optimasi biaya pembangkitan (economic dispatch) …eprints.umm.ac.id/54453/1/pendahuluan.pdf ·...
TRANSCRIPT
i
OPTIMASI BIAYA PEMBANGKITAN (ECONOMIC
DISPATCH) DENGAN MEMPERTIMBANGKAN RUGI-RUGI
DAYA PADA SALURAN TRANSMISI MENGGUNAKAN
GAUSSIAN PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (GPSO)
Skripsi
Diajukan Untuk memenuhi
Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Starta 1
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun oleh:
Imam Abdul Hadi Hasan
201410130311126
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2019
ii
LEMBAR PENGESAHAN
OPTIMASI BIAYA PEMBANGKITAN (ECONOMIC DISPATCH)
DENGAN MEMPERTIMBANGKAN RUGI-RUGI DAYA PADA
SALURAN TRANSMISI MENGGUNAKAN GAUSSIAN PARTICLE
SWARM OPTIMIZATION (GPSO)
Tugas Akhir Ini Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Oleh:
Imam Abdul Hadi Hasan
201410130311126
Tanggal Ujian : 18 Maret 2019
Tanggal Wisuda : 27 April 2019
Disetujui Oleh:
1. Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, M.T (Pembimbing I)
NIDN. 0705056501
2. Ir. Diding Suhardi, M.T (Pembimbing II)
NIDN. 0706066501
3. Ir. Nurhadi, MT (Penguji I)
NIDN. 0731126202
4. Machmud Effendy, S.T.,M.Eng. (Penguji II)
NIDN. 0715067402
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Elektro
Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T
NIDN. 0718036502
iii
LEMBAR PERSETUJUAN
OPTIMASI BIAYA PEMBANGKITAN (ECONOMIC
DISPATCH) DENGAN MEMPERTIMBANGKAN RUGI-RUGI
DAYA PADA SALURAN TRANSMISI MENGGUNAKAN
GAUSSIAN PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (GPSO)
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
IMAM ABDUL HADI HASAN
201410130311126
Disetujui Oleh:
Pembimbing I Pembimbing II
Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, M.T Ir. Diding Suhardi, M.T
NIDN. 0705056501 NIDN. 0706066501
iv
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertandatangan dibawah ini:
Nama : IMAM ABDUL HADI HASAN
Tempat/Tgl.Lahir : LAMONGAN / 07 JULI 1996
NIM : 201410130311126
Fakultas/Jurusan : TEKNIK/TEKNIK ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa tugas akhir ini dengan judul
“OPTIMASI BIAYA PEMBANGKITAN (ECONOMIC DISPATCH)
DENGAN MEMPERTIMBANGKAN RUGI-RUGI DAYA PADA SALURAN
TRANSMISI MENGGUNAKAN GAUSSIAN PARTICLE SWARM
OPTIMIZATION (GPSO)” beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan
bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali
dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila
kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya
saya ini maka saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.
Malang, 11 Maret 2019
Yang Membuat Pernyataan
IMAM ABDUL HADI HASAN
Disetujui Oleh:
Pembimbing I Pembimbing II
Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, M.T Ir. Diding Suhardi, M.T
NIDN. 0705056501 NIDN. 0706066501
v
ABSTRAK
Economic Dispatch (ED) merupakan permasalahan pembagian beban pada
unit pembangkit listrik untuk memenuhi kebutuhan daya listrik dengan biaya
pembangkitan seminimal mungkin. Pengoperasian ekonomis pada penelitian ini
menggunakan dua batasan, yakni antara lain equality constraints (persamaan
kendala) serta inequality constraints (pertidaksamaan kendala). Selain batasan-
batasan yang ada, pada sistem tenaga listrik perlu dipertimbangkan mengenahi daya
yang hilang pada waktu transmisi (daya losses). Maka pada penelitian ini akan
menyelesaikan permasalahan ED menggunakan algoritma Gaussian Particle
Swarm Optimization (GPSO) dengan mempertimbangkan daya losses yang
kemudian akan dibandingkan dengan algoritma Ant Colony Optimization (ACO)
serta algoritma Particle Swarm Optimization (PSO). Untuk menyelesaikan
perhitungan rugi-rugi daya pada sistem menggunakan metode Newton-Raphson
(N-R), Dengan metode PSO biaya pembangkitan dapat direduksi sebesar 165,07 $/h
atau lebih murah sebesar 1,05 %, sedangkan menggunakan metode GPSO biaya
pembangkitan dapat direduksi sebesar 160.07 $/h atau lebih murah sebesar 1,02 %,
dibandingkan dengan menggunakan metode ACO.
