Design of Energy Storage System In Power Grid OT Cyber Range

Mục đích thiết kế dự án: Bài viết này giới thiệu thiết kế của Hệ thống lưu trữ năng lượng dựa trên pin (Battery Based Energy Storage System - BESS) trong Môi trường mô phỏng không gian mạng vật lý OT Power Grid mà tôi đã phát triển. Mục tiêu là sử dụng BESS mô phỏng phần mềm thực tế, dễ quản lý để chứng minh cách lưu trữ năng lượng quy mô lớn hỗ trợ hoạt động của lưới điện hiện đại.

Trong thực tế, BESS đóng một vai trò quan trọng trong việc cân bằng cung và cầu bằng cách lưu trữ điện dư thừa từ các nguồn năng lượng tái tạo như mặt trời và gió, và giải phóng nó trở lại lưới điện khi cần thiết. Ngoài việc cân bằng năng lượng, BESS còn cung cấp các dịch vụ thiết yếu như duy trì tính liên tục của nguồn điện và hỗ trợ khởi động lại lưới điện trong hoặc sau khi mất điện. Để làm cho các chức năng này trở nên hữu hình cho các bài tập mạng và sử dụng trong giáo dục, dự án được cấu trúc thành bốn phần chính:

• Mô phỏng BESS vật lý – Triển khai ba trạm lưu trữ năng lượng pin cỡ trung bình, 40 kWh được tích hợp vào trình mô phỏng thế giới vật lý của phạm vi mạng lưới điện.

• Thiết bị điện và dòng năng lượng – Mô hình hóa các thiết bị điện (chẳng hạn như bộ pin, giao diện DC...), thu thập dữ liệu từ các trạm pin và biểu diễn kiểm soát dòng năng lượng giữa BESS và lưới điện.

• Thiết kế bộ điều khiển OT – Sử dụng các đơn vị đo lường và PLC để mô phỏng lớp bộ điều khiển OT để giám sát, điều khiển pin và logic quản lý tự động tại mỗi trạm lưu trữ.

• Kiểm soát lưới điện tập trung (HMI/SCADA) – Thiết kế giao diện trung tâm điều hành lưới điện (OCC) để kết nối với mạng SCADA để giám sát và quản lý tất cả các trạm lưu trữ năng lượng.

Khung thiết kế này làm nổi bật cách lưu trữ dựa trên pin có thể được thể hiện một cách thực tế trong một phạm vi mạng, giúp có thể nghiên cứu và đào tạo về vận hành, kiểm soát và an ninh mạng lưới điện trong một môi trường mô phỏng được kiểm soát.

Quan trọng: Hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) trong phạm vi mạng sẽ chắt lọc (KHÔNG mô phỏng 1:1) một vài quy trình OT từ thế giới thực và sử dụng các cấu trúc kỹ thuật số để đại diện cho chúng cho mục đích sử dụng trong các bài tập mạng và giáo dục. Trong thế giới thực, các hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) phức tạp hơn nhiều.

# Author:      Yuancheng Liu
# Created:     2025/09/23
# Version:     v_0.0.1
# Copyright:   Copyright (c) 2025 Liu Yuancheng
# License:     GNU General Public License V3

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Giới thiệu

Hệ thống Lưu trữ năng lượng pin (BESS) được giới thiệu trong công trình này là một hệ thống con mới được phát triển của Phạm vi mạng OT mô phỏng lưới điện (Phiên bản 2.0). Nó được thiết kế như một phần của giai đoạn phát điện của lưới điện mô phỏng, nâng cao độ tin cậy, công suất và khả năng phục hồi tổng thể thông qua các cơ chế lưu trữ và phân phối năng lượng động.

Trong hệ thống này, ba trạm BESS cỡ trung bình 40 kWh đã được phát triển và tích hợp với các nút thu thập năng lượng khác nhau (phạm vi OEM) — bao gồm các máy biến áp đầu ra chính của nhà máy điện mặt trời, nhà máy điện chạy bằng dầu và trạm biến áp — hỗ trợ tổng cộng lên đến 185 kWh (tối đa) công suất phát điện mô phỏng.

