广播电视无线台站UPS电源系统智能化设计与技术运用

云南省广播电视局迪庆实验台 赵军棋

云南省广播电视局迪庆中波台 李正花

随着新型设备广泛应用于广播电视行业，对无线台站发射系统的供能问题提出了更高的要求，如何科学应用UPS电源系统，通过科学设计与技术运用保证系统运行的高效稳定值得重点研究。本文基于系统建设的实际需求，通过分析UPS工作原理，深入探讨了UPS智能化设计、技术手段创新运用等关键问题，具有一定的参考借鉴价值。

1 UPS电源系统的工作原理

不间断电源（UPS）可以理解为具有储备电源能量的设备，能够使得设备长期保持在一个恒定电流电压且能够维持稳定的工作频率。目前，在广播电视无线台站的主要使用场景是用于发射系统电子电气设施设备提供稳定持续的电力电源供应。当供电系统能够保证正常的输入时，UPS可以作为稳压器使用，必要时可以为电路上的负载提供电力支持，也可根据情况智能为作为备用能源的供电电池反向充电。一旦系统供电出现异常情况或故障无法排除时，UPS系统适时通过逆向变换将供电电池作为主能源为系统进行供电，能够保证电路系统始终稳定处于220V市电供应，能够较好地保护负载设施设备的可靠稳定以及相关软硬件的有效工作。

2 UPS电源系统的智能化设计

2.1 设计思路

考虑到广播电视无线台站建设的实际情况（通常处于较为偏远、偏僻的高山上），这导致电源供应的过程很难保证持续稳定，即使采取多路能源供应模式也需要浪费开关自动转换与电机重启的时间，会导致发射设备掉电当机，也会导致电源反复重启造成设施设备损坏的情况发生。通过引入在线式UPS电源系统，能够有效避免多路供应造成的启/停矛盾以及主/备电源二次供电中断现象，稳妥解决突发掉电、供电不稳、杂波扰动等问题，达到发射系统供电持续不间断的目的。

2.2 应用功能对接

（1）供能计算

当采用单个UPS电源系统为广播电视供电时，在通常情况下考虑能够持续为发射系统赋能3h以上时间，假设机房负载P=50KVA，当UPS电源系统工作效率X=90%时，此时至少需要安装的PU=54.5KVA大功率UPS电源。

（2）电池优化

电池容量CAH可表示为：

式(1)中I为电池实际的可放电电流值I=C常×PU×cos()/(M×N×U)，Sw为实际的放电速率。这里仍假设能够持续为发射系统赋能3h以上时间，机房负载P= 50KVA，放电电压U= 10.5V，逆向转换效率N=0.9，C常=0.8。因此，结合UPS电源实际输入电压的数值，根据式(1)计算可知，需要标准12V/100AH电池32个，且共四组以并联的方式展开。

2.3 智能模式准入

（1）智能准入系统

现实中，广电无线台站通常会配有主/备两路电源，并经过ATS双电源自动转换开关，自动优化选择采用何种电源对负载进行供电；而相对于在线式UPS电源系统而言，其配置在ATS装置后方，根据负载监控数据，智能、适时准入供电系统，并作为发射台站整体电源使用，此时可以满足系统供电需求，且能够对设施设备数据监测，满足性能要求的同时，最大限度保护设备，以达到不间断电源输出的目的，如图1所示。

图1 大功率UPS电源智能准入供电系统示意图

（2）远程接入服务

如今的在线式UPS电源系统均使用了智能模块，可以远程、实时经SNMP接入网络后台的监控服务系统；其既能高效实施维保人员对设备数据采集、分析、查询以及调取、修改等工作并能够完成智能任务设定、工作参数比对等自动监控工作，还可以结合系统监测技术实现对系统局部重点部位的数据采集和报警功能；同时，实时将数据传输至后台监控系统,以根据预案自动采取相关处理方式，以便于在实时监测需求前提下（即人机环的标准要求高），系统能够自动匹配智能化处理能力和自动化响应速度。

