Bu tədqiqat mədən müəssisələrinin elektrik yükünü, günəş enerjisi istehsalını, dizel generatorlarını, batareya enerji saxlama sistemini və zəif şəbəkə şəraitini eyni enerji idarəetmə zəncirində əlaqələndirmək üçün üçqatlı Energy Management System (EMS) təklif edir. Çərçivənin əsas fərqi ondan ibarətdir ki, yük və fotovoltaik istehsaldakı qeyri-müəyyənliyi yalnız proqnozlaşdırma mərhələsində hesablayıb sonradan itirmək əvəzinə, onu gün öncəsi planlaşdırma və real vaxt dispatch mərhələlərinə qədər daşıyır. Birinci qat kəmiyyət proqnozları ilə qeyri-müəyyənlik yaradır; ikinci qat bu məlumat əsasında 50 ssenari yaradaraq NSGA-II ilə ssenari-robust gün öncəsi planlaşdırma aparır; üçüncü qat isə eyni proqnoz xətası miqyaslarından adaptiv təhlükəsizlik marjları yaradaraq namizəd idarəetmə əməlini fiziki cəhətdən tətbiq edilə bilən sahəyə proyeksiya edir.

Çərçivə Botsvanadakı anonimləşdirilmiş bir mədən mikroşəbəkəsindən 2019–2024 dövründə toplanmış altı illik, 15 dəqiqəlik əməliyyat məlumatları ilə qiymətləndirilmişdir. Mənbəyə görə tam sistem ənənəvi EMS ilə müqayisədə əməliyyat xərclərini %18,7 azaltmış, bərpa olunan enerjidən istifadəni %79,1-ə yüksəltmiş, məhdudiyyətlərin ödənilməsini %99,8-ə çatdırmış, gərginlik sapmasını %0,08-ə endirmiş və real vaxt qərar müddətini 0,9 ms səviyyəsində həyata keçirmişdir. Bununla belə, yoxlama sahə məlumatlarından istifadə etsə də, yekun nəticələr simulyasiya və co-simulyasiyaya əsaslanır; real qurğuda avadanlıqla qapalı dövr tətbiqi hələ nümayiş etdirilməmişdir.

Tədqiqatın mühüm nəticələrindən biri yalnız daha sürətli və ya daha ağıllı idarəetmə siyasətinin kifayət etməməsidir. “Policy without safety” konfiqurasiyası xərci azaltsa da, %1,2 məhdudiyyət pozuntusu yaratdığı halda, adaptiv təhlükəsizlik proyeksiyası əlavə edilmiş tam quruluş bu nisbəti %0,2-yə endirmişdir. Tədqiqatçılar bu nəticəni təhlükəsizlik filtrinin yalnız konservativ tampon olmadığını; tətbiq edilə bilməyən əməliyyatların sonradan dizel və ya şəbəkə dəstəyi ilə düzəldilməsinin qarşısını alaraq iqtisadi göstəriciləri də yaxşılaşdıra bildiyini göstərən tapıntı kimi şərh edirlər.

Mədən mikroşəbəkələrində problem nə üçün fərqlidir?

Mədən müəssisələri yaşayış və ya kommersiya mikroşəbəkələrindən fərqli elektrik istehlakı xüsusiyyətlərinə malikdir. Xırdalama, üyütmə, nasoslama, ventilyasiya, material daşınması və istehsal cədvəlindən asılı ağır elektromexaniki proseslər səbəbindən yüklər sürətli rampalar, yüksək pik/orta nisbətləri və gözlənilməz istehsal fasilələri göstərə bilər.

Bu quruluşa dəyişkən PV istehsalı, batareyanın SOC hədləri, dizel generatorlarının rampa məhdudiyyətləri, ehtiyat güc tələbləri və zəif şəbəkə şəraiti əlavə edildikdə, iqtisadi baxımdan yaxşı görünən dispatch planı faktiki şəraitdə fiziki olaraq tətbiq edilə bilməz hala gələ bilər.

Tədqiqatın əsas problemi: qeyri-müəyyənlik nə üçün itir?

