Ин таҳқиқот барои он ки микрошабакаҳои дорои таъхирҳои гуногуни иртиботӣ сиёсати муштараки идоракунии энергияро омӯзанд, чаҳорчӯбаи асинхронии омӯзиши тақвиятии федеративии SPA-AFRL-ро бо огоҳӣ аз кӯҳнашавӣ ва амнияти физикӣ таҳия кардааст. Усул механизми агрегатсияи федеративиро, ки таъсири навсозиҳои маҳаллии модели бо таъхир расидаро ба таври экспоненсиалӣ кам мекунад, бо оператори амниятӣ муттаҳид месозад, ки амалҳои тавлидкардаи зеҳни сунъиро ба ҳудудҳои батарея ва системаи барқӣ проексия мекунад. Дар симулятсияҳое, ки шаш навъи бинои минтақаи Лос-Анҷелесро намояндагӣ мекарданд, SPA-AFRL наздикшавии тезтар, нигоҳ доштани ҳудуди 10-90 фоизи ҳолати заряди батарея ва дар тақсимоти намунавии иқтисодии 24 соатаи сарборӣ хароҷоти софи -3,10 доллари ИМА, ба ибораи дигар даромади 3,10 доллари ИМА-ро гузориш кардааст. Бо вуҷуди ин, натиҷаҳо озмоиши воқеии саҳроии микрошабака нестанд, балки натиҷаҳои симулятсияанд ва даъвои назариявии наздикшавӣ ба фарзияҳое чун хусусияти кашишёбии шабакаи сиёсат ва устувории воридот-ҳолати системаи физикӣ вобаста аст.

Мушкилоти асосии SPA-AFRL дар омӯзиши федеративӣ он аст, ки навсозиҳои модели аз микрошабакаҳои бо суръатҳои гуногун коркунанда омада бо арзиши яксон қабул мешаванд. Вақте навсозии як микрошабака ба сервери марказӣ дер мерасад, модели глобалие, ки навсозӣ ба он такя дошт, мумкин аст аллакай тағйир ёфта бошад. Таҳқиқот ин ҳолатро ҳамчун кӯҳнашавии модел ё мушкили навсозии таъхиркарда баррасӣ намуда, бо зиёд шудани таъхир вазни навсозиро кам мекунад.

Мушкилоти дуюм амнияти физикӣ аст. Агенти омӯзиши тақвиятӣ ҳангоми омӯзиш метавонад амале пешниҳод кунад, ки боиси аз ҳад пур шудани батарея, аз ҳад холӣ шудани он ё гузаштани қувваи иҷозатдодашудаи харидуфурӯши шабака гардад. SPA-AFRL ба ҷойи мустақиман татбиқ кардани амали пешниҳодшуда онро ба наздиктарин амали аз ҷиҳати физикӣ иҷрошаванда проексия мекунад. Ҳамин тавр, амният танҳо ба ҷаримаҳои функсияи мукофот вогузор намешавад; пеш аз иҷрои қарор он аз санҷиши математикӣ барои мувофиқат мегузарад.

Аз нигоҳи Туркия, таҳқиқот равишеро пешниҳод мекунад, ки барои таҳияи сиёсати муштараки идоракунии энергия бе марказонидани маълумот дар минтақаҳои саноатии ташкилшуда, кампусҳо, беморхонаҳо, биноҳои тиҷоратӣ ва ҷомеаҳои маҳаллии энергетикӣ бо энергияи барқароршаванда мавриди омӯзиш қарор гирифта метавонад. Аммо шароити сарборӣ, обу ҳаво, тариф ва истеҳсоли офтобӣ ба минтақаи Лос-Анҷелес тааллуқ доранд. Бе моделсозии дубора бо тарифҳои барқи Туркия, қоидаҳои системаи тақсимот, ҳудудҳои техникии батарея, минтақаҳои иқлимӣ ва инфрасохтори иртиботи маълумот, барои Туркия хулосаи фоидаи иқтисодӣ ё амнияти саҳроӣ баровардан мумкин нест.

Саволи асосии таҳқиқот чист?

Саволи асосии таҳқиқот чунин аст: микрошабакаҳои тақсимшуда бо таъхирҳои гуногуни иртиботӣ ва шароити маҳаллии кор чӣ гуна метавонанд бе ҷамъ кардани маълумоти худ дар сервери марказӣ сиёсати муштараки идоракунии энергияро омӯзанд ва ҳамзамон ҳам наздикшавии модел ва ҳам амнияти таҷҳизоти физикиро нигоҳ доранд?

Дар омӯзиши тақвиятии федеративӣ ҳар як микрошабака бо маълумоти маҳаллӣ ва муҳити физикии худ модели сиёсатро меомӯзонад. Сервери марказӣ ба ҷойи гирифтани маълумоти хоми сарборӣ, истеҳсол ё корбар параметрҳои моделро муттаҳид мекунад. Аммо азбаски қудрати ҳисоббарорӣ, пайвастагии шабака ва вақти омӯзиши маҳаллии микрошабакаҳо гуногун аст, ҳамаи навсозиҳо ҳамзамон намерасанд. Илова кардани мустақими навсозии деррасида ба модели глобалӣ метавонад сиёсати ҷориро ба самти маълумоти кӯҳна вайрон кунад.

Илова бар ин, агенти омӯзиши тақвиятӣ ҳангоми ҷустуҷӯи мукофоти баланд метавонад ҳудудҳои физикиро вайрон кунад. Масалан, агент барои коҳиш додани хароҷоти кӯтоҳмуддат метавонад амале пешниҳод кунад, ки батареяро аз ҳудуди иҷозатдодашудаи заряд мебарорад ё қувваи дастгоҳро аз ҳад мегузаронад. Таҳқиқот мушкили модели кӯҳнашударо дар қабати иртиботӣ ва мушкили амниятро дар қабати физикӣ дар як ҳалқаи пӯшида якҷоя баррасӣ мекунад.

SPA-AFRL чӣ маъно дорад?

