optimasi multiobjektif unit commitment dengan …eprints.umm.ac.id/63651/1/pendahuluan.pdfoptimasi...
TRANSCRIPT
OPTIMASI MULTIOBJEKTIF UNIT COMMITMENT
DENGAN FUNGSI BIAYA MEMPERTIMBANGKAN RAMP-
RATE CONSTRAINT MENGGUNAKAN METODE BINARY
PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (BPSO)
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Guna Meraih Gelar Sarjana Strata 1
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
MUHAMMAD AVISENA PRIMADILLA
201510130311116
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2020
vii
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah puji syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas segala
Nikmat, Rahmat, serta Hidayahnya-Nya. Sholawat serta salam semoga senantiasa
tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad Shalallaahu 'Alayhi Wasallam. Atas
kehendak dan karunia Allah penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang
berjudul:
“OPTIMASI MULTIOBJEKTIF UNIT COMMITMENT DENGAN FUNGSI
BIAYA MEMPERTIMBANGKAN RAMP-RATE CONSTRAINT
MENGGUNAKAN METODE BINARY PARTICLE SWARM
OPTIMIZATION (BPSO)”
Penulisan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh
gelar sarjana teknik di Universitas Muhammadiyah Malang. Selain itu penulis
berharap tugas akhir ini dapat memperluas pustaka dan pengetahuan utamanya
dalam bidang energi terbaharukan.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak
terdapat kekurangan. Oleh karena itu Penulis berharap saran yang membangun,
agar kedepannya menjadi lebih baik dan bermanfaat. Penulis mohon maaf apabila
terdapat kesalahan dalam penulisan baik yang disengaja maupun yang tidak
disengaja.
Malang,
Penulis
viii
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................................... i
LEMBAR PERSETUJUAN.................................................................................... ii
LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................... iii
ABSTRAK ............................................................................................................. iv
LEMBAR PERSEMBAHAN ................................................................................ vi
KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii
DAFTAR ISI ........................................................................................................ viii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xi
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 2
1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah ....................................................................................... 3
1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................... 3
2.1. Tinjauan Penelitian Terdahulu ................................................................. 5
2.2. Sistem Tenaga Listrik ............................................................................... 6
2.3. Kestabilan Tegangan ................................................................................ 8
2.4. Beban ........................................................................................................ 8
2.5. Optimal Power Flow (OPF) ................................................................... 10
2.6. Analisa Aliran Daya dengan Newton Raphson ...................................... 10
2.7. Unit Commitment (UC) .......................................................................... 14
2.7.1. Constraint pada Unit Commitment.................................................. 15
2.7.2. Kendala Dalam UC ......................................................................... 15
2.7.3. Biaya Start-up ................................................................................. 16
2.7.4. Biaya Shut Down ............................................................................. 16
2.7.5. Waktu Nyala dan Padam Minimal Unit Pembangkit ...................... 17
2.7.6. Persamaan Biaya Konsumsi Bahan Bakar dan Pembangkitan ....... 18
2.7.7. Persamaan Fungsi Multiobjektif ..................................................... 19
2.7.8. Fungsi Biaya Tidak Mulus .............................................................. 19
2.7.9. Ramp-Rate constraint...................................................................... 20
2.8. Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) ........................................ 20
2.8.1. Dasar BPSO .................................................................................... 20
BAB III METODE PENELITIAN........................................................................ 24
ix
3.1. Data Penelitian ....................................................................................... 24
3.1.1. Karateristik Saluran ......................................................................... 24
3.1.2. Data Beban dan Pembangkit ........................................................... 25
3.1.3. Fungsi Biaya dan Batasan Kemampuan Pembangkit ..................... 26
3.1.4. Data Pembebanan Sistem Standart IEEE 14 Bus 24 Jam ............... 27
3.2. Pemodelan Sistem Standar IEEE 14 Bus ............................................... 28
3.3. Alur Pengerjaan ...................................................................................... 29
3.4. Penerapan Newton Raphson Untuk Analisa Load Flow ....................... 30
3.5. Penerapan Algoritma Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) Pada
Unit Commitment (UC) ..................................................................................... 31
3.5.1. Inisialisasi BPSO ............................................................................. 32
3.5.1.1. Parameter-parameter BPSO ..................................................... 32
