廣播電視無(wú)線臺(tái)站UPS電源系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)與技術(shù)運(yùn)用

云南省廣播電視局迪慶實(shí)驗(yàn)臺(tái) 趙軍棋

云南省廣播電視局迪慶中波臺(tái) 李正花

隨著新型設(shè)備廣泛應(yīng)用于廣播電視行業(yè)，對(duì)無(wú)線臺(tái)站發(fā)射系統(tǒng)的供能問題提出了更高的要求，如何科學(xué)應(yīng)用UPS電源系統(tǒng)，通過科學(xué)設(shè)計(jì)與技術(shù)運(yùn)用保證系統(tǒng)運(yùn)行的高效穩(wěn)定值得重點(diǎn)研究。本文基于系統(tǒng)建設(shè)的實(shí)際需求，通過分析UPS工作原理，深入探討了UPS智能化設(shè)計(jì)、技術(shù)手段創(chuàng)新運(yùn)用等關(guān)鍵問題，具有一定的參考借鑒價(jià)值。

1 UPS電源系統(tǒng)的工作原理

不間斷電源（UPS）可以理解為具有儲(chǔ)備電源能量的設(shè)備，能夠使得設(shè)備長(zhǎng)期保持在一個(gè)恒定電流電壓且能夠維持穩(wěn)定的工作頻率。目前，在廣播電視無(wú)線臺(tái)站的主要使用場(chǎng)景是用于發(fā)射系統(tǒng)電子電氣設(shè)施設(shè)備提供穩(wěn)定持續(xù)的電力電源供應(yīng)。當(dāng)供電系統(tǒng)能夠保證正常的輸入時(shí)，UPS可以作為穩(wěn)壓器使用，必要時(shí)可以為電路上的負(fù)載提供電力支持，也可根據(jù)情況智能為作為備用能源的供電電池反向充電。一旦系統(tǒng)供電出現(xiàn)異常情況或故障無(wú)法排除時(shí)，UPS系統(tǒng)適時(shí)通過逆向變換將供電電池作為主能源為系統(tǒng)進(jìn)行供電，能夠保證電路系統(tǒng)始終穩(wěn)定處于220V市電供應(yīng)，能夠較好地保護(hù)負(fù)載設(shè)施設(shè)備的可靠穩(wěn)定以及相關(guān)軟硬件的有效工作。

2 UPS電源系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

考慮到廣播電視無(wú)線臺(tái)站建設(shè)的實(shí)際情況（通常處于較為偏遠(yuǎn)、偏僻的高山上），這導(dǎo)致電源供應(yīng)的過程很難保證持續(xù)穩(wěn)定，即使采取多路能源供應(yīng)模式也需要浪費(fèi)開關(guān)自動(dòng)轉(zhuǎn)換與電機(jī)重啟的時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致發(fā)射設(shè)備掉電當(dāng)機(jī)，也會(huì)導(dǎo)致電源反復(fù)重啟造成設(shè)施設(shè)備損壞的情況發(fā)生。通過引入在線式UPS電源系統(tǒng)，能夠有效避免多路供應(yīng)造成的啟/停矛盾以及主/備電源二次供電中斷現(xiàn)象，穩(wěn)妥解決突發(fā)掉電、供電不穩(wěn)、雜波擾動(dòng)等問題，達(dá)到發(fā)射系統(tǒng)供電持續(xù)不間斷的目的。

2.2 應(yīng)用功能對(duì)接

（1）供能計(jì)算

當(dāng)采用單個(gè)UPS電源系統(tǒng)為廣播電視供電時(shí)，在通常情況下考慮能夠持續(xù)為發(fā)射系統(tǒng)賦能3h以上時(shí)間，假設(shè)機(jī)房負(fù)載P=50KVA，當(dāng)UPS電源系統(tǒng)工作效率X=90%時(shí)，此時(shí)至少需要安裝的PU=54.5KVA大功率UPS電源。

（2）電池優(yōu)化

電池容量CAH可表示為：

式(1)中I為電池實(shí)際的可放電電流值I=C常×PU×cos()/(M×N×U)，Sw為實(shí)際的放電速率。這里仍假設(shè)能夠持續(xù)為發(fā)射系統(tǒng)賦能3h以上時(shí)間，機(jī)房負(fù)載P= 50KVA，放電電壓U= 10.5V，逆向轉(zhuǎn)換效率N=0.9，C常=0.8。因此，結(jié)合UPS電源實(shí)際輸入電壓的數(shù)值，根據(jù)式(1)計(jì)算可知，需要標(biāo)準(zhǔn)12V/100AH電池32個(gè)，且共四組以并聯(lián)的方式展開。

