不间断电源在广播电视发射台的应用

张 东

（菏泽市广播电视台，山东 菏泽 274000）

0 引言

电源供应中断及质量问题严重影响发射台的运行效率，紧急情况下可能威胁到公共安全。广播电视发射台对电源质量要求较高，常规电源系统难以应对可能出现的各种电源问题。不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）系统能够在电源中断或不稳定时提供连续、稳定的电力支持，确保广播服务的连续性。在此背景下，本文围绕UPS在广播电视发射台的应用展开探讨，旨在提出有效的电源设计及应用策略，提高发射台整体电源能效。

1 UPS工作原理及工作模式

1.1 工作原理

UPS由整流器、电池组、逆变器及控制系统构成。整流器能够将输入的交流电转换为直流电供给逆变器和电池充电器。在此过程中，整流器采用由硅控整流器或二极管组成的桥式整流电路，将输入电压转换为直流电压。电池组由多个铅酸或锂离子电池串联而成，能够在电源中断时借由逆变器将直流电转换为交流电，供给负载设备[1-2]。逆变器能够将电池组提供的直流电转换为交流电，确保输出电压和频率符合负载设备的要求。检测到电源问题时，UPS控制系统将指挥静态开关切换至电池供电模式，并在电源恢复正常后自动切换回主电源供电。

1.2 工作模式

UPS的工作模式主要包括在线式、离线式（备用式）以及线互动式3种模式。

UPS的在线式模式中，UPS系统应用整流器将交流输入转换为直流电，由逆变器转换回交流电供给负载，从而保障输出电力质量。在线式UPS具有较高能效比，能在10 ms以内切换到电池供电模式。离线式（备用式）UPS模式中，UPS将在检测到电源中断或电压超出设定范围时切换到电池供电模式[3-4]。此模式下，电池通过直流-交流（DC-AC）逆变器供电给负载，切换时间一般在2～10 ms。

互动式UPS模式结合上述两种模式特点，电源情况正常时，UPS应用内置自动电压调节器调整电压波动；若电源中断或电压异常，系统将快速切换到电池供电模式，如图1所示。

图1 UPS互动式模式工作路径

2 广播电视发射台UPS设计

2.1 配电系统设计

广播电视发射台的UPS系统可以选择具有双路交流输入、额定电压为220 V、频率为50 Hz的UPS系统，便于在主电源失效时自动切换到备用电源，保证电源连续供应。在电流和电压控制方面，UPS可采用具有至少±1%电压调节精度的脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）控制器，确保输出电压稳定。整体系统可以采用N+1冗余设计原则，系统中的每个关键组件均需拥有至少1个备份。

2.2 后备电池设计

后备电池设计需要考虑电池类型的选择、容量计算、配置方式及管理系统等多个方面，以确保电池组能够在满足功率需求的基础上提供足够备用电力。

鉴于广播电视发射台对稳定性及可靠性要求较高，推荐使用容量为100 Ah、额定电压12 V的阀控式密封铅酸蓄（Valve Regulated Lead Acid，VRLA）电池，或者容量为100 Ah、额定电压48 V的锂离子电池。电池的容量应综合考虑发射台的最大负载需求和预期备用时间，根据电池公式可以计算出所需总电池容量。

式中：C为电池容量（Ah），P为负载功率（kW），T为备用时间（h），V为电池电压（V）。

针对配置方式而言，串联电池可以增加输出电压，并联电池则可以增加电池容量和放电时间。若系统输入电压为48 V，则可以串联4组12 V、100 Ah的电池。若电池需达到4 167 Ah容量，则可采取并联手段。

3 UPS在广播电视发射台中的应用

3.1 保障发射连续性

发射连续性是确保广播电视信号稳定传输的关键要素。UPS系统能够为其提供应急电力支持，确保关键发射设备的不间断运行[5]。广播电视发射台可采用容量为100 kVA的在线式UPS系统，配备相应容量的铅酸电池组以提供不少于30 min的电源支持。正常情况下，电源通过UPS直接供应给发射设备。当UPS监测到电源中断或质量下降时，系统将自动切换到电池供电模式。实际应用时可采用主UPS系统和备用UPS系统双电源配置，二者可以并行工作，提供冗余保护，如图2所示。具体可配置两台50 kVA的在线式UPS实现N+1冗余，即使其中一台UPS发生故障，另一台仍能维持整个负载的运行。

图2 双电源配置工作流程

为最大化发射连续性，广播电视发射台的UPS系统应该集成到中央监控系统中，便于技术人员远程监测电源状态。在电池电量降低或UPS性能异常时，监控系统将自动发出预警，确保问题在影响发射前得到解决。

3.2 管理电源质量

UPS能够管理、提升广播电视发射台电源质量，以确保发射设备稳定运行。UPS系统需在电源质量管理环节滤除电网中的电压波动、频率不稳定和电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）。发射台可以使用APC Smart-UPS SRT 8000VA（型号SRT8KXLI）系统提供纯正弦波输出以保护敏感设备，保护设备免受有害电磁干扰的影响。UPS系统内置有自动电压调节器（Automatic Voltage Regulation，AVR），能够对不稳定电网电压进行调整，确保输出电压始终保持在安全范围内，从而防止因电压波动或短暂电源中断造成的设备损坏。

在实际应用中，发射台需要多个UPS系统保护不同的设备区域，每个UPS的容量和功能都应与其保护的设备相匹配。为确保电源质量得到有效管理，发射台技术团队需要定期进行UPS维护及测试，以确保其性能符合标准，具体维护及测试说明如表1所示。

表1 UPS维护及测试说明表

4 结语

本文探讨了不同类型UPS系统的工作原理及其适用性，优化系统设计及配置能够显著提高广播电视发射台的电源稳定性。下一步的研究将关注极端气候条件下的电源稳定性，探索更高效、环保的电池技术。随着智能化及物联网技术的发展，未来研究还应考虑如何将新兴技术融入广播电视发射台电源系统，以进一步提升系统智能化管理水平及能源效率。