3.5.1.2. Inisialisasi posisi dan kecepatan partikel ................................. 32
3.5.2. Evaluasi Fitness Function ............................................................... 33
3.5.3. Penentuan Posisi Terbaik Pbest dan Gbest ..................................... 33
3.5.4. Update Kecepatan dan Posisi Partikel ............................................ 33
BAB IV PEMBAHASAN DAN HASIL .............................................................. 34
4.1. Analisa Aliran Daya ............................................................................... 34
4.2. Rugi-Rugi Daya ...................................................................................... 36
4.3. Batasan Ramp-Rate ................................................................................ 37
4.4. Pengujian Percobaan Kasus 1 Pembangkit IEEE 14 Bus ....................... 39
4.4.1. Penjadwalan Nyala-Padam Pada Kasus 1 Sistem IEEE 14 Bus ..... 39
4.4.2. Pembangkitan Daya Tiap-Tiap Jam Pada Setiap Pembangkit Kasus
1 40
4.4.3. Total Cost Pembangkitan Pada Masalah 1 Sistem IEEE 14 Bus .... 42
4.5. Pengujian Percobaan Kasus 2 Pembangkit IEEE 14 Bus ....................... 43
4.5.1. Penjadwalan Nyala-Padam Kasus 1 Pembangkit IEEE 14 Bus ...... 43
4.5.2. Pembangkitan Daya Tiap-Tiap Jam Pada Setiap Pembangkit Kasus
1 44
4.5.3. Total Cost Pembangkitan Pada Masalah 2 Sistem IEEE 14 Bus .... 46
4.6. Analisa Perbandingan Masalah 1 dan Masalah 2 ................................... 48
4.7. Pengujian Percobaan Unit Commitment menggunakan PSO ................. 50
4.7.1. Penjadwalan Nyala-Padam Kasus 1 Pembangkit IEEE 14 Bus ...... 50
4.7.2. Pembangkitan Daya Tiap-Tiap Jam Pada Setiap Pembangkit ........ 51
4.7.3. Total Cost Pembangkitan Pada Sistem IEEE 14 Bus Menggunakan
PSO 53
4.8. Analisa Perbandingan UC Dengan Ramp-Rate Menggunakan BPSO dan
PSO 55
x
BAB V PENUTUP ................................................................................................ 57
5.1. Kesimpulan ............................................................................................. 57
5.2. Saran ....................................................................................................... 57
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 58
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sistem Tenaga Listrik Secara Umum .............................................. 21
Gambar 2.2 Diagram Konsep Particle Swarm Optimization dengan Single Global
Minimum ............................................................................................................. 24
Gambar 3.1 Single Line Diagram Sistem Standar IEEE 14 Bus ........................ 30
Gambar 3.2 Flowchart Tahap Penyelesaian Penelitian ...................................... 31
Gambar 3.3 Flowchart Penyelesaian Aliran Daya Menggunakan Newton Raphson
............................................................................................................................. 32
Gambar 3.4 Flowchart Unit Commitment Menggunakan BPSO ........................ 33
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Beban dengan Losses ......................................... 39
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Beban dengan Ramp-Rate .................................. 40
Gambar 4.3 Perbandingan Daya Beban dengan Daya Total Setiap Jam ............ 43
Gambar 4.4 Perbandingan Daya Beban dengan Daya Pembangkitan ................ 48
Gambar 4.5 Perbandingan Total Biaya Pembangkitan ....................................... 51
Gambar 4.6 Perbandingan Daya Beban dengan Daya Pembangkitan ................ 52
Gambar 4.7 Perbandingan Total Biaya Pembangkitan ....................................... 55
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Data Saluran Transmisi Sistem Standar IEEE 14 Bus ........................ 27
Tabel 3.2 Data Pembebanan Sistem Standart IEEE 14 Bus................................ 28
Tabel 3.3 Data Daya yang Dibangkitkan Oleh Setiap Pembangkit Sistem Standar
IEEE 14 Bus ........................................................................................................ 28
Tabel 3.4 Fungsi Biaya dari Masing-Masing Pembangkit .................................. 29
Tabel 3.5 Data Pembebanan Sistem IEEE 14 Bus 24 Jam ................................. 29
Tabel 4.1 Aliran Daya Sistem IEEE 14 Bus Beban Minimum Harian ............... 37
Tabel 4.2 Aliran Daya Sistem IEEE 14 Bus Beban Maksimum Harian ............. 37
Tabel 4.3 Rugi-Rugi Daya Sistem 14 Bus .......................................................... 38
Tabel 4.4 Beban dan Batasan Ramp-Rate Sistem 14 Bus ................................... 40
Tabel 4.5 Penjadwalan Nyala-Padam Kasus 1 Pembangkit IEEE 14 Bus .......... 41
Tabel 4.6 Daya Pada Tiap-Tiap Pembangkit Kasus 1 Dalam Setiap Unit .......... 42
Tabel 4.7 Total Cost Pembangkit pada Kasus 1 Sistem IEEE 14 Bus ................ 44
Tabel 4.8 Penjadwalan Nyala-Padam Kasus 2 Pembangkit IEEE 14 Bus .......... 46
Tabel 4.9 Daya Pada Tiap-Tiap Pembangkit Kasus 2 Dalam Setiap Unit .......... 46
Tabel 4.10 Total Cost Pembangkitan pada Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus .......... 47
Tabel 4.11 Total Pembangkitan dan Cost BPSO menerapkan Ramp-Rate ......... 48
Tabel 4.12 Penjadwalan Nyala-Padam Pembangkit Menggunakan PSO ........... 50
Tabel 4.13 Daya Pada Tiap-Tiap Pembangkit Dalam Setiap Unit...................... 51
Tabel 4.14 Total cost Pembangkitan pada Sistem IEEE 14 Bus......................... 53
Tabel 4.15 Total Pembangkitan dan Cost PSO menerapkan Ramp-Rate ........... 55
58
DAFTAR PUSTAKA
[1] D. Marsudi, Operasi Sistem Tenaga Listrik. Jakarta: Balai Penerbit & Humas ISTN, 2006.
