Ученые разработали систему прогнозирования графиков электропотребления

13:00, 17 октября 2023

Она поможет эффективно планировать производство электроэнергии

Прогнозирование позволит лучше планировать работу всей электроэнергетической системы. Фото: unsplash.com / Andrey Metelev.

Ученые Уральского федерального университета с коллегами из Новосибирского государственного технического и Рижского технического университетов создали модель, способную прогнозировать суточный график потребления электроэнергии. Модель апробировали на реальных данных Центральной энергосистемы Монголии на протяжении трех лет — с 2019 по 2021 годы. Результаты показали: модель имеет высокую точность — в краткосрочном периоде (на сутки вперед) средняя погрешность прогноза составляет 1,25 %. Это высокий результат, поскольку средняя погрешность прогнозирования у аналогов составляет 1–4 %. Описание модели и результаты прогнозирования в Монголии опубликованы в Inventions. Исследование выполнено при финансовой поддержке по программе «Приоритет-2030».

«Полученные результаты помогут правильно планировать нагрузку на энергетические объекты, чтобы эффективно распределять электроэнергию среди потребителей. В целом прогнозирование позволит лучше планировать работу всей электроэнергетической системы, ведь необходимо в каждый момент времени соблюдать баланс потребления и генерации электроэнергии, обеспечивая при этом надежную, технически и экономически эффективную работу электроэнергетической системы, а также планировать закупки электроэнергии из соседних систем», — поясняет ведущий научный сотрудник кафедры электротехники УрФУ Павел Матренин.

Современные электроэнергетические системы сложны и включают в себя большое количество структурных элементов, в том числе слабо предсказуемых объектов как генерации, так и потребления. Сложность системы увеличивает нестабильность энергетического баланса, поскольку возникает дополнительная неопределенность.

«Проблема прогнозирования энергопотребления заключается в том, что на него влияет большое количество факторов, таких как погода, технологические процессы крупных предприятий, распорядок дня людей. Эксперты, прогнозирующие такие зависимости, приобретают опыт в течение месяцев и лет работы, но этот опыт очень трудно формализовать. Для снижения риска ошибок из-за человеческого фактора, повышения точности и уровня автоматизации прогнозов можно использовать программное обеспечение на основе машинного обучения», — комментирует Павел Матренин.

Разработанная система основана на использовании программного обеспечения с открытым исходным кодом, метеорологических данных, а также данных об использовании потребления электроэнергии Центральной энергосистемы Монголии, которая вырабатывает и потребляет более 94 % электроэнергии страны. Чтобы построить модель и обучить ее, ученые применили алгоритм экстремального градиентного бустинга, основанного на ансамбле деревьев решений. Такой метод подразумевает, что каждое дерево делает свой независимый прогноз, а итоговый результат определяется путем взвешенного усреднения прогнозов всех деревьев.

«Модель способна прогнозировать график электропотребления на сутки вперед, при этом она использует значения потребления за несколько прошлых дней, метеорологические данные, номер дня недели, вид дня: рабочий или выходной», — объясняет Павел Матренин.

В планах исследователей апробировать модель на электроэнергетических системах других стран.

Справка

Энергетическая инфраструктура Монголии на сегодня представлена семью тепловыми электростанциями, несколькими гидроэлектростанциями малой мощности, а также ветровыми электростанциями и солнечными батареями.

По данным National Statistical Office of Mongolia, потребление электроэнергии в Монголии в 2021 году составило 7,8 млрд киловатт-час. На промышленность ушло 61,8 % всей энергии, на домохозяйства — 26,9 %, а на транспорт и связь — 4,1 %.

Потребление электроэнергии в Монголии постоянно растет, и это дает дополнительный стимул для развития энергетической инфраструктуры страны. Так, правительство Монголии приняло долгосрочный план «Видение-2050», среди основных пунктов которого есть цели по созданию ГЭС, нефтеперерабатывающих заводов, магистральных газопроводов и других инфраструктурных проектов, многие из которых будут осуществляться в рамках сотрудничества с Россией.

Сергей Лукьянченко