Kata kunci: Economic Dispatch, GPSO, ACO, PSO, daya losses.
vi
Abstract
Economic Dispatch (ED) is a load sharing problem in a power plant unit to
meet the electricity needs with minimum generation costs. in this study Economic
operation uses two limitations, namely equality constraints and inequality
constraints. In addition to the limitations that exist, the power system needs to be
considered for the power lost at the time of transmission (power losses). So this
study will solve ED problems using the Gaussian Particle Swarm Optimization
(GPSO) algorithm by considering power losses which will then be compared with
the Ant Colony Optimization (ACO) algorithm and the Particle Swarm
Optimization (PSO) algorithm. To complete the power loss calculation on the
system using the Newton-Raphson method (NR), the PSO method can reduce the
generation cost by 165.07 $ / h or cheaper by 1.05%, while using the GPSO method
the generation cost can be reduced by 160.07 $ / h or cheaper by 1.02%, compared
to using the ACO method.
Keywords: Economic Dispatch, GPSO, ACO, PSO, Power losses.
vii
LEMBAR PERSEMBANGAN
Segala Puji Serta rasa syukur atas kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala, serta
limpahan rahmat cinta dan kasih sayang-Nya yang telah memberikan penulis
kekuatan dan membekali dengan ilmu. Atas karunia serta kemudahan yang Allah
berikan kepada penulis sehingga pada akhirnya Tugas Akhir yang sangat sederhana
ini dapat terselesaikan. Sholawat serta salam selalu terlimpahkan kepada Rasulallah
Muhammad Shalallahu ‘Alayhi Wasallam. Penulis ingin menyampaikan ungkapan
rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Ibu Miftahul Jannah, serta Aba Husen yang selalu senantiasa memberikan
do’a, kesabaran, perjuangan, dan memberikan dukungan materil maupun
moril selama penulis menempuh pendidikan di Universitas Muhammadiyah
Malang.
2. Ketua Jurusan Teknik Elektro Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T dan
sekertaris jurusan Teknik Elektro Bapak Widianto,ST,MT. beserta seluruh
staf Jurusan Teknik Elektro.
3. Bapak Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, MT dan Bapak Ir. Diding Suhardi,
M.T selaku pembimbing I dan Pembimbing II yang telah mendukung, serta
meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk membimbing penulis dalam
menyelesaikan skripsi ini.
4. Seluruh dosen dan karyawan Jurusan Teknik Elektro yang telah membantu
serta memberikan ilmu dengan ikhlas kepada penulis selama menempu
pendidikan.
5. Teman-teman Himpunan Mahasiswa Teknik elektro UMM angkatan
2015/2016 yang telah memberikan ilmu tentang organisasi kepemimpinan
serta memberikan ikatan tali persaudaraan.
6. Kawan-kawan seperjuangan “Elektro C 2014” yang tidak bisa penulis
sebutkan satu-persatu yang telah memberikan banyak dukungan serta
motivasi selama 4 tahun belajar bareng.
7. Kawan-kawan kontrakan yang selama ini memberikan ruang dan tempat
kepada penulis dalam mengerjakan skripsi, terkhusus kepada saudara
viii
Muhammad Yunus Effendi yang selama ini telah banyak membantu
penulis.
8. Keluarga besar pengasuh pondok Pesanteren Miftahul Ulum, Umi, KH.
Hasannudin, Gus Syaifudin Arif, Ning Uswatun Hasanah, Gus Huda dan
Ning Jamilah yang selama 5 tahun ini menerima penulis dengan sepenuh
hati dan memberikan ilmu yang sangat-sangat bermanfaat.
9. Rekan-rekan keluarga besar santri pondok Pesanten Miftakhul Ulum yang
selama ini memberikan rasa kekeluargaan yang tak akan terlupakan.
10. Rekan sekamar penulis kang Riyadus Sholihin, Valdy Syahrul Farobi, dan
Jamaluddin yang menjadi teman gokil selama ini.
Akhirnya penulis berharap, semoga laporan ini dapat bermanfaat dalam
pengembangan ilmu dalam bidang elektro khususnya Jurusan Teknik Elektro
Universitas Muhammadiyah Malang, terlebih khusus kepada penulis sendiri
serta pembaca sekalian.
