Бул изилдөө кен ишканаларынын электр жүгүн, күн энергиясын өндүрүүнү, дизелдик генераторлорду, батареялык энергия сактоо системасын жана алсыз электр тармагынын шарттарын бирдиктүү энергияны башкаруу чынжырында координациялоо үчүн үч катмарлуу Energy Management System (EMS) системасын сунуштайт. Бул алкактын негизги айырмасы жүк менен фотоэлектрдик өндүрүштөгү белгисиздикти болжолдоо баскычында гана эсептеп, кийин жоготуп койбостон, аны бир күн мурда пландаштыруу жана реалдуу убакыттагы dispatch баскычтарына чейин жеткирүүсүндө. Биринчи катмар квантилдик болжолдоолор аркылуу белгисиздикти түзөт; экинчи катмар ушул маалыматтан 50 сценарий түзүп, NSGA-II аркылуу сценарийлерге туруктуу күндөлүк пландаштырууну жүргүзөт; үчүнчү катмар болсо ошол эле болжолдоо каталарынын масштабдарынан адаптивдүү коопсуздук маржаларын түзүп, талапкер башкаруу аракетин физикалык жактан колдонууга мүмкүн болгон аймакка проекциялайт.

Алкак Ботсванадагы аты-жөнү жашырылган кен микротармагынан 2019–2024-жылдар аралыгында чогултулган алты жылдык, 15 мүнөттүк операциялык маалыматтар менен бааланган. Булакка ылайык, толук система салттуу EMS менен салыштырганда эксплуатациялык чыгымды %18,7 азайтып, кайра жаралуучу энергияны пайдаланууну %79,1ге жеткирип, чектөөлөрдүн аткарылышын %99,8ге чыгарган, чыңалуунун четтөөсүн %0,08ге түшүргөн жана реалдуу убакыттагы чечим кабыл алуу убактысын 0,9 ms кылып көрсөткөн. Бирок текшерүүдө талаа маалыматтары колдонулганы менен, акыркы натыйжалар симуляцияга жана ко-симуляцияга негизделет; чыныгы объектте аппараттык жабдуу менен жабык контурдуу иштөө азырынча көрсөтүлгөн эмес.

Изилдөөнүн маанилүү тыянактарынын бири — жалгыз гана ылдамыраак же акылдуураак башкаруу саясаты жетишсиз экендиги. “Policy without safety” конфигурациясы чыгымды азайтса да, %1,2 чектөө бузулушун жараткан, ал эми адаптивдүү коопсуздук проекциясы кошулган толук түзүлүш бул көрсөткүчтү %0,2ге түшүргөн. Изилдөөчүлөр бул натыйжаны коопсуздук чыпкасы жөн гана консервативдүү буфер эмес экенин; колдонууга жараксыз аракеттерди кийин дизелдик же тармактык колдоо менен оңдоонун алдын алып, экономикалык көрсөткүчтөрдү да жакшырта аларын көрсөткөн тыянак катары түшүндүрүшөт.

Кен микротармактарындагы көйгөй эмне үчүн башкача?

Кен ишканалары турак жай же коммерциялык микротармактардан айырмаланган электр керектөө өзгөчөлүктөрүнө ээ. Майдалоо, тегирменден өткөрүү, насостоо, желдетүү, материал ташуу жана өндүрүш графигине көз каранды оор электромеханикалык процесстерден улам жүктөр тез рампаларды, жогорку чоку/орточо катыштарды жана күтүлбөгөн өндүрүш токтоолорун көрсөтүшү мүмкүн.

Бул түзүлүшкө өзгөрмөлүү PV өндүрүшү, батареянын SOC чектери, дизелдик генераторлордун рампа чектөөлөрү, резервдик кубатка болгон талаптар жана алсыз тармак шарттары кошулганда, экономикалык жактан жакшы көрүнгөн dispatch планы иш жүзүндөгү шарттарда физикалык жактан аткарылгыс болуп калышы мүмкүн.

Изилдөөнүн негизги көйгөйү: белгисиздик эмне үчүн жоголот?

Изилдөөгө ылайык, көптөгөн салттуу EMS системаларында үч функция бири-биринен ажыратылган:

1. жүктү жана кайра жаралуучу энергия өндүрүшүн болжолдоо,
2. бир күн мурда энергияны пландаштыруу,
3. реалдуу убакыттагы dispatch.

