Ushbu tadqiqot kon korxonalarining elektr yuklamasi, quyosh energiyasi ishlab chiqarishi, dizel generatorlari, batareya energiyasini saqlash tizimi va zaif tarmoq sharoitlarini yagona energiyani boshqarish zanjirida muvofiqlashtirish uchun uch qatlamli Energy Management System (EMS) ni taklif qiladi. Ushbu yondashuvning asosiy farqi yuklama va fotovoltaik ishlab chiqarishdagi noaniqlikni faqat prognozlash bosqichida hisoblab, keyin yoʻqotib qoʻymasdan, uni bir kun oldingi rejalashtirish va real vaqt dispetcherlik bosqichlarigacha yetkazishidir. Birinchi qatlam kvantil prognozlar orqali noaniqlikni hosil qiladi; ikkinchi qatlam ushbu maʼlumotdan 50 ta ssenariy yaratib, NSGA-II yordamida ssenariylarga chidamli kunlik rejalashtirishni amalga oshiradi; uchinchi qatlam esa ayni prognoz xatosi miqyoslaridan moslanuvchan xavfsizlik marjalarini hosil qilib, nomzod boshqaruv amalini fizik jihatdan qoʻllash mumkin boʻlgan sohaga proyeksiyalaydi.

Ushbu yondashuv Botsvanadagi anonimlashtirilgan kon mikrotarmogʻidan 2019–2024 yillarda toʻplangan olti yillik, 15 daqiqalik operatsion maʼlumotlar bilan baholangan. Manbaga koʻra, toʻliq tizim anʼanaviy EMS bilan taqqoslaganda operatsion xarajatlarni %18,7 ga kamaytirgan, qayta tiklanuvchi energiyadan foydalanishni %79,1 ga oshirgan, cheklovlarga rioya qilishni %99,8 ga yetkazgan, kuchlanish ogʻishini %0,08 gacha tushirgan va real vaqt qaror qabul qilish vaqtini 0,9 ms sifatida taʼminlagan. Shunga qaramay, tekshiruvda dala maʼlumotlaridan foydalanilgan boʻlsa-da, yakuniy natijalar simulyatsiya va ko-simulyatsiyaga asoslangan; real qurilmada apparatli yopiq konturli qoʻllash hali koʻrsatilmagan.

Tadqiqotning muhim topilmalaridan biri faqat tezroq yoki aqlliroq boshqaruv siyosatining oʻzi yetarli emasligidir. “Policy without safety” konfiguratsiyasi xarajatni kamaytirgan boʻlsa-da, %1,2 cheklov buzilishini yuzaga keltirgan; moslanuvchan xavfsizlik proyeksiyasi qoʻshilgan toʻliq tuzilma esa bu ulushni %0,2 gacha kamaytirgan. Tadqiqotchilar bu natijani xavfsizlik filtri shunchaki konservativ zaxira emasligi; qoʻllab boʻlmaydigan amallarning keyinchalik dizel yoki tarmoq yordami bilan tuzatilishining oldini olib, iqtisodiy samaradorlikni ham yaxshilashi mumkinligini koʻrsatuvchi topilma sifatida izohlaydi.

Kon mikrotarmoqlarida muammo nega boshqacha?

Kon korxonalari turar joy yoki tijorat mikrotarmoqlaridan farqli elektr isteʼmoli xususiyatlariga ega. Maydalash, yanchish, nasoslash, shamollatish, material tashish va ishlab chiqarish jadvaliga bogʻliq ogʻir elektromexanik jarayonlar sababli yuklamalarda tezkor rampalar, yuqori choʻqqi/oʻrtacha nisbatlar va kutilmagan ishlab chiqarish uzilishlari kuzatilishi mumkin.

Bu tuzilishga oʻzgaruvchan PV ishlab chiqarishi, batareyaning SOC chegaralari, dizel generatorlari rampalari, zaxira quvvat talabi va zaif tarmoq sharoitlari qoʻshilganda, iqtisodiy jihatdan yaxshi koʻringan dispetcherlik rejasi amaldagi sharoitlarda fizik jihatdan bajarib boʻlmaydigan holga kelishi mumkin.

Tadqiqotning asosiy muammosi: noaniqlik nega yoʻqoladi?

Tadqiqotga koʻra, koʻplab anʼanaviy EMS tizimlarida uchta funksiya bir-biridan uzilgan:

1. yuklama va qayta tiklanuvchi energiya ishlab chiqarishini prognozlash,
2. bir kun oldindan energiyani rejalashtirish,
3. real vaqt dispetcherligi.