Tədqiqata görə bir çox ənənəvi EMS-də üç funksiya bir-birindən ayrıdır:

1. yük və bərpa olunan enerji istehsalının proqnozlaşdırılması,
2. bir gün əvvəldən enerji planlaşdırılması,
3. real vaxt dispatch.

Proqnozlaşdırma modulu çox vaxt yalnız bir nöqtə proqnozu göndərir. Planlaşdırıcı bu qiymətə əsasən deterministik proqram yaradır, real vaxt nəzarətçisi də həmin proqramı tətbiq etməyə çalışır. Beləliklə, proqnozun nə dərəcədə qeyri-müəyyən olduğu barədə məlumat dispatch mərhələsinə çatmır.

Müəlliflər bunun üç zəiflik yaratdığını bildirirlər: gün öncəsi plan müxtəlif mümkün yük/PV reallaşmalarında sınaqdan keçirilə bilmir; real vaxt idarəetməsi hansı məhdudiyyətin daha çox təhlükəsizlik payı tələb etdiyini bilmir; sabit təhlükəsizlik marjları proqnozlaşdırıla bilən saatlarda lazımsız dərəcədə konservativ, qeyri-müəyyən saatlarda isə kifayət etməyən ola bilər.

Tədqiqatın təklif etdiyi üç qat hansılardır?

1-ci qat — Quantile Forecasting: Yük və PV üçün yalnız bir proqnoz deyil, q=0,1, q=0,5 və q=0,9 kəmiyyət proqnozları yaradılır. Beləliklə, proqnoz intervalı və xəta miqyası hesablana bilər.

2-ci qat — Scenario-Robust Day-Ahead Scheduling: Proqnoz paylanması 50 yük/PV ssenarisinə çevrilir. NSGA-II xərc, emissiya və etibarlılıq stresini eyni vaxtda qiymətləndirərək Pareto-optimal gün öncəsi proqramlar yaradır.

3-cü qat — Adaptive Safety-Projected Real-Time Dispatch: Real vaxt idarəetmə siyasəti namizəd əməl yaradır. Proqnoz qeyri-müəyyənliyi artdıqca fiziki məhdudiyyətlər adaptiv marjlarla sərtləşdirilir və namizəd əməl konveks proyeksiya ilə təhlükəsiz sahəyə keçirilir.

İstifadə edilən real əməliyyat məlumatları

Yoxlama məlumat dəsti 2019–2024 arasındakı altı ili əhatə edir və 15 dəqiqəlik ayırdetmə qabiliyyətinə malikdir. Mədən müəssisəsinin kimliyi gizlədilmiş, xərclər isə kommersiya məxfiliyini qorumaq məqsədilə normallaşdırılmış valyuta olan CU ilə ifadə edilmişdir.

Şəbəkənin əlçatanlığı ikili dəyişəndir: 1 şəbəkənin əlçatan olduğunu, 0 isə əlçatan olmadığını və ya sistemin ada rejimində olduğunu göstərir.

Mikroşəbəkə hansı komponentlərlə təmsil edilmişdir?

Tədqiqat real qurğunun kimliyini açıqlayan avadanlıq məlumatlarından istifadə etmək əvəzinə, EMS-in fiziki hədlərini yoxlamaq üçün təmsilçi komponent məhdudiyyətləri müəyyən etmişdir:

1-ci qat: Qeyri-müəyyənlik necə hesablanır?

Hər 15 dəqiqəlik irəliyə baxan zaman addımı üçün yük və PV üzrə üç kəmiyyət səviyyəsi hesablanır:

\[ q\in\{0.1,0.5,0.9\} \]

24 saatlıq üfüq 96 ədəd 15 dəqiqəlik intervaldan ibarətdir:

\[ H=96 \]

Proqnoz modeli mənbədə ümumi şəkildə belə ifadə edilir:

\[ \hat{P}^{(q)}_{y,t+\tau}=F^{(q)}_{\theta,y}(h_t,c_{t+\tau}) \]

Burada \(h_t\) yaxın keçmişə aid əməliyyat məlumatlarını, \(c_{t+\tau}\) isə təqvim və hava şəraitinə dair ekzogen dəyişənləri təmsil edir.