Болжолдоо модулу көп учурда бир гана чекиттик болжолдоону жөнөтөт. Пландоочу ушул мааниге жараша детерминисттик программа түзөт, ал эми реалдуу убакыттагы контроллер ошол программаны аткарууга аракет кылат. Ошентип, болжолдоонун канчалык белгисиз экени жөнүндөгү маалымат dispatch баскычына жетпей калат.

Авторлор мунун үч алсыздыкты пайда кыларын белгилешет: күн мурда түзүлгөн план жүктүн/PVнин ар түрдүү мүмкүн болгон ишке ашууларында текшерилбейт; реалдуу убакыттагы башкаруу кайсы чектөөгө көбүрөөк коопсуздук запасы керек экенин билбейт; туруктуу коопсуздук маржалары алдын ала айтууга боло турган сааттарда ашыкча консервативдүү, ал эми белгисиз сааттарда жетишсиз болуп калышы мүмкүн.

Изилдөө сунуштаган үч катмар кайсылар?

1-катмар — Quantile Forecasting: Жүк жана PV үчүн бир гана болжолдоо эмес, q=0,1, q=0,5 жана q=0,9 квантилдик болжолдоолор түзүлөт. Ошентип болжолдоо аралыгын жана ката масштабын эсептөөгө болот.

2-катмар — Scenario-Robust Day-Ahead Scheduling: Болжолдоо бөлүштүрүлүшү 50 жүк/PV сценарийине айландырылат. NSGA-II чыгымды, эмиссияны жана ишенимдүүлүк стрессин бир убакта баалап, Парето-оптималдуу күн мурдагы программаларды түзөт.

3-катмар — Adaptive Safety-Projected Real-Time Dispatch: Реалдуу убакыттагы башкаруу саясаты талапкер аракетти түзөт. Болжолдоо белгисиздиги өскөн сайын физикалык чектөөлөр адаптивдүү маржалар менен күчөтүлөт жана талапкер аракет томпок проекция аркылуу коопсуз аймакка жылдырылат.

Колдонулган чыныгы операциялык маалыматтар

Текшерүү маалымат топтому 2019–2024-жылдардагы алты жылды камтыйт жана 15 мүнөттүк ажырымга ээ. Кен ишканасынын ким экени жашырылган; чыгымдар коммерциялык сырды сактоо максатында нормалдаштырылган валюта болгон CU менен берилген.

Тармактын жеткиликтүүлүгү экилик өзгөрмө болуп саналат: 1 тармак жеткиликтүү экенин, 0 болсо жеткиликсиз экенин же система арал режиминде турганын билдирет.

Микротармак кайсы компоненттер менен көрсөтүлгөн?

Изилдөө чыныгы объекттин ким экенин ачкан жабдуу маалыматтарын колдонуунун ордуна, EMSтин физикалык чектерин сыноо үчүн өкүлчүлүк компоненттик чектөөлөрдү аныктаган:

1-катмар: Белгисиздик кантип эсептелет?

Ар бир 15 мүнөттүк алдыга багытталган убакыт кадамы үчүн жүк жана PV боюнча үч квантилдик деңгээл эсептелет:

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

24 сааттык горизонт 96 даана 15 мүнөттүк интервалдан турат:

\[ H=96 \]

Болжолдоо модели булакта жалпы түрдө төмөнкүдөй берилет:

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

Бул жерде \(h_t\) жакынкы өткөндөгү операциялык маалыматтарды, ал эми \(c_{t+\tau}\) календарга жана аба ырайына байланыштуу экзогендик өзгөрмөлөрдү билдирет.

Борбордук %80 болжолдоо аралыгы ката масштабына айландырылат:

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

жана булак \(z_{0.9}=1.2816\) маанисин колдонот.

2-катмар: Robust күндөлүк программа кантип түзүлөт?

Квантилдик болжолдоолордон S=50 жүк жана PV сценарийи түзүлөт. Башкарылуучу күндөлүк чечим вектору тармактан импортту, дизелдик өндүрүштү, BESSти заряддоону/разряддоону, PVни чектөөнү жана SOC маанилерин камтыйт:

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

NSGA-II үч негизги максатты бирге минималдаштырат:

• эксплуатациялык чыгым,
• эмиссия,
• ишенимдүүлүк стресси.

Ар бир максат 50 сценарийдеги орточо натыйжа менен сценарийлердин ортосундагы өзгөрмөлүүлүктүн биригиши аркылуу бааланат:

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

Ошондуктан орточо чыгымы төмөн, бирок белгисиздик шартында өтө өзгөрмө иштеген программа тобокелдик жөндөөсүнө байланыштуу жазаланышы мүмкүн.

Энергия тең салмактуулугу кантип сакталат?

