Dynamic Optimal Power Flow Arus Searah Menggunakan Qudratic Programming

Transkripsi

1 Dynamic Optimal Power Flow Arus Searah Menggunakan Qudratic Programming Nursidi Dosen Pembimbing : Dr. Eng. Rony Seto Wibowo, ST., MT. IGN Satriyadi Hernanda ST., MT.

2 OUTLINES OUTLINES 1 Pendahuluan Latar Belakang, Tujuan Penelitian, Permasalahan, Batasan Masalah Dynamic Optimal Power Flow Arus Searah 2 Optimal Power Flow Arus Searah (DC OPF ), Dynamic Optimal Power Flow Arus Searah (DC DOPF), Quadratic Programming 3 Penerapan QP pada DC DOPF Inisialisasi permasalahan DC DOPF pada Qudratic programming 4 Hasil Penelitian Validasi, Sistem 14 bus, Sistem Jawa Bali 500 KV Penutup 5 Kesimpulan

3 Latar Belakang LATAR BELAKANG Dalam STL Terinterkoneksi Pedjadwalan optimal ekonomi sangat diperlukan DC Dynamic Optimal Power Flow Economic Dispatch Constraints saluran Optimasi tidak layak Quadratic Programming Optimal Power Flow DC Optimal Power Flow Ramp Rate Statis Beban dalam rentang waktu

4 Tujuan Penelitian TUJUAN PENELITIAN Menentukan penjadwalan ekonomis pembangkit pada sistem kelistrikan terinterkoneksi dengan memperhatikan kapasitas saluran dan ramp rate Membuat program DC DOPF menggunakan Quadratic Programming Mengetahui pengaruh kapasitas saluran dan ramp rate Mengetahui pengaruh kapasitas saluran dan ramp rate terhadap daya terbangkit dan total biaya pembangkitan

5 Permasalahan PERMASALAHAN Bagaimana menentukan penjadwalan ekonomis pembangkit pada sistem kelistrikan terinterkoneksi dengan memperhatikan kapasitas saluran dan ramp rate Bagaimana membuat program DC DOPF menggunakan Quadratic Programming Apa pengaruh kapasitas saluran dan ramp rate terhadap daya terbangkit dan total biaya pembangkitan

6 Batasan Masalah BATASAN MASALAH Losses jaringan diabaikan, Menggunakan DC Power flow Ramp up = Ramp down Data beban tidak melebihi kapasitas pembangkitan dan Kenaikan beban per satu jam Semua generator selalu beroperasi M k t d Q d ti Menggunakan metode Quadratic Programming

7 Optimal Power OPTIMAL Flow Arus POWER Searah FLOW Optimal Power Flow (OPF) merupakan hal penting dalam perancanaan, kontrol maupun operasi dalam sistem tenaga [2]. OPF Arus Searah digunakan untuk melakukan pembagian pembebanan pembangkit-pembangkit dalam sistem terinterkoneksi secara optimal ekonomi dengan menggunakan studi aliran daya aktif OPF Arus Searah mengoptimalkan biaya pembangkit : Fi = Besar biaya pembangkitan pada pembangkit ke-i (Rp) Pi= Daya output dari pembangkit ke-i (MW) Sesuai dengan batasan : P Gi : daya pembangkitan generator ke-i I(MW) P ij : daya yang mengalir pada saluran ij (MW) : sudut tegangan bus i (rad) θ i P i P Di X ij : injeksi daya semua saluran di bus I (MW) : Beban pada bus i (MW) : reaktansi saluran ij (ohm)

8 Dynamic Optimal Power Flow Arus Searah DYNAMIC OPTIMAL POWER FLOW ARUS SEARAH Dynamic Optimal Power Flow Arus Searah (DC DOPF) merupakan implementasi operasi real-time dalam sistem tenaga [13]. DC DOPF dapat digunakan untuk melakukan pembagian pembebanan pembangkit secara optimal ekonomi dalam rentang waktu tertentu tanpa melanggar ramp rate pembangkit Fungsi objektif DC DOPF : T : interval waktu N : jumlah pembangkit Inequality constraint t Equality constaint θ i t : ramp rate generator ke-i (MW/jam) : sudut tegangan bus i saat -t (rad) P t i P t Di : injeksi daya semua saluran di bus i saat -t (MW) : beban pada bus i saat t (MW)

9 Dynamic Optimal OPTIMAL Power POWER Flow FLOW Arus Searah 150 MW 100 MW 175 MW Penjadwalan secara optimal ekonomi dalam rentang waktu 200 MW 200 MW 225 MW Kapasitas = 200 MVA Jam-1 Beban 800 MW Ramp Down Jam-2 Beban 700 MW Ramp Up Sesuai dengan : 450 MW 400 MW 500 MW Kapasitas = 800 MVA Jam-3 Beban 900 MW & Kapasitas = 300 MVA