[2] S. Sarjiya, S. P. Hadi, and D. R. Wijayanti, “Unit Commitment dengan Kekangan
Keandalan Menggunakan Algoritme Genetika Mempertimbangkan Ketidakpastian
Beban,” J. Nas. Tek. Elektro dan Teknol. Inf., 2016, doi: 10.22146/jnteti.v5i4.283.
[3] A. Frian, Y. Reynaldo, R. S. Wibowo, and A. Soeprijanto, “Security Constrained Unit
Commitment Mempertimbangkan Cadangan Berputar dan Kapasitas Saluran Transmisi
Menggunakan Algoritma Binary Particle Swarm Optimization,” Secur. Constrained Unit
Commit. Mempertimbangkan Cadangan Berputar dan Kapasitas Saluran Transm.
Menggunakan Algoritm. Bin. Part. Swarm Optim., 2016.
[4] T. Elektro and U. Andalas, “Operasi Ekonomis dan Unit Commitment Pembangkit
Thermal pada Sistem Kelistrikan Jambi,” pp. 1–10, 2015.
[5] D. Irawan, “Perkiraan stabilitas tegangan di jaringan tegangan rendah menggunakan
metode eksponen lyapunov maksimum,” 2016.
[6] T. Logenthiran and D. Srinivasan, “Particle Swarm Optimization for unit commitment
problem,” 2010 IEEE 11th Int. Conf. Probabilistic Methods Appl. to Power Syst. PMAPS
2010, pp. 642–647, 2010, doi: 10.1109/PMAPS.2010.5528899.
[7] S. Sarjiya, S. P. Hadi, and D. R. Wijayanti, “Unit Commitment dengan Kekangan
Keandalan Menggunakan Algoritme Genetika Mempertimbangkan Ketidakpastian
Beban,” J. Nas. Tek. Elektro dan Teknol. Inf., vol. 5, no. 4, 2017, doi:
10.22146/jnteti.v5i4.283.
[8] B. P. Hadhi, R. S. Wibowo, and I. Robandi, “Optimisasi Unit Commitment
Mempertimbangkan Fungsi Biaya Tidak Mulus Dengan Firefly Algorithm,” vol. 3, no. 1,
2014.
[9] X. Yu and H. Sun, “Unit commitment by enhanced adaptive Lagrangian relaxation with an
improved unit substitution heuristic,” Proc. 2016 IEEE Adv. Inf. Manag. Commun.
Electron. Autom. Control Conf. IMCEC 2016, pp. 5–9, 2017, doi:
10.1109/IMCEC.2016.7867102.
[10] T. Senjyu, K. Shimabukuro, K. Uezato, and T. Funabashi, “A fast technique for unit
commitment problem by extended priority list,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 18, no. 2,
pp. 882–888, 2003, doi: 10.1109/TPWRS.2003.811000.
[11] P. K. Singhal, “Dynamic Programming Approach for Large Scale Unit Commitment
Problem,” 2011, doi: 10.1109/CSNT.2011.152.
[12] C. C. Su and Y. Y. Hsu, “Fuzzy dynamic programming: An application to unit
59
commitment,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 6, no. 3, pp. 1231–1237, 1991, doi:
10.1109/59.119271.
[13] L. Yang, C. Zhang, J. Jian, K. Meng, Y. Xu, and Z. Dong, “A novel projected two-binary-
variable formulation for unit commitment in power systems,” Appl. Energy, vol. 187, pp.
732–745, 2017, doi: 10.1016/j.apenergy.2016.11.096.