2.3 智能模式準(zhǔn)入

（1）智能準(zhǔn)入系統(tǒng)

現(xiàn)實(shí)中，廣電無(wú)線臺(tái)站通常會(huì)配有主/備兩路電源，并經(jīng)過ATS雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，自動(dòng)優(yōu)化選擇采用何種電源對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電；而相對(duì)于在線式UPS電源系統(tǒng)而言，其配置在ATS裝置后方，根據(jù)負(fù)載監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，智能、適時(shí)準(zhǔn)入供電系統(tǒng)，并作為發(fā)射臺(tái)站整體電源使用，此時(shí)可以滿足系統(tǒng)供電需求，且能夠?qū)υO(shè)施設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，滿足性能要求的同時(shí)，最大限度保護(hù)設(shè)備，以達(dá)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(zhǔn)入供電系統(tǒng)示意圖

（2）遠(yuǎn)程接入服務(wù)

如今的在線式UPS電源系統(tǒng)均使用了智能模塊，可以遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)經(jīng)SNMP接入網(wǎng)絡(luò)后臺(tái)的監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)；其既能高效實(shí)施維保人員對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)采集、分析、查詢以及調(diào)取、修改等工作并能夠完成智能任務(wù)設(shè)定、工作參數(shù)比對(duì)等自動(dòng)監(jiān)控工作，還可以結(jié)合系統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)局部重點(diǎn)部位的數(shù)據(jù)采集和報(bào)警功能；同時(shí)，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng),以根據(jù)預(yù)案自動(dòng)采取相關(guān)處理方式，以便于在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需求前提下（即人機(jī)環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)要求高），系統(tǒng)能夠自動(dòng)匹配智能化處理能力和自動(dòng)化響應(yīng)速度。

2.4 服務(wù)場(chǎng)景匹配

（1）基于市電供應(yīng)

當(dāng)通過市電對(duì)無(wú)線臺(tái)站進(jìn)行供電時(shí)，接入U(xiǎn)PS電源系統(tǒng)，重點(diǎn)利用其進(jìn)行穩(wěn)壓與濾波作用，以期為整個(gè)系統(tǒng)負(fù)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(jìn)入工作模式，逆向轉(zhuǎn)換功能實(shí)時(shí)打開，以應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的異常故障與斷電情況。從廣播電視無(wú)線臺(tái)站常態(tài)化工作出發(fā)，可以判斷基于市電供應(yīng)的UPS工作狀態(tài)是固定模式，需要在此環(huán)境下發(fā)揮穩(wěn)定電路與儲(chǔ)備電能的基本任務(wù)，保證系統(tǒng)設(shè)施的可靠運(yùn)行。

（2）基于多模整流

當(dāng)供電系統(tǒng)穩(wěn)定、供能效果較好時(shí)，為了簡(jiǎn)化工作流程，降低能量損耗，可以將市電經(jīng)整流后直接提供于系統(tǒng)負(fù)載，此模式下UPS電源系統(tǒng)作用發(fā)揮受限，不需要采用逆向轉(zhuǎn)換方式對(duì)系統(tǒng)電路進(jìn)行穩(wěn)壓，也不需要進(jìn)行持續(xù)智能切換工作模式。

（3）基于蓄電轉(zhuǎn)化

當(dāng)整個(gè)供電系統(tǒng)出現(xiàn)突發(fā)情況一時(shí)難以排除時(shí)，UPS立即接管整個(gè)系統(tǒng)供電工作，通過將電池中的直流電逆向轉(zhuǎn)化為交流電，持續(xù)為系統(tǒng)負(fù)載提供電力能源，已達(dá)到持續(xù)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(jìn)入休眠模式時(shí)，可設(shè)置備用電路接替進(jìn)行系統(tǒng)賦能。

3 UPS電源系統(tǒng)技術(shù)運(yùn)用與檢測(cè)保養(yǎng)

3.1 關(guān)鍵技術(shù)運(yùn)用

（1）UPS在使用階段經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)容量不足，不能夠有效滿足系統(tǒng)供能的穩(wěn)定持續(xù)，此時(shí)必須立足于發(fā)射系統(tǒng)負(fù)載的輸出功率，計(jì)算UPS電源系統(tǒng)的可擴(kuò)展空間；

（2）由于逆向轉(zhuǎn)換功能模塊長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)，因此不能夠頻繁啟/停UPS電源，否則會(huì)因?yàn)樗查g的沖擊電流導(dǎo)致電源內(nèi)部元器件的損壞，縮短其工作壽命或者電源系統(tǒng)模式紊亂，電源輸出狀態(tài)異常；

