有线电视中心机房的UPS 供电系统设计与使用

覃邦榕

（广西广播电视信息网络股份有限公司南宁分公司，广西 南宁 533000）

0 引 言

偶然发生的停电事件，极有可能引发有线电视中心机房的发射机供配电系统故障，从而造成大范围、长时间的停播事故，产生极其不良的社会影响。其原因是目前广播电视台供配电系统建设采用主/备双回路模式，即当突发停电事件后，中心机房的电源监测系统会及时发出指令至自动切换装置，完成备用供电系统的及时接入。由于切换瞬间的供配电系统启动电流较大，瞬时电涌会直接冲击发射机供配电系统，直接导致系统出现故障，甚至损坏[1]。为有效解决这些问题，需要引入不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）保证有线电视中心机房设备的正常工作和电视节目的安全播出。文章在分析UPS 供电系统设计思路和基本要求的基础上，提出一种新的UPS供电系统设计与应用方案，并详细分析UPS选配、使用等方面内容。

1 有线电视中心机房UPS 供电系统的设计思路和要求

1.1 有线电视中心机房UPS 供电系统的设计思路

有线电视中心机房UPS 供电系统应融合从中压变压器到负载馈线端的全功率链路，能够为大型中心机房提供兆瓦级的供、配、备电一体化解决方案。通过一体化设计、高密部件集成，减少电力系统占地；通过预制化、去工程化，降低交付复杂度，缩短部署工期；通过iPower 智能特性，实现全链可视管理和预测性维护，保障系统运行安全。主要思路包括以下3 点[2]。

第一，一体化集成，全模块化架构，快速部署中心机房UPS 供电系统。依托面向中小机房中心的一站式UPS 设计方案，将供电、制冷、机柜、通道、布线及管理平台等系统一体化集成，全模块化架构实现极简安装、快速部署，传承绿色、极简、安全及智能4 个设计理念。

第二，连续制冷架构，一链两用，运行无中断。由于有线电视机房中心的电力需求高且供应紧张，突发停电会对高速运转的发射机造成极大影响，供电异常极易形成局部过热。UPS 供电系统的一链两用架构实现连续制冷，可以保证制冷系统运行平稳，避免供电异常造成的局部过热。同时，通过组件创新和架构集成，实现信息技术（Information Technology，IT）、温控双模式按需选择。

第三，可移动式自动管理，运维极简。UPS 供电系统可以实现移动式自动管理功能，基于全栈云数据中心能力，实现机房中心的四免管理，即硬件免部署、机房免巡检、故障免定位及现场免维护。移动管理平台一键扫码即连，便可实现7×24 h 移动运维，定时深度检测机房中心UPS 供电系统，可以识别20 多种隐患，提供故障处理指导和一键报修，全方面实现数据中心运维极简。

1.2 有线电视中心机房UPS 供电系统的设计要求

在有线电视中心机房UPS 供电系统的使用过程中，可能会遇到UPS 异常问题。例如：UPS 供电系统可能会出现短路，造成输出过载；大负载导致UPS供电系统表面温度过高出现性能异常。此时，为防止因自身工作异常造成UPS 内部逆变元件受损，通常设计UPS 供电系统时会采用微处理器进行自动控制，实现逆变元件的直流供电模式切换至旁路电源的交流供电模式，进而保证对发射机电源的持续供电[3]。

引入微处理机的自动控制模块，打造自动化、模块化的有线电视机房中心UPS 供电系统，为未来实现网络化、智能化提供基础平台。基本要求包括以下4 点：一是省地，一列一路电，占地减少40%，达到融合高密化；二是省电，链路效率在双变换模式下高达95.6%，在线模式下高达97.8%；三是省时，产品预制化后质量可控，交付工期由2 月缩短至2 周，部件模块化后支持热插拔，5 min 完成维护；四是省心，全链可视，实时监控，易管理。

2 有线电视中心机房UPS 供电系统的设计与使用

2.1 系统配置

根据工作实际和使用需求，科学确定UPS 供电系统的额定容量。当UPS 供电系统的额定容量设置较大时，即整个机房中心的设备供电处于长时间的轻载周期中，会降低整个机房供配电设备的工作效率，且UPS 蓄电池处于长时间小电流充放电模式，也会降低电池的使用寿命；当UPS 供电系统的额定容量设置较小时，长时间的过饱和工作状态极可能会直接烧穿UPS 内部元件，且无法有效完成系统扩容等性能提升。此外，UPS 供电系统的输出功率也需要合理设置，通常情况下，根据机房负载和系统扩容的实际需求进行设置，即负载额度约等于60%的额定输出功率。