[14] R. F. Andriyanto, O. Penangsang, and N. K. Aryani, “Penerapan Batas Ramp-Rate dengan
Menggunakan Kombinasi Metode FDP (Forward Dynamic Programming) dan QP
(Quadratic Programming) Pada Unit Commitment-Economic Dispatch,” J. Tek. ITS, vol.
5, no. 2, 2016, doi: 10.12962/j23373539.v5i2.16181.
[15] R. F. Andriyanto, O. Penangsang, and N. K. Aryani, “Penerapan Batas Ramp-Rate dengan
Menggunakan Kombinasi Metode FDP (Forward Dynamic Programming) dan QP
(Quadratic Programming) Pada Unit Commitment-Economic Dispatch,” J. Tek. ITS, 2016,
doi: 10.12962/j23373539.v5i2.16181.
[16] X. Yuan, H. Nie, A. Su, L. Wang, and Y. Yuan, “An improved binary particle swarm
optimization for unit commitment problem,” Expert Syst. Appl., 2009, doi:
10.1016/j.eswa.2008.10.047.
[17] A. C. Pradana and A. Aditsania, “Implementasi Algoritma Binary Particle Swarm
Optimization ( BPSO ) dan C4 . 5 Decision Tree untuk Deteksi Kanker Berdasarkan
Klasifikasi Microarray Data,” e-Proceeding Eng., vol. 5, no. 3, pp. 7665–7682, 2018.
[18] N. Gama, F. Lisi, M. Tuegueh, and A. F. Nelwan, “Aliran Daya Optimal Pada Sistem
Minahasa,” E-Journal Tek. Elektro Dan Komput., vol. 1, no. 3, pp. 1–10, 2012.
[19] B. P. Hadhi, R. S. Wibowo, and I. Robandi, “Optimisasi Unit Commitment
Mempertimbangkan Fungsi Biaya Tidak Mulus Dengan Firefly Algorithm,” J. Tek.
POMITS, 2014.
[20] M. Y. Effendy, “Optimasi Unit Commitment Dengan Mempertimbangkan Rugi-Rugi
Daya Pada Saluran Transmisi Menggunakan Binary Particle Swarm Optimization (Bpso),”
2018.
[21] W. D. Stevenson, “Elements of Power System Analysis.” Book Company Inc., New York,
1955.
[22] T. S. Hutauruk, Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan Peralatan.
Jakarta: Erlangga, 1987.
[23] C. Sharma and M. G. Ganness, “Determination of the applicability of using modal analysis
for the prediction of voltage stability,” Transm. Distrib. Expo. Conf. 2008 IEEE PES
Powering Towar. Futur. PIMS 2008, pp. 1–7, 2008, doi: 10.1109/TDC.2008.4517033.
60
[24] P. Kundur, “Power System Stability And Control.” United States of America, Palo Alto,
California, p. 1661, 1993.
[25] Mario Roal, “Peningkatan Efisiensi Energi Menggunakan Baterai Dengan Kendali
Otomatis Penerangan Ruang Kelas Berbasis PLTS,” J. Elkha, vol. 7, no. Jurnal ELKHA
Vol.7, No 2, Oktober 2015, pp. 12–19, 2015.
[26] D. Adiwerna N, R. Seto Wibowo, and D. Fajar Uman Putra, “Unit Commitment
Mempertimbangkan Stabilitas Tegangan dengan Metode Binary Particle Swarm
Optimization (BPSO),” vol. 5, no. 2, 2016.
[27] Emmy Hosea and Yusak Tanoto, “Perbandingan Analisa Aliran Daya dengan
Menggunakan Metode Algoritma Genetika dan Metode Newton-Raphson,” J. Tek.
Elektro, vol. 4, no. 2, pp. 63–69, 2004, [Online]. Available:
http://puslit2.petra.ac.id/ejournal/index.php/elk/article/view/16190.
[28] A. J. Wood and F. Bruce, POWER GENERATION , OPERATION , AND CONTROL. .
[29] M. Saukani, “Analisa Perbandingan Aliran Daya Optimal Mempertimbangkan Biaya
Pembangkitan Dan Kestabilan Daya Menggunakan Particle Swarm Optimization Dan
Algoritma Genetika,” Kinetik, vol. 1, pp. 101–141, 2016.
[30] M. N. Abdullah, A. A. Ali, and M. A. M. Ariff, “Firefly Algorithm for Solving Non-
Convex Economic Load Dispatch Problem.”
[31] “Perbandingan Analisa Aliran Daya dengan Menggunakan Metode Algoritma Genetika
dan Metode Newton-Raphson,” J. Tek. Elektro, vol. 4, no. 2, 2005, doi: 10.9744/jte.4.2.