OPTIMASI UNIT COMMITMENT DENGAN

MEMPERTIMBANGKAN RUGI-RUGI DAYA PADA

SALURAN TRANSMISI MENGGUNAKAN BINARY

PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (BPSO)

LEMBAR JUDUL

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan

Guna Meraih Gelar Sarjana Strata 1

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh :

MUHAMMAD YUNUS EFFENDY

201410130311133

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2018

ii

LEMBAR PENGESAHAN

OPTIMASI UNIT COMMITMENT DENGAN MEMPERTIMBANGKAN

RUGI-RUGI DAYA PADA SALURAN TRANSMISI MENGGUNAKAN

BINARY PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (BPSO)

Tugas Akhir ini Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana

(S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Oleh:

MUHAMMAD YUNUS EFFENDY

201410130311133

Tanggal Ujian : 13 Oktober 2018

Tanggal Wisuda : 24 November 2018

Disetujui Oleh:

1. Ir. Diding Suhardi, M.T

NIDN. 0706066501

(Pembimbing I)

2. Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, M.T

NIDN. 0705056501

(Pembimbing II)

3. Machmud Effendy, S.T., M.Eng

NIDN. 0715067402

(Penguji I)

4. Dr. Zulfatman, S.T., M.Eng

NIDN. 0709117804

(Penguji II)

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Elektro

Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T

NIDN. 0718036502

iii

LEMBAR PERSETUJUAN

OPTIMASI UNIT COMMITMENT DENGAN MEMPERTIMBANGKAN

RUGI-RUGI DAYA PADA SALURAN TRANSMISI MENGGUNAKAN

BINARY PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (BPSO)

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh:

MUHAMMAD YUNUS EFFENDY

201410130311133

Disetujui Oleh:

Pembimbing I

Ir. Diding Suhardi, M.T

NIDN. 0706066501

Pembimbing II

Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, M.T

NIDN. 0705056501

iv

LEMBAR PERNYATAAN

Yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : MUHAMMAD YUNUS EFFENDY

Tempat/Tgl. Lahir : MOJOKERTO / 15 JANUARI 1996

NIM : 201410130311133

Fakultas/Jurusan : TEKNIK/TEKNIK ELEKTRO

Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir dengan judul “OPTIMASI

UNIT COMMITMENT DENGAN MEMPERTIMBANGKAN RUGI-RUGI

DAYA PADA SALURAN TRANSMISI MENGGUNAKAN BINARY

PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (BPSO)” 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, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya

siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.

Malang,

Yang Membuat Pernyataan

MUHAMMAD YUNUS EFFENDY

Mengetahui,

Pembimbing I

Ir. Diding Suhardi, M.T

NIDN. 0706066501

Pembimbing II

Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, M.T

NIDN. 0705056501

v

ABSTRAK

Unit Commitment (UC) merupakan permasalahan penjadwalan pembangkit

tenaga listrik. Penjadwalan unit pembangkit pada sistem tenaga listrik memiliki

banyak batasan-batasan. Selain batasan-batasan yang ada, pada sistem tenaga listrik

perlu dipertimbangkan mengenai daya yang hilang pada waktu transmisi (daya

losses). Sehingga pada tugas akhir ini akan dilakukan analisa aliran daya

menggunakan metode Newton Raphson dan melakukan perancangan serta

penerapan algoritma Binary particle swarm optimization (BPSO) untuk

memecahkan permasalahan UC. Tujuan dari analisa aliran daya agar dapat

mengetahui rugi-rugi daya pada suatu sistem dan optimasi UC berfungsi untuk

memenuhi kebutuhan daya listrik dengan biaya pembangkitan seminimal mungkin

selama rentang waktu tertentu. Hasil yang didapat menunjukkan bahwa metode

Newton Raphson dapat digunakan untuk analisa aliran daya dengan waktu

komputasi yang cepat sedangkan algoritma BPSO dapat menyelesaikan

permaslahan UC dengan batasan-batasan yang ada. Optimasi UC dengan

mempertimbangkan rugi-rugi daya mengakibatkan penyalaan pembangkit yang

lebih banyak serta meningkatnya biaya pembangkitan sebesar 5.83% atau sebesar

$817.81.

