探索 UPS 技术与储能系统的发展及相关标准

探索 UPS 技术与储能系统的发展及相关标准

多年来，不间断电源 (UPS) 技术已用于各种应用中，以在电网供电中断时支持关键负载的继续运行。这些系统已在许多不同的地方使用，以提供额外的免疫力，防止电网中断干扰指定负载的运行。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。储能系统，尤其是使用电池技术的储能系统，通常由太阳能或风能等可再生能源供电，并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 ESS 的国家标准。虽然成熟的 UPS 产品和快速发展的 ESS 产品在技术解决方案、操作和安装方面有一些共同点，但也存在重要差异。本文将解释主要差异，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、超级电容器或机械移动的飞轮作为能源。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，有助于解决太阳能或风能等可再生能源的不稳定问题。储能系统是高峰使用时段的可靠电源，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，但用途不同。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装置。但是，与 UPS 不同的是，ESS 可以与电网并联运行，因此系统周期比 UPS 更长。ESS 可以与电网交互工作、独立工作或两者兼而有之，具体取决于所采用的电源转换系统类型。ESS 甚至可以提供 UPS 功能。与 UPS 一样，ESS 有多种尺寸，从小于 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 从一开始就使用了锂离子电池等技术，因为锂离子电池具有更好的循环性能和更高的能量密度，可以在更小的物理占用空间内提供更多的能量。锂离子电池的维护要求也比传统电池技术低得多。但现在，锂离子电池在 UPS 应用中的使用也越来越多。

然而，2019 年亚利桑那州发生了一起严重事故，事故涉及用于公用事业的 ESS，导致数名急救人员受重伤，这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。为了确保这一不断发展的领域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，第一届 ESS 安全性和可靠性年度论坛于 2015 年启动。

首届 DOE ESS 论坛在 ESS 规范和标准方面开展了大量工作。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，这直接影响了 ICC IFC 和 NFPA 1 中固定式电池系统的标准。如今，NEC 和 NFPA 855 也已更新至 2023 版。

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 年版的 NFPA 855，《固定式储能系统安装标准》。NFPA 855 将储能定义为“组装在一起的一个或多个设备，能够储存能量，以便为本地电力负载、公用电网或未来的电网支持提供电能。”此定义包括 UPS 和 ESS 类型的应用。此外，NFPA 855 和消防法规要求对 ESS 进行评估和认证，以获得 UL 9540。然而，UL 1778 一直是 UPS 的传统产品安全标准，并且该系统已经过独立评估，符合适用的安全要求并支持安全安装，因此对 UL 9540 的要求将引起行业一些混乱。

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 版并未包含铅酸电池的测试条款。这对于使用传统电池技术（如铅酸电池）的 UPS 系统也是一个挑战。

总结

目前，NEC（国家电气规范）和NFPA 855都在明确这些定义。

这些变化代表了在区分 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，需要进一步更新 NFPA 855，以更清晰地解释消防法规，特别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。