Prognozlash moduli koʻpincha faqat bitta nuqtaviy prognozni yuboradi. Rejalashtiruvchi shu qiymatga asoslanib deterministik dastur tuzadi, real vaqt boshqaruvchisi esa ushbu dasturni bajarishga urinadi. Natijada prognozning qanchalik noaniq ekanligi haqidagi maʼlumot dispetcherlik bosqichiga yetib bormaydi.

Mualliflar buning uchta zaiflikni keltirib chiqarishini taʼkidlaydi: kun oldi rejasi turli ehtimoliy yuklama/PV amalga oshishlarida sinab koʻrilmaydi; real vaqt boshqaruvi qaysi cheklovga koʻproq xavfsizlik zaxirasi kerakligini bilmaydi; doimiy xavfsizlik marjalari oldindan aytish mumkin boʻlgan soatlarda keragidan ortiq konservativ, noaniq soatlarda esa yetarli boʻlmasligi mumkin.

Tadqiqot taklif qilgan uch qatlam nimalardan iborat?

1-qatlam — Quantile Forecasting: Yuklama va PV uchun bitta prognoz emas, q=0,1, q=0,5 va q=0,9 kvantil prognozlari tuziladi. Shu tariqa prognoz oraligʻi va xato miqyosini hisoblash mumkin.

2-qatlam — Scenario-Robust Day-Ahead Scheduling: Prognoz taqsimoti 50 ta yuklama/PV ssenariysiga aylantiriladi. NSGA-II xarajat, emissiya va ishonchlilik stressini bir vaqtda baholab, Pareto-optimal kun oldi dasturlarini hosil qiladi.

3-qatlam — Adaptive Safety-Projected Real-Time Dispatch: Real vaqt boshqaruv siyosati nomzod amalni hosil qiladi. Prognoz noaniqligi ortgani sari fizik cheklovlar moslanuvchan marjalar bilan kuchaytiriladi va nomzod amal qavariq proyeksiya orqali xavfsiz sohaga koʻchiriladi.

Qanday real operatsion maʼlumotlardan foydalanilgan?

Tekshiruv maʼlumotlar toʻplami 2019–2024 yillardagi olti yilni qamrab oladi va 15 daqiqalik aniqlikka ega. Kon korxonasining shaxsi yashirilgan; xarajatlar esa tijoriy maxfiylikni saqlash maqsadida normallashtirilgan valyuta — CU bilan ifodalangan.

Tarmoq mavjudligi ikkilik oʻzgaruvchidir: 1 tarmoq mavjudligini, 0 esa uning mavjud emasligini yoki tizim orol rejimida ekanini bildiradi.

Mikrotarmoq qaysi tarkibiy qismlar bilan ifodalangan?

Tadqiqot real obyektning shaxsini ochib beradigan uskuna maʼlumotlaridan foydalanish oʻrniga, EMS ning fizik chegaralarini sinash uchun vakillik komponent cheklovlarini belgilagan:

1-qatlam: Noaniqlik qanday hisoblanadi?

Har bir 15 daqiqalik oldinga yoʻnaltirilgan vaqt qadami uchun yuklama va PV boʻyicha uchta kvantil darajasi hisoblanadi:

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

24 soatlik ufq 96 ta 15 daqiqalik intervaldan tashkil topadi:

\[ H=96 \]

Prognozlash modeli manbada umumiy tarzda quyidagicha ifodalanadi:

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

Bu yerda \(h_t\) yaqin oʻtmishdagi operatsion maʼlumotlarni, \(c_{t+\tau}\) esa taqvim va ob-havoga oid ekzogen oʻzgaruvchilarni ifodalaydi.

Markaziy %80 prognoz oraligʻi xato miqyosiga aylantiriladi:

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

va manba \(z_{0.9}=1.2816\) dan foydalanadi.

2-qatlam: Robust kunlik dastur qanday tuziladi?

Kvantil prognozlaridan S=50 ta yuklama va PV ssenariysi yaratiladi. Nazorat qilinadigan kunlik qaror vektori tarmoq importi, dizel ishlab chiqarishi, BESS ni zaryadlash/razryadlash, PV ni cheklash va SOC qiymatlarini oʻz ichiga oladi:

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

NSGA-II uchta asosiy maqsadni birgalikda minimallashtiradi:

• operatsion xarajat,
• emissiya,
• ishonchlilik stresi.

Har bir maqsad 50 ta ssenariydagi oʻrtacha natija va ssenariylar orasidagi oʻzgaruvchanlikning birikmasi orqali baholanadi:

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

Shu sababli oʻrtacha xarajati past, biroq noaniqlik ostida nihoyatda oʻzgaruvchan ishlaydigan dastur xavf sozlamasi tufayli jazolanishi mumkin.

