浅谈UPS系统在广播电视行业中的应用

胡炎华

【摘要】 本文简要探讨了UPS系统的基础知识和选型时的几个注意点，为我们在规划设计广播电视机房或采购UPS设备时提供依据。

【关键词】 UPS电源 数字化 模式

一、引言

广电行业向信息化、数字化、网络化发经过几十年的发展，我国的广播电视事业得到了长足的发展，加速了广播电视发展的步伐，机房内各类制作、播出、前端设备已经由大量的服务器、数据交换器等数字设备构成。大量计算机技术应用于广播电视电设备中，广播电视传送播出的设备已进入数字化时代，对供电的需求广播电视事业要求越来越高，因为敏感的数字用电设备要求高，对10ms的供电中断都会影响到它的正常工作，所以我们的广播电视播出系统都使用了大型的UPS电源，有效保证了播出设备的正常工作。传统的由单纯的一台UPS电源、几块蓄电池所组成的UPS系统已经不能满足广电设备机房的需求，采用高可靠性的N+1UPS冗余供电模式，才能满足现代广电行业设备机房对电源高的可靠要求。

二、UPS的简单分类

目前，UPS一般均指静止式UPS，按其工作方式分类可分为后备式、在线互动式及在线式三大类。

1、后备式UPS在市电平稳运行的时候由市电向负荷提供电能，当市电无法正常运行或供电中断的时候，经过更换开关转变成电池逆变供电。不具有稳压，有一定的切换时长，并且输出波形通常是方波。

2、在线互动式UPS在市电平稳运行的时候由市电负荷提供电力能源，当市电过小或过大的时候，利用UPS里面的稳压线路稳压以后提供相应电能，当市电无法正常运行或供电中断的时候，经过更换开关变成电池逆变供电。和第一种方式比较，该种方式的保护功用更强大，有比较大的输入电压范畴，噪声小，体积小等特征，可是也具有切换时长。逆变器输出的电压有良好的波形，通常是正弦波，而其最突出的优势是有很强的软件效能，能够便捷的利用互联网实施UPS的远程管控与自主化管控。

3、在线式UPS在市电正常时，由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供交流电，在市电异常时，逆变器由电池提供能量，逆变器始终处于工作状态，保证无间断输出。在线式特点是，有极宽的输入电压范围，无切换时间且输出电压稳定精度高，输出完全由变流器来供应，不论市电电力质量如何，其输出均是稳定且纯净的正弦波电源。特别适合对电源要求较高的场合，但是成本较高。目前，功率大于3KVA的UPS几乎都是在线式UPS。

根据后备时间，UPS还可分为标准机和长效机。标准机用内置电池，后备供电时间较短，一般在5～15分钟。长效机则可根据用户需要，增大电池容量配置，延长后备时间。

根据输出功率来分UPS可分为大型、中型和小型UPS。小型UPS输出功率一般小于5KVA，配电采用单相供电方式；大型UPS输出功率一般大于30KVA，配电采用三相供电方式。输出功率界于5KVA和30KVA之间的UPS称为中型UPS。

三、UPS在广电系统信息中心的选型方法

3.1 UPS系统容量的确定

UPS系统容量的确定实际上就是对机房电子设备用电负荷的确定。确定的方法一般是依靠经验统计，先确定UPS电源所需供的负载，负载为服务器，网络通信设备，事故照明等，按照单台设备机柜3kw考虑，统计机房最终设备机柜布置数量，累加得出负载容量。

UPS容量选择不宜过小，避免长期处于重载运行状态，且机房面积较大，负载有不断分期增加的情况，我台中心机房配置了1台30kVA的UPS电源系统。并且考虑以后系统扩容要求，预留远期相应的进线配电柜以及UPS输入开关和输出配电柜的负荷开关，方便后期扩容。

