載供電。當一個機柜出現故障時，可以由另外一臺機柜繼續給負載提供能量，從而達到提高系統可靠性的目的。UPS 供電系統主要由以下2 條通路構成[5]。一是由交/直流逆變器和蓄電池組構成的主路，交流電（Alternating Current，AC）輸入經過整流器整流，變換成直流電（Direct Current，DC），再經逆變器變換成AC輸出，同時整流器通過充電器為電池充電。經由兩級變換以后，能得到精度和質量都較好的輸出電壓，可以防止輸入諧波、毛刺、電壓瞬變等干擾影響負載。二是由靜態開關切換的靜態旁路，UPS 偵測到功率模塊過溫、過載或者其他會關閉逆變器的故障時，自動轉到靜態旁路，同時整流器處于開啟狀態并通過充電器為電池充電。靜態旁路電源會直接給負載提供能量，旁路模式下負載供電質量不受UPS 保護，易受停電、AC 電壓波形或頻率異常等狀況的影響。

圖1 UPS 供電系統的并機場景

2.2.2 自動控制單元

自動控制單元主要由3 個模塊構成：一是iPower全鏈路監控，運用大數據統計分析，完成母線電容壽命預測、風扇壽命預測以及母排溫度檢測，進而實現主動異常狀態預測，全面維護工作鏈路；二是聯合供電實現智能限流，擴展輸入低壓范圍。市電+UPS 的聯合供電模式如圖2 所示，結合市電供電模式，設置聯合供電方案，UPS 供電系統最多可以提高15%的供能效率。此外，輸入智能限流，一次設置，自動限流；擴展市電輸入范圍，滿載時輸入電壓范圍達160 V（-25%），半載時輸入電壓范圍達80 V（-65%）；三是在線模式主動濾波，提升供電質量，逆變器作為有源濾波器主動濾波，當負載功率因數低或諧波含量高時，自動得到補償，保障反饋至電網高功因低諧波[6]。

圖2 市電+UPS 的聯合供電模式

2.3 機房規劃

機房的規劃需要建立在充分考慮使用需求和設備部署的前提下，實現規劃的最優效率。華為UPS5000-H供電系統中單設備的尺寸為1 800 mm×880 mm×790 mm，質量為788 kg。根據配置要求，UPS 供電系統中單臺設備主要由2 組蓄電池組并接，采用并機模式，共需4 組。由于地面承重的特殊要求，通常選取一樓作為有線電視中心機房的UPS 供電系統安裝位置，機房規劃如圖3 所示。

圖3 中心機房UPS 供電系統的規劃

兩組蓄電池組之間需要間隔一段距離，該規劃中選擇600 mm，有效滿足通風與散熱的基本要求。此外，機房東西兩側各設計安裝1 臺空調，調節機房內部溫度，確保UPS 供電系統的使用需求。

3 結 論

文章深入研究有線電視中心機房UPS 供電系統的設計問題，給出面向關鍵供電場景的模塊化UPS使用方法。通過融合數字技術與電力電子技術的優勢，提出適配的UPS 配置策略、設計要求以及機房規劃等設計方案，方案的可用性、高效率及自動化程度完美匹配云計算時代廣播電視快速靈活、高效運營的實際需求。