Интеллектуальные энергетические системы

  • информатика
  • математика
  • Дает 100 баллов на ЕГЭ

Профиль «Интеллектуальные энергетические системы» посвящён решению важной проблемы, которая встанет перед инженерами будущего: как построить умную электрическую сеть, объединяющую потребителей с различными объектами генерации, в том числе возобновляемыми источниками энергии и накопителями электричества, в единую систему, оптимизируя графики производства электроэнергии и минимизируя расход ресурсов.

Для этого участники должны написать программу управления распределённой энергетической сетью, управляющей специальным модельным стендом, на котором есть потребители (жители городов и заводы) и объекты генерации, то есть электростанции, ветряки и т. п.

Задача участников — написать программу управления имеющимися активами, которая выберет оптимальный график производства, накопления и расхода ресурсов в зависимости от потребления и имеющихся источников энергии. И всё это — без участия человека. Сама.

Разные команды участников профиля соревнуются между собой, как бы играя на стенде за разные энергетические компании: они могут продавать энергию друг другу, снижать тарифы и т. п. Чья программа лучше всех справится с конкуренцией, та команда и победила.

Этот профиль включен в перечень Российского совета олимпиад школьников и приносит бонусы при поступлении в вузы (какие конкретно — зависит от правил приёма вуза).

Численность команды — 3–5 учащихся 9–11 классов

В составе команды рекомендуется выделять следующие роли:

  • Математик, дополнительно готовившийся по теории игр (аукционы и экономика рынков энергии)
  • Математик-энергетик — понимание энергетики, работа со сложными данными, разработка стратегий скриптов
  • Программист — реализация скриптов
  • Физик-энергетик — устойчивость системы, решения прикладных задач при работе с физическими компонентами модели стенда

В команде обязательно должен быть как минимум один программист (любой язык, предпочтительно Python), экономист, математик-стратег. Роли могут быть совмещёнными.

Разработчики профиля

ООО «Полюс-НТ», Институт им. Шифферса

Отборочные этапы

Задачи второго отборочного этапа будут даны в стиле проекта «Эйлер» — это математическая, физическая задача, решение которой нужно реализовать в виде работающей программы. Будут затронуты следующие темы:

  • теория игр, в том числе многоагентные игры;
  • теория аукционов;
  • задачи на графах;
  • задачи на электрические сети;
  • решение систем линейных уравнений.

Заключительный этап

Финальное задание олимпиады заключается в проектировании и управлении умными сетями на специально разработанном стенде. Стенд включает в себя модель небольшого поселения с объектами генерации (электростанции, ветрогенераторы и т. п.), потребителями разного уровня (дома, больницы, промышленность) и соединяющей сетью. Стенд воссоздает реальные условия — изменения освещённости, ветра и т. д.  Команды участников работают в двух режимах — подготовка и испытание на стенде.  Во время подготовки команды за столами рассчитывают и конструируют умную сеть, программируют её работу (работа за компьютерами, сборка схем и т. п.) Во время испытания на макете они проверяют работу своих алгоритмов.

Во время испытания команды фактически играют друг против друга, побеждает та команда, которая собрала более качественную сеть и написала лучший алгоритм управления. Например, когда электроэнергия дешёвая (например, ночью), дом покупает электроэнергию у управляющей компании по ночным тарифам. Этот же дом может вырабатывать электроэнергию сам, тогда он продаёт её в сеть своей же управляющей и обеспечивающей компании по максимально выгодной цене. Будет возможность продавать электроэнергию конкурентам (другим командам, играющим одновременно с вами) и поставлять электроэнергию.

При работе с элементами стенда будут решаться следующие задачи:

  • проработка топологии сети для оптимального распределения нагрузки и генерации;
  • аукцион на обслуживание объектов инфраструктуры;
  • аукцион контрактов на поставки и закупки электроэнергии;
  • диспетчеризация нагрузки на сеть;
  • написание скрипта автоматизирующего управление энергосистемой.

Материалы для участников

Дополнительные материалы:

  • Интеллектуальная энергетика (знаниевый блок, более глубокое освоение в ходе второго тура и хакатонов)
  • Теория вероятностей и построения вероятностных моделей
  • Нахождение экстремумов функций и основы оптимизации
  • Теория игр (уровень олимпиад по математике, кружков, специализированных школ, математической смены в Сириусе)
  • Теория графов (хотя бы базовые аспекты)
  • Основы численных методов в программировании

Soft-skills:

  • Работа в команде
  • Разбиение задач на подзадачи
  • Умение оценивать сложность задачи
  • Умение реалистично оценивать время выполнения задачи
  • Умение оценивать влияние подзадачи на решение общей задачи
  • Навыки управления исходным кодом и документацией
  • Изучение сложных систем

Hard-skills:

  • Алгебра
  • Теория вероятностей
  • Программирование на языке Python 3
  • Алгоритмическое мышление

Рынки НТИ

  • EnergyNet
  • TechNet