Energiya muvozanati qanday saqlanadi?

Har bir ssenariyda asosiy quvvat muvozanati quyidagicha:

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

BESS SOC esa zaryadlash va razryadlash samaradorliklari bilan ketma-ket vaqt qadamlarida yangilanadi.

3-qatlam: Moslanuvchan xavfsizlik marjasi qanday ishlaydi?

Real vaqt dispetcherligi har 15 daqiqada bir marta qoʻllanadi. Siyosat avval nomzod boshqaruv amalini hosil qiladi:

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

Keyin har bir fizik cheklov uchun prognoz noaniqligiga koʻra xavfsizlik marjasi hisoblanadi:

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

Noaniqlik ortganda \(\sigma\) kattalashadi va shuning uchun xavfsizlik marjasi kengayadi. Prognoz ishonchliroq boʻlganda marja kichrayadi. Shu tariqa tizim butun kun davomida doimiy “eng yomon holat zaxirasi”dan foydalanishga majbur boʻlmaydi.

Yakuniy boshqaruv amali nomzod dispetcherlik amali bilan kun oldi tayanchi oʻrtasida muvozanat yaratgan holda fizik muvofiqlik toʻplamiga proyeksiyalanadi:

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

Bu amal quvvat, rampa, zaxira, kuchlanish sezgirligi va keyingi qadam SOC chegaralarini qoʻllashdan oldin nazorat qiladi.

6-rasm nega muhim?

15-betdagi 6-rasm xavfsizlik marjasi kun davomida doimiy boʻlib qolmasligini koʻrsatadi. Prognozga ishonch pasaygan yuqori noaniqlik davrida marja ortadi, oldindan aytish osonroq boʻlgan soatlarda esa yana torayadi. Manbaning asosiy dizayn daʼvosi aynan shundan iborat: xavf faqat prognozlash bosqichida oʻlchanmaydi, balki fizik cheklovlarni real vaqtda kuchaytirishda ishlatilishda davom etadi.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Prognozlash samaradorligi

Birinchi qatlam 24 soatlik prognoz ufqida quyidagi natijalarni bergan:

• MAE: 1,94 MW
• Prognoz oraligʻi qamrovi: %94,3

2-rasmda haqiqiy yuklamaning ertalabki va kechki choʻqqilari median prognoz va prognoz bandi bilan birga koʻrsatiladi.

Kun oldi rejalashtirishni taqqoslash

Deterministik MILP nominal jihatdan robust NSGA-II ga qaraganda 172 CU ga past kunlik xarajat hosil qilgan. Biroq cheklovlarga rioya qilish %91,2 da qolgan, robust yondashuv esa %98,5 ga yetgan.

Manba, shuningdek, robust rejalashtirish kunlik xarajatlarning oʻzgaruvchanligini deterministik rejalashtirishga nisbatan %50,5 ga kamaytirganini bildiradi.

NSGA-II qanday yaqinlashdi?

3-rasmda xarajat maqsadi taxminan 80-avloddan keyin katta darajada barqarorlashgani koʻrinadi. Emissiya va ishonchlilik stresi esa taxminan 120-avlodgacha yaxshilanishda davom etadi. Shu sababli tadqiqot 150 avlodlik chegara yakuniy populyatsiya uchun yetarli deb baholaydi.

4-rasm xarajat va emissiya oʻrtasidagi Pareto muvozanatini aniq koʻrsatadi. Emissiyasi pastroq yechimlar odatda yuqoriroq operatsion xarajatni talab qiladi. Manbada qizil rang bilan belgilangan yechim xarajat, emissiya va ishonchlilik stresi oʻrtasidagi murosa nuqtasi sifatida Layer 3 ga uzatiladi.

Tanlangan kunlik dispetcherlik nima qiladi?

5-rasmga koʻra, BESS razryadi ayniqsa yuklama oshgan davrlarda ishga tushadi. PV ishlab chiqarishi kun oʻrtasida ustuvor ravishda ishlatiladi, dizel ishlab chiqarishi esa yuqori yuklama va zaif tarmoq xavfiga qarshi zaxira beradigan oʻrta darajalarda ushlab turiladi.

90 kunlik real vaqt sinovi

Toʻliq tizim natijasi

Traditional EMS bilan taqqoslaganda toʻliq tuzilma:

• xarajatni 862,4 dan 701,3 CU/MWh gacha kamaytirgan;
• manba hisobiga koʻra %18,7 xarajat kamayishini taʼminlagan;
• qayta tiklanuvchi energiyadan foydalanishni %64,2 dan %79,1 gacha oshirgan;
• cheklov buzilishini %3,2 dan %0,2 gacha kamaytirgan;
• shu bilan birga cheklovlarga rioya qilish %99,8 boʻlgan;
• kuchlanish ogʻishini %2,15 dan %0,08 gacha tushirgan.

