В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Алиной Гаухар Жуманжапаровны на тему «Разработка программных средств для функционирования технологических схем автономных электроэнергетических установок» по специальности «6D070400 – Вычислительная техника и программное обеспечение».
Диссертация выполнена на кафедре «Кафедра Компьютерная и программная инженерия» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - на русском
Официальные рецензенты:
Нұрғалиев Мадияр Кәменұлы - доктор философии (PhD), ассоциированный профессор кафедры Электроники и астрофизики, Казахский национальный университет им. аль-Фараби (г. Алматы, Республика Казахстан)
Сивякова Галина Александровна - кандидат технических наук, доцент, Член Правления - Проректор по академическим вопросам, Карагандинский индустриальный университет, (г. Темиртау, Республика Казахстан).
Временные члены Диссертационного совета:
Сейлова Нургуль Абадуллаевна – кандидат технических наук, ассоциированный профессор, декан факультета «Компьютерные технологии и кибербезопасность», Международный университет информационных технологий (г. Алматы, Республика Казахстан).
Сақан Қайрат Сақанұлы – доктор философии (PhD), старший научный сотрудник лаборатории информационной безопасности РГП на ПХВ «Институт информационных и вычислительных технологий» КН МНВО РК (г.Алматы, Республика Казахстан).
Зюбин Владимир Евгеньевич – доктор технических наук, заведующий кафедрой Компьютерных технологий, Новосибирский государственный университет (г.Новосибирск, Российская Федерация).
Научные консультанты:
Ташатов Нурлан Наркенович – кандидат физико-математических наук, доцент, ведущий научный сотрудник научно – исследовательского института Информационной безопасности и криптологии, Евразийский национальный университет имени Л.Н.Гумилева (г.Астана, Республика Казахстан)
Марков Александр Владимирович – кандидат технических наук, заведующий кафедрой Систем управления, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники (г. Минск, Республика Беларусь).
Защита состоится: 26 августа 2026 года 16:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D061 – Информационно-коммуникационные технологии» по специальности «6D070400 – Вычислительная техника и программное обеспечение» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Проведение заседания диссертационного совета в смешанном (оффлайн и онлайн) формате.
Ссылка: https://clck.ru/3Ua293
Адрес: г. Астана, ул. А. Пушкина, 11, 2 учебный корпус, аудитория №222.
Аннотация (рус.): АННОТАЦИЯ Диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Алиной Гаухар Жуманжапаровны на тему «Разработка программных средств для функционирования технологических схем автономных электроэнергетических установок» по специальности «6D070400 – Вычислительная техника и программное обеспечение» Целью диссертационного исследования является разработка модели, метода интеллектуального управления и программного обеспечения для управления автономными энергетическими установками на основе алгоритмов глубокого обучения с подкреплением в целях повышения эффективности использования альтернативных источников энергии. Актуальность исследования обусловлена растущей потребностью в эффективных интеллектуальных методах управления автономными электроэнергетическими системами на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Увеличение доли солнечной и ветровой генерации в мировом и казахстанском энергобалансе требует обеспечения надёжного и устойчивого функционирования таких систем с учётом нестабильности генерируемой мощности. Существующие детерминированные методы управления - пороговые алгоритмы, правила переключения, классические регуляторы не обеспечивают оптимального энергетического баланса в условиях одновременной изменчивости генерации, нагрузки и состояния накопителя, не адаптируются к сезонным и суточным вариациям режимов работы системы, что приводит к избыточному сбросу энергии в летний период и дефициту энергоснабжения в зимний. Для Республики Казахстан, располагающей значительным потенциалом ВИЭ (инсоляция до 1500–1600 кВт·ч/м² в год, среднегодовая скорость ветра свыше 4–5 м/с на 50% территории), специализированные интеллектуальные системы управления автономными микросетями практически не разработаны, что и определяет актуальность данного исследования. Задачи диссертационного исследования: 1) Провести анализ существующих методов и программных средств управления автономными электроэнергетическими установками и выявить ограничения их применения в условиях стохастической генерации и переменной нагрузки. 2) Разработать модели прогнозирования генерации солнечной и ветровой энергии на основе методов машинного обучения и оценка их точности для использования в задачах управления энергосистемой. 3) Разработать математическую модель автономной электроэнергетической системы, включающую процессы генерации, накопления и потребления энергии, а также ограничения и параметры функционирования технологической схемы. 