10 Lanjutan OPTIMAL POWER FLOW Ramp rate adalah batasan yang menyatakan batas laju penambahan maupun pengurangan daya output generator [13]. Ramp rate digunakan untuk mempertahankan thermal gradient dan pressure gradient dalam turbin maupun boiler pada batasan aman sehingga life time pembangkit dan peralatan pendukung pembangkit tidak menurun. Asumsi ramprate yang digunakan dalam Tugas Akhir ini acuan standar IEEE yang dimuat di [17]. PLTU = 12%/jam, PLTA, PLTG dan PLTGU = 100 % /jam menggunakan

11 Quadratic QUADRATIC Programming PROGRAMMING Quadratic Programming (QP) adalah metode penyelesaian masalah optimasi linear dengan fungsi objektif berupa fungsi kuadrat dari beberapa variabel sesuai dengan costraints linear. Secara umum QP dapat dinyatakan : minimize Sesuai constraints linier : H G dan A adalah matrik H, G, dan A adalah matrik F, x, lb, ub, xmin, dan xmax dalah vektor

12 Inisialisasi DC Inisialisasi DOPFDC pada DOPF QP pada QP Daya pembangkitan dan sudut tegangan bus sebagai variabel Cost function sebagai fungsi objektif QP: Dengan constraints linier : Equality (Aeq): ( active power balance ) Inequality (Aineq): ( kapasitas saluran ) ( ramp rate ) ( kapasitas pembangkitan ) ( batasan sudut tegangan pada bus)

13 ..Lanjutan.Lanjutan Misal untuk sistem sederhana dengan jumlah bus (nb)=3, jumlah branch (nbr)=2, jumlah generator(ng)=2, level beban (t) = 2 jam, Bus 1 Bus 3 Bus 2 y 13 y 23 G 1 branch 13 branch 23 G 2 θ 1 θ 2 2 L θ 2

14 .Lanjutan..Lanjutan Bus 1 Bus 2 Bus 3 FB flow 1 TB flow Ramp Bus 1 Bus 2 Bus 3 FB flow 2 TB flow

15 HASIL SIMULASI dan Hasil Simulasi dan Analisis ANALISIS Profil 1 Profil 2 Profil 3 Validasi Sistem 14 Bus Sistem Jawa Bali 500 kv Tahap I Tahap II DC OPF DC DOPF DC DOPF Kontingensi

16 Validasi VALIDASI TAHAP I Sistem 14 Bus Sistem Jawa Bali 500 kv Validasi Tahap 1 : membandingkan apakah hasil simulasi DC DOPF memiliki hasil yang sama dengan hasil simulasi dengan DC OPF Matpower [15] secara individual. Sistem yang dipakai menggunakan contoh 4A halaman 104 pada buku Power Generation,Operation i and Control karangan Allen J. Wood, yang merupakan sistem 6 bus[12]. Hasil Simulasi : Variabel DC OPF Matpower [15] DC DOPF output Jam 1 Jam 2 Jam 1 Jam 2 θ θ θ θ θ θ P P P Total Cost

17 Validasi VALIDASI TAHAP II Sistem 14 Bus Sistem Jawa Bali 500 kv Validasi Tahap II adalah validasi terhadap constraints ramp rate. Hasil Simulasi : Pembangkit Daya (MW) pada jam ke Unit Unit Unit Total (MW) Ramp rate: Unit 1 30 MW/jam Unit 2 25 MW/jam Unit 3 25 MW/jam Daya (M MW) Jam Perubahan pembangkitan Unit 1 Unit 2 Unit 3 Keterangan Sesuai Sesuai Sesuai Sesuai Waktu (jam ke-) Unit 1 Unit 2 Unit 3

18 Data Sistem Jawa Bali Validasi Sistem 14 SISTEM BUS kv Bus Data untuk simulasi Sistem 14 Bus : eban (MW) B Waktu (Jam) Profil 1 Profil 2 Profil 3 Profil 1 60 MW/jam Profil MW/jam Profil MW/jam

19 Profil 2 ED Validasi Sistem 14 Bus Sistem Jawa Bali 500 kv PROFIL 2 DC OPF DC DOPF Ramprate: Unit 1 45 MW/jam Unit 2 40 MW/jam Unit 3 30 MW/jam Unit 4 30 MW/jam Unit 5 30 MW/jam Evaluasi ramp rate

20 Profil 2 Sistem Jawa Bali 500 kv Validasi Sistem.. Lanjutan 14 PROFIL 2 Bus Evaluasi aliran daya Biaya Pembangkitan

21 Profil 3 ED Validasi Sistem 14 Bus Sistem Jawa Bali 500 kv PROFIL 3 DC OPF DC DOPF Ramprate: Unit 1 45 MW/jam Unit 2 40 MW/jam Unit 3 30 MW/jam Unit 4 30 MW/jam Unit 5 30 MW/jam Evaluasi ramp rate