Xavfsizlik filtri iqtisodiy samaradorlikni nega buzmagan?

“Policy without safety” konfiguratsiyasi 715,8 CU/MWh xarajat va %1,2 buzilish hosil qilgan. Toʻliq tuzilma xavfsizlik qatlami qoʻshilganiga qaramay xarajatni 701,3 CU/MWh gacha tushirib, buzilishni %0,2 gacha kamaytirgan.

Mualliflarning izohiga koʻra, xavfsizlik proyeksiyasi bajarib boʻlmaydigan boshqaruv buyruqlarini oldindan toʻsib qoʻyadi; shu tariqa keyinchalik qoʻshimcha dizel ishlab chiqarishi yoki tarmoq yordamini talab qiladigan tuzatuvchi amallar kamayishi mumkin.

Nega ssenariylar soni 50 qilib tanlangan?

7-rasmda ssenariylar soni 10 dan 100 gacha oshirilganda cheklovlarga rioya qilish ortishi bilan birga rejalashtirish yuki ham oshadi. Manba S=50 dan keyin fizibilite yutugʻi cheklanganini va 50 ta ssenariy kunlik rejalashtirish uchun noaniqlik xilma-xilligi bilan hisoblash xarajati oʻrtasida amaliy muvozanat taʼminlashini bildiradi.

Ablatsiya tadqiqoti

Ablatsiya tadqiqoti prognozlash, boshqaruv siyosati va moslanuvchan xavfsizlik proyeksiyasi bir-birining oʻrnini bosa olmasligini koʻrsatadi. Manba sinovida uchala komponent birgalikda qoʻllangan toʻliq tizim ham eng past xarajatni, ham eng past buzilish ulushini bergan.

Hisoblash yuki

Umumiy 0,9 ms lik sikl vaqti 15 daqiqalik EMS dispetcherlik davridan ancha qisqa. Kunlik NSGA-II rejalashtirishi esa 40,8 soniya davom etadi va manba uni oldindan/offline bajarilishi mumkin boʻlgan jarayon deb baholaydi.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlaydigan natijalar

• Prognoz noaniqligini kun oldi rejalashtirish va real vaqt xavfsizlik qatlamiga yetkazish mumkin boʻlgan integratsiyalashgan EMS arxitekturasi yaratilgan.
• Robust NSGA-II manba sinovida deterministik MILP ga qaraganda ssenariy cheklovlariga yuqoriroq rioya qilishni taʼminlagan.
• Moslanuvchan xavfsizlik proyeksiyasi 90 kunlik simulyatsiya/ko-simulyatsiya sinovida cheklov buzilishlarini kamaytirgan.
• Toʻliq tuzilma sinovdan oʻtkazilgan variantlar ichida eng past real vaqt xarajati va eng yuqori qayta tiklanuvchi energiya foydalanishini hosil qilgan.
• Real vaqt xavfsizlik proyeksiyasining hisoblash vaqti 15 daqiqalik dispetcherlik oraligʻiga nisbatan manba sinov muhitida juda kichik.

Tadqiqot isbotlamagan natijalar

• Tizim real kon obyektida bevosita boshqaruv apparatiga ulanib, ayni samaradorlikni berishi koʻrsatilmagan.
• %18,7 xarajat kamayishi barcha kon mikrotarmoqlarida takrorlanishi isbotlanmagan.
• Yagona anonim Botsvana maʼlumotlar toʻplamidan olingan natijalarning turli ruda ishlab chiqarish jarayonlari, kon oʻlchamlari yoki tarmoq tuzilmalari uchun bevosita umumlashtirilishi koʻrsatilmagan.
• BESS eskirishi batafsil elektrokimyoviy yoki fizikaga asoslangan model bilan modellashtirilmagan.
• Noaniqlikni modellashtirish taqsimotdan mustaqil emas; tadqiqot kvantilga asoslangan xato miqyoslaridan foydalangan holda Gaussian residual approximation dan foydalanadi.
• Kon ishlab chiqarishini rejalashtirish va EMS dispetcherligi toʻliq yopiq konturli optimallashtirish doirasida birgalikda yechilmagan.

Tadqiqotning oʻzi koʻrsatgan cheklovlar

Mualliflar, ayniqsa, kelgusidagi toʻrtta tadqiqot yoʻnalishini qayd etadi:

• bir nechta kon maydonlarida tekshirish,
• hardware-in-the-loop va real dala qoʻllanilishi,
• distribution-free noaniqlikni miqdoriy baholash,
• batareya eskirishini batafsilroq modellashtirish va kon ishlab chiqarish rejasi bilan integratsiya.