4) Разработать метод интеллектуального управления режимами функционирования автономной электроэнергетической системы на основе алгоритмов глубокого обучения с подкреплением. 5) Разработать алгоритм формирования управляющей политики для автономной электроэнергетической системы, обеспечивающий оптимальное распределение потоков мощности на основе анализа выработки солнечных и ветровых установок, текущего потребления электроэнергии и доступных ресурсов системы накопления энергии. 6) Реализовать программные средства для мониторинга, симуляции и управления технологической схемой автономной энергосистемы в режиме реального времени. 7) Провести вычислительные эксперименты и оценить эффективность предложенного метода по критериям энергоэффективности, надёжности и качества энергобаланса. Объект исследования: системы управления автономными энергетическими установками, такими как солнечные батареи, ветрогенераторы и другие источники альтернативной энергии. Предмет исследования: оптимизация алгоритмов управления и разработка программных решений для повышения эффективности, надежности и безопасности автономных энергетических установок. Методология исследований. В ходе выполнения диссертационного исследования были использованы: - методы статистического анализа исторических рядов погоды и генерации – сезонные и временные тренды, корреляции между переменными; - методы машинного и глубокого обучения, такие как регрессионный анализ, нейронные сети; - алгоритмы обучения с подкреплением, в частности алгоритм Proximal Policy Optimization (PPO); - методы имитационное моделирование автономной микросети на основе среды MicrogridEnv; - методы и технологии разработки веб-приложений: FastAPI, React, WebSocket, Redis; - программные инструменты и библиотеки: Python 3.11, PyTorch 2.5.1, Stable-Baselines3, JupyterLab, Node.js 22, Uvicorn. Научная новизна заключается в разработке метода оптимального управления режимами автономной электроэнергетической системы на основе глубокого обучения с подкреплением, в котором политика агента формируется путём взаимодействия с симуляционной средой, отражающей нестационарный характер возобновляемой генерации и динамику нагрузки. Предложенный подход впервые реализует замкнутый цикл управления, интегрирующий разработанные прогностические модели солнечной и ветровой генерации непосредственно в пространство наблюдений агента. Основные научные положения, выносимые на защиту: – Модели прогнозирования генерации солнечной и ветровой энергии на основе методов машинного обучения и оценить их точность для использования в задачах управления энергосистемой. – Математическая модель автономной электроэнергетической системы, включающая процессы генерации, накопления и потребления энергии, ограничения и параметры функционирования технологической схемы, что позволило создать воспроизводимую среду для обучения и тестирования алгоритмов управления без риска для реального оборудования. – Метод интеллектуального управления автономной электроэнергетической системой на основе глубокого обучения с подкреплением, что позволило автоматизировать управление накопителем и обеспечить устойчивый энергетический баланс в условиях непредсказуемой генерации и переменной нагрузки. – Реализация алгоритма принятия решения по управлению автономной энергетической системой на основе модели глубокого обучения с подкреплением, что позволило повысить эффективность использования возобновляемых источников энергии и снизить эксплуатационные затраты автономной системы. Практическая значимость результатов диссертационного исследования состоит в возможности применения разработанного программного комплекса для автоматизации управления автономными микроэнергетическими системами в условиях переменной генерации и нагрузки, что особенно актуально для удалённых районов Казахстана с ограниченным доступом к централизованным сетям. Применение алгоритма PPO позволяет сократить дефицит энергоснабжения в зимних стрессовых сценариях и минимизировать избыточную генерацию в летний период, снижая нерациональное использование ресурсов и эксплуатационные затраты. Программный комплекс внедрён на предприятиях ТОО «Nomad Energy» и ТОО «Статус Караганда»: программное обеспечение интегрировано в технологические схемы автономных электроэнергетических установок, обеспечивая управление переходами между источниками энергии на основе прогнозной аналитики. Апробация результатов. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих международных и республиканских научных конференциях: - XIV Международная научная конференция студентов и молодых учёных «ǴYLYM JÁNE BILIM - 2019», Нур-Султан, 2019; - Международная научно-практическая конференция «Стандартизация - инструмент повышения конкурентоспособности», Нур-Султан, 2019; - Международная научная конференция «Информационные технологии и системы 2020 (ИТС 2020)», БГУИР, Минск, Беларусь, 2020; - Международная научно-практическая онлайн-конференция «Сагиновские чтения №12», Караганда, 2020; - Международная научная конференция «Information Technologies and Automation – 2021», Одесса, 2021; - Международная научно-практическая конференция «Сагиновские чтения №14», Караганда, 2022 (2 доклада); - Международная научно-практическая конференция «XV Сагиновские чтения», Караганда, 2023; - Международная научно-практическая конференция «Сагиновские чтения №17», Караганда, 2025. Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано 6 научных статей, из них 2 проиндексированы в базе данных Scopus, 4 — в журналах, рекомендованных Комитетом по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования МН и ВО РК. Получено 1 свидетельство о государственной регистрации прав на объект авторского права (программа для ЭВМ). - Software Prototype Development For Non-Centralized Objects Of Wind Flow Amplification // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2022. – Vol. 6/9 (120). – P. 80–88. (Scopus, CiteScore 2023 = 2.0, Q3); - Development of the logical system for forecasting wind characteristics in the urban conditions // EUREKA: Physics and Engineering. – 2024. – №2. – P. 55–69. (Scopus, CiteScore 2023 = 1.9, Q3); - Проблемы с кибербезопасностью в системах электроснабжения (SmartGrid) // Труды университета. – 2019. – №2. – С. 128–133; - Оценка эффективности работы устройства по измерению проводимостей изоляции // Труды университета. – 2020. – №2. – С. 147–151; - Развитие энергетических систем с применением информационно-коммуникационных технологий // Труды университета. – 2021. – №2. – С. 146–152; - Разработка программы цифровой реализации для функции разворота усилителей ветропотока // Труды университета. – 2023. – №4. – С. 455–466. Связь с НИР. Диссертационная работа выполнена на кафедре компьютерной и программной инженерии НАО «ЕНУ им. Л.Н. Гумилева» в рамках проекта грантового финансирования «АР14871978 Высокоэффективный ветрогенератор с применением многороторной системы». Тематика исследования соответствует приоритетным направлениям развития науки Республики Казахстан: информационные и коммуникационные технологии; искусственный интеллект и машинное обучение; возобновляемая энергетика. Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, содержания, четырёх разделов основной части, включающих 16 подразделов, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объём работы составляет 147 страниц. Во введении раскрыты актуальность, цель, задачи, объект и предмет исследования, научная новизна, практическая значимость, основные положения, выносимые на защиту, и апробация результатов. Во введении представлен научный аппарат исследования, обоснована актуальность темы, степень изученности в теории и практике, определены цель, объект, предмет и задачи исследования, раскрывается научная новизна, теоретическая и практическая значимость, определены методы исследования, список публикаций и апробаций работы. В разделе 1 представлены результаты анализа существующих методов и программных средств управления автономными электроэнергетическими установками в Казахстане, выявлены ограничения их применения в условиях стохастической генерации и переменной нагрузки, рассмотрены классификация ВИЭ, потенциал альтернативной энергетики и методологические основы автоматизированного управления энергосистемами. В разделе 2 разработаны модели прогнозирования генерации солнечной и ветровой энергии на основе алгоритмов машинного обучения; выполнен сравнительный анализ методов и обоснован выбор алгоритмов Random Forest и LightGBM как наиболее точных для соответствующих задач прогнозирования. В разделе 3 разработана математическая и симуляционная модель автономной электроэнергетической системы, включающая процессы генерации, накопления и потребления энергии, ограничения и параметры функционирования технологической схемы; построен и верифицирован симуляционный стенд MicrogridEnv; проведена серия вычислительных экспериментов для оценки эффективности по критериям энергоэффективности, надёжности и качества энергобаланса. В разделе 4 разработан метод интеллектуального управления и реализован алгоритм принятия решений на основе глубокого обучения с подкреплением PPO для оптимального управления энергопотоками; разработано веб-приложение для мониторинга работы системы в режиме реального времени и оптимального распределения потоков мощности на основе анализа прогнозируемой выработки от солнечных и ветровых установок, текущего потребления и доступных ресурсов накопителя. В Заключении представлены выводы по главам, резюмированы результаты исследования В Приложении представлены дополнительные материалы, результаты исследований, листинг программы, акты внедрения результатов исследования.
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://www.youtube.com/watch?v=iJzR1WzLsFU
