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: электростанции, ветряки и т. п.

Программа должна каждый ход выбирать оптимальный график производства, накопления и расхода ресурсов в зависимости от потребления и имеющихся источников энергии. И всё это — без участия человека. Сама. Участники профиля будут работать с очень сложной системой, с огромным количеством случайных и неслучайных параметров и пытаться разобраться с тем, как же устроена эта система.

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

Рекомендуемый состав команды — 3–5 человек:

  • 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 должны быть как минимум один программист (любой язык, предпочтительно Python), экономист, математик-стратег. Роли могут быть совмещёнными.

Разработчики профиля

ООО «Полюс-НТ»

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. Работая за столами, команды 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

Что нужно знать

  • Основы теории вероятностей (см. ссылки на материалы ниже).
  • Основы теории игр.
  • Информатика: алгоритмическое мышление, представление графов и работа с ними, основы численных методов в математике.
  • Основы программирования на языке Python 3использование внешних модулей, переменные и управление порядком выполнения, объекты, итераторы, работа с файлами.
  • Физиказакон Ома, закон Кирхгофа, закон Джоуля-Ленца.
  • Дополнительные материалыинтеллектуальная 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.

Ссылки на материалы для подготовки приведены ниже.

Hard skills

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

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.

Рынки НТИ

  • EnergyNet
  • TechNet