UPS助力視頻會議系統的穩定運行

文｜北京直真視通科技有限公司 鄭立新

1 背景分析

視頻會議系統是一個對實時敏感度要求高、感觀性強的系統，保證視頻會議效果的穩定對視頻會議系統而言是至關重要的。視頻會議系統對網絡的要求非常嚴格，一旦網絡中出現丟包，或者網絡的延時增大，視頻會議就會出現圖像抖動、黑屏，以及顫音等現象。這些現象會嚴重影響視頻會議的效果。

實時性對于很多應急故障處理、險情處理等多方面重要會議來說都是非常重要的。如果在視頻會議過程中（特別是有重要領導參加時）突然電壓不穩，造成視頻會議終端黑屏、死機、自動重啟，將會嚴重影響會議的質量，使得一些重要信息不能及時得到掌握。（以視頻會議終端自動重啟為例，最少也要浪費大約1分鐘的時間）

一個大型的視頻會議系統是由視頻會議終端、顯示系統、中央控制系統、擴聲系統、矩陣切換系統、發言系統等組成的，視頻會議系統的性能需要各個子系統配合實現。除了視頻會議終端之外，其他系統一般都歸類于會議室集成系統中。會議室集成系統，特別是視頻顯示系統（如投影機、拼接大屏幕等）等對電源的潔凈度、穩定性的要求非常高。如果電源不穩定，屏幕上會出現橫紋，影響收視效果；長時間電壓不穩則會導致投影機的燈泡燒壞。

一般而言，北京、上海、廣州等發達城市電網的質量相對較好，電壓一般在220V±10V左右；而在三級城市或者偏遠地區甚至廠礦區等地，電壓一般會在220V±20V左右浮動，用電量較大時電壓會下降到190V左右，晚上用電高峰過后又會急劇上升到240V左右。此外，在實際的供電系統中，由于非線性負荷的存在，電流并不是理想正弦波，畸變的電流包括有二次、三次等諧波電流。這些問題都會對視頻會議系統造成影響。因此，本文將就供電系統對視頻會議系統的影響，以及UPS與視頻會議系統的配合方案進行討論。

2 供電系統影響因素分析

（1）諧波

供電系統諧波的定義是：對周期性非正弦電量進行傅立葉級數分解所得的，除去頻率與電網基波頻率相同的分量之外的，一系列頻率大于電網基波頻率的分量。電力諧波的主要危害如下：

◆ 引起串聯諧振及并聯諧振，放大諧波，造成出現危險的過電壓或過電流；

◆ 造成諧波損耗，使發、變電和用電設備效率降低；

◆ 加速電氣設備絕緣老化，使其容易被擊穿，從而縮短其使用壽命；

◆ 使設備（如電機、繼電保護、自動裝置、測量儀表、電力電子器件、計算機系統、精密儀器等）運轉不正常或不能正確操作；

◆ 干擾通信系統，降低信號的傳輸質量，破壞信號的正確傳遞，甚至造成通信設備損壞。

諧波治理的主要手段包括安裝諧波濾波器，就近吸收諧波源產生的諧波電流，以及采用IGBT整流技術對諧波進行整流，使諧波降低到4.5%以下，保持在正常范圍內。

（2）無功功率

無功功率是為在電氣設備中建立和維持磁場而消耗的電功率。凡是有電磁線圈的電氣設備，要建立磁場，就要消耗無功功率。無功功率的增加，會導致電流增大和視在功率增加，從而使發電機、變壓器及其他電氣設備和導線的容量增加，同時間接造成電力用戶的啟動及控制設備、測量儀表的尺寸和規格的加大。此外，沖擊性無功功率負載還會使電壓產生劇烈波動，使供電質量嚴重降低。

（3）電壓不穩

經常出現電壓不穩會導致電腦的硬件發生損壞，例如電源燒毀，CPU、內存，甚至硬盤損壞等。以硬盤為例，電壓不穩或電壓過低會導致電腦重啟，經常在非正常關機的情況下使用會使硬盤壽命縮短；而由此造成損壞屬于物理損壞，一旦發生，硬盤存儲的數據將很難恢復，可能造成重大損失。

3 UPS與視頻會議系統的配合方案

由于供電系統對視頻會議系統存在以上的影響，為了保證視頻會議召開過程中，視頻會議終端能夠穩定可靠地運行，需要在視頻會議場合安裝UPS（Uninterruptible Power Supply，不間斷電源系統）以保證視頻會議系統在突然掉電的情況下依然能夠可靠運行。

3.1 UPS的主要功能

UPS是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓、恒頻的不間斷電源，能夠提供持續、穩定、不間斷的電源供應。當市電正常時，UPS將市電穩壓或穩壓、穩頻后供負載使用，同時向機內電池充電；當市電中斷（或異常）時，UPS立即在4～10ms或“零”中斷時間內通過逆變轉換的方式利用蓄電池的電源向負載繼續供應電力，使負載維持正常的工作，以便保存資料并保護負載的軟硬件不受損壞。從原理上來說，UPS是一種集數字和模擬電路、自動控制逆變器與免維護貯能裝置于一體的電力電子設備。