Mərkəzi %80 proqnoz intervalı xəta miqyasına çevrilir:

\[ \sigma_{y,t+\tau} = \frac{ \hat{P}^{(0.9)}_{y,t+\tau} - \hat{P}^{(0.1)}_{y,t+\tau} }{ 2z_{0.9} } \]

və mənbə \(z_{0.9}=1.2816\) qiymətindən istifadə edir.

2-ci qat: Robust gün öncəsi proqram necə yaradılır?

Kəmiyyət proqnozlarından S=50 yük və PV ssenarisi yaradılır. Nəzarət ediləcək gündəlik qərar vektoru şəbəkədən idxalı, dizel istehsalını, BESS-in doldurulmasını/boşaldılmasını, PV məhdudlaşdırılmasını və SOC qiymətlərini ehtiva edir:

\[ Z= \{P_{grid,\tau}, P_{diesel,\tau}, P_{ch,\tau}, P_{dis,\tau}, P_{curtail,\tau}, SOC_{\tau}\}_{\tau=1}^{H} \]

NSGA-II üç əsas məqsədi birlikdə minimallaşdırır:

• əməliyyat xərci,
• emissiya,
• etibarlılıq stresi.

Hər məqsəd 50 ssenaridəki orta nəticə ilə ssenarilər arasındakı dəyişkənliyin birləşməsi əsasında qiymətləndirilir:

\[ J_k(Z)= \frac{1}{S} \sum_{s=1}^{S}F_k^{(s)}(Z) + \beta \sqrt{ \frac{1}{S-1} \sum_{s=1}^{S} \left(F_k^{(s)}(Z)-\bar{F}_k(Z)\right)^2 } \]

Bu səbəbdən orta xərci aşağı olan, lakin qeyri-müəyyənlik altında son dərəcə dəyişkən davranan proqram risk tənzimlənməsinə görə cəzalandırıla bilər.

Enerji tarazlığı necə qorunur?

Hər ssenaridə əsas güc tarazlığı belədir:

\[ P_{grid} + P_{diesel} + P_{dis} + P_{PV} - P_{curtail} = P_{load} + P_{ch} + P_{loss} \]

BESS SOC isə doldurma və boşaltma səmərəlilikləri ilə ardıcıl zaman addımları arasında yenilənir.

3-cü qat: Adaptiv təhlükəsizlik marjı necə işləyir?

Real vaxt dispatch hər 15 dəqiqədən bir tətbiq edilir. Siyasət əvvəlcə namizəd idarəetmə əməli yaradır:

\[ \tilde{u}_t=f_\theta(x_t,u_{DA,t}) \]

Sonra hər bir fiziki məhdudiyyət üçün proqnoz qeyri-müəyyənliyinə əsasən təhlükəsizlik marjı hesablanır:

\[ \delta_{j,t} = \kappa_j \left( a_{j,load}\sigma_{load,t} + a_{j,PV}\sigma_{PV,t} \right) + \epsilon_j \]

Qeyri-müəyyənlik artdıqda \(\sigma\) böyüyür və buna görə təhlükəsizlik marjı genişlənir. Proqnoz daha etibarlı olduqda marj kiçilir. Beləliklə, sistem bütün gün ərzində sabit “ən pis hal tamponu”ndan istifadə etməyə məcbur qalmır.

Son idarəetmə əməli namizəd dispatch ilə gün öncəsi istinad arasında tarazlıq yaradılaraq fiziki uyğunluq çoxluğuna proyeksiya edilir:

\[ u_t= \arg\min_{u\in F_t(\delta_t)} \frac{1}{2}\|u-\tilde{u}_t\|_2^2 + \frac{\rho}{2}\|u-u_{DA,t}\|_2^2 \]

Bu əməl güc, rampa, ehtiyat, gərginlik həssaslığı və növbəti addımın SOC hədlərini tətbiq etməzdən əvvəl onları yoxlayır.

Şəkil 6 nə üçün vacibdir?