22 Profil 3 Sistem Jawa Bali Validasi Sistem.. 14 Lanjutan PROFIL 500 kv 3 Bus Evaluasi aliran daya Biaya Pembangkitan

23 Analisis Sistem Jawa Bali Validasi Sistem Analisis 14 Hasil Simulasi 500 kv Bus Perhitungan ED pada semua profil melanggar kapasitas Saluran-1 1. Selain itu pada profil 2 dan 3 terjadi perubahan pembangkitan daya yang cukup besar dan tidak sesuai dengan ramp rate unit. Perhitungan DC OPF tidak ada pelanggaran kapasitas saluran. Namun pada profil 2 dan 3 terjadi perubahan pembangkitan daya yang cukup besar dan tidak sesuai dengan ramp rate unit. Sedangkan pada perhitungan DC DOPF tidak ada satupun pelanggaran terhadap kapasitas saluran maupun batasan ramp rate

24 SLD JAWA BALI 500 KV Validasi Sistem 14 Bus Sistem Jawa Bali 500 kv

25 Data Validasi Sistem 14 Bus SISTEM JAWA Sistem BALI Jawa 500 KV Bali 500 kv Data profil beban yang di pakai untuk Simulasi Sistem Jawa Bali 500 kv adalah : Beban (MW) Jam

26 Validasi Sistem 14 Bus..Lanjutan Sistem Sistem Jawa Jawa Bali Bali 500 kv Pembangkitan PLTU Suralaya Unit 5,6, 7: Ramp rate : 35,16 MW/jam ,08 Daya (M MW) ,93 84,65 38, Waktu (Jam) DC OPF DC DOPF DC DOPF dengan Kontingensi Saluran

27 Validasi Sistem 14 Bus..Lanjutan Sistem Sistem Jawa Jawa Bali Bali 500 kv Pembangkitan PLTU Suralaya Unit 8: 700 Ramp rate : 35,16 MW/jam 600 Day ya (x100mw) ,93 71,05 84, Waktu (Jam) DC OPF DC DOPF DC DOPF dengan Kontingensi Saluran

28 Analisis Validasi Sistem 14 Bus..Lanjutan Sistem Sistem Jawa Jawa Bali Bali 500 kv Pada DC OPF, pembangkit PLTA Cirata, PLTA Saguling, PLTU Gresik unit 1 sampai 4 selalu membangkitkan daya pada batasan maksimal. Terdapat pelanggaran terhadap ramp rate generator. Akibatnya unit pembangkit lain dengan menanggung sisa daya pembangkitan untuk memenuhi permintaan beban. Sedangkan pada DC DOPF, constraint ramp rate menyebabkan perhitungan daya pembangkitan dari setiap unit pembangkit menjadi semakin ketat. Setiap unit pembangkit harus saling berkoordinasi untuk dapat membangkitkan daya untuk memenuhi semua beban tiap dalam rentang waktu 24 jam tanpa melewati batasan ramp rate dari masing masing i unit pembangkit dan batasan kapasitas saluran

29 Analisis Validasi Sistem 14 Bus..Lanjutan Sistem Sistem Jawa Jawa Bali Bali 500 kv Perhitungan DC DOPF menghasilkan biaya pembangkitan 0,013 % lebih mahal dari hasil perhitungan DC OPF. Ramp rate yang menyebabkan bk perhitungan penjadwalan pembangkitan menjadi semakin ketat setiap level beban. Sedangkan perhitungan DC DOPF dengan Kontingensi Saluran menghasilkan biaya pembangkitan 0,583 % lebih mahal dari hasil perhitungan DC DOPF. Kontingensi Saluran : terdapat saluran yang lepas Aliran daya yang semula dibebankanb melalui l saluran tersebut t dialihkan ke saluran lainnya. Perhitungan aliran daya pada jaringan dan perhitungan penjadwalan pembangkitan menjadi lebih komplek.

30 Kesimpulan KESIMPULAN Quadratic programming yang digunakan dapat melakukan perhitungan optimal power flow dengan akurat. Economic dispatch dan Optimal power flow konvensional yang bersifat statis ti tidak dapat digunakan untuk melakukan perhitungan penjadwalan pembangkitan dalam rentang waktu tertentu jika ada parameter ramp rate dari unit pembangkit. Program dynamic optimal power flow dengan quadratic programming dapat melakukan perhitungan penjadwalan pembangkitan dalam rentang waktu tertentu tanpa melanggar batasan saluran dan parameter ramp rate dari masing-masing unit pembangkit. Ramp rate sangat berpengaruh terhadap daya terbangkit pada setiap unit pembangkit karena daya yang terbangkit pada satu waktu akan mempengaruhi daya terbangkit pada waktu yang lain Parameter ramp rate menyebabkan variasi daya pembangkitan menjadi lebih ketat sehingga menyebabkan dynamic optimal power flow menghasilkan biaya total pembangkitan lebih mahal jika dibandingkan dengan economic dispatch dan optimal power flow konvensional.