SPA-AFRL ихтисораи Staleness-and Physics-Aware Asynchronous Federated Reinforcement Learning аст. Ба тоҷикӣ онро метавон “Омӯзиши тақвиятии федеративии асинхронӣ бо огоҳӣ аз кӯҳнашавӣ ва амнияти физикӣ” шарҳ дод.

Чаҳорчӯба ду механизми асосиро дар бар мегирад:

• Агрегатсияи асинхронӣ бо огоҳӣ аз кӯҳнашавӣ: Сервери марказӣ таъсири навсозиҳои деррасида ба модели глобалиро коҳиш медиҳад.
• Проексияи амнияти физикӣ: Амале, ки сиёсати маҳаллии зеҳни сунъӣ пешниҳод мекунад, ба маҷмӯи амалҳои бехатар ва иҷрошавандаи микрошабака проексия мешавад.

Ҷараёни кори омӯзиши тақвиятии федеративӣ чӣ гуна аст?

Раванди асосии омӯзиши федеративӣ аз чор қадам иборат аст:

1. Сервери марказӣ параметрҳои ҷории модели глобалиро ба агентҳои маҳаллии микрошабака мефиристад.
2. Ҳар агент бо маълумоти хусусӣ ва муҳити физикии худ омӯзиши маҳаллии тақвиятиро анҷом медиҳад.
3. Агентҳо на маълумоти хом, балки тағйироти параметрҳои модели омӯхташударо ба сервери марказӣ бор мекунанд.
4. Сервер навсозиҳои расидаро муттаҳид карда, модели нави глобалиро ташкил медиҳад.

Дар SPA-AFRL ин раванд синхронӣ нест. Сервер интизор намешавад, ки ҳамаи агентҳо ҳамзамон корро ба анҷом расонанд. Вақте агент навсозиро мефиристад, навсозӣ фавран арзёбӣ шуда, мувофиқи вазни кӯҳнашавӣ ба модели глобалӣ илова мешавад.

Сохтори физикии микрошабака чӣ гуна моделсозӣ шудааст?

Ҳар микрошабака ҳамчун воҳиде моделсозӣ шудааст, ки сарбории маҳаллии барқӣ, системаи истеҳсоли фотоэлектрикӣ, системаи нигоҳдории энергияи батарея ва мубодилаи энергия бо шабакаи асосӣ ё микрошабакаҳои дигарро дар бар мегирад.

Ҳолати заряди батарея (state of charge, SOC) бо муносибати зерин навсозӣ мешавад:

\[ SOC_i(t+1)=SOC_i(t)+\left(\eta_i^{ch}P_i^{ch}(t)-\frac{P_i^{dis}(t)}{\eta_i^{dis}}\right)\frac{\Delta t}{E_i^{cap}} \]

Дар ин ҷо:

• SOC_i(t), ҳолати ҷории заряди батареяи микрошабакаи рақами i мебошад.
• P_i^ch(t), қувваи зарядкунии батарея мебошад.
• P_i^dis(t), қувваи холӣ кардани батарея мебошад.
• η_i^ch ва η_i^dis, самаранокии заряд ва холисозӣ мебошанд.
• E_i^cap, иқтидори номиналии энергетикии батарея мебошад.
• Δt, фосилаи вақти идоракунӣ мебошад.

Формула ифода мекунад, ки энергияи муфиди воридшуда ба батарея ҳолати зарядро зиёд мекунад, дар ҳоле ки энергияи хориҷшуда бо дарназардошти самаранокии холисозӣ ҳолати зарядро кам мекунад.

Тавозуни қувваи барқӣ чӣ гуна нигоҳ дошта мешавад?

Қувваи истеҳсолшуда ва харидоришуда дар микрошабака бояд ба қувваи истеъмолшуда, захирашуда ва фурӯхташуда баробар бошад:

\[ P_i^{pv}(t)+P_i^{dis}(t)+P_i^{buy}(t)=P_i^{load}(t)+P_i^{ch}(t)+P_i^{sell}(t) \]

P_i^pv истеҳсоли фотоэлектрикӣ, P_i^load сарбории маҳаллӣ, P_i^buy қувваи харидоришуда ва P_i^sell қувваи фурӯхташударо нишон медиҳад. Ин муодила таъмин мекунад, ки қарорҳои идоракунии энергия на танҳо иқтисодӣ, балки дар доираи тавозуни физикии пешниҳод ва талаб қабул шаванд.

Қувваҳои зарядкунӣ, холисозӣ, харид аз шабака ва фурӯш ба шабака инчунин аз сифр то арзишҳои ҳадди аксари муайяншудаи таҷҳизот маҳдуд шудаанд:

\[ 0\leq P_i^{ch}(t)\leq P_{i,max}^{ch} \]

\[ 0\leq P_i^{dis}(t)\leq P_{i,max}^{dis} \]

\[ 0\leq P_i^{buy}(t)\leq P_{i,max}^{grid} \]

\[ 0\leq P_i^{sell}(t)\leq P_{i,max}^{grid} \]

Ҳолати заряди батарея низ дар ҳудудҳои зерин нигоҳ дошта мешавад:

\[ SOC_i^{min}\leq SOC_i(t)\leq SOC_i^{max} \]

Дар симулятсия диапазони бехатари SOC аз 10 фоиз то 90 фоиз муайян шудааст.

Маҷмӯи амалҳои аз ҷиҳати физикӣ иҷрошаванда чист?

Вектори қарори агенти маҳаллӣ аз ҷузъҳои зарядкунӣ, холисозӣ, хариди барқ ва фурӯши барқ иборат аст:

\[ a_i(t)=[P_i^{ch}(t),P_i^{dis}(t),P_i^{buy}(t),P_i^{sell}(t)]^{T} \]

Аз ин амалҳо онҳое, ки ҳамаи ҳудудҳои қувва ва таҷҳизотро қонеъ мекунанд, ба маҷмӯи аз ҷиҳати физикӣ иҷрошавандаи F_i(t) дохил мешаванд. Таҳқиқот қабул мекунад, ки ин маҳдудиятҳо аз баробариҳо ва нобаробариҳои хаттӣ иборат буда, маҷмӯи иҷрошаванда пӯшида, ғайрихолӣ ва қавӣ мебошад.

