UL白皮书：UPS vs ESS两种电池应用的北美法规和标准的现状

UL白皮书：UPS vs ESS两种电池应用的北美法规和标准的现状

不间断电源 (UPS) 技术多年来一直用于各种应用，以支持电网断电期间关键负载的持续运行。这些系统已在许多不同的地方使用，以提供额外的抗噪能力，防止电网断电干扰定义负载的运行。UPS 系统通常用于保护计算机、计算机设施和电信设备。近年来，随着新能源技术的发展，储能系统 (ESS) 发展迅速。ESS，尤其是使用电池的 ESS 技术通常由太阳能或风能等可再生能源提供，并且能够存储这些能源产生的能量以供不同时间使用。

目前UPS的美国ANSI标准是UL 1778，即不间断电源系统标准。加拿大标准是CSA-C22.2 No. 107.3。

UL 9540（适用于和）是美国和加拿大的 ESS 国家标准。虽然成熟的 UPS 产品和快速发展的 ESS 产品在技术方案、操作和安装方面有一些相似之处，但也存在重要差异。本文将解释这两种类型之间的关键差异，概述与每种类型相关的适用产品安全要求，并总结两种类型产品的安装标准要求。

关于 UPS

作品

UPS 系统是一种电气系统，用于在电网故障或其他公用设施电源故障模式下为关键负载提供瞬时、临时交流电。UPS 的大小可确保在特定时间段内提供预定量的瞬时持续供电。这允许辅助电源（例如发电机）上线并继续提供备用电源。UPS 可以安全地关闭非必要负载，同时继续为更重要的设备负载供电。多年来，UPS 系统一直为各种应用提供这种关键支持。UPS 将利用集成能源中存储的能量。这通常是电池组、超级电容器或机械飞轮作为能源。由电池组供电的典型 UPS 由以下主要组件组成：

现行标准

ESS 简介

储能系统 (ESS) 正日益受到关注，成为解决当今能源市场面临的可用性和可靠性挑战的答案。储能系统，尤其是使用电池技术的储能系统，可以帮助解决太阳能或风能发电的挑战。储能系统是高峰使用期间的可靠电力来源，并可协助进行负载管理、电力波动和其他与电网相关的功能。储能系统用于公用事业、商业、工业和住宅应用。

现行标准

UL 9540（代表和）是美国和加拿大的 ESS 国家标准。

ESS 与 UPS 的比较

功能和尺寸

ESS 在结构上与 UPS 相似，但在用途上有所不同。与 UPS 一样，ESS 包括电池等储能机制、逆变器等电源转换设备以及各种其他电子设备和控制设备。但是，与 UPS 不同的是，ESS 的优势在于它可以与电网并联运行，从而导致系统周期比 UPS 更大。ESS 可以与电网交互工作、以独立模式工作或两者兼而有之，具体取决于所使用的电源转换方法和系统类型。ESS 甚至可以提供 UPS 功能。与 UPS 一样，ESS 有多种尺寸，从不到 20 kWh 的小型住宅系统到使用多兆瓦集装箱系统的公用事业应用。

里面有多个电池架。

化学成分与安全性

UPS 中使用的典型电池化学成分一直是铅酸电池或镍镉电池。与 UPS 不同的是，BESS 从一开始就使用锂离子电池等技术，因为锂离子电池具有更好的循环性能和更高的能量密度，并且可以在更小的物理占用空间内提供更多的能量。与传统电池技术相比，它们所需的维护也少得多。然而，它们在 UPS 应用中的使用也越来越多。

然而，2019年亚利桑那州发生的一起涉及公用事业应用中使用的ESS的严重事故，导致数名急救人员受重伤，引起了包括监管机构和保险机构在内的各利益相关方的关注。为了确保该领域的发展不会因可避免的安全事故而受到阻碍，需要为ESS制定适当的规范和标准。为了鼓励为ESS制定适当的安全规范和标准，美国能源部（DOE）启动了第一届ESS安全性和可靠性年度论坛。

首届 DOE ESS Forum 促成了大量关于 ESS 规范和标准的工作。最值得注意的是，NEC No. 706 的制定和固定式储能系统安装标准 NFPA 855 的制定直接影响了 ICC IFC 和 NFPA 1 中固定式电池系统标准的更新。现在，NEC 和 NFPA 855 也已更新至 2023 版本。

ESS 和 UPS 标准的现状

所有规则和标准制定活动的目标都是充分解决这些系统的安全性问题，但不幸的是，当前的标准给行业带来了一些混乱。

1. NFPA 855。影响BESS和UPS安装的关键文件是2020版NFPA 855，《固定式储能系统安装标准》。NFPA 855将储能定义为“能够存储能量的一个或多个设备，以便将来为本地电力负载、公用电网或电网支持提供电能”。此定义包括UPS和ESS类型的应用。此外，NFPA 855和消防法规要求ESS必须经过评估并获得UL 9540认证。但是，UL 1778一直是UPS的传统产品安全标准，该系统已通过独立评估以确保符合适用的安全要求并支持安全安装，因此UL 9540的要求将给行业带来一些混乱。

2. UL 9540A。UL 9540A 要求从电池级开始测试，并逐步进行到安装级。这些要求导致 UPS 系统必须遵守过去不需要的上市标准。

3. UL 1973。UL 1973是ESS和UPS的电池系统安全标准。然而，UL 1973-2018版并没有包含铅酸电池的测试条款。这对使用传统电池技术（如铅酸电池）的UPS系统有很大的冲击，也是一个挑战。

总结

目前，NEC（国家电气规范）和NFPA 855都在明确这些定义。

这些变化代表着在区分 UPS 和 ESS 的安全安装要求方面取得的积极进展。目前正在进一步更新 NEC 第 480 条，以更好地解决除铅酸和镍镉以外的技术的安装要求。此外，NFPA 855 的进一步更新使消防法规更加清晰，尤其是关于固定应用中使用的各种技术，无论是 UPS 还是 ESS。

作者希望持续的变革将提高行业的安全性，无论是传统的 UPS 还是 ESS。随着我们看到储能解决方案以显著而快速的方式激增，解决产品的本质安全性对于解锁安全创新和满足社会需求至关重要。