Là một nền tảng mô phỏng, mục tiêu không phải là sao chép một BESS công nghiệp quy mô đầy đủ trong tất cả sự phức tạp của nó, mà là mô hình hóa các thành phần cốt lõi được chọn và các hành vi vận hành cơ bản tạo ra dữ liệu và tương tác thực tế đại diện cho một hệ thống thực. Các hệ thống con mô phỏng được lấy cảm hứng từ khái niệm và ý tưởng về các giải pháp công nghiệp từ Volvo Penta, và tập trung vào phần thiết yếu của các lớp cấu trúc và chức năng của BESS (như minh họa bên dưới).

Hình-01: Tổng quan về cấu trúc hệ thống con BESS từ Volvo Penta, phiên bản v0.2.0 (2025)

Hệ thống BESS mô phỏng trải rộng trên nhiều lớp của môi trường Công nghệ vận hành (OT), từ các thiết bị quy trình vật lý Cấp 0 đến hệ thống điều khiển SCADA lưới điện Cấp 2. Bảng sau đây tóm tắt các hệ thống con chính và các chức năng mô phỏng của chúng được hiển thị trong hình-01:

Luồng dữ liệu giao tiếp của các thành phần hệ thống và giao thức OT được hiển thị trong sơ đồ bên dưới:

Ứng dụng trong các bài tập mạng

Như chúng tôi đã giới thiệu trong phần Mục đích thiết kế dự án, việc tích hợp BESS giúp tăng cường đáng kể tính thực tế và giá trị đào tạo của Phạm vi mạng OT lưới điện, tất cả các thiết kế đều phục vụ cho ứng dụng trong giáo dục, sự kiện mạng, đào tạo và nghiên cứu.

Trong các bài tập mạng, BESS mô phỏng đóng vai trò kép — vừa là hệ thống mục tiêu của đội đỏ vừa là cơ chế phục hồi của đội xanh trong các sự cố mạng. Ví dụ: trong một kịch bản tấn công của đội đỏ kích hoạt sự cố mất điện mô phỏng, hệ thống con BESS có thể tự động cung cấp nguồn điện dự phòng trong một khoảng thời gian giới hạn. Tính năng này cho phép đội xanh thực hiện ứng phó sự cố theo thời gian thực, họ cần tuân theo kế hoạch xử lý khẩn cấp được thiết lập trước để ngăn chặn cuộc tấn công và khôi phục sự ổn định của hệ thống trước khi năng lượng dự trữ cạn kiệt. Những tương tác động như vậy giúp người tham gia hiểu được tầm quan trọng hoạt động của BESS trong các chiến lược phòng thủ và phục hồi lưới điện hiện đại.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Bối cảnh: Hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) trong lưới điện

Trước khi đi sâu vào thiết kế kỹ thuật của BESS mô phỏng, điều quan trọng là phải giới thiệu ngắn gọn về khái niệm rộng hơn về Hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) trong lưới điện thực tế. Sơ đồ bên dưới từ Wikipedia minh họa dòng năng lượng cơ bản và các vai trò chức năng chính của ESS.

Hình-02: Tổng quan về cấu trúc và chức năng hệ thống con ESS, phiên bản v0.2.0 (2025)

Một Hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) là một thành phần quan trọng trong các hệ thống lưới điện hiện đại, được thiết kế để lưu trữ năng lượng điện dư thừa và giải phóng nó khi cần thiết. ESS đóng một vai trò quan trọng trong việc cân bằng cung và cầu, cải thiện sự ổn định của lưới điện và cho phép tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo như mặt trời và gió, vốn dĩ không liên tục.