Ар бир сценарийдеги негизги кубат теңдемеси төмөнкүдөй:

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

BESS SOC болсо заряддоо жана разряддоо натыйжалуулуктары менен удаалаш убакыт кадамдарынын ортосунда жаңыланат.

3-катмар: Адаптивдүү коопсуздук маржасы кандай иштейт?

Реалдуу убакыттагы dispatch ар 15 мүнөт сайын колдонулат. Саясат адегенде талапкер башкаруу аракетин түзөт:

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

Андан кийин ар бир физикалык чектөө үчүн болжолдоо белгисиздигине жараша коопсуздук маржасы эсептелет:

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

Белгисиздик көбөйгөндө \(\sigma\) өсөт, демек коопсуздук маржасы кеңейет. Болжолдоо ишенимдүүрөөк болгондо маржа кичирейет. Ошентип система күн бою туруктуу “эң начар абал буферин” колдонууга мажбур болбойт.

Акыркы башкаруу аракети талапкер dispatch менен күн мурдагы эталондун ортосунда тең салмак түзүү аркылуу физикалык ылайыктуулук көптүгүнө проекцияланат:

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

Бул иш кубаттуулукту, рампаны, резервди, чыңалууга сезгичтикти жана кийинки кадамдагы SOC чектерин колдонуудан мурда текшерет.

6-сүрөт эмне үчүн маанилүү?

15-беттеги 6-сүрөт коопсуздук маржасы күн бою туруктуу болбой турганын көрсөтөт. Болжолдоого болгон ишеним төмөндөгөн жогорку белгисиздик мезгилинде маржа өсөт, ал эми алдын ала айтууга мүмкүн болгон сааттарда кайра тарып калат. Булактын негизги долбоордук дооматы так ушунда: тобокелдик болжолдоо баскычында гана өлчөнбөйт, физикалык чектөөлөрдү реалдуу убакытта күчөтүүдө колдонулушун улантат.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Болжолдоо көрсөткүчтөрү

Биринчи катмар 24 сааттык болжолдоо горизонтунда төмөнкү натыйжаларды берген:

• MAE: 1,94 MW
• Болжолдоо интервалынын камтуусу: %94,3

2-сүрөттө чыныгы жүктүн эртең мененки жана кечки чоку чекиттери медианалык болжолдоо жана болжолдоо тилкеси менен бирге көрсөтүлөт.

Күн мурдагы пландаштырууну салыштыруу

Детерминисттик MILP номиналдык жактан robust NSGA-IIге караганда 172 CU төмөн күндөлүк чыгым түзгөн. Бирок чектөөлөрдүн аткарылышы %91,2де калганда, robust ыкма %98,5ке жеткен.

Булак мындан тышкары robust пландаштыруу күндөлүк чыгымдардын өзгөрмөлүүлүгүн детерминисттик пландаштырууга салыштырмалуу %50,5ке азайтканын билдирет.

NSGA-II кантип жакындады?

3-сүрөттө чыгым максаты болжол менен 80-муундан кийин негизинен туруктуу абалга келгендиги көрүнөт. Эмиссия жана ишенимдүүлүк стресси болсо болжол менен 120-муунга чейин жакшыра бергени байкалат. Ошондуктан изилдөө 150 муундук чек акыркы популяция үчүн жетиштүү деп баалайт.

4-сүрөт чыгым менен эмиссиянын ортосундагы Парето тең салмактуулугун ачык көрсөтөт. Эмиссиясы төмөн чечимдер жалпысынан жогорураак эксплуатациялык чыгымды талап кылат. Булакта кызыл менен белгиленген чечим чыгым, эмиссия жана ишенимдүүлүк стресси ортосундагы компромисс чекити катары Layer 3кө өткөрүлөт.

Тандалган күндөлүк dispatch эмне кылат?

5-сүрөткө ылайык, BESSтин разряды өзгөчө жүк көбөйгөн мезгилдерде ишке кирет. PV өндүрүшү күндүн ортосунда артыкчылыктуу колдонулат, ал эми дизелдик өндүрүш жогорку жүккө жана алсыз тармак коркунучуна каршы резерв камсыз кыла турган орточо деңгээлдерде кармалат.

90 күндүк реалдуу убакыттагы сыноо

Толук системанын натыйжасы

Traditional EMS менен салыштырганда толук алкак:

• чыгымды 862,4төн 701,3 CU/MWhге чейин төмөндөткөн;
• булактын эсеби боюнча %18,7 чыгым азайышын камсыз кылган;
• кайра жаралуучу энергияны пайдаланууну %64,2ден %79,1ге көтөргөн;
• чектөө бузулушун %3,2ден %0,2ге түшүргөн;
• ошол эле учурда чектөөлөрдүн аткарылышы %99,8 болгон;
• чыңалуу четтөөсүн %2,15тен %0,08ге азайткан.

