Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State Global
JJohnyy Custer ((2209201007))
Dosen Pembimbing : Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M. Sc., Ph.D P f Dr. Prof. D IIr. Adi Soeprijanto, S ij MT MT.
P d h l Pendahuluan Kajian Pustaka dan Dasar Teori Metoda Penelitian Simulasi dan Analisis Penutupp
Pendahuluan Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan M l h Masalah Tujuan j Penelitian Kontribusi Penelitian
Tenaga Listrik Ekonomis dan Aman - Biaya y Pembangkitan g Minimal (MIPSO OPF) - Melihat Batasan - Kapabilitas p Operasi p Generator - Indeks Kestabilan Steady State - IEEE 30 Bus dan Sistem 500 kV Jawa bali - Operasi Kondisi Normal - Simulasi - Memperoleh Operasi STL yang Ekonomis dan Aman - Diharapkan bisa dijadikan dasar atau pertimbangan untuk pengoperasian STL yang murah dan aman
Kajian Pustaka dan Dasar Teori Referensi [10-11]
Referensi [12-14]
Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State Global
Economic Dispatch ED :
Pembagian pembebanan pada pembangkit pembangkit yang ada dalam sistem secara optimal dan ekonomis pada harga beban sistem tertentu.
Beberapa Metoda ED : 1 1.
Faktor Pengali Lagrange
2.
Iterasi Lambda
3.
Base Point dan Faktor Partisipasi p
Losses Di Perhitungkan
F T = F1 + F 2 + F 3 + ..... + F N
F
T
=
N
∑
i=1
F i ( Pi )
Fi ( Pi ) = ai + bi Pi + ci Pi 2
N
φ = o = PR + PL − ∑ Pi i =1
φ : Konstrain, Daya yang dibangkitkan sama dengan daya yang diterima beban ditambah rugi transmisi.
Analis Analisaa Aliran Daya Optimal Analisis
untuk mengoptimalkan suatu fungsi objektif yang secara simultan perhitungannya juga memenuhi batasan g aliran daya y keseimbangan Fungsi objektif ¾Biaya pembangkitan Æ Economic Dispatch ¾Rugi-rugi pada jaringan ¾Injeksi daya reaktif ¾dsb.
Batasan batasan dalam Aliran daya y Keseimbangan aliran daya (Equality Constraints) N
∑P
i
= PD + PL
i =1
y Nilai minimum dan maksimum daya pembangkit
(Inequality Constraints)
P i min ≤ P i ≤ P i max y Kurva Kapabilitas Generator
Kurva Kapabilitas Generator Batas kemampuan generator : •Batas daya aktif dan reaktif •Batas Batas arus stator (B (B-C) 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 stator Batas arus kumparan rotor ditentukan berdasarkan penguatan arus medan yang mengalir dikumparan rotor Batas pemanasan ujung inti stator menentukan batas daya maksimum reaktif generator menerima daya reaktif dari sistem
Radial Equivalent Independent REI (Radial Equivalent Independent) dibangun untuk menyederhanakan sistem tenaga listrik yang multi bus menjadi sistem yang lebih sederhana dengan menggabungkan seluruh bus beban menjadi 1 (satu) perwakilan bus (Bus Load Center)
Metoda Penelitian Tidak Mulai Data Saluran Data Pembebanan Data Pembebanan Data Pembangkitan
Menentukan Optimisasi Biaya Pembangkitan Optimisasi OPF MIPSO dengan Kontrain Kurva Kapabilitas Generator
A
A
Melihat Batasan Keamanan Generator Ya Menghitung Batas Kesatabilan Steady State Berdasarkan REI
Tidak
Melihat Batasan Kestabilan Steady State Ya Selesai
Flowchart MIPSO
Flowchart OPF MIPSO
Mulai Initialisasi Parameter MIPSO Initialisasi Posisi Individu Secara Acak Initialisasi Velocity Individu Secara Acak
Mulai
Impedansi Beban pada Jaringan
Pembangkitan Secara Acak
Update Velocity Individu i, Titik Operasi diperbarui dengan MIPSO Dengan coefisient constriction (K) adalah :
Update Posisi Individu i, Xk+1 = Xik + Vik+1
Analisa Aliran Daya Analisa Aliran Daya
Pengecekan Keamanan Generator
Tidak
Update Pbest dan Gbest dan Gbest Ya
Evaluasi Fungsi Obyektif pada Individu i Fungsi Obyektif Optimal
Tidak
Kriteria Terpenuhi ?
Konvergen untuk pemecahan optimisasi Selesai
Output/Hasil Selesai
Iterasi Selanjutnya
Algoritma Pengembangan Kurva Kapabilitas Generator Kurva kapabilitas generator digunakan sebagai batasan keamanan operasi. Î Dikembangkan sebuah model dalam bentuk NN yang berfungsi sebagai pengganti kurva kapabilitas Tahapan pengembangan : 1 Pengambilan 1. P bil data d : Data plot titik P dan Q 2. Menghitung daya komplek kurva dan sudut teta kurva 3 NN kemudian 3. k di dilatih dil ih menggunakan k sejumlah data input dan target yang diambil dari sejumlah titik pada kurva. 4 Untuk 4. U k mengujiji keakuratan k k model d l NN yang dihasilkan dilakukan uji coba dengan memasukan input data θ yang tidak dilatih. Keluaran t targetnya t kemudian k di dibandingkan dib di k dengan data kurva sebenarnya.