Ҳолат ва амали раванди қарори Markov кадоманд?

Ҳолати ҳар як агенти микрошабака маълумоти зеринро дар бар мегирад:

\[ s_i(t)=[SOC_i(t),P_i^{pv}(t),P_i^{load}(t),\lambda_{buy}^{grid}(t),\hat{P}_i^{pv}(t+1),\hat{P}_i^{load}(t+1)]^{T} \]

Дар вектори ҳолат заряди ҷории батарея, истеҳсоли ҷории офтобӣ, сарбории ҷорӣ, нархи хариди барқ аз шабака ва маълумоти пешбинишудаи истеҳсоли офтобӣ ва сарборӣ барои фосилаи навбатии вақт ҷой доранд.

Ин сохтор ҳадаф дорад, ки агент на танҳо ба шароити ҷорӣ вокуниш нишон диҳад, балки интизориҳои истеҳсол ва талаботи ояндаи наздикро низ ба қарори худ дохил кунад.

Функсияи мукофот чиро ташвиқ мекунад?

Мукофоти агенти маҳаллӣ чунин муайян шудааст:

\[ R_i(t)=-C_{trans,i}(t)-\mu\|a_i^{ML}(t)-a_i^{*}(t)\|^{2} \]

Дар ин ҷо C_trans,i хароҷоти муомилоти энергия аст. a_i^ML амали хоми сиёсати зеҳни сунъӣ ва a_i^* амали иҷрошаванда пас аз проексияи амнияти физикӣ мебошад.

Мукофот ду ҳадафро якҷоя пайгирӣ мекунад:

• Коҳиш додани хароҷоти умумии иқтисодии қарорҳои харид, фурӯш ва нигоҳдории энергия.
• Кам кардани фарқ байни амали хоми пешниҳодкардаи зеҳни сунъӣ ва амали бехатар.

Ҳади дуюми ҷарима ҳадаф дорад, ки агент бо гузашти вақт на танҳо қарорҳое тавлид кунад, ки ҳамеша аз ҷониби оператори амниятӣ ислоҳ мешаванд, балки амалҳои ба ҳудудҳои физикӣ наздиктарро омӯзад.

Се оператори маҳаллӣ чӣ гуна кор мекунанд?

Раванди қарори агенти маҳаллии микрошабака ба се оператор ҷудо шудааст:

1. Оператори пешгӯӣ: Аз маълумоти гузашта пешгӯии сарборӣ ва истеҳсоли фотоэлектрикии ояндаро месозад.
2. Оператори сиёсат: Аз ҳолати ҷорӣ ва пешбинишуда амали хоми идоракунии энергияро тавлид мекунад.
3. Оператори проексияи амният: Амали хомро ба маҷмӯи аз ҷиҳати физикӣ иҷрошаванда проексия мекунад.

Амали хоме, ки шабакаи сиёсат тавлид мекунад:

\[ a_i^{ML}(t)=T_{\pi}(s_i(t)\mid\theta_i) \]

ифода шудааст. θ_i параметрҳои шабакаи сиёсати маҳаллӣ мебошанд.

Амали бехатар бо оптимизатсияи зерин ҳисоб мешавад:

\[ a_i^{*}(t)=T_x(a_i^{ML}(t))=\arg\min_{a\in F_i(t)}\frac{1}{2}\|a-a_i^{ML}(t)\|^{2} \]

Ин формула амали аз ҷиҳати масофаи Евклидӣ наздиктаринро ба амали пешниҳодкардаи зеҳни сунъӣ интихоб мекунад, ки ҳамзамон иҷрошаванда аст. Ба ибораи дигар, оператори амният қарорро аз нав пурра тавлид намекунад, балки танҳо то ҳадде ислоҳ мекунад, ки ҳудудҳои физикӣ риоя шаванд.

Хусусияти математатикии проексияи амният чист?

Проексияи ортогоналӣ ба маҷмӯи пӯшида ва қавӣ оператори ғайривасеъкунанда аст:

\[ \|P_C(x)-P_C(y)\|\leq\|x-y\| \]

Шакли қавитар, яъне хусусияти қатъии ғайривасеъкунӣ, чунин аст:

\[ \langle P_C(x)-P_C(y),x-y\rangle\geq\|P_C(x)-P_C(y)\|^{2} \]

Ин хусусият маъно дорад, ки проексия масофаи байни ду амали гуногунро зиёд намекунад. Дар равиши назариявии таҳқиқот ин хусусият асоси он аст, ки қабати амнияти физикӣ хатоҳоро дар бозхурди кибер-физикӣ зиёд намекунад.

Омӯзиши Actor-Critic чӣ гуна татбиқ шудааст?

Ҳар як агенти маҳаллӣ аз меъмории Actor-Critic истифода мекунад. Шабакаи Actor амалро тавлид мекунад, дар ҳоле ки шабакаи Critic арзиши интизории дарозмуддати ҷуфти ҳолат-амалро тахмин мекунад.

Зарари Actor чунин муайян шудааст:

\[ L_A(\theta_i)=-E[Q(s_i,a_i^{ML})]+\mu E[\|\pi(s_i\mid\theta_i)-a_i^{*}\|^{2}] \]

Ҳади аввал кӯшиш мекунад бозгашти интизориро зиёд кунад, ҳади дуюм бошад баромади сиёсатро ба амали бехатар наздик созад.

Зарари Critic:

\[ L_C(\phi_i)=E[(R_i+\gamma Q(s_i',a_i'\mid\phi_i')-Q(s_i,a_i^{ML}\mid\phi_i))^{2}] \]

мебошад. Дар ин ҷо γ коэффисиенти тахфиф аст, ки вазни мукофотҳои ояндаро дар қарори ҷорӣ муайян мекунад. Ифода хатои квадратиро байни ҳадафи фарқи вақтӣ, ки аз мукофоти воқеӣ ва арзиши ҳолати баъдӣ иборат аст, ва арзёбии ҷории арзиш коҳиш медиҳад.

