淺談UPS系統(tǒng)在廣播電視行業(yè)中的應(yīng)用

胡炎華

【摘要】 本文簡(jiǎn)要探討了UPS系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)和選型時(shí)的幾個(gè)注意點(diǎn)，為我們?cè)谝?guī)劃設(shè)計(jì)廣播電視機(jī)房或采購(gòu)UPS設(shè)備時(shí)提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 UPS電源 數(shù)字化 模式

一、引言

廣電行業(yè)向信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)的廣播電視事業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，加速了廣播電視發(fā)展的步伐，機(jī)房?jī)?nèi)各類制作、播出、前端設(shè)備已經(jīng)由大量的服務(wù)器、數(shù)據(jù)交換器等數(shù)字設(shè)備構(gòu)成。大量計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于廣播電視電設(shè)備中，廣播電視傳送播出的設(shè)備已進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，對(duì)供電的需求廣播電視事業(yè)要求越來(lái)越高，因?yàn)槊舾械臄?shù)字用電設(shè)備要求高，對(duì)10ms的供電中斷都會(huì)影響到它的正常工作，所以我們的廣播電視播出系統(tǒng)都使用了大型的UPS電源，有效保證了播出設(shè)備的正常工作。傳統(tǒng)的由單純的一臺(tái)UPS電源、幾塊蓄電池所組成的UPS系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足廣電設(shè)備機(jī)房的需求，采用高可靠性的N+1UPS冗余供電模式，才能滿足現(xiàn)代廣電行業(yè)設(shè)備機(jī)房對(duì)電源高的可靠要求。

二、UPS的簡(jiǎn)單分類

目前，UPS一般均指靜止式UPS，按其工作方式分類可分為后備式、在線互動(dòng)式及在線式三大類。

1、后備式UPS在市電平穩(wěn)運(yùn)行的時(shí)候由市電向負(fù)荷提供電能，當(dāng)市電無(wú)法正常運(yùn)行或供電中斷的時(shí)候，經(jīng)過(guò)更換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)變成電池逆變供電。不具有穩(wěn)壓，有一定的切換時(shí)長(zhǎng)，并且輸出波形通常是方波。

2、在線互動(dòng)式UPS在市電平穩(wěn)運(yùn)行的時(shí)候由市電負(fù)荷提供電力能源，當(dāng)市電過(guò)小或過(guò)大的時(shí)候，利用UPS里面的穩(wěn)壓線路穩(wěn)壓以后提供相應(yīng)電能，當(dāng)市電無(wú)法正常運(yùn)行或供電中斷的時(shí)候，經(jīng)過(guò)更換開(kāi)關(guān)變成電池逆變供電。和第一種方式比較，該種方式的保護(hù)功用更強(qiáng)大，有比較大的輸入電壓范疇，噪聲小，體積小等特征，可是也具有切換時(shí)長(zhǎng)。逆變器輸出的電壓有良好的波形，通常是正弦波，而其最突出的優(yōu)勢(shì)是有很強(qiáng)的軟件效能，能夠便捷的利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施UPS的遠(yuǎn)程管控與自主化管控。

3、在線式UPS在市電正常時(shí)，由市電進(jìn)行整流提供直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負(fù)載提供交流電，在市電異常時(shí)，逆變器由電池提供能量，逆變器始終處于工作狀態(tài)，保證無(wú)間斷輸出。在線式特點(diǎn)是，有極寬的輸入電壓范圍，無(wú)切換時(shí)間且輸出電壓穩(wěn)定精度高，輸出完全由變流器來(lái)供應(yīng)，不論市電電力質(zhì)量如何，其輸出均是穩(wěn)定且純凈的正弦波電源。特別適合對(duì)電源要求較高的場(chǎng)合，但是成本較高。目前，功率大于3KVA的UPS幾乎都是在線式UPS。

根據(jù)后備時(shí)間，UPS還可分為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)和長(zhǎng)效機(jī)。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)用內(nèi)置電池，后備供電時(shí)間較短，一般在5～15分鐘。長(zhǎng)效機(jī)則可根據(jù)用戶需要，增大電池容量配置，延長(zhǎng)后備時(shí)間。

