كشفت دراسة بحثية أجراها تشنغ يانغ فانغ من جامعة نينغبو للتمويل والاقتصاد، ونُشرت في دورية "فرونتيرز إن ميكانيكال إنجينيرينغ"، أن دمج تنبؤات الأحمال باستخدام التعلم الآلي مع نموذج توأم رقمي لاتخاذ القرارات غير المتصل بالإنترنت يمكن أن يقلل تكاليف الكهرباء اليومية لمحطات شحن السيارات الكهربائية بنسبة 3.31%، ويقلل ذروة الطلب بنسبة 3.14% في ظل عدم اليقين في الطلب.
تحليل 348 ألف جلسة شحن في جياكسينغ
اعتمدت الدراسة على تحليل 348,404 جلسة شحن تم فحصها من أصل 441,077 سجلًا خامًا، جُمعت من 92 نقطة شحن مجهولة الهوية عبر ثلاث مناطق إدارية في مدينة جياكسينغ الصينية، خلال الفترة من 31 ديسمبر 2019 إلى 31 ديسمبر 2021. بلغت الطاقة الإجمالية المسجلة 6.754 غيغاواط/ساعة، بمتوسط طاقة لكل جلسة 17.64 كيلوواط/ساعة، ومدة اتصال متوسطة 40.23 دقيقة.
إعادة بناء ملفات الطلب نصف الساعة
بسبب غياب بيانات القياس الفوري المستمر، أعاد الباحث بناء ملفات الطلب بفواصل 30 دقيقة عبر توزيع طاقة كل جلسة بالتساوي على فترات نشاطها. أظهرت السلسلة الزمنية الناتجة أنماطًا يومية واضحة، حيث ينخفض الطلب ليلًا، ويرتفع صباحًا، ويبلغ ذروته قرب 51.4 كيلوواط حوالي الساعة 12:30 ظهرًا في أيام الأسبوع، مع تأخر طفيف في عطلات نهاية الأسبوع.
نموذج لايت جي بي إم يتفوق على المعايير الموسمية
اختبرت الدراسة نموذج "لايت جي بي إم" (LightGBM) المعزز بأشجار القرار المتدرجة، مقابل نماذج أساسية تشمل متوسط نفس الفتحة الزمنية لسبعة أيام سابقة. حقق النموذج الرئيسي خطأً تربيعيًا متوسطًا (RMSE) قدره 29.37 كيلوواط، متفوقًا بنسبة 1.65% على معيار المثابرة الموسمية السباعية (29.86 كيلوواط)، مع ثقة إحصائية 95% (فاصل ثقة 0.287-0.701 كيلوواط).
تباين الأداء بين المحطات الـ 12
أظهر التقييم المحطة بمحطة تباينًا كبيرًا: حقق "لايت جي بي إم" أفضل تحسن نسبي 9.44% في المحطة "بارك إيه"، بينما تدهور الأداء بنسبة 2.61% في "بارك بي"، و6.74% في "المدينة الصناعية المالية". أرجع الباحث ذلك إلى تعميم زمني عبر محطات معروفة غير متجانسة، وليس نقلًا باردًا لمواقع جديدة تمامًا.
المتغيرات التفسيرية: العادة الأسبوعية تهيمن
كشف تحليل "تري شاب" (TreeSHAP) على 6,000 ملاحظة أن متوسط نفس الفتحة الزمنية لسبعة أيام سابقة كان المتغير المهيمن بقيمة شاب مطلقة متوسطة 22.60 كيلوواط، تلاه متوسط طلب اليوم السابق (4.66 كيلوواط)، ثم الحدود التوافقية اليومية الدورية. ساهمت متغيرات الطقس الخارجية وأسعار الكهرباء حسب وقت الاستخدام بقدرة تنبؤية ضئيلة.
معايرة فترات عدم اليقين بطريقة سبليت كونفورمال
نمذج عدم اليقين في الطلب عبر انحدار كمي (Quantile Regression) للنسبتين 5% و95%، ثم عُير باستخدام طريقة "سبليت كونفورمال" المستقلة على بقايا سبتمبر 2021. ارتفعت تغطية الفترة الموحدة من 79.56% إلى 89.03%، مع عرض متوسط 76.86 كيلوواط، تراوحت التغطية الفردية بين المحطات من 83.79% إلى 91.89%.
محاكاة توأم رقمي غير متصل في محطة الحافلات
حاكى توأم قراري غير متصل نظام تخزين بطارية افتراضي في "محطة الحافلات" (53,346 جلسة، 92 يومًا متواصلًا). صُنف التخزين عند النسبة المئوية 95% للطلب التدريبي (158.31 كيلوواط)، بقدرة مقدرة 79.15 كيلوواط وسعة 158.31 كيلوواط/ساعة (مدة ساعتان)، وكفاءة شحن/تفريغ 95%، وحدود طاقة مخزنة 10-90%، وحالة أولية ونهائية 50%، مع حظر تصدير الطاقة للشبكة.
توفير 3.31% في التكاليف و3.14% في الذروة بالنموذج القوي
باستخدام البرمجة الخطية بطريقة إبسيلون-قيد لرسم مقايضات التكلفة اليومية (تعرفات وقت الاستخدام: 0.3784-1.2064 يوان/كيلوواط/ساعة) مقابل ذروة السحب من الشبكة، قلل الجدولة المحددة المبنية على التنبؤ المركزي التكاليف من 1,555.85 إلى 1,503.59 يوان (3.52%)، والذروة من 130.95 إلى 122.00 كيلوواط (7.27%). عند تحسين عبر غلاف عدم اليقين ثلاثي المسارات (النسب 5%، مركزي، 95%)، انخفضت التكلفة المتوقعة 3.31% (من 1,519.64 إلى 1,469.44 يوان)، وانخفضت ذروة النسبة 95% بنسبة 3.14% (من 189.16 إلى 183.22 كيلوواط)، بمعدل دورات مكافئة 0.560 يوميًا.
نتائج مشروطة بقيود المحاكاة غير المتصلة
أكد المؤلف أن جميع الفوائد التشغيلية المبلغ عنها تظل نتائج محاكاة مشروطة من نموذج دعم قرار غير متصل، يفتقر إلى مزامنة القياس الفوري، وتقدير حالة الصحة الآلي، وإدارة زمن انتقال الاتصالات، والتحكم المغلق بأفق متحرك. في يوم اختباري بلغت ذروته الملاحظة 239.44 كيلوواط، تجاوز الطلب الحقيقي مسار النسبة 95% في فترة واحدة، مما يوضح أن الأغلفة الإحصائية لا تضمن تغطية مطلقة ضد طفرات الطلب غير المتوقعة.
الحاجة إلى اتفاقيات ربط موقعية وأنظمة إدارة بطاريات موثقة
تثبت النتائج أن سجلات المعاملات البلدية تدعم فحص جدوى ما قبل النشر بانضباط، لكن النشر الفعلي يتطلب اتفاقيات ربط موقعية محددة، وقياسًا فوريًا للشواحن، وأنظمة إدارة بطاريات موثقة. لم تحدد الدراسة توصيات تجارية للحجم، حيث استُبعدت تكاليف رأس المال وتدهور الكهروكيمياء من السجلات المتاحة.