Bằng cách lưu trữ năng lượng dư thừa trong thời gian nhu cầu thấp hoặc sản xuất năng lượng tái tạo cao và xả nó trong thời gian nhu cầu cao điểm hoặc thiếu hụt nguồn cung, ESS nâng cao độ tin cậy, tính linh hoạt và khả năng phục hồi của lưới điện. Các công nghệ khác nhau được sử dụng trong ESS, bao gồm pin (lithium-ion, pin dòng chảy, axit chì), lưu trữ cơ học (thủy điện bơm, bánh đà, khí nén) và lưu trữ nhiệt.

Các chức năng chính của ESS trong lưới điện bao gồm:

• Giảm đỉnh & Cân bằng tải – Giảm căng thẳng cho quá trình phát điện và truyền tải trong thời gian nhu cầu cao.

• Điều chỉnh tần số & điện áp – Cung cấp các dịch vụ phản hồi nhanh để duy trì sự ổn định của lưới điện.

• Tích hợp năng lượng tái tạo – Lưu trữ năng lượng tái tạo dư thừa để sử dụng trong thời gian sản xuất thấp.

• Nguồn điện dự phòng & Khả năng phục hồi – Đảm bảo nguồn cung cấp đáng tin cậy trong thời gian mất điện hoặc khẩn cấp.

Khi bối cảnh năng lượng toàn cầu chuyển sang khử cacbon và lưới điện thông minh, ESS đã trở thành một công nghệ cho phép các lưới điện siêu nhỏ, sản xuất thông minh, hệ thống điện lai và thị trường năng lượng tương lai.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Tổng quan về kiến trúc BESS

Kiến trúc của BESS trong Phạm vi mạng OT lưới điện trải rộng trên ba lớp cơ bản của môi trường OT, như minh họa bên dưới trong sơ đồ kiến trúc hệ thống (ánh sáng cao trong hình chữ nhật):

Hình-03: Kiến trúc phạm vi mạng OT lưới điện, phiên bản v0.2.0 (2025)

Lớp thiết bị I/O trường quy trình vật lý OT Cấp 0

Ở cấp độ mô phỏng thiết bị thế giới vật lý, hệ thống mô hình hóa một số thành phần BESS chính, bao gồm:

• Bộ pin Cube

• Hệ thống quản lý pin (BMS)

• Đơn vị đo lường và hệ thống an toàn điện

• Phạm vi kết nối và điều khiển cấp OEM

Trong cấu hình mô phỏng, mỗi BESS được đặt liền kề với máy biến áp thu thập năng lượng của nguồn điện liên quan. BESS dùng chung máy biến áp tăng áp DC-AC/DC-DC với các máy phát điện. Về chức năng, BESS hoạt động như một người tiêu thụ điện trực tiếp khi sạc và là một máy phát điện khi xả. Giao diện DC được mô hình hóa giữa hệ thống pin và máy biến áp (trong phạm vi OEM) hoạt động ở 48 V DC.

Mạng LAN bộ điều khiển hệ thống OT Cấp 1

Ở cấp độ bộ điều khiển OT, hệ thống sử dụng một chương trình mô phỏng PLC mô phỏng một ABB AC500 PLC, giao tiếp qua giao thức IEC 60870-5-104. Thiết lập này cho phép bộ điều khiển mô phỏng hoạt động như một Đơn vị đầu cuối từ xa (RTU) linh hoạt trong các lớp khác nhau của kiến trúc tự động hóa. PLC tự động quản lý các hoạt động sạc/xả của BESS dựa trên đầu ra của máy biến áp được liên kết, thu thập dữ liệu vận hành có liên quan và truyền nó trở lại HMI điều khiển lưới điện thông qua kênh giao tiếp RTU mô phỏng.

Mạng LAN xử lý trung tâm điều khiển lưới điện Cấp 2

Về phía SCADA-HMI, hệ thống cung cấp giao diện trực quan hóa và điều khiển toàn diện để hiển thị thông tin BESS theo thời gian thực, cho phép quá tải thủ công và các lệnh điều khiển với các nút điều khiển chỉ báo, đồng hồ đo khác nhau. Nó cũng tích hợp các cơ chế an toàn và bảo vệ tự động để đảm bảo hành vi quản lý lưới điện thực tế trong môi trường phạm vi mạng.