15-ci səhifədəki Şəkil 6 təhlükəsizlik marjının günün bütün hissəsində sabit qalmadığını göstərir. Proqnoza etimadın azaldığı yüksək qeyri-müəyyənlik dövründə marj yüksəlir, daha əvvəlcədən proqnozlaşdırıla bilən saatlarda isə yenidən daralır. Mənbənin əsas dizayn iddiası məhz budur: risk yalnız proqnozlaşdırma mərhələsində ölçülmür, fiziki məhdudiyyətlərin real vaxtda sərtləşdirilməsində istifadə olunmağa davam edir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Proqnoz göstəriciləri

Birinci qat 24 saatlıq proqnoz üfüqündə aşağıdakı nəticələri əldə etmişdir:

• MAE: 1,94 MW
• Proqnoz intervalının əhatə etməsi: %94,3

Şəkil 2-də real yükün səhər və axşam pik nöqtələri median proqnoz və proqnoz zolağı ilə birlikdə göstərilir.

Gün öncəsi planlaşdırmanın müqayisəsi

Deterministik MILP nominal olaraq robust NSGA-II-dən 172 CU daha aşağı gündəlik xərc yaratmışdır. Buna qarşılıq məhdudiyyətlərin ödənilməsi %91,2-də qalarkən robust yanaşma %98,5-ə çatmışdır.

Mənbə həmçinin robust planlaşdırmanın gündəlik xərc dəyişkənliyini deterministik planlaşdırma ilə müqayisədə %50,5 azaltdığını bildirir.

NSGA-II necə yaxınlaşdı?

Şəkil 3-də xərc məqsədinin təxminən 80-ci nəsildən sonra böyük ölçüdə sabitləşdiyi görünür. Emissiya və etibarlılıq stresi isə təxminən 120-ci nəslə qədər yaxşılaşmağa davam edir. Buna görə tədqiqat 150 nəsillik həddin son populyasiya üçün kifayət etdiyini qiymətləndirir.

Şəkil 4 xərc ilə emissiya arasındakı Pareto tarazlığını aydın göstərir. Daha aşağı emissiyalı həllər ümumilikdə daha yüksək əməliyyat xərci tələb edir. Mənbədə qırmızı ilə işarələnən həll xərc, emissiya və etibarlılıq stresi arasındakı kompromis nöqtəsi kimi Layer 3-ə ötürülür.

Seçilmiş gündəlik dispatch nə edir?

Şəkil 5-ə görə BESS-in boşaldılması xüsusilə yükün yüksəldiyi dövrlərdə işə düşür. PV istehsalından günün ortasında prioritetlə istifadə olunur, dizel istehsalı isə yüksək yükə və zəif şəbəkə riskinə qarşı ehtiyat təmin edəcək orta səviyyələrdə saxlanılır.

90 günlük real vaxt sınağı

Tam sistemin nəticəsi

Traditional EMS ilə müqayisədə tam çərçivə:

• xərci 862,4-dən 701,3 CU/MWh-ə endirmişdir;
• mənbənin hesablamasına əsasən %18,7 xərc azalması təmin etmişdir;
• bərpa olunan enerjidən istifadəni %64,2-dən %79,1-ə yüksəltmişdir;
• məhdudiyyət pozuntusunu %3,2-dən %0,2-yə endirmişdir;
• bunun əvəzində məhdudiyyətlərin ödənilməsi %99,8 olmuşdur;
• gərginlik sapması %2,15-dən %0,08-ə endirilmişdir.

Təhlükəsizlik filtri iqtisadi göstəriciləri nə üçün pisləşdirmədi?

“Policy without safety” konfiqurasiyası 715,8 CU/MWh xərc və %1,2 pozuntu yaratmışdır. Tam çərçivə təhlükəsizlik qatı əlavə edilməsinə baxmayaraq xərci 701,3 CU/MWh-ə endirərkən pozuntunu %0,2-yə salmışdır.

Müəlliflərin izahına görə təhlükəsizlik proyeksiyası tətbiq edilə bilməyən idarəetmə əmrlərinin qarşısını əvvəlcədən alır; bununla da sonradan əlavə dizel istehsalı və ya şəbəkə dəstəyi tələb edən düzəldici tədbirlər azala bilər.

Ssenarilərin sayı nə üçün 50 seçilmişdir?

