optimisasi operasi sistem tenaga listrik dengan konstrain ... · optimisasi operasi sistem tenaga...

28
Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State Global J ohny Custer (2209201007) Dosen Pembimbing : Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M. Sc., Ph.D P f D I Adi S ij MT Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT .

Upload: doanhanh

Post on 18-Jul-2018

323 views

Category:

Documents


20 download

TRANSCRIPT

Page 1: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi

Generator dan Kestabilan Steady State Global

Johny Custer (2209201007)J y ( )

Dosen Pembimbing :Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M. Sc., Ph.DP f D I Adi S ij MTProf. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT.

Page 2: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

P d h lPendahuluan

Kajian Pustaka dan Dasar Teori

Metoda PenelitianMetoda Penelitian

Simulasi dan Analisis

Penutupp

Page 3: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

PendahuluanPendahuluanLatar Belakang

Tenaga Listrik Ekonomis dan Aman

- Biaya Pembangkitan Minimal

Rumusan Masalah

y g(MIPSO OPF)

- Melihat Batasan- Kapabilitas Operasi GeneratorMasalah

Batasan M l h

p p- Indeks Kestabilan Steady State

- IEEE 30 Bus dan Sistem 500 kV Jawa baliMasalah

Tujuan

Jawa bali- Operasi Kondisi Normal- Simulasij

PenelitianKontribusi

- Memperoleh Operasi STL yang Ekonomis dan Aman

Diharapkan bisa dijadikan dasar atau Kontribusi Penelitian

- Diharapkan bisa dijadikan dasar atau pertimbangan untuk pengoperasian STL yang murah dan aman

Page 4: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Kajian Pustaka dan Dasar TeoriKajian Pustaka dan Dasar TeoriKajian Pustaka dan Dasar TeoriKajian Pustaka dan Dasar Teori

Referensi [12-14]Referensi [10-11]

Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan

Kestabilan Steady State GlobalKestabilan Steady State GlobalKestabilan Steady State GlobalKestabilan Steady State Global

Page 5: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Economic DispatchEconomic DispatchEconomic DispatchEconomic DispatchED : Pembagian pembebanan pada pembangkit pembangkit yang ada ED : Pembagian pembebanan pada pembangkit pembangkit yang ada

dalam sistem secara optimal dan ekonomis pada harga beban sistem tertentu.

Beberapa Metoda ED :

1 Faktor Pengali Lagrange1. Faktor Pengali Lagrange

2. Iterasi Lambda

3. Base Point dan Faktor Partisipasip

Page 6: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Losses Di PerhitungkanLosses Di PerhitungkanLosses Di PerhitungkanLosses Di Perhitungkan

)(∑=N

iiT PFF

NT FFFFF ++++= .....321

2( )F P a b P c P= + +)(1

∑=i

iiT PFF

∑−+==N

iLR PPPoφ φ : Konstrain, Daya yang dibangkitkan sama dengan daya

( )i i i i i i iF P a b P c P= + +

∑=i 1 yang diterima beban ditambah rugi transmisi.

Page 7: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

AnalisAnalisaa AliranAliran DayaDaya OptimalOptimalAnalisAnalisaa AliranAliran DayaDaya OptimalOptimal

Analisis untuk mengoptimalkan suatuAnalisis untuk mengoptimalkan suatufungsi objektif yang secara simultanperhitungannya juga memenuhi batasankeseimbangan aliran dayag yFungsi objektif

Biaya pembangkitan Economic DispatchBiaya pembangkitan Economic DispatchRugi-rugi pada jaringanInjeksi daya reaktifdsb.

Page 8: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Batasan batasan dalam Aliran dayaBatasan batasan dalam Aliran dayaBatasan batasan dalam Aliran dayaBatasan batasan dalam Aliran daya

Keseimbangan aliran daya (Equality Constraints)Keseimbangan aliran daya (Equality Constraints)N

PPP +∑Nilai minimum dan maksimum daya pembangkit

LD1i

i PPP +=∑=

Nilai minimum dan maksimum daya pembangkit(Inequality Constraints)

maxPPminP iii ≤≤

Kurva Kapabilitas Generator

Page 9: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Kurva Kapabilitas GeneratorKurva Kapabilitas GeneratorBatas kemampuan generator :

•Batas daya aktif dan reaktif•Batas arus stator (B-C)Batas arus stator (B C)•Batas arus rotor (B-A)•Batas pemanasan ujung inti stator (C-D)