Lưu ý: Trong tài liệu tham khảo, Volvo Penta sử dụng CAN_Bus để trao đổi dữ liệu của đơn vị đo lường, trong quá trình triển khai của tôi, tôi tạm thời sử dụng giao thức IEC61850 đơn vị đo lường GOOSE (Sự kiện trạm biến áp hướng đối tượng chung) truyền thống để truyền dữ liệu và sẽ thay đổi thành CAN-Bus trong tương lai.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Thiết kế mô phỏng thế giới vật lý

Trong Chương trình mô phỏng thế giới vật lý, ba Đơn vị pin được triển khai trong phạm vi phát điện của lưới điện. Mỗi đơn vị pin được kết nối với một Phạm vi OEM (Máy biến áp) tương ứng, cùng nhau tạo thành Hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS). Ba đơn vị BESS này lần lượt đại diện cho ba cơ chế lưu trữ năng lượng được giới thiệu trong phần Bối cảnh: Hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) trong lưới điện:

• Nguồn năng lượng tái tạo.

• Nhà máy điện nhiệt thông thường.

• Hệ thống dự phòng trạm điện.

Việc mô phỏng vật lý và triển khai giao diện người dùng được tích hợp trong Mô-đun mô phỏng vật lý lưới điện, như hình dưới đây:

Hình-04: Giao diện người dùng BESS trong phạm vi mạng lưới điện, phiên bản v0.2.0 (2025)

Thông số mô phỏng đơn vị pin

Mỗi phạm vi pin cung cấp động các thông số mô phỏng và trạng thái hoạt động được điều chỉnh tự động bởi logic phạm vi OEM tương ứng. Dữ liệu được hiển thị và mô phỏng bao gồm:

• Trạng thái giao diện DC: Cho biết trạng thái kết nối giữa pin và phạm vi OEM (Đã kết nối / Đã ngắt kết nối).

• Dữ liệu vận hành: Điện áp vận hành, dòng điện và điện áp pin của BESS.

• Trạng thái sạc/xả pin: Hiển thị chế độ hoạt động — Đang sạc, Đang xả hoặc Không hoạt động (đã sạc đầy).

• Dữ liệu năng lượng: Hiển thị năng lượng được lưu trữ hiện tại (kWh) và tỷ lệ sạc tương ứng.

• Thông tin thời gian: Cung cấp thời gian ước tính để sạc đầy hoặc xả đầy dựa trên dòng năng lượng hiện tại.

• Dữ liệu nhiệt độ: (Đang phát triển – sẽ được triển khai trong Phiên bản 2.1)

Trong thời gian thực, trạng thái giao diện DC, điện áp (V), dòng điện (A) và thông tin dung lượng được cập nhật và hiển thị bên cạnh mỗi phạm vi pin trên GUI. Để mô phỏng các điều kiện thực tế, mô-đun lưới điện cũng giới thiệu các biến động dữ liệu bằng cách thêm các độ lệch ngẫu nhiên vào các giá trị được tính toán. Ví dụ: khi dung lượng năng lượng của pin giảm xuống dưới 10% sau khi xả kéo dài, điện áp đầu ra mô phỏng sẽ dao động trong khoảng 45V–47V DC, phản ánh các biến thể đọc của Đơn vị đo lường (MU) thực tế.

Cơ chế tự động quản lý BESS

Hai lớp quản lý tự động được triển khai trong hệ thống để đảm bảo cả quyền tự chủ cục bộ và phối hợp toàn cầu trên các hệ thống con lưu trữ năng lượng.