Malang, 11 Maret 2019
Imam Abdul Hadi Hasan
ix
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 BIAYA PEMBANGKITAN (ECONOMIC
DISPATCH) DENGAN MEMEPERTIMBANGKAN RUGI-RUGI
DAYA PADA SALURAN TRANSMISI MENGGUNAKAN
GAUSSIAN PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (GPSO)’’
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
x
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL .................................................................................................. i
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. ii
LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................ iii
LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................. iv
ABSTRAK ............................................................................................................. v
ABSTRACT ........................................................................................................... vi
LEMBAR PERSEMBAHAN ............................................................................. vii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix
DAFTAR ISI .......................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xiiii
DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiv
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................... 3
1.3 Tujuan Penelitian ......................................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah .......................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 5
2.1 Economic Dispatch ...................................................................................... 5
2.2 Persamaan Economic Dispatch (ED) dengan Rugi-Rugi Daya .................. 6
2.3 Studi Aliran Daya Menggunakan N-R (Newton-Raphson) ..................... 10
2.4 Karakteristik Ekonomis Pembangkit Termal ............................................ 14
2.4.1 Karakteristik Input-Output ............................................................... 14
2.4.2 Karakteristik Heat Rate (Tingkat panas) ......................................... 15
xi
2.4.3 Karakteristik Incremental Heat Rate (IHC) dan Incremental Fuel
Cost (IFC) ....................................................................................... 16
2.5 Gaussian Particle Swarm Optimization (GPSO) ...................................... 17
BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 21
3.1 Data Penelitian .......................................................................................... 21
3.1.1 Karateristik Fungsi Biaya Masing-Masing Pembangkit .................. 21
3.1.2 Data Karakteristik Saluran ............................................................... 22
3.1.3 Data Beban dan Pembangkit ............................................................ 23
3.1.4 Pemodelan Single Line Diagram (SLD) Sistem .............................. 25
3.2 Runtut/Tahapan Penyelesaian ................................................................... 26
3.3 Implementasi Metode N-R (Newton Raphson) Untuk Menganalisa Aliran
Daya/Load Flow Analysis ......................................................................... 27
3.4 Penerapan Metode Optimiasi Menggunakan Gaussian Particle Swarm
Optimization (GPSO) pada masalah Economic Dispatch ......................... 28
3.5 Inisialisasi/Penamaan GPSO ..................................................................... 29
3.5.1 Parameter GPSO Algorithm ............................................................ 29
3.5.2 Inisialisasi Posisi dan Kecepatan Swarm/Partikel ........................... 30
3.5.3 Evaluasi/pertimbangan Fitness Function ......................................... 30
3.5.4 Pemilihan Posisi Terbaik Pbest dan Gbest ...................................... 30
3.5.5 Memperbaharui Posisi dan Kecepatan Swarm/Partikel ................... 30
BAB IV PEMBAHASAN .................................................................................... 32
4.1 Analisa Aliran Daya .................................................................................... 32
4.2 Daya Pembangkitan Generator dan Rugi Daya ........................................... 34
4.3 Total Biaya Pembangkitan Pada Sistem ...................................................... 36
4.4 Grafik Konfigurasi Setiap Metode ............................................................. 39
4.4.1 Grafik Konfigurasi Metode ACO .................................................... 39
4.4.2 Grafik Konfigurasi Metode PSO ..................................................... 40
xii
4.4.3 Grafik Konfigurasi Metode GPSO .................................................. 41
4.4.4 Grafik Konfigurasi Gabungan Metode PSO dan GPSO .................. 42
BAB V PENUTUP ............................................................................................... 44
5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 44
5.2 Saran ............................................................................................................ 44
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 46
LAMPIRAN ......................................................................................................... 48
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pemodelan Pembangkit Mensuplai Beban Melalui Jaringan Transmisi
Dengan Rugi-Rugi Daya ...................................................................... 6
Gambar 2.2 Pemodelan Saluran Transmisi Untuk Perhitungan Aliran Daya dan