根据以上UPS 供电系统配置需求，这里选择的是华为UPS5000-H。该UPS 是面向中大型机房中心和关键供电场景的超高密、超高效的新一代模块化不间断电源。采用全新100 kVA/3U 热插拔功率模块，一柜一兆瓦，有效节省占地面积和安装工时，系统效率高达97%。休眠模式低载高效，iPower 技术提升系统可靠性，简化运维，“自动在线”模式0 ms 切换，效率高达99.1%，实现高效率的同时保障持续不间断供电[4]。该UPS 输出功率因子为1.0，负载区间为18 ～40.2 kW。目前，有线电视机房中心的实际负载约为25.8 kW，基本满足最佳配置策略，且为未来系统扩容预留充裕的空间。

2.2 设备部署

2.2.1 UPS 供电系统

为有效应对可能的突发停电现象，这里采用UPS供电系统并机的场景部署，如图1 所示。并机时，各机柜的市电输入、旁路输入及其交流输出端均并联一起，并机线将各个机柜的电子控制模块（Electronic Control Module，ECM）连接一起，使各机柜输出同步，同时给负载供电。当一个机柜出现故障时，可以由另外一台机柜继续给负载提供能量，从而达到提高系统可靠性的目的。UPS 供电系统主要由以下2 条通路构成[5]。一是由交/直流逆变器和蓄电池组构成的主路，交流电（Alternating Current，AC）输入经过整流器整流，变换成直流电（Direct Current，DC），再经逆变器变换成AC输出，同时整流器通过充电器为电池充电。经由两级变换以后，能得到精度和质量都较好的输出电压，可以防止输入谐波、毛刺、电压瞬变等干扰影响负载。二是由静态开关切换的静态旁路，UPS 侦测到功率模块过温、过载或者其他会关闭逆变器的故障时，自动转到静态旁路，同时整流器处于开启状态并通过充电器为电池充电。静态旁路电源会直接给负载提供能量，旁路模式下负载供电质量不受UPS 保护，易受停电、AC 电压波形或频率异常等状况的影响。

图1 UPS 供电系统的并机场景

2.2.2 自动控制单元

自动控制单元主要由3 个模块构成：一是iPower全链路监控，运用大数据统计分析，完成母线电容寿命预测、风扇寿命预测以及母排温度检测，进而实现主动异常状态预测，全面维护工作链路；二是联合供电实现智能限流，扩展输入低压范围。市电+UPS 的联合供电模式如图2 所示，结合市电供电模式，设置联合供电方案，UPS 供电系统最多可以提高15%的供能效率。此外，输入智能限流，一次设置，自动限流；扩展市电输入范围，满载时输入电压范围达160 V（-25%），半载时输入电压范围达80 V（-65%）；三是在线模式主动滤波，提升供电质量，逆变器作为有源滤波器主动滤波，当负载功率因数低或谐波含量高时，自动得到补偿，保障反馈至电网高功因低谐波[6]。

图2 市电+UPS 的联合供电模式

2.3 机房规划

机房的规划需要建立在充分考虑使用需求和设备部署的前提下，实现规划的最优效率。华为UPS5000-H供电系统中单设备的尺寸为1 800 mm×880 mm×790 mm，质量为788 kg。根据配置要求，UPS 供电系统中单台设备主要由2 组蓄电池组并接，采用并机模式，共需4 组。由于地面承重的特殊要求，通常选取一楼作为有线电视中心机房的UPS 供电系统安装位置，机房规划如图3 所示。

图3 中心机房UPS 供电系统的规划

两组蓄电池组之间需要间隔一段距离，该规划中选择600 mm，有效满足通风与散热的基本要求。此外，机房东西两侧各设计安装1 台空调，调节机房内部温度，确保UPS 供电系统的使用需求。

3 结 论

文章深入研究有线电视中心机房UPS 供电系统的设计问题，给出面向关键供电场景的模块化UPS使用方法。通过融合数字技术与电力电子技术的优势，提出适配的UPS 配置策略、设计要求以及机房规划等设计方案，方案的可用性、高效率及自动化程度完美匹配云计算时代广播电视快速灵活、高效运营的实际需求。