(a) Tự động điều khiển riêng lẻ

Mỗi BESS hoạt động tự động dưới sự điều khiển của PLC cục bộ. Nó tự động điều chỉnh hành vi sạc/xả của mình theo trạng thái hoạt động của phạm vi OEM được kết nối và các điều kiện lưới điện tổng thể. Ví dụ:

• Trong sản lượng mặt trời cao (ví dụ: ngày nắng tạo ra 30 kW với nhu cầu 21 kW), BESS chuyển sang Chế độ sạc để lưu trữ năng lượng dư thừa.

• Trong thời gian sản xuất thấp (ví dụ: điều kiện nhiều mây hoặc mưa chỉ tạo ra 10 kW năng lượng mặt trời), BESS tự động chuyển sang Chế độ xả để bổ sung năng lượng cho lưới điện.

(b) Tự động quản lý toàn hệ thống

Trong khi các đơn vị BESS riêng lẻ thực hiện tối ưu hóa cục bộ, HMI thực hiện cân bằng cấp hệ thống. Dữ liệu thời gian thực từ cả ba đơn vị BESS được thu thập bởi HMI, cho phép người vận hành điều chỉnh thủ công logic điều khiển để duy trì sự ổn định của hệ thống, ngăn chặn sạc quá mức hoặc xả quá mức.

Trực quan hóa trạng thái BESS và điều khiển thủ công

Trên Giao diện người dùng mô phỏng vật lý, mỗi BESS được biểu diễn trực quan bằng một trong bốn trạng thái được mã hóa màu sắc riêng biệt để tạo điều kiện nhận dạng trạng thái nhanh chóng và vận hành thủ công.

Trạng thái sạc pin BESS

Trạng thái chờ của pin BESS

Trạng thái xả pin BESS

Trạng thái ngắt liên kết nguồn BESS

Kiểm soát quá tải thủ công

Để hỗ trợ kiểm tra thủ công và mô phỏng lỗi, giao diện cung cấp các hộp kiểm điều khiển cho phép người vận hành ngắt kết nối thủ công giao diện DC giữa phạm vi pin và phạm vi OEM của nó như hình bên dưới:

Figure-05: BESS Manual Overload Control on Physical World Simulator, version v0.2.0 (2025)

Tính năng này cho phép kiểm tra các tình huống quá tải, hành vi cách ly lưới và xác minh phản hồi BESS trong điều kiện ghi đè thủ công.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Giám sát & Điều khiển BESS — Thiết kế IEC-104 PLC

Phần này mô tả thiết kế cấp OT để giám sát và điều khiển ba đơn vị BESS mô phỏng. Việc triển khai sử dụng dự án Python Virtual PLC Simulator with IEC-60870-5-104 Communication Protocol để xây dựng chương trình IEC104-PLC.

Để đơn giản, bản phát hành hiện tại chạy một phiên bản IEC104 PLC với ba bank bộ nhớ (mỗi bank cho một BESS). PLC tìm nạp các giá trị MU/cảm biến/trường từ Physical World Simulator, thực thi logic điều khiển tự động cục bộ (logic bậc thang), cập nhật các thành phần vật lý trong trình mô phỏng và báo cáo các phép đo/điều khiển trở lại SCADA/HMI qua IEC104. Sơ đồ quy trình làm việc của hệ thống được hiển thị bên dưới:

Figure-06: BESS IEC60870-104 PLC Workflow Diagram, version v0.2.0 (2025)

Hệ thống sẽ lặp lại các bước trong trình tự quy trình làm việc bên dưới:

• Bước 1: Physical Simulator công bố các phép đo pin (điện áp, dòng điện, SOC, trạng thái liên kết DC, nhiệt độ).

• Bước 2: PLC đọc các giá trị này từ Physical Simulator và đặt bộ nhớ IOA IEC-104 tiếp xúc đầu vào liên quan.

• Bước 3: PLC chạy các bậc thang logic bậc thang được đặt trước (tự động/thủ công, khóa liên động, bộ hẹn giờ, trễ) để quyết định các lệnh (bật sạc, bật xả, bộ ngắt DC mở/đóng, báo động) cho bước tiếp theo.