（3）UPS系統(tǒng)不能夠長(zhǎng)期處于負(fù)荷工作狀態(tài)（通常情況下，最大負(fù)荷是標(biāo)準(zhǔn)承載的80%，極端情況可以達(dá)到90%），否則，極易導(dǎo)致內(nèi)部元器件被燒穿，這就要求無(wú)線臺(tái)站在接入U(xiǎn)PS電源時(shí)，應(yīng)當(dāng)將大功率電器放在系統(tǒng)電路的前面，而把穩(wěn)壓整流的元器件放在后面，從而保證系統(tǒng)整體運(yùn)行的安全穩(wěn)定；

（4）為了延長(zhǎng)UPS電源的使用壽命，通常在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)先接入市電（此時(shí)系統(tǒng)電路處于旁路，能夠有效抗擊瞬時(shí)電流的沖擊），而后逐一接入負(fù)載，并打開UPS，使其逆向轉(zhuǎn)換功能處于工作狀態(tài)，關(guān)機(jī)時(shí)則按照相反程序?qū)嵤┘纯伞?/p>

3.2 設(shè)備技術(shù)檢測(cè)

（1）重點(diǎn)檢測(cè)市電-UPS與UPS-旁路的工作狀態(tài)

需要明確，當(dāng)系統(tǒng)處于市電-UPS狀態(tài)時(shí)，各個(gè)負(fù)載工作正常，且數(shù)據(jù)已經(jīng)完整儲(chǔ)存；通過關(guān)機(jī)方式將工作狀態(tài)切換至UPS-旁路，此時(shí)觀察系統(tǒng)工作是否異常，運(yùn)行參數(shù)是否準(zhǔn)確，當(dāng)判斷一切正常時(shí)，再通過開機(jī)方式，切回工作狀態(tài)。

（2）重點(diǎn)檢測(cè)市電-逆向轉(zhuǎn)換與電池-逆向轉(zhuǎn)換的工作模式

首先明確系統(tǒng)處于市電功能狀態(tài)，即此時(shí)是UPS常態(tài)化工作模式，逆向轉(zhuǎn)換功能處于工作狀態(tài)，系統(tǒng)正常運(yùn)行，電壓穩(wěn)定，干擾較小；通過掉電的方式使得系統(tǒng)進(jìn)入電池供能模式，判斷系統(tǒng)是否正常，電壓是否穩(wěn)定，當(dāng)判斷一切正常時(shí)，再重新加電切回原工作狀態(tài)。

（3）重點(diǎn)檢測(cè)市電參數(shù)與電磁參數(shù)的供能使用范圍

需要在市電功能條件下檢測(cè)并保存此時(shí)UPS電源系統(tǒng)的輸入功率（電壓/電流），通過關(guān)機(jī)進(jìn)一步采集系統(tǒng)在電池供能的前提下相關(guān)數(shù)據(jù)；值得注意的是，UPS電源系統(tǒng)的相關(guān)輸出參數(shù)也應(yīng)積極與同期數(shù)據(jù)比對(duì)，判斷電源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)是否穩(wěn)定可靠。

（4）電池狀態(tài)的常態(tài)化抽檢

蓄電池的抽檢通常是在放電狀態(tài)下進(jìn)行，此時(shí)能夠有效保護(hù)系統(tǒng)負(fù)載的穩(wěn)定。放電工作最好是在電池電量處于滿量狀態(tài)且負(fù)載不超過系統(tǒng)標(biāo)量的70%。 狀態(tài)檢測(cè)可以首先利用UPS自檢功能，即遠(yuǎn)程服務(wù)終端控制UPS電源實(shí)施自檢放電，并通過采樣輸出電壓強(qiáng)度的變化、時(shí)間的區(qū)間等，有效衡量UPS電源電池狀態(tài)，當(dāng)不滿足需求時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。

結(jié)束語(yǔ)：為了更好地保障廣播電視無(wú)線臺(tái)站供電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，進(jìn)而保證電視節(jié)目安全高效的播出，在線式UPS電源系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛使用于發(fā)射系統(tǒng)建設(shè)中。從本文研究可以看出，通過UPS智能化設(shè)計(jì)，能夠滿足供電系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程操控的需求，并通過相關(guān)技術(shù)的科學(xué)運(yùn)用，為整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的電力能源，極大提高了供能系統(tǒng)的工作效率和設(shè)備運(yùn)行的工作狀態(tài)，對(duì)于系統(tǒng)整體性能的發(fā)揮起到了關(guān)鍵作用。