SURFACE MINING
Original Paper
UDC 622.271:622.3.013 © S.M. Karpenko1, N.V. Karpenko2, E.A. Ematin1, U.V. Abelyants1, 2024
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol’ – Russian Coal Journal, 2024, № 3, pp. 79-86
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2024-3-79-86
Title
STATISTICAL ANALYSIS AND PREDICTIVE MODELLING OF ELECTRIC POWER CONSUMPTION OF EXCAVATORS AND SITES OF A COAL STRIP MINE
Authors
S.M. Karpenko1, N.V. Karpenko2, E.A. Ematin1, U.V. Abelyants1
1Mining Institute National University of Science and Technology “MISIS” (NUST “MISIS”), Moscow, 119991, Russian Federation
2Russian University of Transport (MIIT),Moscow, 103030, Russian Federation, е-mail: ksm_62@mail.ru
Authors Information
Karpenko S.M. - PhD (Engineering), Associate Professor, Department of Energy and Energy Efficiency of the Mining Industry, Mining Institute National University of Science and Technology “MISIS” (NUST “MISIS”), Moscow, 119991, Russian Federation, е-mail: ksm_62@mail.ru
Karpenko N.V. - PhD (Engineering), Associate Professor, Department of Digital Economy Information Systems, Institute of Economics and Finance, Russian University of Transport (MIIT), Moscow, 103030, Russian Federation,
е-mail: nvkarpenko@yandex.ru
Ematin E.A. – Postgraduate student, Department of Energy and Energy Efficiency of the Mining Industry, Mining Institute National University of Science and Technology “MISIS” (NUST “MISIS”), Moscow, 119991, Russian Federation, е-mail: ematin_1@mail.ru
Abelyants U.V. - Master student, Department of Energy and Energy Efficiency of the Mining Industry, Mining Institute National University of Science and Technology “MISIS” (NUST “MISIS”), Moscow, 119991, Russian Federation, е-mail: u.abelyants@internet.ru
Abstract
The article presents the results of statistical analysis and predictive modelling of electric power consumption by excavators and various sites of a coal strip mine. In accordance with the proposed methodology, the structure of electric power consumption and work volume series was studied, and autoregression models with distributed lags for short-term forecasting of the electric power consumption by excavators and sites were built with account of production factors. The models were verified, the their predictive ability was evaluated, the mean absolute percentage errors (MAPE) were calculated, and the contribution of each excavator model to the projected power consumption of the sites was determined in order to improve the accuracy of the forecast. The proposed approach makes it possible to take into account characteristics of individual electricity consumers in short-term forecasting of the electric power consumption, to improve the quality and accuracy of forecasts both for individual subdivisions and for the entire enterprise, to increase the efficiency of electric power consumption planning and to reduce the electric power costs.
Keywords
Electric power consumption, Forecasting, Coal strip mine, Excavators, Time series, Correlation analysis, Autoregression model with distributed lag, Forecasting accuracy.
References
1. Подэрни Р.Ю. Механическое оборудование карьеров. М.: Изд-во МГГУ, 2007. 680 с.
2. Бабокин Г.И. Оценка влияния технических параметров, условий и режима работы одноковшового экскаватора на эксплуатационную энергоэффективность // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2019. № 11. С. 199–207. DOI: 10.25018/02361493-2019-11-0-199-207.
Babokin G.I. Influence of technical parameters, work conditions and operating mode on energy efficiency of single-bucket exactor. Gornyj informatsionno-analiticheskij byulleten?. 2019;(11):199-207. (InRuss.). DOI: 10.25018/02361493-2019-11-0-199-207.
3. Стефанов В.К., Игумнова С.А., Антоненков Д.В. Удельный расход электрической энергии карьерных экскаваторов, работающих в условиях крайнего Севера // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. Отдельныйвыпуск № 4 «Электрификацияиэнергоэффективность». С. 18—21.
Stefanov V.K., Igumnova S.A., Antonenkov D.V. Specific consumption of electric power by open-pit excavators operating in conditions of the Far North Gornyj informatsionno-analiticheskij byulleten?. 2011, Special Issue No.4: Electrification and energy efficiency, pp. 18—21. (In Russ.).
4. Клюев Р.В., Гаврина О.А., Хетагуров В.Н., Фоменко О.А. Исследование горно-технологических факторов, влияющих на потребление энергии экскаваторов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2020. № 11-1. С. 146–157. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-111-0-146-157.
Klyuev R.V., Gavrina O.A., Khetagurov V.N., Fomenko O.A. Analysis of geotechnical factors influencing power consumption of excavators. Gornyj informatsionno-analiticheskij byulleten?. 2020;(11-1):146-157. (In Russ.). DOI: 10.25018/0236-1493-2020-111-0-146-157.
5. Электрификацияоткрытыхгорныхработ: Учебникдлявузов / С.А. Волотковский, В.И. Щуцкий, Н.И. Чеботаевидр. М.: Недра, 1987. 332 с.
6. Анализ режимов работы электротехнического оборудования выемочного участка современной угольной шахты / В.А. Воронин, Ф.С. Непша, А.Н. Ермаков и др. // Устойчивое развитие горных территорий. 2021. Т. 13. № 4. С. 599–607. DOI: 10.21177/1998-4502-2021-13-4-599-607.