Kata kunci: Unit Commitment, BPSO, daya losses, sistem tenaga listrik

vi

ABSTRACT

Unit Commitment (UC) is a power plant scheduling problem. The

scheduling of generating units in electric power systems has many limitations. In

addition to the limitations that exist, the electric power system needs to be

considered regarding the power lost during transmission time (power losses). So

that this final project will analyze the power flow using the Newton Raphson method

and design and implement the Binary particle swarm optimization (BPSO)

algorithm to solve UC problems. The purpose of the power flow analysis in order

to find out the power losses in a system and the optimization of UC functions to

meet the needs of electric power with minimal generation costs over a certain time

span. The results obtained show that the Newton Raphson method can be used for

power flow analysis with fast computation time while the BPSO algorithm can solve

the UC problem with existing constraints. UC optimization by considering power

losses results in the ignition of more power and an increase in generating costs of

5.83% or $ 817.81.

Keywords: Unit Commitment, BPSO, Power losses, electric power system

vii

LEMBAR PERSEMBAHAN

Sembah sujud serta syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta'ala. Taburan

cinta dan kasih sayang-Nya telah memberikan saya kekuatan dan membekali saya

dengan ilmu. Atas karunia serta kemudahan yang Allah berikan kepada saya

akhirnya skripsi yang sangat sederhana ini dapat terselesaikan. Sholawat dan salam

selalu terlimpahkan kepada Rasulallah Muhammad Shalallaahu 'Alayhi Wasallam.

Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Ayah Naim dan Ibu Sulikah yang penulis sayangi dan banggakan, terima

kasih atas semua yang telah beliau berikan dengan tulus ikhlas, membesarkan,

menyayangi, mengasihi, membimbing, mendo’akan, mendukung dan

berkorban demi masa depan penulis.

2. Adek Indira Fauziyah Aisyarah dan keluarga semua yang selalu menghibur

dan yang selalu memberikan semangat buat penulis.

3. Dekan Fakultas Teknik, Bapak Dr, Ir. Ahmad Mubin, MT dan seluruh jajaran

Dekanat serta keluarga besar Universitas Muhammadiyah Malang.

4. Ketua Jurusan Teknik Elektro Ibu Ir. Nur Alif M., MT. dan Sekretaris Jurusan

Teknik Elektro Bapak Widianto, ST, MT. beserta seluruh staf Jurusan Teknik

Elektro.

5. Bapak Ir. Diding Suhardi, MT dan Bapak Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, MT

yang telah mendukung, meluangkan banyak waktu, tenaga dan pikiran untuk

membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

6. Kawan-kawan asisten Laboratorium Teknik Elektro sebagai rekan selama

menjadi asisten, Ikhwan, Angga, Ridho, Madha, Asadul, Lafa dan yang

lainnya.

7. Kawan-kawan semua Teknik Elektro kelas C angkatan 2014 yang selalu

membuat kegembiraan

8. Seluruh civitas akademika (dosen, asisten, dan karyawan) Universitas

Muhammadiyah Malang yang telah membekali ilmu dan membantu penulis

selama proses studi.

9. Dan yang terakhir, semuanya yang telah membantu penulis yang tidak bisa

disebutkan satu persatu.

viii

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 UNIT COMMITMENT DENGAN MEMPERTIMBANGKAN

RUGI-RUGI DAYA PADA SALURAN TRANSMISI MENGGUNAKAN

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

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL .................................................................................................. i

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... i

LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................ iii

LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................. iv

ABSTRAK ............................................................................................................. v

ABSTRACT ........................................................................................................... vi

LEMBAR PERSEMBAHAN ............................................................................. vii

KATA PENGANTAR ........................................................................................ viii

DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xii

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................................ 1

1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah .......................................................................................... 3

1.4 Tujuan Penelitian ......................................................................................... 3

1.5 Sistematika Penulisan .................................................................................. 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 5

2.1 Tinjauan Penelitian Terdahulu .................................................................... 5

2.2 Landasan Teori ............................................................................................ 6

2.2.1 Sistem Tenaga Listrik........................................................................... 6

2.2.2 Beban .................................................................................................... 6

2.2.3 Analisa Aliran Daya dengan Newton-Raphson .................................... 7

2.2.4 Unit Commitment (UC) ..................................................................... 10

x

2.2.4.1 Kendala Dalam UC ..................................................................... 11

2.2.4.2 Biaya Start-up ............................................................................. 11

2.2.4.3 Biaya Shut Down ......................................................................... 11

2.2.4.4 Waktu Nyala dan Padam Minimal Unit Pembangkit .................. 12

2.2.4.5 Persamaan Biaya Konsumsi Bahan Bakar dan Pembangkitan ... 12

2.2.4.6 Persamaan Fungsi Multiobjektif ................................................. 13

2.2.5 Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) .................................... 13