Batas arus kumparan stator ditentukan berdasarkan rating arus yang mengalir di kumparan statorkumparan stator

Batas arus kumparan rotor ditentukan berdasarkan penguatan arus medan yang mengalir dikumparan rotormengalir dikumparan rotor

Batas pemanasan ujung inti stator menentukan batas daya maksimum reaktif generator menerima daya reaktif reaktif generator menerima daya reaktif dari sistem

Page 10: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Radial Equivalent IndependentRadial Equivalent IndependentREI (Radial Equivalent Independent) dibangun untukmenyederhanakan sistem tenaga listrik yang multi bus menjadimenyederhanakan sistem tenaga listrik yang multi bus menjadisistem yang lebih sederhana dengan menggabungkan seluruh busbeban menjadi 1 (satu) perwakilan bus (Bus Load Center)

Page 11: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Metoda PenelitianMetoda Penelitian AMetoda PenelitianMetoda PenelitianMelihat Batasan Tidak

Ya

Mulai

Data SaluranData Pembebanan

Keamanan Generator

Menghitung Batas Kesatabilan Steady State Berdasarkan REI

Data PembebananData Pembangkitan

Menentukan Optimisasi Biaya Pembangkitan Melihat Batasan 

Kestabilan Tidak

Optimisasi OPF MIPSO dengan Kontrain Kurva Kapabilitas 

Generator

Steady State

Ya

ASelesai

Ya

Page 12: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Flowchart MIPSOFlowchart MIPSOFlowchart OPF MIPSOFlowchart OPF MIPSO

Mulai

Initialisasi Parameter MIPSO Mulai

Initialisasi Posisi Individu Secara Acak

Initialisasi Velocity Individu Secara Acak

Impedansi Beban pada Jaringan

Update Velocity Individu i, 

Dengan coefisient constriction (K) adalah :

Pembangkitan Secara Acak

Analisa Aliran Daya

Titik Operasi diperbaruidengan MIPSO

Dengan coefisient constriction (K) adalah :

Update Posisi Individu i, Xk+1 = Xik + Vik+1

Update Pbest dan Gbest

Analisa Aliran Daya

Pengecekan Keamanan Generator

Tidak

Evaluasi Fungsi Obyektif pada Individu i

Update Pbest dan Gbest

Iterasi Selanjutnya

Ya

Fungsi Obyektif Optimal

KriteriaTerpenuhi ?

Tidak Konvergen untuk pemecahan optimisasi

Selesai

Output/Hasil

Selesai

Page 13: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Algoritma PengembanganKurva Kapabilitas Generator

Kurva kapabilitas generator digunakan sebagai batasan keamanan operasi.

Dikembangkan sebuah model dalam bentuk NN yang berfungsi sebagai pengganti kurva kapabilitas

Tahapan pengembangan :1 P bil d 1. Pengambilan data :

Data plot titik P dan Q2. Menghitung daya komplek kurva dan

sudut teta kurva3 NN k di dil ih k 3. NN kemudian dilatih menggunakan

sejumlah data input dan target yang diambil dari sejumlah titik pada kurva.

4 U k ji k k d l 4. Untuk menguji keakuratan model NN yang dihasilkan dilakukan uji coba dengan memasukan input data θ yang tidak dilatih. Keluaran t t k di dib di k targetnya kemudian dibandingkan dengan data kurva sebenarnya.

Page 14: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

PengujianPengujian KurvaKurva KapabilitasKapabilitas GeneratorGenerator

P ji 1 K di i Pengujian : 1. Kondisi aman. 2. Kondisi kritis3. Kondisi tidak aman

Syarat genref RR ≥

Keterangan : Rref : Daya komplek PQ kurva ( panjang jari-jari kurva )Rgen : Daya komplek beban ( panjang jari-jari beban )

Blok pengujian keamanan kurva kapabilitas generator

Page 15: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Menentukan Indeks Stabilitas Menggunakan REInDMenentukan Indeks Stabilitas Menggunakan REInDimoimo

Single Line Diagram Single Line Diagram

Jalankan Load Flow

Tentukan Bus Beban

Gambar Bus NetralFiktif

Hubungkan Bus BebanKe Bus Netral Fiktif

1. 2VjQP

Ybus+

=

2.