根據(jù)輸出功率來(lái)分UPS可分為大型、中型和小型UPS。小型UPS輸出功率一般小于5KVA，配電采用單相供電方式；大型UPS輸出功率一般大于30KVA，配電采用三相供電方式。輸出功率界于5KVA和30KVA之間的UPS稱為中型UPS。

三、UPS在廣電系統(tǒng)信息中心的選型方法

3.1 UPS系統(tǒng)容量的確定

UPS系統(tǒng)容量的確定實(shí)際上就是對(duì)機(jī)房電子設(shè)備用電負(fù)荷的確定。確定的方法一般是依靠經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，先確定UPS電源所需供的負(fù)載，負(fù)載為服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，事故照明等，按照單臺(tái)設(shè)備機(jī)柜3kw考慮，統(tǒng)計(jì)機(jī)房最終設(shè)備機(jī)柜布置數(shù)量，累加得出負(fù)載容量。

UPS容量選擇不宜過(guò)小，避免長(zhǎng)期處于重載運(yùn)行狀態(tài)，且機(jī)房面積較大，負(fù)載有不斷分期增加的情況，我臺(tái)中心機(jī)房配置了1臺(tái)30kVA的UPS電源系統(tǒng)。并且考慮以后系統(tǒng)擴(kuò)容要求，預(yù)留遠(yuǎn)期相應(yīng)的進(jìn)線配電柜以及UPS輸入開(kāi)關(guān)和輸出配電柜的負(fù)荷開(kāi)關(guān)，方便后期擴(kuò)容。

3.2 UPS系統(tǒng)配電模式的選擇

單機(jī)組UPS系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)及其參數(shù)特性：可知UPS工作有如下幾個(gè)狀態(tài)：

1） 當(dāng)市電正常時(shí)，UPS設(shè)備通過(guò)“濾波——整流——直流（電池充電）——逆變”的過(guò)程為廣播電視設(shè)備進(jìn)行供電；

2） 當(dāng)市電異常（中斷）時(shí)，UPS設(shè)備通過(guò)“直流（電池放電）——逆變”的過(guò)程為廣播電視負(fù)載供電，從而實(shí)現(xiàn)不中斷供電；

3） 當(dāng)市電正常而UPS主回路中器件故障時(shí)，UPS設(shè)備通過(guò)靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)不中斷輸出的旁路方式供電（切換過(guò)程小于10ms），同時(shí)也可通過(guò)人工維修旁路實(shí)現(xiàn)維修狀態(tài)下的旁路供電；通過(guò)單機(jī)組結(jié)構(gòu)的分析可知，雖然在不同狀態(tài)下在一定程度上都可滿足廣播電視負(fù)載的不間斷供電需求，但由于單機(jī)下器件的唯一性，在UPS故障時(shí)仍會(huì)造成負(fù)載的供電中斷，為此，人們往往在技術(shù)上通過(guò)多機(jī)冗余的方式提高供電的可靠性（以1+1的冗余方式）。

在多機(jī)組冗余并機(jī)輸出時(shí)，從理論上講UPS系統(tǒng)具有1/N的冗余量，在某個(gè)機(jī)組故障時(shí)，負(fù)載由其他機(jī)組分?jǐn)偅谝欢ǔ潭壬咸岣吡讼到y(tǒng)的可靠性。

四、UPS電源日常維護(hù)要點(diǎn)

UPS是使用簡(jiǎn)單但自身又比較嬌氣的設(shè)備，科學(xué)的使用和維護(hù)將會(huì)延長(zhǎng)UPS的壽命。

UPS的使用環(huán)境應(yīng)注意通風(fēng)良好，利于散熱，并保持環(huán)境的清潔。

切勿帶感性負(fù)載，如點(diǎn)鈔機(jī)、激光打印機(jī)、日光燈、空調(diào)等，以免造成損壞。不宜接吹風(fēng)機(jī)、電熱器之類的電器設(shè)備，以確保機(jī)器的安全。