• Bước 4: PLC ghi các đầu ra điều khiển trở lại bộ nhớ IOA cuộn dây đầu ra và phản hồi lại Physical Simulator.

• Bước 5: PLC đóng gói các điểm đo/điều khiển dưới dạng các đối tượng IEC104 (M_SP_NA_1, M_ME_NC_1, C_RC_TA_1, v.v.) và trao đổi chúng với SCADA/HMI.

Ánh xạ bộ nhớ IEC104

Ghi chú:

• MP = điểm đo; CP = điểm lệnh/có thể thay đổi.

• Sử dụng M_SP_NA_1 cho các trạng thái rời rạc (Booleans), M_ME_NC_1 cho số đo tương tự.

• Loại CP C_RC_TA_1 được sử dụng cho các bước lệnh đơn giản: Chế độ tự động: c104.Step.INVALID_0, Tắt nguồn thủ công: c104.Step.LOWER, Bật nguồn thủ công: c104.Step.HIGHER, Loại điểm có thể thay đổi: CP

Cấu hình bộ nhớ IEC104 BESS nhà máy năng lượng mặt trời

Cấu hình bộ nhớ IEC104 BESS giàn khoan dầu

Cấu hình bộ nhớ IEC104 BESS trạm

Ví dụ triển khai logic bậc thang

Dưới đây là các bậc thang đại diện cho mỗi BESS_1 (BESS nhà máy năng lượng mặt trời), trong mô phỏng plc IEC-014, tất cả logic bậc thang được mô phỏng thông qua mã Python.

Bậc thang 1 — Lựa chọn tự động / thủ công

Nếu lệnh thủ công hoạt động, hãy đặt Auto_Mode = FALSE. Nếu không thì Auto_Mode = TRUE.

[ HMI_Manual_Mode ] ----( )---- Auto_Mode := FALSE
[ NOT HMI_Manual_Mode ] ---( )---- Auto_Mode := TRUE

Bậc thang 2 — Khóa liên động an toàn: buộc bộ ngắt MỞ khi có lỗi

Điều kiện: quá nhiệt HOẶC quá dòng HOẶC điện áp ngoài phạm vi → bộ ngắt mở, tắt sạc/xả, đặt Báo động.

[( T > T_MAX ) OR ( I > I_MAX ) OR ( V < V_MIN ) OR ( V > V_MAX )]--------------------------( )---- Force_Breaker_Open

Bậc thang 3 — Bật sạc tự động (khi Auto_Mode)

Sạc nếu Auto_Mode VÀ Grid_Surplus VÀ SOC < CHARGE_ENABLE_TH (ví dụ: 95%) VÀ KHÔNG Force_Breaker_Open

[ Auto_Mode ] + [ Grid_Surplus ] + [ SOC < 95 ] + [ NOT Force_Breaker_Open ]-------------------( )---- Charge_Enable

Bậc thang 4 — Bật xả tự động (khi Auto_Mode)

Xả nếu Auto_Mode VÀ Grid_Deficit VÀ SOC > DISCHARGE_ENABLE_TH (ví dụ: 10%) VÀ KHÔNG Force_Breaker_Open

[ Auto_Mode ] + [ Grid_Deficit ] + [ SOC > 10 ] + [ NOT Force_Breaker_Open ]-------------------( )---- Discharge_Enable

Bậc thang 5 — Logic lệnh bộ ngắt với ghi đè thủ công

Các lệnh thủ công từ HMI (Đóng/Mở) được ưu tiên; nếu không, hãy đóng bộ ngắt nếu bật sạc hoặc xả và không buộc mở.

[ Manual_Close ] ----------------( )---- Breaker_CMD := CLOSE
[ Manual_Open ] -----------------( )---- Breaker_CMD := OPEN
[ NOT Manual_Close ] + [ NOT Manual_Open ] + (Charge_Enable OR Discharge_Enable) + [ NOT Force_Breaker_Open ]---------------------( )---- Breaker_CMD := CLOSE ELSE Breaker_CMD := OPEN

Bậc thang 6 — Chốt báo động [đang phát triển]

Nếu bất kỳ điều kiện an toàn nào đúng, hãy đặt chốt báo động cho đến khi được người vận hành xác nhận.