2.2.5.1 Dasar BPSO ................................................................................ 13

BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 16

3.1 Data Penelitian .......................................................................................... 16

3.1.1 Karateristik Saluran ............................................................................ 16

3.1.2 Data Beban dan Pembangkit .............................................................. 17

3.1.3 Fungsi Biaya dan Batasan Kemampuan Pembangkit ......................... 18

3.1.4 Data Pembebanan Sistem Standart IEEE 14 Bus 24 Jam .................. 19

3.2 Pemodelan Sistem Standar IEEE 14 Bus .................................................. 20

3.3 Alur Pengerjaan ......................................................................................... 21

3.4 Penerapan Newton Raphson Untuk Analisa Load Flow .......................... 22

3.5 Penerapan Algoritma Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) Pada

Unit Commitment (UC) ............................................................................. 23

3.5.1 Inisialisasi BPSO ................................................................................ 24

3.5.1.1 Parameter-parameter BPSO ........................................................ 24

3.5.1.2 Inisialisasi posisi dan kecepatan partikel .................................... 24

3.5.2 Evaluasi Fitness Function .................................................................. 25

3.5.3 Penentuan Posisi Terbaik Pbest dan Gbest ........................................ 25

3.5.4 Update Kecepatan dan Posisi Partikel ............................................... 25

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 26

xi

4.1 Analisa Aliran Daya .................................................................................... 26

4.1.1 Rugi-Rugi Daya.................................................................................. 28

4.2 Pengujian Kasus 1 Sistem IEEE 14 Bus ................................................... 29

4.2.1 Penjadwalan Pembangkit Kasus 1 Sistem IEEE 14 Bus .................... 29

4.2.2 Pembangkitan Daya Tiap-tiap Pembangkit Kasus 1 .......................... 30

4.2.3 Total Biaya Pembangkitan Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus .................. 32

4.3 Pengujian Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus ................................................... 33

4.3.1 Penjadwalan Pembangkit Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus .................... 33

4.3.2 Pembangkitan Daya Tiap-tiap Pembangkit Kasus 2 .......................... 34

4.3.3 Total Biaya Pembangkitan Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus .................. 36

4.4 Perbandingan Metode ................................................................................. 37

BAB V PENUTUP ............................................................................................... 40

5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 40

5.2 Saran ............................................................................................................ 40

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 41

LAMPIRAN .......................................................................................................... 43

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.2 Diagram Konsep Particle Swarm Optimization dengan Single Global

Minimum [13]. ...................................................................................... 14

Gambar 3.1 Single Line Diagram Sistem Stadar IEEE 14 Bus ............................ 20

Gambar 3.2 Flowchart Tahap Penyelesaian Penelitian ......................................... 21

Gambar 3.3 Flowchart Penyelesaian Aliran Daya Menggunakan Newton Raphson

.............................................................................................................. 22

Gambar 3.4 Flowchart Unit Commitment Menggunkan BPSO ............................ 23

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Beban dengan Losses ........................................... 29

Gambar 4.2 Perbandingan Daya Beban dengan Daya Pembangkitan .................. 32

Gambar 4.3 Perbandingan Daya Beban dengan Daya Pembangkitan .................. 35

Gambar 4.4 Perbandingan Total Biaya Pembangkitan ......................................... 39

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Data Saluran Transmisi Sistem Standar IEEE 14 bus .......................... 17

Tabel 3.2 Data Pembebanan Sistem Standart IEEE 14 Bus.................................. 18

Tabel 3.3 Data Daya Yang Dibangkitkan Oleh Setiap Pembangkit Sistem Standar

IEEE 14 Bus ......................................................................................... 18

Tabel 3.4 Fungsi Biaya Dari Masing-Masing Pembangkit ................................... 19

Tabel 3.5 Data Pembebanan Sistem IEEE 14 Bus 24 Jam ................................... 19

Tabel 4.1 Aliran Daya Sistem IEEE 14 Bus Beban Minimum Harian ................. 27

Tabel 4.2 Aliran Daya Sistem IEEE 14 Bus Beban Maksimum Harian ............... 27