Rugi Daya Pada Saluran ..................................................................... 10
Gambar 2.3 Kesetimbangan Daya Bus i Pada Daya Aktif dan Reaktif ................ 13
Gambar 2.4 Kurva Karakteristik Input-output ...................................................... 14
Gambar 2.5 Contoh Kurva Karakteristik heat rate ............................................... 15
Gambar 2.6 Contoh Kurva Karakteristik incremental heat rate dan incremental
fuel cost .............................................................................................. 16
Gambar 3.1 SLD (Single Line Diagram) System Standard IEEE 26 Bus ............. 25
Gambar 3.2 Flowchart Tahapan Pengerjaan Penelitian ........................................ 26
Gambar 3.3 Diagram Alir Tahapan Pengerjaan Aliran Daya Menggunakan N-R
(Newton Raphson) ............................................................................. 27
Gambar 3.4 Diagram Alir Economic Dispatch Menggunakan GPSO .................. 29
Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Total Daya Pembangkitan Generator .............. 35
Gambar 4.2 Grafik Rugi-Rugi Daya Pada Sistem ................................................ 36
Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Total Biaya Pembangkitan Pada Sistem ......... 37
Gambar 4.4 Grafik Konvergensi Total Biaya Pembangkitan Pada Sistem
menggunakan metode ACO ............................................................... 39
Gambar 4.5 Grafik Konvergensi Total Biaya Pembangkitan Pada Sistem
menggunakan metode PSO ................................................................ 40
Gambar 4.6 Grafik Konvergensi Total Biaya Pembangkitan Pada Sistem
menggunakan metode GPSO ............................................................. 41
Gambar 4.7 Grafik Konvergensi Total Biaya Pembangkitan Pada Sistem
menggunakan gabungan metode PSO dan GPSO .............................. 42
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Fungsi Biaya Masing-Masing Pembangkit ........................................... 21
Tabel 3.2 Data Karakteristik Saluran Transmisi System Standatd IEEE 26 Bus .. 22
Tabel 3.3 Data Pembebanan System Standatd IEEE 26 Bus ................................ 23
Tabel 3.4 Data Batasan Daya Maksimal Dan Minimal Yang Dapat Dibangkitkan
Pembangkit Pada Sistem Standar IEEE 26 Bus ................................. 24
Tabel 4.1 Aliran Daya Pada Sistem Standar IEEE 26 Bus ................................... 33
Tabel 4.2 Perbandingan Daya Pembangkitan Masing-Masing Generator ............ 34
Tabel 4.3 Perbandingan Rugi-Rugi Daya Setiap Metode Pada Sistem ................ 35
Tabel 4.4 Perbandingan Biaya Pembangkitan Setiap Metode .............................. 36
Tabel 4.5 Biaya Pembangkitan setiap generator metode ACO dan GPSO ........... 38
46
DAFTAR PUSTAKA
[1] Marsudi, D., “Operasi Sistem Tenaga Listrik”, Balai Penerbit & Humas ISTN,
Jakarta, 2006.
[2] Wood, J. A. & Wollenberg, B. F., “Power Generation, Operation, and
Control” New York: John Wiley & Sons, Inc, 1996.
[3] Aziz, A. M. A., Musirin, J. I., dan Rahman, T. K. A.X, “Solving Economic
Dispatch Using Evolutionary Programming”. First International Power and
Energy Conference PECon, Putra Jaya, Malaysia, 144-149. 2006.
[4] Husein. A., “Efisiensi Biaya Pembangkitan (Economic Dispatch) Dengan
optimasi Pada Sistem Standar IEEE 26 Bus Menggunakan Metode Ant Colony
Optimization (ACO)”. Jurusan Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah
Malang, Malang, 2018.
[5] Laoufi, A., Hazzab, A., & Rahli, M., “Economic Power Dispatch Using
Fuzzy Genetic Algorithm”. International Jourrnal of Applied Engineering
Research, 1(3), 409-426. 2006.
[6] Rahman. A., “Analisa Pembebanan Ekonomis Pada Pembangkit Sistem 500kV
Jawa-Bali Menggunakan Particle Swarm Optimization”. Jurusan Teknik
Elektro, Universitas MUhammadiyah Malang, Malang, 2017.
[7] Komsiyah, S., “Perbandingan Metode Gaussian Particle Swarm Optimization
(GPSO) dan Lagrange Multiplier Pada masalah Economic Dispatch”.
Comtech.Vol.3, No.1,228-240.
[8] Cekmas Cekdik., “ Sistem Tenaga Listrik – Contoh Soal dan Penyelesainnya
Mengunakan Matlab”. II ed. Yogtakarta:Andi. 2010
[9] Komsiyah, S., “Compulational Methods of Gaussian Particle Swarm
Optimization (GPSO) And Lagrange Multiplier on Economic Dispatch Issue
(Case Study on Electrical System of Java-Bali IV Area)”. ICASCE,00014-p.1
– 00014-p.8
[10] Varma, S. C., Murthy, K. S. L. dan Chandan, K. S., “Gaussian Particle Swarm
Optimization for Combined Economic Emission Dispatch”. E.E.E.
Departement, Gitam University, India, 2013.
47
[11] Krohling, R. A., “Gaussian Swarm : A Novel Particle Swarm Optimization
Algorithm”. Singapore, 1-3 December, 2004.
[12] Coelho, L.S dan Lee, C.S., “Solving Economic Load Dispatch Problem in
Power System Using Chaotic and Gaussian Particle Swarm Optimization
Approaches”. Journal of Electrical Power and Energy Systems, 30, 297-307.
2008.
[13] El-Ela, A.A.A. dan El-Sehiemy, R.A.A. (2007). Optimized Generation Costs
Using Modified Particle Swarm Optimization Version. WSEAS Transactions
on Power Systems, 2(10), 225-232.
[14] Panigrahi, B. K., Pandi, V. R., & Das, S. (2008). Adaptive Particle Swarm
Optimization Approach for Static and Dynamic Economic Load Dispatch.
Journal of Energy Conversion and Management, 49, 1407-1415.
[15] Soung and Benhamida, (2014). “Secured Economic Dispatch Algorithm using
GSDF Matrix”. Departement of Electrical Engineering, University of Djilali
Liabes, Algeria.