[( T > T_MAX ) OR ( I > I_MAX ) OR ( V < V_MIN ) OR ( V > V_MAX )] --------------------------------( )---- Alarm_Latch
[ HMI_Ack ] --------------------------------(R)---- Alarm_Latch RESET

Ánh xạ tới BESS-X khác, logic điều khiển là như nhau:

• DC_OK = BESS_x_DC_interface_state (bool)

• SOC = BESS_x_Battery_Percentage (%)

• V = BESS_x_Operation_Voltage (V)

• I = BESS_x_Operation_Current (A)

• T = BESS_x_Battery_Temperature (°C)

• Grid_Surplus = cờ được tính toán (thế hệ > tải + biên) — có nguồn gốc từ PLC từ các phép đo lưới.

• Grid_Deficit = cờ được tính toán (tải > thế hệ + biên)

• Auto_Mode = liên kết tự động/thủ công PLC và bộ chuyển đổi trạng thái pin (true=tự động)

• Manual_Open / Manual_Close = HMI command CP to breaker (enum/latch)

• Breaker_CMD = cuộn dây điều khiển BESS_x_DC_interface_Breaker CP

Điều kiện kích hoạt báo động an toàn:

• Nếu Temperature > T_max → buộc DC breaker MỞ, tắt sạc/xả, báo động.

• Nếu Voltage < V_min hoặc Voltage > V_max hoặc Current > I_max → mở bộ ngắt và báo động.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Thiết kế HMI SCADA hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS)

Giao diện người-máy (HMI) của Hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) đóng vai trò là một thành phần quan trọng của Hệ thống SCADA lưới điện, cho phép người vận hành giám sát, điều khiển và quản lý các đơn vị lưu trữ năng lượng phân tán trong thời gian thực.

BESS HMI thiết lập kết nối máy khách IEC 60870-5-104 (IEC104) với bộ điều khiển PLC chuyên dụng. Thông qua kênh giao tiếp này, hệ thống liên tục truy xuất dữ liệu vận hành BESS trực tiếp (điện áp, dòng điện, dung lượng và trạng thái) và cho phép gửi các lệnh điều khiển từ xa an toàn trở lại PLC.

Giao diện giám sát và điều khiển của BESS được hiển thị bên dưới (vùng sáng trong hình chữ nhật màu đỏ):

Figure-07: BESS Control Panel in Power Grid Cyber Range HMI, version v0.2.0 (2025)

Thiết kế tích hợp năm bảng điều khiển chuyên dụng cung cấp cho người vận hành cả khả năng trực quan hóa và điều khiển tương tác:

Bảng điều khiển hiển thị sơ đồ mạch IEC 60617

• Loại bảng điều khiển: Màn hình giám sát dữ liệu BESS thô

• Chức năng: Hiển thị chế độ xem sơ đồ mạch của lưới điện dựa trên các ký hiệu đồ họa IEC 60617. Bảng điều khiển trực quan hóa các biểu tượng BESS và các thông số thời gian thực (trạng thái sạc, điện áp, dòng điện và phần trăm pin) thu được từ IEC104 PLC.

Bảng điều khiển IEC 104 PLC [Điều khiển lưu trữ]

• Loại bảng điều khiển: Màn hình giám sát trạng thái PLC và giao tiếp

• Chức năng: Giám sát tình trạng giao tiếp giữa hệ thống SCADA và IEC60870-104 PLC. Hiển thị thông tin kết nối PLC bao gồm địa chỉ IP, cổng giao tiếp, ID PLC, chỉ số trạm và trạng thái kết nối.