UPS能消除市電上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”，改善電源質量，為計算機系統提供高質量的電源。有了UPS系統，將能夠解決視頻會議及會議室系統所遇到的諸多問題。為了能夠保證視頻會議的效果，建議每個會場都要將視頻會議及相關的會議室集成系統連接到UPS系統上。

3.2 UPS的分類

UPS可以根據功率大小劃分為大機、小機，也可以根據供電模式劃分為后備式、在線互動式、在線式。在為視頻會議系統選配UPS時，需要綜合考慮應用需求與不同類別UPS的特點。

一般而言，可以以20kVA為分界線將UPS分為兩類，功率小于20kVA的UPS稱為小機，大于20kVA的UPS稱為大機，其中小機又可分為標機和長機。標機中配備標準電池，后備時間可以達到5～6分鐘。長機則不配備標準電池，需要根據具體需求來進行電池的配置，后備時間最短為15分鐘，最長為4個小時。

后備式UPS的工作方式是：在市電正常時直接由市電向負載供電；當市電超出UPS工作范圍或停電時，通過轉換開關將供電方式轉為電池逆變供電。后備式UPS的特點是：沒有穩壓功能，有切換時間，且輸出波形一般為方波。

在線互動式UPS的工作方式是：在市電正常時直接由市電向負載供電；當市電偏低或偏高時，通過UPS內部穩壓線路穩壓后輸出；當市電嚴重異常或停電時，通過轉換開關將供電方式轉為電池逆變供電。在線互動式UPS的特點是：有穩壓功能，但同樣存在切換時間。

在線式UPS的工作方式是：在市電正常時，對市電進行整流后提供直流電壓給逆變器，由逆變器向負載提供交流電；在市電異常時，由電池向逆變器提供能量——逆變器始終處于工作狀態，保證無間斷輸出。在線式UPS的特點是：有極寬的輸入電壓范圍，基本無切換時間且輸出電壓穩定精度高，特別適合對電源要求較高的應用場合，但是成本較高。目前，功率大于3kVA的UPS幾乎都是在線式UPS。

3.3 UPS的大小及后備時間

一般情況下，一個視頻會議中心會場的負載主要包括中央控制單元、視頻會議終端、中控系統、擴聲系統、大屏幕顯示系統、音頻系統、矩陣切換系統、計算機系統、時序電源系統等，而分支會場會有視頻會議終端、PC機、顯示器、投影機等。根據所有系統的設備清單可以計算出總功率，而后就可以確定UPS的功率因數；此外，UPS的帶載率一般不能超過80%——由此即可得出所應選擇的UPS的功率大小。

此外還要確定UPS的后備時間，也就是要確定在市電掉電后，電池在滿載的情況下所能支持的供電時間。一般情況下，最小的后備時間為15分鐘，最大的為4個小時。

UPS后備時間的長短主要還是由用戶方的功能要求決定的。比如：有些單位需要在市電掉電后仍然能夠召開會議，而一般會議的時長在2個小時左右，因此應配置2.5小時的后備時間；而有些單位有柴油發電機，因此只需要配置15分鐘的后備時間，因為15分鐘的時間足夠柴油發電機啟動并給負載供電；也有些單位只需要保證在市電停電后有足夠的設備關機時間即可，因此也只需要配置15分鐘的后備時間。

3.4 負載容量的計算

計算負載容量首先要確定哪些設備需要UPS供電，而后再計算各負載額定功率（設備的使用說明書一般會標注額定功率）的累加值，最后為了保證系統的安全性，再對各負載額定功率累加值乘上一個系數（建議取1.1）即可。

對于簡單的視頻會議系統來說，只要有視頻會議終端、電視機（顯示器）就可以召開視頻會議——這兩個負載的總額定功率在600W左右。結合上文所述，可得出所需配置UPS的功率：

對一些大型的視頻會議系統來說，需要的設備有視頻會議終端、大屏幕拼接系統、中央控制系統、音頻擴聲系統、調音系統、矩陣切換系統、計算機系統、時序電源系統等，計算負載容量時要根據實際情況逐一核實每套系統的額定功率再進行累加。

3.5 UPS的部署

UPS的部署主要以服務重點的、精密設備的配電為出發點，因此如果在一套視頻會議系統中有5個分支機構，則每個視頻會議系統的分支機構均需要配置一套UPS系統。

3.6 UPS的放置位置

為了保證視頻會議以及會議室環境的效果，建議將UPS及電池放置在控制室內，避免因噪音太大影響會議正常召開的效果。此外，UPS、電池最好放在裝有防靜電地板的房間內。