Manba va Usul Haqida Izoh

Toʻliq original sarlavha: Integrated Energy Management for Renewable-Assisted Mining Microgrids: A Three-Layer Framework with Adaptive Safety Margins

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

Masʼul muallif: Sravani Parvathareddy.

Tashkilotlar: 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.

Manba turi: Qayta tiklanuvchi energiya bilan taʼminlangan kon mikrotarmoqlari uchun EMS dizayni va simulyatsiya/ko-simulyatsiya tekshiruvini oʻz ichiga olgan tadqiqot maqolasi xususiyatidagi preprint.

Hakamlash holati: Ushbu ish ekspertlar taqrizidan oʻtmagan preprintdir.

Platforma: SSRN.

SSRN identifikatori: 7199509.

DOI: 10.2139/ssrn.7199509.

Nashr sanasi: SSRN qaydiga koʻra 29-iyul 2026.

Jurnal/jild/son: Ushbu versiyada mavjud emas.

Litsenziya/mualliflik huquqi: SSRN qaydida huquqlar saqlangani va ruxsatsiz qayta foydalanish ochiq emasligi koʻrsatilgan. Shu sababli manba shakllari Verianla matniga bevosita koʻchirilmagan, sonli natijalar va usul oqimi toza HTML jadvallar orqali qayta ifodalangan.

Moliyalashtirish: Mualliflar ish uchun maxsus moliyalashtirish olmaganini bildirgan.

Maʼlumotlardan foydalanish imkoniyati: Xom operatsion maʼlumotlar ruxsat va operatsion maxfiylik sababli ommaga ochiq emas. Qayta ishlangan xulosalar va model sozlamalari maxfiylik cheklovlarini hisobga olgan holda masʼul muallifdan soʻralishi mumkinligi bildirilgan.

Manfaatlar toʻqnashuvi: Mualliflar maʼlum raqobatdosh moliyaviy manfaat yoki shaxsiy munosabat haqida xabar bermagan.

Tashakkur: Mualliflar Botswana International University of Science and Technology ga hamda anonimlashtirilgan operatsion maʼlumotlardan foydalanishni qoʻllab-quvvatlagan sanoat hamkoriga minnatdorlik bildiradi.

Ilmiy mazmun chegarasi

Ushbu Verianla maqolasidagi texnik arxitektura, tenglamalar, maʼlumotlar statistikasi, uskuna cheklovlari, model parametrlari, prognoz natijalari, xarajat qiymatlari, qayta tiklanuvchi energiyadan foydalanish ulushlari, buzilish ulushlari, kuchlanish ogʻishi va hisoblash vaqtlari yuklangan manba ishiga asoslanadi. Tashqi manbalardan yangi eksperimental natija yoki samaradorlik qiymati qoʻshilmagan.

Tashqi tekshiruv faqat DOI, SSRN identifikatori, nashr sanasi va litsenziya maqomini bibliografik nazorat qilish uchun amalga oshirilgan.

Tadqiqotning “haqiqiy maʼlumotlarga asoslangan” boʻlishi bilan “real maydonda boshqaruv tizimi qoʻllangan boʻlishi” bir-biridan ajratilishi kerak. Olti yillik operatsion maʼlumotlar haqiqiy Botsvana kon mikrotarmogʻidan olingan; biroq mualliflar Discussion boʻlimida aniq taʼkidlaganidek, natijalar simulyatsiya va ko-simulyatsiya orqali olingan. Hardware-in-the-loop va dala tekshiruvi hali kelgusi tadqiqotlar doirasidadir.

Manba ichidagi ifoda va hisobot qaydlari

2-rasm prognoz egri chizigʻini “FT-Transformer median forecast” deb atasa-da, asosiy metodologiya FT-Transformer ning arxitektura tafsilotlari yoki oʻqitish giperparametrlarini tushuntirmaydi. Shuning uchun ushbu Verianla maqolasida FT-Transformer haqida manbada mavjud boʻlmagan texnik arxitektura maʼlumotlari qoʻshilmagan.

6-jadvalda Layer 3 siyosati va proyeksiya komponentlarining alohida vaqtlari jami 0,4 ms boʻlsa-da, umumiy real vaqt qaror vaqti 0,9 ms sifatida berilgan. Manba qoʻshimcha 0,5 ms farqni komponentlar kesimida izohlamaydi; qiymatlar qanday boʻlsa, shunday saqlangan.