Şəkil 7-də ssenarilərin sayı 10-dan 100-ə artırıldıqda məhdudiyyətlərin ödənilməsi yüksəlsə də, planlaşdırma yükü də artır. Mənbə S=50-dən sonra fizibilite qazancının məhdud qaldığını və 50 ssenarinin gündəlik planlaşdırma üçün qeyri-müəyyənlik müxtəlifliyi ilə hesablama xərci arasında praktik tarazlıq yaratdığını bildirir.

Ablasiya tədqiqatı

Ablasiya tədqiqatı proqnozlaşdırmanın, idarəetmə siyasətinin və adaptiv təhlükəsizlik proyeksiyasının bir-birini əvəz etmədiyini göstərir. Mənbənin sınağında üç komponentin birlikdə istifadə edildiyi tam sistem həm ən aşağı xərci, həm də ən aşağı pozuntu nisbətini vermişdir.

Hesablama yükü

0,9 ms-lik ümumi dövr müddəti 15 dəqiqəlik EMS dispatch dövründən xeyli qısadır. Gündəlik NSGA-II planlaşdırması isə 40,8 saniyə çəkir və mənbə bunu əvvəlcədən/offline icra edilə bilən proses kimi qiymətləndirir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Proqnoz qeyri-müəyyənliyinin gün öncəsi planlaşdırmaya və real vaxt təhlükəsizlik qatına daşına bildiyi inteqrasiya olunmuş EMS arxitekturası yaradılmışdır.
• Robust NSGA-II mənbə sınağında deterministik MILP ilə müqayisədə daha yüksək ssenari məhdudiyyətlərinin ödənilməsi vermişdir.
• Adaptiv təhlükəsizlik proyeksiyası 90 günlük simulyasiya/co-simulyasiya sınağında məhdudiyyət pozuntularını azaltmışdır.
• Tam çərçivə sınaqdan keçirilmiş alternativlər arasında ən aşağı real vaxt xərcini və ən yüksək bərpa olunan enerji istifadəsini yaratmışdır.
• Real vaxt təhlükəsizlik proyeksiyasının hesablama müddəti 15 dəqiqəlik dispatch intervalı baxımından mənbənin sınaq mühitində çox kiçikdir.

Tədqiqatın sübut etmədiyi nəticələr

• Sistemin real mədən qurğusunda birbaşa idarəetmə avadanlığına qoşularaq eyni göstəriciləri verəcəyi göstərilməmişdir.
• %18,7 xərc azalmasının bütün mədən mikroşəbəkələrində təkrarlanacağı sübut edilməmişdir.
• Tək anonim Botsvana məlumat dəstindən əldə edilən nəticələrin müxtəlif filiz istehsalı proseslərinə, mədən ölçülərinə və ya şəbəkə quruluşlarına birbaşa ümumiləşdirilə bildiyi göstərilməmişdir.
• BESS-in köhnəlməsi ətraflı elektrokimyəvi və ya fizika əsaslı modellə modelləşdirilməmişdir.
• Qeyri-müəyyənliyin modelləşdirilməsi paylanmadan asılı deyil; tədqiqat kəmiyyət əsaslı xəta miqyasları ilə Gaussian residual approximation istifadə edir.
• Mədən istehsalının planlaşdırılması ilə EMS dispatch tam qapalı dövr optimallaşdırması daxilində birlikdə həll edilməmişdir.

Tədqiqatın özünün göstərdiyi məhdudiyyətlər

Müəlliflər xüsusilə dörd gələcək tədqiqat sahəsini qeyd edirlər:

• bir neçə mədən sahəsində yoxlama,
• hardware-in-the-loop və real sahə tətbiqi,
• distribution-free qeyri-müəyyənlik kəmiyyətləşdirilməsi,
• daha ətraflı batareya köhnəlməsi və mədən istehsalı planı ilə inteqrasiya.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam orijinal başlıq: Integrated Energy Management for Renewable-Assisted Mining Microgrids: A Three-Layer Framework with Adaptive Safety Margins

Müəlliflər: Sravani Parvathareddy; Abid Yahya; Ravi Samikannu; Lilian Amuhaya; Raymond S. Suglo.

Məsul müəllif: Sravani Parvathareddy.