Bảng điều khiển liên kết lưu trữ năng lượng

• Loại bảng điều khiển: Màn hình và bộ điều khiển giao diện DC BESS

• Chức năng: Cung cấp khả năng điều khiển thủ công và tự động đối với giao diện liên kết nguồn DC giữa mỗi BESS và bus lưới chính. Nút Power-Link[Connect]: Điều khiển thủ công để bật liên kết nguồn giao diện DC, Nút Power-Link[Cut-OFF]: Điều khiển thủ công để cắt liên kết nguồn giao diện DC, Nút Power-Link[PW-Manual]: chuyển đổi giữa chế độ điều khiển tự động/thủ công.

IED-MU Detail Data Panel [Energy Capacity]

• Panel Type: Bộ Giám Sát Dữ Liệu BESS Đã Xử Lý

• Function: Trình bày cách tính dung lượng năng lượng pin còn lại từ mỗi đơn vị lưu trữ. Người vận hành có thể quan sát tỷ lệ sạc theo thời gian thực của mỗi BESS, cho phép quản lý năng lượng hiệu quả và theo dõi hiệu suất.

Alert Code Display Panel

• Panel Type: Bộ Giám Sát Lỗi và Cảnh Báo

• Function: Hiển thị mã lỗi và cảnh báo đang hoạt động nhận được từ mỗi mô-đun BESS, cho phép người vận hành nhanh chóng xác định các trạng thái bất thường và kích hoạt các hành động bảo trì hoặc an toàn thích hợp.

Thông qua giao tiếp IEC 60870-104 và các bảng SCADA có cấu trúc, người vận hành có được nhận thức đầy đủ về tình hình hoạt động của hệ thống, trạng thái giao tiếp và kiểm soát liên kết nguồn, đảm bảo cả độ tin cậy của lưới điện và an toàn vận hành.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Conclusion

Tóm lại, đối với Hệ Thống Lưu Trữ Năng Lượng Pin (BESS) mô phỏng trong Phạm Vi Mạng OT Lưới Điện, công việc tích hợp mô phỏng quy trình vật lý, logic bộ điều khiển OT với PLC IEC-104 và SCADA HMI tập trung, dự án đã tạo thành công một bản sao thực tế và có thể quản lý được của các hoạt động BESS. Mặc dù là một sự đơn giản hóa sự phức tạp của thế giới thực, nhưng khuôn khổ chức năng này cung cấp một nền tảng quan trọng cho đào tạo thực hành, các bài tập an ninh mạng và nghiên cứu hoạt động, cuối cùng nâng cao sự hiểu biết và khả năng phục hồi của cơ sở hạ tầng lưới điện hiện đại trong một môi trường mô phỏng, được kiểm soát.

Reference Doc Link

• https://en.wikipedia.org/wiki/Grid_energy_storage

• https://new.abb.com/plc/plc-technology/ac500-plc-technical-features/ac500-connectivity/iec-60870

• https://www.gminsights.com/industry-analysis/energy-storage-systems-market?gad_source=1&gad_campaignid=21841937168&gbraid=0AAAAACuPGhW9A41yu679JCuOFyIOTxLRx&gclid=CjwKCAjwisnGBhAXEiwA0zEOR8s86vp5s4b601uN1anye_K9fQlpZlEQtxNF8SO68G8cOFxTQ5PdthoC8eQQAvD_BwE

• https://www.volvopenta.com/industrial/battery-energy-storage/?utm_source=google&utm_medium=cpc&utm_campaign=SI_search-BESS_phrase&utm_content=&gad_source=1&gad_campaignid=21901328062&gbraid=0AAAAAozWkbnoHn2eJuiAvLdXR6sbNBpPl&gclid=CjwKCAjwisnGBhAXEiwA0zEORzkOMW7mcfFOm7rkM_-W0W2QGQlL_xZUvZFt8RrahJO9xDbDRgVnWhoCnwwQAvD_BwE

last edit by Liu Yuancheng ([email protected]) by 11/10/2025 if you have any question, please send me a message.