Voronin V.A., Nepsha F.S., Ermakov A.N., Kantovich L.I. Analysis of electrical equipment operating modes of the excavation site of a modern coal mine. Ustojchivoe razvitie gornyh territorij. 202;113(4):599-607. (InRuss.). DOI: 10.21177/1998-4502-2021-13-4-599-607.
7. Кубрин С.С., Решетняк С.Н., Бондаренко А.?М. Анализ влияния технологических факторов на удельные нормы электропотребления оборудования выемочных участков угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2020. № 2. С. 161–170. DOI: 10.25018/0236_1493_2020_2-0_161_170.
Kubrin S.S., Reshetnyak S.N., Bondarenko A.M. Impact of technology factors on specific power demands of equipment in extraction districts of coal mines. Gornyj informatsionno-analiticheskij byulleten?. 2020;(2):161-170. (In Russ.). DOI: 10.25018/0236-1493-2020-2-0-161-170
8. Lyakhomskii A.V., Petrochenkov A.B., Petukhov S.V., Perfil’eva E.N. Consulting on energy management systems in mining industry. Eurasian Mining. 2022;38(2):30-33. DOI: 10.17580/em.2022.02.07.
9. Sychev Y.A., Aladin M. E. Overall performance analysis of general-purpose power quality controls on the basis of active converters in nonlinearly loaded industrial power lines. Gornyj informatsionno-analiticheskij byulleten?. 2023;(11):159-181. (In Russ). DOI: 10.25018/0236_1493_2023_11_0_159.
10. Shevyreva N.Yu., Shevyrev Yu.V., Pichuev A.V. Electricity Quality Assurance in Open-Pit Mining: Considerations of Today. ICIEAM, Russia. IEEE Xplore. 2020. DOI:10.1109/ICIEAM48468.2020.9111993.
11. Shevyrev Y.V., Pichuev A.V., Shevyreva N.Yu. Improving energy performance in networks with semiconductor converters. 2019 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2019. Sochi, 2019, article 8743020. DOI: 10.1109/ ICIEAM.2019.8743020.
12. Исследование закономерностей электропотребления электропривода скребкового конвейера очистного забоя / Г.И. Бабокин, Д.М. Шпрехер, Е.Б. Колесников и др. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2023. № 10. С. 149–163. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_10_0_149.
Babokin G.I., Shprekher D.M., Kolesnikov E.B., Ovsyannikov D.S. Economics of electric energy consumption by longwall scraper conveyor drives. Gornyj informatsionno-analiticheskij byulleten?. 2023;(10):149-163. (In Russ.). DOI: 10.25018/0236_1493_2023_10_0_149.
13. АнтоненковД.В. Краткосрочноепрогнозированиеэлектропотребленияугольногоразрезавусловияхоптовогорынкаэлектроэнергии. Автореф. дис.… канд. техн. наук. Красноярск, 2009. 22 с.
14. Валь П.В. Краткосрочное прогнозирование электропотребления горного предприятия в условиях оптового рынка электроэнергии и мощности. Дисс…канд. техн. наук. Красноярск, 2012. 191 с.
15. Вялкова С.А., Моргоева А.Д., Гаврина О.А. Разработка гибридной модели прогнозирования потребления электрической энергии для горно-металлургического предприятия // Устойчивое развитие горных территорий. 2022. Т. 14. № 3. С. 486–493. DOI: 10.21177/1998_4502_2022_14_3_486_493.
Vyalkova S.A., Morgoeva A.D., Gavrina O.A. Development of a hybrid model for predicting the consumption of electrical energy for a mining and metallurgical enterprise. Ustojchivoe razvitie gornyh territorij. 2022;14(3):486-493. (In Russ.). DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-3-486-493
16. Краткосрочноепрогнозированиеэлектропотребленияобогатительнойфабрики / А.Д. Моргоева, И.Д. Моргоев, Р.В. Клюевидр. // Горныйинформационно-аналитическийбюллетень (научно-техническийжурнал). 2023. № 5-1. С. 157–169. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_51_0_157.
Morgoeva A.D., Morgoev I.D., Klyuev R.V., Khetagurov V.N., Gavrina O.A. Short-term prediction of energy consumption at concentration factory. Gornyj informatsionno-analiticheskij byulleten?. 2023;(5-1):157-169. (In Russ.). DOI: 10.25018/0236_1493_2023_51_0_157.
17. ПодкорытоваО.А., СоколовМ.В. Анализвременныхрядов: учебноепособиедлявузов. М.: ИздательствоЮрайт, 2023. 267 с.
18. Bubnova G.V., Frolovichev A.I., Akopova E.S. Economic Models of Well-Balanced Usage of the Economic Resources of a Transportation Company. Lecture Notes in Networks and Systems, 2020, рр. 838–845. DOI:10.1007/978-3-030-29586-8-95.
For citation
KarpenkoS.M., Karpenko N.V., Ematin E.A., AbelyantsU.V. Statistical analysis and predictive modelling of electric power consumption of excavators and sites of a coal strip mine. Ugol’. 2024;(3):79-86. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2024-3-79-86.
Paper info
Received February 1, 2024
Reviewed February 15, 2024
Accepted February 26, 2024