Кӯҳнашавии модел дар навсозиҳои асинхронӣ чӣ гуна чен мешавад?

Агенти маҳаллӣ тамғаи вақти модели глобалиеро, ки дар оғози омӯзиш гирифтааст, сабт мекунад. Вақте омӯзиши маҳаллӣ ба анҷом мерасад ва навсозӣ ба сервер мерасад, шумораи навсозиҳои модели глобалӣ дар ин миён ҳамчун дараҷаи кӯҳнашавии модел арзёбӣ мешавад.

Вазни вобаста ба кӯҳнашавӣ чунин ҳисоб мешавад:

\[ w_i=\exp(-\lambda\tau_i) \]

τ_i дараҷаи кӯҳнашавии навсозӣ ва λ коэффисиенти ҷаримаи таъхир аст. Вақте таъхир ба сифр наздик аст, вазн ба 1 наздик мешавад. Бо зиёд шудани таъхир вазн ба таври экспоненсиалӣ кам мешавад.

Ин механизм навсозии кӯҳнаро пурра манъ намекунад; танҳо қудрати тағйир додани модели глобалиро коҳиш медиҳад.

Модели глобалӣ чӣ гуна навсозӣ мешавад?

Сервери марказӣ навсозии ҷорӣеро истифода мекунад, ки ба равиши Krasnosel’skii-Mann асос ёфтааст:

\[ \theta_{global}\leftarrow(1-\beta w_i)\theta_{global}+\beta w_i(\theta_{global}+\Delta\theta_i) \]

β параметри сабуксозӣ, w_i вазни кӯҳнашавӣ ва Δθ_i тағйири модели маҳаллӣ мебошанд. Ҳангоми содда кардани муодила дида мешавад, ки навсозӣ ба модели глобалӣ βw_iΔθ_i-ро илова мекунад.

Модели нави маҳаллӣ тағйири калонтар, модели таъхиркарда тағйири хурдтар ба вуҷуд меорад. Азбаски сервер навсозиро бе интизори дигар микрошабакаҳо анҷом медиҳад, протокол сохтори асинхронии ғайриблоккунанда дорад.

Оё дар формулаи кӯҳнашавии ҳуҷҷат номувофиқатӣ ҳаст?

Бале. Муодилаи рақами 20 дар матни асосӣ кӯҳнашавиро дар шакли t_pull-t_push нишон медиҳад. Агар вақти боркунӣ аз вақти гирифтани модел калонтар бошад, ин тартиб метавонад арзиши манфии кӯҳнашавӣ диҳад. Дар муқобил, дар Algorithm 1 кӯҳнашавӣ бо тартиби дурусти вақт ҳамчун t_push-t_pull ҳисоб шудааст.

Тарзи кори алгоритм ва мантиқи коҳиши экспоненсиалӣ нишон медиҳанд, ки таърифи дуюм мақсад будааст. Аммо матни таҳқиқот набояд хомӯшона ислоҳ шавад; номувофиқии аломат байни ду навишт бояд ҳамчун хатои нотационии дар манбаъ мавҷудбуда арзёбӣ шавад.

Нархи энергия байни микрошабакаҳо чӣ гуна муайян мешавад?

Нархи савдои дохилӣ байни нархи фурӯши микрошабака ба шабакаи асосӣ ва нархи харид аз шабакаи асосӣ нигоҳ дошта мешавад:

\[ \lambda_{sell}^{grid}(t)\leq\lambda_{int}(t)\leq\lambda_{buy}^{grid}(t) \]

Нархи дохилӣ мувофиқи таносуби норасоии умумии энергия ба маҷмӯи пешниҳод ва талаб ҳисоб мешавад:

\[ \lambda_{int}(t)=\lambda_{sell}^{grid}(t)+\frac{D(t)}{S(t)+D(t)}(\lambda_{buy}^{grid}(t)-\lambda_{sell}^{grid}(t)) \]

Бо зиёд шудани талаб нархи савдои дохилӣ ба нархи харид аз шабака ва бо зиёд шудани пешниҳоди зиёдатӣ ба нархи фурӯш ба шабака наздик мешавад. Ҳамин тавр, ҳам микрошабакаҳои дорои энергияи зиёдатӣ ва ҳам дорои норасоии энергия ба савдои дохилӣ ҳавасманд мешаванд.

Таҳқиқот таносубҳои мувофиқсозии харид ва фурӯшро чунин муайян мекунад:

\[ r_{buy}(t)=\min\left(1,\frac{S(t)}{D(t)}\right) \]

\[ r_{sell}(t)=\min\left(1,\frac{D(t)}{S(t)}\right) \]

Ин таносубҳо муайян мекунанд, ки миқдори бо савдои дохилии микрошабака қонеънашуда аз шабакаи асосӣ харидорӣ ё ба шабакаи асосӣ фурӯхта шавад.

Дар формулаҳои савдои энергия кадом номуайяниҳо мавҷуданд?

Дар таҳқиқот қувваи соф чунин навишта шудааст:

\[ P_{net,i}(t)=P_{load,i}(t)-P_{PV,i}(t)+a_i^{*}(t) \]

Аммо a_i^* пештар ҳамчун вектори чорҷузъаи амал муайян шуда буд, дар ҳоле ки P_net,i ҳамчун қувваи скалярӣ истифода мешавад. Дар ин муодила нишон дода нашудааст, ки ҷузъҳои заряд, холисозӣ, харид ва фурӯш бо кадом аломатҳо ба қувваи соф илова мешаванд.

