Registration Number
0826U005209, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
16-09-2026
popup.evolution
o
Title
Methods, Algorithms, and Software Tools for Parallel Simulation of Electric Power Systems in Generation Expansion Planning Problems
Author
Taras Puchko,
popup.head Sergii E. Saukh
popup.opponent Volodymyr A. Sviatnyi
popup.opponent Yevhen O. Zaitsev
popup.review Oleksandr A. Chemerys
popup.review Hryhorii O. Kravtsov
popup.rada
Institute of Problems of Modeling in Energy named after GE Pukhov of the National Academy of Sciences of Ukraine
Description
Актуальність дослідження зумовлена трансформацією електроенергетичних систем (ЕЕС) у напрямі декарбонізації та децентралізації генерації, що супроводжується зростанням ролі відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) і систем накопичення енергії (СНЕ) та ускладненням задач прогнозування розвитку генеруючих потужностей. Досліджено процеси комп’ютерного моделювання й оптимізації структури генеруючих потужностей ЕЕС. Метою є підвищення обчислювальної ефективності моделювання в задачах прогнозування розвитку генеруючих потужностей за дотримання встановлених критеріїв якості та повторюваності результатів, а також обґрунтування архітектурних рішень для розв’язування таких задач за умов розподіленості моделей, даних і обчислювальних ресурсів. Прогнозування розглянуто як визначення оптимальної структури генеруючого обладнання, необхідної для досягнення заданих цільових показників функціонування ЕЕС за прийнятих сценарних припущень. Використано методи системного аналізу, математичного моделювання та оптимізації, метаевристичного пошуку, декомпозиції й паралельних обчислень, проєктування інформаційних систем, обчислювального експерименту та описової статистики. Розроблено паралельний метод оптимізації структури генеруючих потужностей, який у єдиній обчислювальній схемі поєднує метаевристичний пошук дискретних інвестиційних рішень, розпаралелювання обчислень за варіантами структури та сценарними операційними підзадачами, а також розв’язання цих підзадач у постановці змішаного цілочисельного лінійного програмування (MILP) з урахуванням обмежень задачі вибору складу генеруючого обладнання (UC). Це дає змогу виконувати паралельне багатосценарне моделювання режимів роботи генеруючого обладнання для оцінювання варіантів структури без переходу до релаксованої постановки UC та без сурогатної апроксимації операційної моделі. Набув подальшого розвитку алгоритмічний підхід до організації та керування паралельним розв’язуванням задач оптимізації, що поєднує попередню фільтрацію варіантів інвестиційних рішень, кешування результатів їх оцінювання, формування незалежних завдань для пар «варіант структури — сценарна операційна підзадача», планування та балансування їх виконання і повторне використання екземплярів сценарних операційних моделей, що зменшує повторні обчислення й накладні витрати без спрощення операційної MILP-моделі. Запропоновано та обґрунтовано концептуальну архітектуру федеративного середовища моделювання ЕЕС, яка поєднує багаторівневу організацію компонентів, реєстри ресурсів, стандартизовані вебінтерфейси прикладного програмування (Web API), централізоване узгодження правил взаємодії та децентралізоване керування локальними моделями, даними й обчислювальними ресурсами, створюючи передумови для синтаксичної інтероперабельності та координованої взаємодії незалежних моделей без централізованого накопичення конфіденційних даних. Розроблено програмний комплекс мовою Julia з використанням JuMP і солвера SCIP, що реалізує запропонований паралельний метод. Його обчислювальну ефективність оцінено на тестових моделях ЕЕС порівняно з безпосереднім розв’язуванням задачі в монолітній MILP-постановці солвером SCIP. Для системи на базі ВДЕ та СНЕ із застосуванням алгоритму еволюційних центрів (ECA) на 64 потоках середній час одного запуску зменшено у 13,38 раза, а еталонний розв’язок відтворено у 99 % запусків. Для системи з ВДЕ, СНЕ та тепловими електростанціями із застосуванням стратегії еволюції з адаптацією матриці коваріації (CMA-ES) на 128 потоках середній час успішних запусків зменшено у 3,77 раза, еталонний розв’язок відтворено у 98 % запусків; у двох інших отримано допустимі розв’язки із середнім відносним відхиленням значення цільової функції від еталонного 0,70 %. Для обох тестових моделей зі збільшенням кількості потоків коефіцієнт прискорення зростав сублінійно, водночас зростало пікове використання оперативної пам’яті. Визначено умови доцільного застосування паралельного методу та основні напрями його використання у задачах прогнозування розвитку генеруючих потужностей, а також обґрунтовано можливість застосування розробленого програмного комплексу як обчислювального компонента федеративного середовища моделювання ЕЕС.
Registration Date
2026-09-11
popup.nrat_date
2026-09-11 / 2026-10-21