Pengujian Kurva Kapabilitas Generator
P Pengujian ji : 11. K Kondisi di i aman. 2. Kondisi kritis 3. Kondisi tidak aman
Syarat
Rref ≥ Rgen
Keterangan : Rref : Daya komplek PQ kurva ( panjang jari-jari kurva ) Rgen : Daya komplek beban ( panjang jari-jari beban )
Blok pengujian keamanan kurva kapabilitas generator
Menentukan Indeks Stabilitas Menggunakan REInDimo REInDimo Single Line Diagram Jalankan Load Flow Tentukan Bus Beban Gambar Bus Netral Fiktif Hubungkan Bus Beban Ke Bus Netral Fiktif
P + jQ V2
1.
Ybus =
2.
⎛ S*in I = ⎜⎜ ⎝ Ei − jFi
⎞ ⎟⎟ ⎠
Membuat Bus Load Centre 1. IBLC 2. P menuju j Bus Load Centre,, P + jQ 3. Zlc, Rlc + jX lc = ⎛⎜ P + jQ ⎞⎟ ⎝ I × I* ⎠
4. Zlc diubah dalam bentuk Ylc YLC =
1 Z LC
5. Vlc, Vlc =
S lc II*lcl
Jalankan Load Flow
Reduksi Y bus baru Menghitung Nilai Indeks Stabilitas Y E dΔQ ⎛ ⎞ = ∑ m m − 2⎜ ∑Ym + Yload ⎟V dV m cosδ m ⎝m ⎠
Bus Load centre
Simulasi dan Analisis
IEEE 30 BUS Jawa Bali 500 KV
IEEE 30 Bus Sistem Lagrange No
Pembangkit
Daya y Aktif (MW)
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 32,762
34 744 34,744
118 799 118,799
5
Pembangkit 5
16,721
9,768
56,281
6
Pembangkit 6
17,511
12,744
59,289
191,841
100,484
575,37
Total
Daya y Reaktif (MVar)
Biaya ($/h)
Losses (MW)
Indeks Stabilitas
2,649
-8.388
IEEE 30 Bus Sistem MIPSO No Percobaan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 AVG
Total Cost ($/jam) 575,32 575,29 575,33 575,29 575,31 , 575,33 575,29 575,34 , 575,31 575,30 575,33 575,30 575,32 575,34 575,32 575,31
Losses (MW) 2,640 2,653 2,635 2,652 2,637 , 2,639 2,632 2,639 , 2,644 2,621 2,643 2,646 2,640 2,642 2,636 2,640
%E Error C Costt
% Error E L Losses
0,001 0,004 0,003 0,004 0,001 , 0,003 0,004 0,004 , 0,001 0,003 0,003 0,003 0,001 0,004 0,001 0,003
0,003 0,495 0,187 0,457 0,111 , 0,035 0,301 0,035 , 0,154 0,717 0,116 0,230 0,003 0,078 0,149 0,205
IEEE 30 Bus Sistem Perbandingan Lagrange dengan MIPSO
Daya Output (MW)
Lagrange
MIPSO
P1
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
Sistem Jawa Bali 500 kV Real System S Tanpa Konstrain No
Pembangkit
Daya Aktif (MW)
Daya Reaktif (MW)
Biaya (Rp/jam)
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
535 000 535,000
1 043 085 1.043,085
2 943 570 000 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
Losses (MW)
113,177
Sistem Jawa Bali 500 kV R l SSystem d Real dengan Konstraint K i Kurva K Kapabilitas K bili G Generator
No
Pembangkit
Daya Aktif (MW)
Daya Reaktif (MW)
Biaya (Rp/jam)
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
535 000 535,000
405 890 405,890
2 943 570 000 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
Losses (MW)
118,962
Sistem Jawa Bali 500 kV Optimisasi dengan MIPSO No Percobaan
Total 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
Sistem Jawa Bali 500 kV Perbandingan Data Real dengan MIPSO
Daya Output (MW)
Real
MIPSO
Suralaya
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
10.462,765
T t l Biaya Total Bi Pembangkitan P b kit (Rp/jam) (R /j )
9 247 883 949 06 9.247.883.949,06
7 714 846 255 02 7.714.846.255,02
Indeks Stabilitas
-33,88
-24,70
Gambar Kurva Kapabilitas Generator D t R Data Reall (Sebelum (S b l di Optimisasi) O ti i i)
Gambar Kurva Kapabilitas p Generator Hasil MIPSO (Setelah di Optimisasi)
Penutup 1.
Kesimpulan y
Pengurangan biaya P bi operasii pembangkit b ki sebesar b Rp. R 1.576.520.775,1 576 520 775 (sekitar ( ki 16,57%), Dari Rp. 9.247.883.949,06menjadi Rp 7.714.846.255,02.
y
Pembebanan pembangkit masih berada dalam operasi aman. Operasi pembangkit berada dalam kurva kapabilitas generator.
y
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).
Saran
2. y
Kedepan diharapkan ada penelitian lanjutan yang menggabungkan efek ekonomis k i dan d kestabilan. k t bil Selain S l i dihasilkan dih ilk operasii yang ekonomis k i juga j diik ti diikuti dengan hasil kestabilan yang lebih baik.