Илова бар ин, формулаҳои рақами 26 ва 27 барои пешниҳоди умумӣ ва талаботи умумӣ ҷамъҳои шартиро, ки камбудиҳои мусбат ва зиёдатии манфиро ҷудо интихоб мекунанд, ба таври ошкоро дар бар намегиранд. Аз ин рӯ, чӣ гуна татбиқ шудани модели муомилот дар сатҳи код танҳо аз муодилаҳои навишташуда пурра бозсозӣ шуда наметавонад.

Устувории кибер-физикӣ чӣ гуна баррасӣ шудааст?

Таҳқиқот системаро ба ду зерсистемаи дорои бозхурд ҷудо мекунад:

• Қабати киберӣ: Модели глобалӣ, шабакаҳои сиёсати маҳаллӣ ва навсозиҳои федеративии асинхронӣ.
• Қабати физикӣ: Динамикаи микрошабака, ки аз батарея, системаи фотоэлектрикӣ, сарборӣ ва мубодилаи энергия иборат аст.

Хатои параметр дар қабати киберӣ:

\[ e_{\theta}(k)=\|\theta(k)-\theta^{*}\| \]

муайян шуда, бо нобаробарии зерин маҳдуд шудааст:

\[ e_{\theta}(k+1)\leq\gamma_c e_{\theta}(k)+\delta_c e_x(k) \]

γ_c суръати коҳиши хатои худи қабати киберӣ ва δ_c таъсири каҷравиҳои қабати физикӣ ба системаи омӯзишро нишон медиҳад.

Барои хатои ҳолати физикӣ ба ҳамин монанд:

\[ e_x(k+1)\leq\gamma_p e_x(k)+\delta_p e_{\theta}(k) \]

нобаробарӣ дода шудааст. γ_p қобилияти системаи физикӣ барои коҳиши каҷравии худ ва δ_p интиқоли хатои сиёсат ба системаи физикиро ифода мекунад.

Барои он ки ду зерсистема якҷоя устувор монанд, шарти пешниҳодшудаи қувваи хурд чунин аст:

\[ \delta_c\delta_p<(1-\gamma_c)(1-\gamma_p) \]

Ин шарт маъно дорад, ки интиқоли мутақобилаи хато байни қабатҳои киберӣ ва физикӣ бояд аз қобилияти худсӯнкунии ҳар ду қабат хурдтар бошад.

Оё исботи назариявии наздикшавӣ бечунучаро аст?

Не. Исбот ба як қатор фарзияҳо вобаста аст. Дар Замимаи A фарз шудааст, ки коэффисиенти Lipschitz-и оператори сиёсат нисбат ба параметрҳо α<1 мебошад, яъне хусусияти кашишёбӣ дорад. Гуфтан мумкин нест, ки шабакаи нейронии умумӣ ин хусусиятро новобаста аз меъморӣ худкор таъмин мекунад.

Дар Замимаи B қабул шудааст, ки барои микрошабакаи физикӣ функсияи мувофиқи Lyapunov-и устувории воридот-ҳолат мавҷуд аст. Нишон дода нашудааст, ки ин функсия барои ҳамаи микрошабакаҳои симулятсия алоҳида ба таври ададӣ санҷида шудааст.

Аз ин рӯ, таҳқиқот нишон медиҳад, ки ҳангоми иҷро шудани шартҳои кашишёбӣ, устувории воридот-ҳолат ва қувваи хурд динамикаи хатои ҳалқаи пӯшида устувор мешавад. Ин натиҷаи назариявӣ набояд ҳамчун кафолати бечунучарои устуворӣ барои ҳамаи параметрҳои шабакаи нейронӣ ва ҳамаи шароити воқеии микрошабакаҳо тафсир шавад.

Маълумоти симулятсия чӣ гуна сохта шудааст?

Барои профилҳои сарборӣ профилҳои соатии сарбории биноҳои тиҷоратӣ ва истиқоматӣ барои ҷойҳои TMY3 дар ИМА истифода шудаанд. Муҳаққиқон профилҳои биноҳои тиҷоратӣ ва дигар навъҳоро дар минтақаи Los Angeles International Airport интихоб кардаанд.

Барои обу ҳаво маълумоти соли маъмулии метеорологии истгоҳи Los Angeles Intl AP 722950 истифода шудааст. Панелҳои фотоэлектрикӣ ба ҷануб нигаронида ва бо нишебии 30 дараҷа қабул шудаанд. Аз маълумоти нурфишонии глобалии уфуқӣ, нурфишонии мустақими нормалӣ ва нурфишонии паҳншудаи уфуқӣ нурфишонии сатҳи панел тавассути pvlib-python ҳисоб шуда, баъдан истеҳсоли қувваи фотоэлектрикӣ моделсозӣ шудааст.

Истеҳсоли солонаи симулятсияшудаи системаи стандартии фотоэлектрикии як киловатт 1.788,22 kWh гузориш шудааст. Графики истеҳсоли солона тағйироти мавсимиро бо истеҳсоли бештари ҳаррӯза дар моҳҳои тобистон ва камтар дар зимистон нишон медиҳад.

Нигоҳдории энергия худистеъмоли биноро чӣ гуна тағйир дод?

Дар мисоли бинои офиси миёнаҳаҷм бе нигоҳдории энергия:

• Сатҳи худтаъминкунии энергия 43,9 фоиз аст.
• Сатҳи худистеъмоли фотоэлектрикӣ 78,2 фоиз аст.

Ҳангоми илова шудани системаи нигоҳдории 200 kWh:

• Сатҳи худтаъминкунии энергия то 50,2 фоиз боло рафт.
• Сатҳи худистеъмоли фотоэлектрикӣ то 89,5 фоиз боло рафт.

Ин натиҷаҳо ба шартҳои ибтидоии симулятсияи физикӣ тааллуқ доранд, ки пеш аз муқоисаи муваффақияти алгоритми SPA-AFRL сохта шудаанд. Онҳоро ҳамчун иҷрои нигоҳдории дар бинои воқеӣ ченшуда тафсир кардан лозим нест.

Шаш агенти микрошабака дар симулятсия кадоманд?