UPS的輸出負(fù)載控制在65%至85%為最佳，可靠性最高。

UPS帶載過(guò)輕有可能造成電池的深度放電會(huì)降低電池的使用壽命，應(yīng)盡量避免。

請(qǐng)明確所負(fù)載設(shè)備的功率，切勿超載使用UPS。

適當(dāng)?shù)姆烹姡兄陔姵氐募せ睿玳L(zhǎng)期不停市電，每隔三個(gè)月應(yīng)人為斷掉電源用別UPS帶負(fù)載放電一次，這樣可以延長(zhǎng)電池的使用壽命。

UPS放電后應(yīng)及時(shí)充電，避免電池因過(guò)度自放電而損壞。

五、UPS系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

伴隨新技術(shù)持續(xù)研發(fā)與在實(shí)際中的逐漸運(yùn)用，能夠估測(cè)：將來(lái)高頻化、自動(dòng)化、數(shù)字化與大容量單機(jī)冗余化會(huì)成為UPS的發(fā)展趨勢(shì)。

1、高頻化

盡管現(xiàn)行的在線型UPS技術(shù)發(fā)展較為成熟，但是因?yàn)槠渥陨砭哂兄T多難以解決的問(wèn)題，其未來(lái)的發(fā)展空間十分有限。高頻化概念的引進(jìn)，給UPS的發(fā)展創(chuàng)造了新的空間、提供了新的方向。高頻化對(duì)于縮小體積、減少費(fèi)用、在曲線性負(fù)荷有較好的響應(yīng)方面發(fā)揮著不可忽視的功能。

2、自動(dòng)化

微處理器在UPS方面的運(yùn)用，近些年已逐步朝著小體積方面發(fā)展，其造成的結(jié)果必定是UPS的自動(dòng)化發(fā)展，包含管控、檢驗(yàn)與通訊。UPS逐步依托電腦實(shí)施管控，而且電腦和外設(shè)能“智能”應(yīng)對(duì)部分可能預(yù)測(cè)到的問(wèn)題，可以實(shí)施智能管控與調(diào)節(jié)，把相關(guān)信號(hào)利用互聯(lián)網(wǎng)傳輸給操作軟件或系統(tǒng)管理員，利于實(shí)施遠(yuǎn)程管控。

3、數(shù)字化

數(shù)字管控已發(fā)展成全新的UPS管控技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)，數(shù)字控制器有非常高的精度，有強(qiáng)大的抗干擾性能，較易達(dá)成對(duì)UPS的檢驗(yàn)、故障辨別與分隔，容易達(dá)成遙控檢測(cè)，達(dá)成兩臺(tái)以上的UPS的并聯(lián)與熱插拔，較易達(dá)成對(duì)蓄電池的監(jiān)察與管控。運(yùn)用數(shù)據(jù)搜集技術(shù)、信號(hào)處置技術(shù)、數(shù)字管控技術(shù)、電源控制技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)、電腦軟硬件技術(shù)來(lái)達(dá)成的電源形成的有效人機(jī)融合。

4、冗余并機(jī)技術(shù)

經(jīng)過(guò)研發(fā)全新的運(yùn)用技術(shù)，能夠達(dá)成UPS的多板塊冗余并機(jī)工作，無(wú)需額外添加中央控制系統(tǒng)，負(fù)荷平均分?jǐn)偅嘲鍓K發(fā)生故障的時(shí)候，負(fù)載自主移動(dòng)到其他板塊，修理可帶電熱插拔，大幅提升單機(jī)UPS的輸電穩(wěn)定性。加之多臺(tái)UPS構(gòu)成的系統(tǒng)冗余運(yùn)行，假如其中一臺(tái)UPS機(jī)器出現(xiàn)問(wèn)題，則被馬上關(guān)閉，其余的UPS系統(tǒng)會(huì)自主擔(dān)負(fù)所有負(fù)荷，對(duì)負(fù)荷不造成絲毫影響。

六、結(jié)束語(yǔ)

UPS供電方案的好壞，決定了廣播電視機(jī)房各重要設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行。只有對(duì)UPS電源進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)、正確地使用、認(rèn)真的維護(hù)，才能延長(zhǎng)其使用壽命，并為廣電機(jī)房設(shè)備提供有效的保障。