Tabel 4.3 Rugi-Rugi Daya Sistem 14 Bus ............................................................ 28

Tabel 4.4 Penjadwalan Kasus 1 Sistem IEEE 14 Bus ........................................... 30

Tabel 4.5 Daya Tiap-tiap Pembangkit Kasus 1 ..................................................... 31

Tabel 4.6 Biaya Pembangkitan Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus .............................. 32

Tabel 4.7 Biaya Pembangkitan Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus (lanjutan) ............. 33

Tabel 4.8 Penjadwalan Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus ........................................... 34

Tabel 4.9 Daya Tiap-tiap Pembangkit Kasus 2 ..................................................... 34

Tabel 4.10 Daya Tiap-tiap Pembangkit Kasus 2 (lanjutan) .................................. 35

Tabel 4.11 Biaya Pembangkitan Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus ............................ 36

Tabel 4.12 Biaya Pembangkitan Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus (lanjutan) ........... 37

Tabel 4.13 Hasil Penjadwalan UC Tanpa Mempertimbangkan Rugi-rugi

Transmisi .............................................................................................. 38

Tabel 4.14 Penjadwalan UC Mempertimbangkan Rugi-rugi Transmisi ............... 38

41

DAFTAR PUSTAKA

[1] Marsudi, D. “Operasi Sistem Tenaga Listrik”, Balai Penerbit & Humas

ISTN, Jakarta, 2006.

[2] Senjyu, T., Shimabukuro, K., Uezato, K., Funabashi, T. 2003. A fast

technique for unit commitment problem by extended priority list. IEEE

Trans Power Syst. 8 (2):882–8.

[3] Su CC, Hsu YY. 2003. Fuzzy dynamic programming: an application to unit

commitment. IEEE Trans Power Syst. 6 (3):1231–7.

[4] Ongsakul, W., Petcharaks, N. 2004. Unit commitment by enhanced adaptive

Lagrangian relaxation. IEEE Trans Power Syst. 19 (1):620–8.

[5] Sarjiya, Hadi, Sasongko Pramono, Wijayanti, Daniar Rizki. 2016. Unit

Commitment dengan Kekangan Keandalan Menggunakan Algoritma

Genetika Mempertimbangkan Ketidakpastian Beban. JNTETI. 5 (4): 341-

347.

[6] Hadhi, Benny Prastikha, Wibowo, Rony Seto, Robandi, Imam. 2014.

Optimisasi Unit Commitment Mempertimbangkan Fungsi Biaya Tidak

Mulus Dengan Firefly Algorithm. Jurnal Teknik POMITS. 3 (1): B30-B35.

[7] Longethiran, T., Srinivasan, Dipti. 2010. Particle Swarm Optimization for

Unit Commitment Problem. IEEE Trans Power Syst : 642-647.

[8] Yang, Linfeng, dkk. 2017.A novel projected two-binary-variable

formulation for unit commitment in power system. ScienceDirect Applied

Energy. 187: 732-745.

[9] Utama, Fahrizal Fitra, Wibowo, Rony Seto, Putra, Dimas F.U. 2016. Unit

Commitment Mempertimbangkan Fungsi Biaya Tak Mulus dengan Metode

Binary Particle Swarm Optimization. Jurnal Teknik ITS. 5 (2): B295-B298.

[10] Hosea, Emmy, Tanoto, Yusak. 2005. Perbandingan Analisa Aliran Daya

dengan Menggunakan Metode Algoritma Genetika dan Metode Newton-

Rhapshon. Jurnal Teknik Elektro. 4 (2): 63-69.

[11] Dispankar, D. & Douglas, M. R. 1993. Short Term Unit Commmitment

Using Genetic Algorithm. Technical Report No IKBS-16-93, 10 August.

42

[12] Wood, J. A. & Wollenberg, B. F. 1996. Power Generation, Operation, and

Control. New York: John Wiley & Sons, Inc.

[13] Pramitasari, Lilian. 2018. Analisis Perbandingan Metode Optimasi Aliran

Daya Menggunakan Particle Swarm Optimization Dan Artificial Bee

Colony Berdasarkan Multi-Objective Function. Jurusan Teknik Elektro,

Universitas Muhammadiyah Malang.

[14] Souag and Benhamida, 2014. “Secured Economic Dispatch Algorithm using

GSDF Matrix”. Department of Electrical Engineering, Uniersity of Djilali

Liabes, Algeria.