Сутуни фотоэлектрикӣ дар ҷадвал дар шакли “PV (kWh)” дода шудааст. Рӯшан муайян нашудааст, ки он қувваи насбшудаи фотоэлектрикӣ, иқтидори энергетикӣ ё арзиши миқёспазири истеҳсолро ифода мекунад. Азбаски қувваи насбшудаи фотоэлектрикӣ одатан бо kW ва энергияи тавлидшуда бо kWh ифода мешавад, дар манбаъ номуайянии воҳид вуҷуд дорад.

Тарифи барқ чӣ гуна танзим шудааст?

Нархи хариди барқ аз шабакаи асосӣ мувофиқи фосилаи вақт чунин муайян шудааст:

Нархи фурӯш ба шабака ба таври собит 0,08 доллари ИМА/kWh муқаррар шудааст. Ин тариф фарзияи симулятсионии муҳаққиқон аст ва нишон дода нашудааст, ки он тарифи ҷории мушаххаси тиҷоратии Лос-Анҷелесро пурра намояндагӣ мекунад.

Таъхирҳои иртиботӣ чӣ гуна симулятсия шудаанд?

Арзиши кӯҳнашавии гиреҳҳои муқаррарӣ бо тақсимоти Poisson ва миёнаи 1, гиреҳҳои таъхири баланд бошад бо тақсимоти Poisson ва миёнаи 10 моделсозӣ шудаанд:

\[ \tau_i\sim Poisson(1) \]

\[ \tau_i\sim Poisson(10) \]

Коэффисиенти коҳиши кӯҳнашавӣ дар таҷрибаҳои асосӣ λ=0,15 интихоб шудааст.

Графики наздикшавӣ чиро нишон медиҳад?

Дар графики мукофоти ҷамъшаванда нисбат ба вақт SPA-AFRL баландтарин ва устувортарин каҷро тавлид мекунад. Аз график тақрибан дида мешавад, ки SPA-AFRL дар 60-80 дақиқа ба сатҳи 2.450-2.500 мукофоти ҷамъшаванда мерасад.

Рафтори усулҳои дигар чунин аст:

• Local-RL: Дар оғоз тез боло рафта, вале тақрибан дар атрофи 1.500 мукофот барвақт ба плато расидааст.
• Sync-FedAvg: Оҳистатар, вале мунтазам боло рафта, дар охири 120 дақиқа тақрибан ба сатҳи 1.950 расидааст.
• AFRL w/o w_i: Дар сатҳи тақрибан 2.000-2.100 раванди ларзишнок нишон додааст.
• SPA-AFRL: Тезтар наздик шуда, бо тақрибан 2.500 баландтарин мукофоти ниҳоиро таъмин кардааст.

Арзишҳое, ки аз график хонда мешаванд, тахминӣ мебошанд; миёнаи дақиқи ниҳоӣ, инҳирофи стандартӣ ё фосилаи эътимоди таҷрибаҳои сершумор дар шакли ҷадвал дода нашудааст.

Оё ҳудудҳои амнияти батарея риоя шудаанд?

Дар графики марҳилаи кашфи 72 соата диапазони бехатари SOC аз 10 фоиз то 90 фоиз нишон дода шудааст. Каҷи SPA-AFRL дар дохили ҳудудҳои амниятӣ ҳаракат карда, сарҳадҳои поёнӣ ва болоиро пайгирӣ мекунад.

Дар Local-DDPG, Sync-FedAvg ва махсусан варианти AFRL бе вазни кӯҳнашавӣ, дар баъзе вақтҳо арзишҳои SOC аз 10 фоиз поён ё аз 90 фоиз боло мебароянд. Таҳқиқот инро бо вокуниши таъхирноки амнияте, ки танҳо ба ҷаримаи мукофот такя мекунад, ва вайрон шудани сиёсат аз навсозиҳои кӯҳнаи модел шарҳ медиҳад.

Зерирасми Шакли 6 иштибоҳан ҳамчун “каҷҳои омӯзиши мукофоти ҷамъшаванда нисбат ба вақти деворӣ” навишта шудааст. Тасвир дар асл траекторияи SOC-и батареяро барои 72 соат ва ҳудудҳои амниятиро нишон медиҳад.

Натиҷаҳои тақсимоти иқтисодӣ кадоманд?

Барои 15 июл, дар агенти офиси миёнаҳаҷм хароҷоти софи муқоисашуда чунинанд:

SPA-AFRL дар соатҳои истеҳсоли баланди офтобӣ энергияи зиёдатиро ба батарея равона карда, дар давраи қуллае, ки нархи хариди барқ 0,35 доллари ИМА/kWh буд, батареяро холӣ кардааст. Аммо ин мисол танҳо барои як рӯз, як агент ва тарифи симулятсияшуда ба даст омадааст. Иҷрои иқтисодии дарозмуддат, пиршавии батарея, талафот ва пардохтҳои воқеии бозор арзёбӣ нашудаанд.

Коэффисиенти кӯҳнашавӣ дар кадом арзиш беҳтарин натиҷа дод?

Графики ҳассосияти коэффисиенти кӯҳнашавӣ нишон медиҳад, ки арзишҳои хеле хурд ва хеле калони λ иҷроишро паст мекунанд. Каҷ тақрибан дар атрофи λ=0,15 бо мукофоти ҷамъшавандаи аз 2.500 баландтар ба қулла мерасад.

λ-и хурд навсозиҳои таъхиркардаро ба қадри кофӣ ҷарима намекунад ва имкон медиҳад параметрҳои кӯҳна модели глобалиро вайрон кунанд. λ-и хеле калон бошад, ҳатто таъхирҳои муқаррарии иртиботиро сахт ҷарима карда, баъзе навсозиҳои микрошабакаро қариб нодида мегирад ва гуногунии моделро кам мекунад.

Таҳқиқот кадом натиҷаҳоро дастгирӣ мекунад?