Коопсуздук чыпкасы экономиканы эмне үчүн начарлаткан жок?

“Policy without safety” конфигурациясы 715,8 CU/MWh чыгым жана %1,2 бузулуу жараткан. Коопсуздук катмары кошулганына карабастан, толук алкак чыгымды 701,3 CU/MWhге түшүрүп, бузулууну %0,2ге азайткан.

Авторлордун түшүндүрмөсү боюнча, коопсуздук проекциясы аткарууга мүмкүн болбогон башкаруу буйруктарына алдын ала бөгөт коёт; ошентип кийин кошумча дизелдик өндүрүштү же тармактык колдоону талап кылган оңдоочу аракеттер азайышы мүмкүн.

Сценарийлердин саны эмне үчүн 50 болуп тандалган?

7-сүрөттө сценарийлердин саны 10дон 100гө көбөйгөндө чектөөлөрдүн аткарылышы жогорулаганы менен, пландаштыруу жүгү да өсөт. Булак S=50 ден кийин физикалык ишке ашуучулуктагы пайда чектелүү болуп калганын жана 50 сценарий күндөлүк пландаштыруу үчүн белгисиздиктин ар түрдүүлүгү менен эсептөө чыгымынын ортосунда практикалык тең салмак түзөрүн билдирет.

Абляциялык изилдөө

Абляциялык изилдөө болжолдоо, башкаруу саясаты жана адаптивдүү коопсуздук проекциясы бири-бирин алмаштыра албасын көрсөтөт. Булактын сынагында үч компонент бирге колдонулган толук система эң төмөн чыгымды да, эң төмөн бузулуу үлүшүн да берген.

Эсептөө жүгү

Жалпы 0,9 ms цикл убактысы 15 мүнөттүк EMS dispatch мезгилинен кыйла кыска. Күндөлүк NSGA-II пландаштыруусу болсо 40,8 секундга созулат жана булак муну алдын ала/offline жүргүзүлө турган процесс катары баалайт.

Изилдөө колдогон натыйжалар

• Болжолдоо белгисиздигин күн мурдагы пландаштыруу жана реалдуу убакыттагы коопсуздук катмарына жеткирүүгө мүмкүн болгон интеграцияланган EMS архитектурасы түзүлгөн.
• Robust NSGA-II булак сынагында детерминисттик MILPге салыштырмалуу сценарийлик чектөөлөрдүн жогорку деңгээлде аткарылышын камсыз кылган.
• Адаптивдүү коопсуздук проекциясы 90 күндүк симуляция/ко-симуляция сынагында чектөө бузулууларын азайткан.
• Толук алкак текшерилген альтернативалардын ичинен эң төмөн реалдуу убакыттагы чыгымды жана кайра жаралуучу энергияны пайдалануунун эң жогорку деңгээлин берген.
• Реалдуу убакыттагы коопсуздук проекциясынын эсептөө убактысы 15 мүнөттүк dispatch аралыгына салыштырганда булактын сынак чөйрөсүндө өтө кичине.

Изилдөө далилдебеген натыйжалар

• Система чыныгы кен объектисинде түздөн-түз башкаруу жабдуусуна туташтырылганда ошол эле көрсөткүчтөрдү берери көрсөтүлгөн эмес.
• %18,7 чыгым азайышы бардык кен микротармактарында кайталанары далилденген эмес.
• Бир гана аты-жөнү жашырылган Ботсвана маалымат топтомунан алынган натыйжалар ар башка руда өндүрүш процесстерине, кен өлчөмдөрүнө же тармак түзүлүштөрүнө түздөн-түз жалпыланары көрсөтүлгөн эмес.
• BESSтин эскириши кеңири электрохимиялык же физикага негизделген модель менен моделдештирилген эмес.
• Белгисиздикти моделдөө бөлүштүрүүдөн көз каранды эмес; изилдөө квантилге негизделген ката масштабдары менен Gaussian residual approximation ыкмасын колдонот.
• Кен өндүрүшүн пландаштыруу менен EMS dispatch толук жабык контурдуу оптималдаштыруу ичинде биргелешип чечилген эмес.