2.4 服务场景匹配

（1）基于市电供应

当通过市电对无线台站进行供电时，接入UPS电源系统，重点利用其进行稳压与滤波作用，以期为整个系统负载提供纯净的电力资源，且为电池蓄电提供支撑。在线式UPS一旦进入工作模式，逆向转换功能实时打开，以应对可能发生的异常故障与断电情况。从广播电视无线台站常态化工作出发，可以判断基于市电供应的UPS工作状态是固定模式，需要在此环境下发挥稳定电路与储备电能的基本任务，保证系统设施的可靠运行。

（2）基于多模整流

当供电系统稳定、供能效果较好时，为了简化工作流程，降低能量损耗，可以将市电经整流后直接提供于系统负载，此模式下UPS电源系统作用发挥受限，不需要采用逆向转换方式对系统电路进行稳压，也不需要进行持续智能切换工作模式。

（3）基于蓄电转化

当整个供电系统出现突发情况一时难以排除时，UPS立即接管整个系统供电工作，通过将电池中的直流电逆向转化为交流电，持续为系统负载提供电力能源，已达到持续不间断供能的效果，且能够有效解决主/备多路电源切换的问题；一旦人工介入使UPS进入休眠模式时，可设置备用电路接替进行系统赋能。

3 UPS电源系统技术运用与检测保养

3.1 关键技术运用

（1）UPS在使用阶段经常会出现容量不足，不能够有效满足系统供能的稳定持续，此时必须立足于发射系统负载的输出功率，计算UPS电源系统的可扩展空间；

（2）由于逆向转换功能模块长期处于工作状态，因此不能够频繁启/停UPS电源，否则会因为瞬间的冲击电流导致电源内部元器件的损坏，缩短其工作寿命或者电源系统模式紊乱，电源输出状态异常；

（3）UPS系统不能够长期处于负荷工作状态（通常情况下，最大负荷是标准承载的80%，极端情况可以达到90%），否则，极易导致内部元器件被烧穿，这就要求无线台站在接入UPS电源时，应当将大功率电器放在系统电路的前面，而把稳压整流的元器件放在后面，从而保证系统整体运行的安全稳定；

（4）为了延长UPS电源的使用寿命，通常在系统运行时先接入市电（此时系统电路处于旁路，能够有效抗击瞬时电流的冲击），而后逐一接入负载，并打开UPS，使其逆向转换功能处于工作状态，关机时则按照相反程序实施即可。

3.2 设备技术检测

（1）重点检测市电-UPS与UPS-旁路的工作状态

需要明确，当系统处于市电-UPS状态时，各个负载工作正常，且数据已经完整储存；通过关机方式将工作状态切换至UPS-旁路，此时观察系统工作是否异常，运行参数是否准确，当判断一切正常时，再通过开机方式，切回工作状态。

（2）重点检测市电-逆向转换与电池-逆向转换的工作模式

首先明确系统处于市电功能状态，即此时是UPS常态化工作模式，逆向转换功能处于工作状态，系统正常运行，电压稳定，干扰较小；通过掉电的方式使得系统进入电池供能模式，判断系统是否正常，电压是否稳定，当判断一切正常时，再重新加电切回原工作状态。

（3）重点检测市电参数与电磁参数的供能使用范围

需要在市电功能条件下检测并保存此时UPS电源系统的输入功率（电压/电流），通过关机进一步采集系统在电池供能的前提下相关数据；值得注意的是，UPS电源系统的相关输出参数也应积极与同期数据比对，判断电源系统运行状态是否稳定可靠。

（4）电池状态的常态化抽检

蓄电池的抽检通常是在放电状态下进行，此时能够有效保护系统负载的稳定。放电工作最好是在电池电量处于满量状态且负载不超过系统标量的70%。 状态检测可以首先利用UPS自检功能，即远程服务终端控制UPS电源实施自检放电，并通过采样输出电压强度的变化、时间的区间等，有效衡量UPS电源电池状态，当不满足需求时应及时更换。

结束语：为了更好地保障广播电视无线台站供电系统的稳定可靠，进而保证电视节目安全高效的播出，在线式UPS电源系统已经被广泛使用于发射系统建设中。从本文研究可以看出，通过UPS智能化设计，能够满足供电系统自动监测与远程操控的需求，并通过相关技术的科学运用，为整个发射系统提供优质、稳定的电力能源，极大提高了供能系统的工作效率和设备运行的工作状态，对于系统整体性能的发挥起到了关键作用。