Сценарне планування з імовірнісним прогнозуванням добового електроспоживання споживачів в умовах ринку електричної енергії
Дата
2026
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Копчиков О.М. Сценарне планування з імовірнісним прогнозуванням добового електроспоживання споживачів в умовах ринку електричної енергії. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії у галузі знань 14 Електрична інженерія за спеціальністю 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026.
Функціонування ринку електричної енергії України зумовлює необхідність планування електроспоживання непобутового, насамперед промислового, споживача на добу наперед у вигляді погодинного планового графіка відбору електричної енергії, який узгоджується з електропостачальником, що виконує функції сторони, відповідальної за баланс. Відхилення між узгодженим графіком і фактичним відбором набуває грошового вираження через механізм врегулювання небалансів, причому вартість похибки прогнозування залежить від години доби та має асиметричний характер для дефіцитних і профіцитних відхилень. За таких умов якість планування визначається не лише точністю відтворення очікуваного рівня навантаження, а й здатністю своєчасно оцінювати ризик економічно значущих відхилень у критичні години. Це має значення не тільки для фінансового результату окремого підприємства та його електропостачальника, а й для режимної збалансованості ринку, оскільки систематичні небаланси підвищують потребу в балансуючих діях та ускладнюють підтримання надійного функціонування електроенергетичної системи України. У цій роботі термін «добове електроспоживання» використано як позначення електроспоживання в межах доби планування, поданого у вигляді погодинної траєкторії відбору електричної енергії. Саме така інтерпретація відповідає регламентам ринку «на добу наперед», внутрішньодобового ринку та механізму врегулювання небалансів, для яких визначальним є погодинний графік, а не лише інтегральний добовий обсяг. У зв’язку з цим задача прогнозування та планування розглядається як задача формування і супроводу погодинного графіка відбору електричної енергії в межах доби постачання. Практична реалізація добового планування у промисловості ускладнюється тим, що частина режимних рішень має дискретний характер, а зміна навантаження обмежена технологічними, виробничими й організаційними умовами. За наявності жорстких режимів роботи, планових і аварійних зупинок, обмежень на пуски та зупинки обладнання, а також неповного інформаційного забезпечення підприємство не завжди може оперативно компенсувати помилки плану в межах поточної доби. Додаткову складність становить те, що у багатьох випадках доступний лише мінімально достатній інформаційний контур, а саме: дані комерційного обліку, календарно-режимна інформація та обмежений опис виробничих процесів, без повної телеметрії станів окремих агрегатів. За таких умов точковий прогноз є недостатнім для прийняття економічно обґрунтованих рішень, оскільки не описує структури невизначеності та не дозволяє оцінити ймовірність дорогих відхилень у години підвищеної вартості небалансу. Метою дисертаційної роботи є розробка та впровадження вдосконалених методів планування електроспоживання промислового споживача в умовах ринку електричної енергії з урахуванням прогнозу навантаження, ринкових сигналів та асиметрії небалансу. Для досягнення поставленої мети у роботі досліджено особливості участі промислового споживача в ринку електричної енергії через електропостачальника, обґрунтовано вимоги до подання невизначеності в задачі планування, формалізовано інформаційні обмеження практичного застосування прогнозних моделей та розроблено підхід до інтеграції погодинних ринкових сигналів у процедуру вибору планового графіка. У дисертації запропоновано контур прийняття рішень для сценарного планування на добу наперед, який, на відміну від детермінованого планування за точковим прогнозом, використовує траєкторний імовірнісний прогноз навантаження та параметри ринкового середовища для формування погодинного планового графіка і вибору сценарної політики за ризик-орієнтованим критерієм, чутливим до екстремально високих добових витрат. Запропонований контур реалізовано як узгоджену послідовність етапів: формування множини здійсненних сценаріїв роботи підприємства; побудова для кожного сценарію імовірнісного прогнозу добової траєкторії електроспоживання; формування погодинної номінації з урахуванням асиметрії наслідків дефіцитного та профіцитного небалансу; вибір сценарію з урахуванням очікуваних витрат і хвостового ризику. Такий підхід дає змогу перейти від пасивного відтворення навантаження до активного, обґрунтованого планування з урахуванням ризику. Для забезпечення відтворюваності та методичної коректності удосконалено методологію добового планування електроспоживання в частині організаційно-інформаційного забезпечення. На відміну від підходів, у яких структура вхідних ознак формується неявно або залежить від інформації, що фактично недоступна на момент ухвалення рішення, у роботі визначено мінімально достатній склад вхідних даних, формалізовано режимні події у стандартизованому реєстрі та запропоновано детерміноване перетворення цієї інформації у матрицю ознак прогнозного модуля. Це забезпечує причинність, унеможливлює витік майбутньої інформації, підвищує коректність оцінювання моделей та робить результати придатними до практичного застосування у режимі планування на добу наперед. Розроблено практичну реалізацію імовірнісного прогнозування для задачі добового планування шляхом побудови траєкторного ансамблю прогнозних моделей з оцінюванням ваг і монотонним калібруванням прогнозних інтервалів у розрізі календарних класів діб. На відміну від одиничних або некаліброваних прогнозів, запропонований підхід забезпечує контроль фактичного покриття прогнозних інтервалів, зберігає міжгодинні залежності в межах добової траєкторії та підвищує надійність оцінки невизначеності як інформаційної основи ризик-орієнтованих рішень. У роботі показано, що саме траєкторне подання прогнозу є принципово важливим для оцінювання добових витрат і хвостового ризику, оскільки вартість небалансу визначається не лише окремими погодинними похибками, а і їхньою спільною реалізацією в часі. Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше для задачі добового планування електроспоживання промислового споживача запропоновано контур прийняття рішень, у якому траєкторний імовірнісний прогноз навантаження безпосередньо інтегровано з формуванням погодинної номінації та вибором сценарію за ризик-орієнтованим критерієм. Удосконалено методологію організаційно-інформаційного забезпечення планування шляхом визначення мінімально достатнього інформаційного контуру та формалізації режимних подій у стандартизованому реєстрі. Набула подальшого розвитку практична реалізація імовірнісного прогнозування на основі траєкторного ансамблю з калібруванням прогнозних інтервалів у розрізі календарних класів діб, що підвищує надійність оцінки невизначеності в задачах добового планування. Практичне значення одержаних результатів полягає у створенні прикладного, відтворюваного інструментарію для добового погодинного планування електроспоживання промислового підприємства в умовах конкурентного ринку електричної енергії. Розроблено механізм перетворення наявних даних комерційного обліку та мінімального технологічного опису підприємства у формалізований набір керованих сценаріїв роботи на добу. Такі сценарії інтерпретуються як варіанти добової траєкторії навантаження, які можуть бути затверджені особою, що приймає рішення на підприємстві, і переведені у погодинний графік номінації. Це забезпечує стандартизацію дій енергетичного менеджменту в щоденному циклі підготовки, узгодження та коригування графіка, зменшує залежність від неформалізованих рішень і підвищує керованість процесу планування. Важливим результатом роботи є також інтеграція економічної природи небалансу в алгоритм формування погодинної номінації. Запропонована процедура дозволяє не лише оцінювати очікувані витрати, а й відокремлювати години підвищеного ризику, у яких помилка планування має найбільш відчутні наслідки. У цьому полягає прикладна цінність підходу для підприємства: на основі доступних на момент планування даних воно отримує не лише прогноз можливого навантаження, а й формалізовану рекомендацію щодо того, який погодинний графік є економічно доцільним і стійким до ризику небалансу. Експериментальна перевірка на історичних даних підтвердила працездатність запропонованого інструментарію та його переваги порівняно з базовими підходами планування. За результатами ретроспективного тестування на інтервалі 230 діб встановлено, що використання ансамблю моделей з ризик-орієнтованим вибором сценарію забезпечує зниження середніх реалізованих витрат на 16,73 % порівняно з наївною номінацією, зменшення хвостового ризику добових витрат на 38,67 %, зниження вартості небалансу у дорогі години на 16,79 % та скорочення середнього модуля небалансу у дорогі години на 21,05 %. Отримані результати свідчать, що перехід від точкового до імовірнісного подання прогнозу є доцільним не лише з погляду математичної коректності, а й з позицій реальної економічної ефективності в умовах ринку. У підсумку дисертаційна робота формує цілісний науково-методологічний підхід до сценарного планування електроспоживання промислового споживача на добу наперед, у якому поєднано вимоги ринкових регламентів, технічні обмеження виробництва, імовірнісне прогнозування та ризик-орієнтований вибір планового рішення. Запропонований підхід має практичне значення для електропостачання промислових підприємств, оскільки сприяє підвищенню якості погодинного планування, зниженню небалансів і підвищенню обґрунтованості рішень в умовах невизначеності та волатильних ринкових сигналів. Отримані результати обґрунтовують доцільність застосування розробленого інструментарію в щоденному циклі формування та узгодження планового погодинного графіка відбору електричної енергії промислового споживача. Список публікацій: За результатами досліджень опубліковано 9 наукових праць, у тому числі 4 статті у наукових фахових виданнях та 5 тез доповідей у збірниках матеріалів конференцій.
Опис
Ключові слова
ринок електричної енергії, ринок «на добу наперед», промисловий споживач, енергоменеджмент промислового підприємства, добове планування електроспоживання, погодинний графік електроспоживання, прогнозування електроспоживання, часові ряди, сценарне планування, траєкторний імовірнісний прогноз, оцінювання невизначеності, ризик-орієнтоване планування, небаланс, асиметрія небалансу, хвостовий ризик, electricity market, day-ahead market, industrial electricity consumer, industrial energy management, day-ahead electricity consumption planning, hourly electricity consumption schedule, electricity consumption forecasting, time series, scenario planning, trajectory-based probabilistic forecasting, uncertainty quantification, risk-oriented planning, imbalance, imbalance asymmetry, tail risk
Бібліографічний опис
Копчиков, О. М. Сценарне планування з імовірнісним прогнозуванням добового електроспоживання споживачів в умовах ринку електричної енергії : дис. … д-ра філософії : 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка / Копчиков Олександр Миколайович. – Київ, 2026. – 195 с.