• Вазни кӯҳнашавӣ таъсири гиреҳҳои таъхири баландро ба модели глобалӣ дар симулятсия кам кард.
• Агрегатсияи асинхронӣ нисбат ба Sync-FedAvg, ки ҳамаи гиреҳҳоро интизор мешавад, наздикшавии тезтар нишон дод.
• Проексияи амнияти физикӣ арзиши SOC-и батареяи симулятсияшударо дар диапазони 10-90 фоиз нигоҳ дошт.
• SPA-AFRL дар шароити интихобшудаи симулятсия ва тариф нисбат ба усулҳои муқоисашуда мукофоти ҷамъшавандаи баландтар гирифт.
• Дар сенарияи намунавии 24 соатаи офис хароҷоти софи SPA-AFRL -3,10 доллари ИМА ҳисоб шуд.
• Интихоби хеле паст ё хеле баланди коэффисиенти коҳиши кӯҳнашавӣ иҷроишро паст кард.

Таҳқиқот чиро исбот намекунад?

• SPA-AFRL дар микрошабакаи воқеӣ ё сахтафзори физикии батарея санҷида нашудааст.
• Натиҷаҳои иқтисодии симулятсия далели фоидаоварии дарозмуддати тиҷоратӣ нестанд.
• Ба ҳам нарасонидани маълумоти хом худ ба худ кафолати комили махфият ё амният бар зидди ҳамлаҳоро намедиҳад.
• Ихроҷи иттилоот аз навсозиҳои модел, муштарии бадхоҳ, заҳролудсозии модел ё ҳамлаҳои иртиботӣ омӯхта нашудаанд.
• Проексияи амният танҳо ҳудудҳои физикии ба модел воридшударо ҳифз мекунад; нуқсонҳои номаълум ё ҳудудҳои нодуруст муайяншударо пешгирӣ карда наметавонад.
• Исботи қувваи хурд ба ҳамаи сохторҳои шабакаи нейронӣ ва микрошабакаҳо бечунучаро кафолати устуворӣ намедиҳад.
• Натиҷаҳо барои системаи барқ, тарифҳо ё қоидаҳои тақсимоти Туркия тасдиқ нашудаанд.
• Таъсири муфассали хатогиҳои пешгӯии фотоэлектрикӣ ва сарборӣ ба иҷрои иқтисодӣ бо таҷрибаи алоҳида нишон дода нашудааст.

Ҷанбаҳои қавии таҳқиқот кадоманд?

• Таъхири иртиботӣ ва амнияти физикӣ дар як чаҳорчӯбаи кибер-физикӣ баррасӣ шудаанд.
• Амният танҳо ба ҷаримаи мукофот вогузор нашуда, пеш аз иҷро проексияи амал истифода шудааст.
• SPA-AFRL бо омӯзиши мустақил, FedAvg-и синхронӣ ва усули асинхронӣ бе ҷаримаи кӯҳнашавӣ муқоиса шудааст.
• Наздикшавӣ, ҳудуди физикӣ, тақсимоти иқтисодӣ ва ҳассосияти параметр бо таҷрибаҳои алоҳида санҷида шудаанд.
• Равиши назариявӣ бо назарияи оператор, устувории воридот-ҳолат ва шарти қувваи хурд алоқаманд карда шудааст.
• Бо шаш профили гуногуни сарбории бино сохтори гетерогении микрошабака эҷод шудааст.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот кадоманд?

• Таҳқиқот preprint-и бе баррасии ҳамтоён аст.
• Таҷрибаҳо ба симулятсия асос ёфтаанд, на саҳрои воқеӣ.
• Номҳои муаллифон ва маълумоти муассисаҳо дар саҳифаи аввали ҳуҷҷати боршуда дида намешаванд.
• Наздикшавии назариявӣ ба хусусияти кашишёбии шабакаи сиёсат ва фарзияи ISS-и системаи физикӣ вобаста аст.
• Дар таърифи кӯҳнашавӣ байни муодилаи асосӣ ва Algorithm 1 номувофиқии аломат вуҷуд дорад.
• Дар муодилаҳои энергияи соф ва пешниҳоду талаби умумӣ таърифҳои андоза ва аломат пурра рӯшан нестанд.
• Бо воҳиди kWh дода шудани сутуни иқтидори PV номуайянии техникӣ ба вуҷуд меорад.
• Дар графикҳои натиҷа арзишҳои оғозҳои тасодуфии сершумор, фосилаи эътимод ва аҳамияти оморӣ дода нашудаанд.
• Пиршавии батарея, хароҷоти давр ва талафоти иқтидор ба модели иқтисодӣ дохил нашудаанд.
• Тобоварии омӯзиши федеративӣ ба ҳамлаҳои махфият ё муштариёни бадхоҳ санҷида нашудааст.
• Таҳқиқот танҳо мувофиқи шароити муайяни бино ва обу ҳавои Лос-Анҷелес моделсозӣ шудааст.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Хулосаи техникии тарҳи таҷриба

Гиперпараметрҳои шабакаи нейронӣ ва омӯзиш

Усулҳои муқоисашуда

• Local-RL: Омӯзиши тақвиятии маҳаллии мустақил бе агрегатсияи федеративӣ.
• Sync-FedAvg: Миёнасозии анъанавии федеративии синхронӣ, ки ҳамаи муштариёнро интизор мешавад.
• AFRL w/o w_i: Усули асинхронӣ, ки навсозиҳои расидаро бе ҷаримаи кӯҳнашавӣ мустақим муттаҳид мекунад.
• SPA-AFRL: Усули пешниҳодшуда, ки вазни кӯҳнашавӣ ва проексияи амнияти физикиро истифода мебарад.