Qurumlar: Botswana International University of Science and Technology (BIUST), Department of Electrical and Communications Systems Engineering; BIUST Department of Mining Engineering; Botho University, Faculty of Engineering, Science and Technology.

Mənbənin növü: Bərpa olunan enerji ilə dəstəklənən mədən mikroşəbəkələri üçün EMS dizaynını və simulyasiya/co-simulyasiya yoxlamasını əhatə edən tədqiqat məqaləsi xarakterli preprint.

Rəydən keçmə vəziyyəti: Bu iş ekspert rəyi prosesindən keçməmiş preprintdir.

Platforma: SSRN.

SSRN identifikatoru: 7199509.

DOI: 10.2139/ssrn.7199509.

Nəşr tarixi: SSRN qeydində 29 iyul 2026.

Jurnal/cild/nömrə: Bu versiyada mövcud deyil.

Lisenziya/müəllif hüququ: SSRN qeydində hüquqların qorunduğu və icazəsiz təkrar istifadənin açıq olmadığı bildirilir. Buna görə mənbə şəkilləri Verianla mətninə birbaşa köçürülməmiş, rəqəmsal nəticələr və metod axını təmiz HTML cədvəllərlə yenidən ifadə edilmişdir.

Maliyyələşdirmə: Müəlliflər iş üçün xüsusi maliyyələşdirmə almadıqlarını bildirmişlər.

Məlumatlara çıxış: Xam əməliyyat məlumatları icazə və əməliyyat məxfiliyi səbəbindən ictimaiyyətə açıq deyil. İşlənmiş xülasələrin və model parametrlərinin məxfilik məhdudiyyətləri nəzərə alınmaqla məsul müəllifdən tələb edilə biləcəyi bildirilir.

Maraqlar toqquşması: Müəlliflər məlum rəqabətli maliyyə marağı və ya şəxsi münasibət bildirməmişlər.

Təşəkkür: Müəlliflər Botswana International University of Science and Technology-yə və anonimləşdirilmiş əməliyyat məlumatlarına çıxışı dəstəkləyən sənaye tərəfdaşına təşəkkür edirlər.

Elmi məzmun sərhədi

Bu Verianla məqaləsindəki texniki arxitektura, tənliklər, məlumat statistikaları, avadanlıq məhdudiyyətləri, model parametrləri, proqnoz nəticələri, xərc dəyərləri, bərpa olunan enerjidən istifadə nisbətləri, pozuntu nisbətləri, gərginlik sapması və hesablama müddətləri yüklənmiş mənbə işinə əsaslanır. Xarici mənbələrdən yeni eksperimental nəticə və ya performans göstəricisi əlavə edilməmişdir.

Xarici yoxlama yalnız DOI, SSRN identifikatoru, nəşr tarixi və lisenziya statusunun biblioqrafik yoxlanması üçün aparılmışdır.

Tədqiqatın “real məlumatlara əsaslanması” ilə “real sahədə idarəetmə sisteminin tətbiq edilmiş olması” bir-birindən ayrılmalıdır. Altı illik əməliyyat məlumatları real Botsvana mədən mikroşəbəkəsindən gəlir; lakin müəlliflərin Discussion bölməsində açıq şəkildə bildirdiyi kimi nəticələr simulyasiya və co-simulyasiya ilə əldə edilmişdir. Hardware-in-the-loop və sahə yoxlaması hələ gələcək tədqiqatların əhatəsindədir.

Mənbədaxili təqdimat və hesabat qeydləri

Şəkil 2 proqnoz əyrisini “FT-Transformer median forecast” adlandırsa da, əsas metodologiya FT-Transformer-in arxitektura təfərrüatlarını və ya təlim hiperparametrlərini açıqlamır. Buna görə bu Verianla məqaləsində FT-Transformer haqqında mənbədə olmayan texniki arxitektura məlumatı əlavə edilməmişdir.

6-cı cədvəldə Layer 3 siyasət və proyeksiya komponentlərinin ayrı müddətləri cəmi 0,4 ms olsa da, ümumi real vaxt qərar müddəti 0,9 ms kimi verilir. Mənbə əlavə 0,5 ms fərqini komponentlər üzrə izah etmir; dəyərlər olduğu kimi qorunmuşdur.