Изилдөөнүн өзү көрсөткөн чектөөлөр

Авторлор өзгөчө келечектеги изилдөөлөрдүн төрт багытын белгилешет:

• бир нече кен аянтында текшерүү,
• hardware-in-the-loop жана чыныгы талаада колдонуу,
• distribution-free белгисиздикти сандык баалоо,
• батареянын эскиришин кеңири моделдөө жана кен өндүрүшүнүн планы менен интеграциялоо.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Толук түпнуска аталышы: Integrated Energy Management for Renewable-Assisted Mining Microgrids: A Three-Layer Framework with Adaptive Safety Margins

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

Жооптуу автор: Sravani Parvathareddy.

Мекемелер: 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.

Булактын түрү: Кайра жаралуучу энергия колдогон кен микротармактары үчүн EMS дизайнын жана симуляция/ко-симуляциялык текшерүүнү камтыган изилдөө макаласы мүнөзүндөгү preprint.

Рецензиялык абалы: Бул иш эксперттик рецензиядан өтпөгөн preprint болуп саналат.

Платформа: SSRN.

SSRN идентификатору: 7199509.

DOI: 10.2139/ssrn.7199509.

Жарыяланган күнү: SSRN жазуусуна ылайык 29-июль 2026.

Журнал/том/сан: Бул версияда көрсөтүлгөн эмес.

Лицензия/автордук укук: SSRN жазуусунда укуктар сакталгандыгы жана уруксатсыз кайра пайдаланууга ачык уруксат жок экени белгиленет. Ошондуктан булактын сүрөттөрү Verianla текстине түз көчүрүлгөн эмес, сандык натыйжалар жана усулдук агым таза HTML таблицалары аркылуу кайра берилген.

Каржылоо: Авторлор бул иш үчүн атайын каржылоо алышпаганын билдиришкен.

Маалыматтардын жеткиликтүүлүгү: Чийки операциялык маалыматтар уруксат жана операциялык купуялык себептеринен улам коомчулукка жеткиликтүү эмес. Иштетилген жыйынтыктарды жана модель жөндөөлөрүн купуялык чектөөлөрүнө жараша жооптуу автордон сураса болору көрсөтүлгөн.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор белгилүү атаандаш каржылык кызыкчылык же жеке мамиле тууралуу билдиришкен эмес.

Ыраазычылык: Авторлор Botswana International University of Science and Technology мекемесине жана жашырылган операциялык маалыматтарга жетүүнү колдогон өнөр жай өнөктөшүнө ыраазычылык билдиришет.

Илимий мазмундун чеги

Бул Verianla макаласындагы техникалык архитектура, теңдемелер, маалымат статистикасы, жабдуу чектөөлөрү, модель параметрлери, болжолдоо натыйжалары, чыгым маанилери, кайра жаралуучу энергияны пайдалануу үлүштөрү, бузулуу үлүштөрү, чыңалуунун четтөөсү жана эсептөө убакыттары жүктөлгөн булак ишине негизделет. Тышкы булактардан жаңы эксперименттик натыйжа же натыйжалуулук көрсөткүчү кошулган эмес.

Тышкы текшерүү DOI, SSRN идентификатору, жарыяланган күн жана лицензия статусун библиографиялык көзөмөлдөө үчүн гана жүргүзүлгөн.

Изилдөөнүн “чыныгы маалыматтарга негизделиши” менен “чыныгы талаада башкаруу системасы колдонулушу” эки башка нерсе катары каралышы керек. Алты жылдык операциялык маалыматтар чыныгы Ботсвана кен микротармагынан алынган; бирок авторлор Discussion бөлүмүндө ачык белгилегендей, натыйжалар симуляция жана ко-симуляция аркылуу алынган. Hardware-in-the-loop жана талаалык текшерүү азырынча келечектеги изилдөөлөрдүн алкагында.

Булактагы көрсөтүү жана отчет берүү боюнча эскертүүлөр

2-сүрөт болжолдоо ийри сызыгын “FT-Transformer median forecast” деп атаганына карабастан, негизги методология FT-Transformer архитектурасынын деталдарын же окутуу гиперпараметрлерин түшүндүрбөйт. Ошондуктан бул Verianla макаласына булакта жок FT-Transformerдин техникалык архитектурасы тууралуу маалымат кошулган эмес.

6-таблицада Layer 3 саясаты менен проекция компоненттеринин өзүнчө убакыттарынын суммасы 0,4 ms болгонуна карабастан, жалпы реалдуу убакыттагы чечим кабыл алуу убактысы 0,9 ms деп берилет. Булак кошумча 0,5 ms айырмасын компоненттер боюнча түшүндүрбөйт; маанилер өзгөртүлбөй сакталган.