Ҷараёни техникии алгоритми SPA-AFRL

1. Сервери марказӣ параметрҳои сиёсати глобалӣ ва соати глобалиро оғоз мекунад.
2. Ҳар агенти маҳаллӣ модели ҷории глобалиро мегирад ва тамғаи вақти гирифтани онро сабт мекунад.
3. Оператори пешгӯӣ арзишҳои ояндаи PV ва сарбориро тавлид мекунад.
4. Оператори сиёсат амали хоми идоракунии энергияро ҳисоб мекунад.
5. Оператори амният амали хомро ба маҷмӯи мувофиқати физикӣ проексия мекунад.
6. Амали бехатар дар симулятсияи микрошабака татбиқ мешавад.
7. Мукофот ва ҳолати баъдӣ ба ҳавзи таҷрибаи маҳаллӣ сабт мешаванд.
8. Шабакаи Critic бо хатои фарқи вақтӣ ва шабакаи Actor бо бозгашти иқтисодӣ ва ҷаримаи амният навсозӣ мешаванд.
9. Тағйири модели маҳаллӣ ва тамғаи вақти модели кӯҳнаи глобалӣ ба сервер асинхронӣ фиристода мешаванд.
10. Сервер таъхирро ҳисоб мекунад, вазни экспоненсиалии кӯҳнашавиро татбиқ карда, модели глобалиро нав мекунад.

Хулосаи натиҷаҳои асосӣ

Санҷишҳои зарурӣ барои гузариш ба татбиқи воқеӣ

• Тасдиқ дар микрошабакаи воқеӣ ё дастгоҳи hardware-in-the-loop
• Илова кардани ҳарорати ҳуҷайраи батарея, пиршавӣ ва хароҷоти давр ба модел
• Чен кардани таъсири пешгӯиҳои нодурусти PV ва сарборӣ ба амният ва иқтисод
• Санҷиши таъхир, гумшавии пакет ва қатъи пайвастшавӣ дар шабакаи воқеии иртиботӣ
• Тобоварӣ ба муштариёни бадхоҳ ва ҳамлаҳои заҳролудсозии модел
• Таҳлили махфият бар зидди ихроҷи иттилоот аз навсозиҳои федеративӣ
• Мутобиқсозӣ бо бозори маҳаллии барқ ва қоидаҳои системаи тақсимот
• Таҷрибаҳои дарозмуддат, бисёрмавсимӣ ва бо оғозҳои тасодуфии сершумор

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

• Номи пурраи аслии таҳқиқот: SPA-AFRL: Staleness-and Physics-Aware Asynchronous Federated Reinforcement Learning for Microgrid Energy Management
• Муаллифон: Hexiao Li, Jaafar Gaber, Salah Laghrouche
• Тартиби муаллифон: Hexiao Li муаллифи якум, Jaafar Gaber дуюм ва Salah Laghrouche сеюм мебошанд.
• Ҳаммуаллифи якум: Маълумоти саҳми баробар ё ҳаммуаллифии якум тасдиқ нашудааст.
• Муаллифи масъул: Дар сабти SSRN Hexiao Li муаллифи тамос аст.
• Муассисаҳо: Дар сабти SSRN барои Jaafar Gaber University of Burgundy Franche-Comté нишон дода шудааст. Муассисаҳои Hexiao Li ва Salah Laghrouche дар сабти SSRN дода нашудаанд. Дар версияи боршуда сатрҳои муаллиф ва муассисаҳо дида намешаванд.
• DOI:10.2139/ssrn.7192454
• Маҷалла: Маҷаллаи муайяни ҳамто-тақризшуда ё маълумоти нашри қабулшуда тасдиқ нашудааст.
• Платформаи нашр: SSRN
• Шарҳи нашр дар ҳуҷҷат: “Preprint submitted to Elsevier”
• Соли нашр: 2026
• Санаи SSRN: 27 июли 2026
• Навъи манбаъ: Таҳқиқоти preprint бо моделсозӣ, таҳлили назариявӣ ва симулятсия
• Вазъи баррасии ҳамтоён: Ин таҳқиқот аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст.
• Пайванди расмии манбаъ:Саҳифаи расмии таҳқиқот дар SSRN

Ин мақолаи тоҷикӣ баъди баррасии тамоми матни таҳқиқоти боршуда, модели математикӣ, ҷараёни Algorithm 1, шаклҳо, ҷадвалҳо, графикҳои симулятсия ва ҳосилкуниҳои назариявии замимаҳои A-C омода шудааст. Муҳтавои илмӣ танҳо ба таҳқиқоти баррасишуда асос ёфтааст. Санҷиши манбаъҳои беруна танҳо барои тасдиқи библиографии рӯйхати муаллифон, тартиби муаллифон, муаллифи тамос, DOI, сана ва платформаи расмии нашр истифода шудааст.

Ин таҳқиқот preprint-и бе баррасии ҳамтоён аст; натиҷаҳо бояд бо дарназардошти ин маҳдудият хонда шаванд. Натиҷаҳо татбиқи воқеии саҳроии микрошабака нестанд, балки симулятсияе мебошанд, ки бо маълумоти минтақаи Лос-Анҷелес ва фарзияҳои техникӣ-иқтисодии муайянкардаи муҳаққиқон сохта шудаанд.

Натиҷаи назариявии устувории таҳқиқот ба шартҳои хусусияти кашишёбии оператори сиёсат, устувории воридот-ҳолати динамикаи микрошабакаи физикӣ, кори проексияи амният дар маҷмӯи қавии иҷрошаванда ва иҷро шудани нобаробарии қувваи хурд вобаста аст. Агар яке аз ин фарзияҳо дар системаи воқеӣ иҷро нашавад, исботи пешниҳодшуда худ аз худ кафолати устуворӣ намедиҳад.

Дар манбаъ инчунин дар аломати вақти кӯҳнашавӣ, муодилаи қувваи соф, ифодаҳои пешниҳоду талаби умумӣ, воҳиди иқтидори фотоэлектрикӣ ва зерирасми Шакли 6 мушкилоти рӯшанӣ ё мутобиқат мавҷуданд. Ин нуқтаҳо хомӯшона ислоҳ нашуда, ҳамчун маҳдудиятҳои манбаъ, ки метавонанд ба бозтавлидпазирии таҳқиқот таъсир расонанд, зикр шудаанд.