V

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=ii

in

jFES*

I

Page 16: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Membuat Bus Load Centre

1. IBLC

2. P menuju Bus Load Centre, P + jQ

Bus Load centre

j , jQ

3. Zlc,

4. Zlc diubah dalam bentuk Ylc

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

×+

=+I*IjQPjXR lclc

lc lc

5. Vlc,

LCLC Z

Y 1=

l

lclc I*

SV =

Jalankan Load Flow

lcI

ReduksiY bus baru

Menghitung Nilai Indeks Stabilitas

∑ ∑ ⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+−=

Δ

m mloadm

m

mm VYYEYQd 2

cosdV δ

Page 17: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Simulasi dan AnalisisSimulasi dan AnalisisSimulasi dan AnalisisSimulasi dan Analisis

IEEE 30 BUSIEEE 30 BUS

Jawa Bali 500 KVJawa Bali 500 KV

Page 18: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

IEEE 30 Bus SistemIEEE 30 Bus Sistem

Daya Daya

Lagrange

No Pembangkity

Aktif(MW)

yReaktif(MVar)

Biaya($/h)

Losses (MW)

Indeks Stabilitas

1 Pembangkit 1 44,147 -5,287 126,915

2 Pembangkit 2 57,677 36,479 158,210

3 Pembangkit 3 23,022 12,037 55,877

4 Pembangkit 4 32 762 34 744 118 7994 Pembangkit 4 32,762 34,744 118,799

5 Pembangkit 5 16,721 9,768 56,281

6 Pembangkit 6 17,511 12,744 59,289

Total 191,841 100,484 575,37 2,649 -8.388

Page 19: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

IEEE 30 Bus SistemIEEE 30 Bus SistemMIPSO

No Total Cost Losses% E C t % E L

Percobaan ($/jam) (MW)% Error Cost % Error Losses

1 575,32 2,640 0,001 0,0032 575,29 2,653 0,004 0,4953 575,33 2,635 0,003 0,1874 575,29 2,652 0,004 0,4575 575,31 2,637 0,001 0,111, , , ,6 575,33 2,639 0,003 0,0357 575,29 2,632 0,004 0,3018 575,34 2,639 0,004 0,035, , , ,9 575,31 2,644 0,001 0,154

10 575,30 2,621 0,003 0,71711 575,33 2,643 0,003 0,11611 575,33 2,643 0,003 0,11612 575,30 2,646 0,003 0,23013 575,32 2,640 0,001 0,00314 575,34 2,642 0,004 0,07814 575,34 2,642 0,004 0,07815 575,32 2,636 0,001 0,149

AVG 575,31 2,640 0,003 0,205

Page 20: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

IEEE 30 Bus SistemIEEE 30 Bus Sistem

Daya Output (MW) Lagrange MIPSO

Perbandingan Lagrange dengan MIPSO

Daya Output (MW) Lagrange MIPSOP1 44,147 44,006

P2 57,677 57,338

P3 23,022 22,985

P4 32,762 36,292

P5 16,721 14,686

P6 17,511 16,525

Losses (MW) 2,649 2,632

Total Pembangkitan (MW) 191,841 191,832

Total Biaya Pembangkitan ($/jam) 575,37 575,29

Indeks Stabilitas -8.798 -8,269

Page 21: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Sistem Jawa Bali 500 kVSistem Jawa Bali 500 kV S Real System Tanpa Konstrain

No PembangkitDaya Aktif

Daya Reaktif

Biaya Losses No Pembangkit

(MW)Reaktif(MW)

(Rp/jam) (MW)

1 Suralaya 3.337,962 988,564 2.050.625.196,271

2 Muara Tawar 1.470,000 679,361 5.243.786.025,070

3 Cirata 400,000 484,322 2.400.000,000

4 Saguling 535 000 1 043 085 2 943 570 0004 Saguling 535,000 1.043,085 2.943.570,000

5 Tanjung Jati 830,000 361,870 180.378.776,980

6 Gresik 810,000 608,616 729.802.889,660

7 Paiton 2.820,000 895,043 528.641.810,780

8 Grati 198,000 395,970 504.471.401,820

Total 10.395,176 5.456,832 9.243.049.670,58 113,177

Page 22: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Sistem Jawa Bali 500 kVSistem Jawa Bali 500 kVR l S d K i K K bili GReal System dengan Konstraint Kurva Kapabilitas Generator