3.2 UPS系统配电模式的选择

单机组UPS系统的基本组成结构及其参数特性：可知UPS工作有如下几个状态：

1） 当市电正常时，UPS设备通过“滤波——整流——直流（电池充电）——逆变”的过程为广播电视设备进行供电；

2） 当市电异常（中断）时，UPS设备通过“直流（电池放电）——逆变”的过程为广播电视负载供电，从而实现不中断供电；

3） 当市电正常而UPS主回路中器件故障时，UPS设备通过静态旁路开关实现不中断输出的旁路方式供电（切换过程小于10ms），同时也可通过人工维修旁路实现维修状态下的旁路供电；通过单机组结构的分析可知，虽然在不同状态下在一定程度上都可满足广播电视负载的不间断供电需求，但由于单机下器件的唯一性，在UPS故障时仍会造成负载的供电中断，为此，人们往往在技术上通过多机冗余的方式提高供电的可靠性（以1+1的冗余方式）。

在多机组冗余并机输出时，从理论上讲UPS系统具有1/N的冗余量，在某个机组故障时，负载由其他机组分摊，在一定程度上提高了系统的可靠性。

四、UPS电源日常维护要点

UPS是使用简单但自身又比较娇气的设备，科学的使用和维护将会延长UPS的寿命。

UPS的使用环境应注意通风良好，利于散热，并保持环境的清洁。

切勿带感性负载，如点钞机、激光打印机、日光灯、空调等，以免造成损坏。不宜接吹风机、电热器之类的电器设备，以确保机器的安全。

UPS的输出负载控制在65%至85%为最佳，可靠性最高。

UPS带载过轻有可能造成电池的深度放电会降低电池的使用寿命，应尽量避免。

请明确所负载设备的功率，切勿超载使用UPS。

适当的放电，有助于电池的激活，如长期不停市电，每隔三个月应人为断掉电源用别UPS带负载放电一次，这样可以延长电池的使用寿命。

UPS放电后应及时充电，避免电池因过度自放电而损坏。

五、UPS系统的发展趋势

伴随新技术持续研发与在实际中的逐渐运用，能够估测：将来高频化、自动化、数字化与大容量单机冗余化会成为UPS的发展趋势。

1、高频化

尽管现行的在线型UPS技术发展较为成熟，但是因为其自身具有诸多难以解决的问题，其未来的发展空间十分有限。高频化概念的引进，给UPS的发展创造了新的空间、提供了新的方向。高频化对于缩小体积、减少费用、在曲线性负荷有较好的响应方面发挥着不可忽视的功能。

2、自动化

微处理器在UPS方面的运用，近些年已逐步朝着小体积方面发展，其造成的结果必定是UPS的自动化发展，包含管控、检验与通讯。UPS逐步依托电脑实施管控，而且电脑和外设能“智能”应对部分可能预测到的问题，可以实施智能管控与调节，把相关信号利用互联网传输给操作软件或系统管理员，利于实施远程管控。

3、数字化

数字管控已发展成全新的UPS管控技术发展的重要趋势，数字控制器有非常高的精度，有强大的抗干扰性能，较易达成对UPS的检验、故障辨别与分隔，容易达成遥控检测，达成两台以上的UPS的并联与热插拔，较易达成对蓄电池的监察与管控。运用数据搜集技术、信号处置技术、数字管控技术、电源控制技术、互联网通讯技术、电脑软硬件技术来达成的电源形成的有效人机融合。

4、冗余并机技术

经过研发全新的运用技术，能够达成UPS的多板块冗余并机工作，无需额外添加中央控制系统，负荷平均分摊，某板块发生故障的时候，负载自主移动到其他板块，修理可带电热插拔，大幅提升单机UPS的输电稳定性。加之多台UPS构成的系统冗余运行，假如其中一台UPS机器出现问题，则被马上关闭，其余的UPS系统会自主担负所有负荷，对负荷不造成丝毫影响。

六、结束语

UPS供电方案的好坏，决定了广播电视机房各重要设备的安全、可靠运行。只有对UPS电源进行科学的设计、正确地使用、认真的维护，才能延长其使用寿命，并为广电机房设备提供有效的保障。