No PembangkitDaya Aktif

Daya Reaktif

Biaya Losses No Pembangkit

(MW)Reaktif(MW)

(Rp/jam) (MW)

1 Suralaya 3.337,962 1.329,058 2.055.459.474,747

2 Muara Tawar 1.470,000 1.407,767 5.243.786.025,070

3 Cirata 400,000 -57,588 2.400.000,000

4 Saguling 535 000 405 890 2 943 570 0004 Saguling 535,000 405,890 2.943.570,000

5 Tanjung Jati 830,000 431,658 180.378.776,980

6 Gresik 810,000 656,302 729.802.889,660

7 Paiton 2.820,000 935,998 528.641.810,780

8 Grati 198,000 410,228 504.471.401,820

Total 10.400,962 5.519,314 9.247.883.949,06 118,962

Page 23: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Sistem Jawa Bali 500 kVSistem Jawa Bali 500 kVOptimisasi dengan MIPSO

No PercobaanTotal Cost(Rp/jam)

Losses (MW)(cost-AVG)

%(losses-AVG)

%

1 8.784.673.632,440 168,233 5,936 0,026

2 8.201.379.391,610 163,539 1,098 0,002

3 8.436.368.496,190 151,104 1,735 0,078

4 8.458.481.217,870 144,584 2,002 0,118

5 8.333.746.583,860 163,921 0,498 0,000

6 7.714.846.255,020 180,765 6,966 0,103

7 8.291.474.133,020 156,575 0,012 0,045

8 8.152.887.759,050 170,913 1,683 0,043

9 8.455.069.389,850 178,262 1,961 0,088

10 8.157.305.312,880 139,900 1,630 0,146

11 8.013.186.640,870 163,725 3,368 0,001

12 8.634.067.323,680 169,853 4,120 0,036

13 8.193.740.306,100 166,800 1,190 0,018

14 8.824.460.261,240 169,306 6,415 0,033

15 7.735.186.278,160 171,079 6,720 0,044

AVG 8.292.458.198,789 163,904 3,022 0,052

Page 24: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Sistem Jawa Bali 500 kVSistem Jawa Bali 500 kVPerbandingan Data Real dengan MIPSO

Daya Output (MW) Real MIPSOSuralaya 3.337,962 3.083,271

Muara Tawar 1.470 1.093,715

Cirata 400 400

Saguling 535 535

Tanjung Jati 830 943,806

Gresik 810 1.007,343

Paiton 2.820 3.249,630

Grati 198 150

Losses (MW) 118,962 180,765

Total Pembangkitan (MW) 10.400,962 10.462,765T t l Bi P b kit (R /j ) 9 247 883 949 06 7 714 846 255 02Total Biaya Pembangkitan (Rp/jam) 9.247.883.949,06 7.714.846.255,02

Indeks Stabilitas -33,88 -24,70

Page 25: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Gambar Kurva Kapabilitas GeneratorGambar Kurva Kapabilitas GeneratorD t R l (S b l di O ti i i)Data Real (Sebelum di Optimisasi)

Page 26: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

Gambar Kurva Kapabilitas GeneratorpHasil MIPSO (Setelah di Optimisasi)

Page 27: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State

PenutupPenutupPenutupPenutup1. Kesimpulan

P bi i b ki b R 1 576 520 775 ( ki Pengurangan biaya operasi pembangkit sebesar Rp. 1.576.520.775,- (sekitar 16,57%), Dari Rp. 9.247.883.949,06menjadi Rp 7.714.846.255,02.

Pembebanan pembangkit masih berada dalam operasi aman. Operasi pembangkit berada dalam kurva kapabilitas generator.

Nilai indeks stabilitas setelah optimisasi dalam kondisi stabil yaitu -24,70, (< dari 0). Namun apabila dibandingkan dengan nilai indeks stabilitas sebelum optimisasi, nilai indeks stabilitas sebelum optimisasi lebih bagus dibandingkan dengan nilai indeks stabilitas setelah optimisasi( -33, 88 berbanding -24,70).

2. SaranKedepan diharapkan ada penelitian lanjutan yang menggabungkan efekk i d k t bil S l i dih ilk i k i j diik tiekonomis dan kestabilan. Selain dihasilkan operasi yang ekonomis juga diikuti

dengan hasil kestabilan yang lebih baik.

Page 28: Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain ... · Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State