SECURITY CONSTRAINED UNIT COMMITMENT MENGGUNAKAN METODE FIREFLY ALGORITHM

Transkripsi

1 rosdng SETIA 206 olen eger Malang Volume 8 ISS: SECURITY COSTRAIED UIT COMMITMET MEGGUAKA METODE FIREFLY ALGORITHM Too Dewanoro, Rony Seo Wbowo 2, Ad Suprjano 3 Jurusan Ten Elero, 2 Faulas Ten Indusr 3 Insu Tenolog Sepuluh opember (ITS oo.dewanoro2@mhs.ee.s.ac.d, 2 ronyseo@ee.s.ac.d, 3 adsup@ee.s.ac.d Absra Hasl un commen (UC memberan penjadwalan pembang haran unu operaor ssem enaga, amun, jadwal dar UC da menjamn bahwa daya aan mengalr dengan suses dar generaor e beban melalu ssem jarngan ransms. Oleh arena u, slah secury consraned un commmen (SCUC dperenalan unu mendefnsan UC. Tujuan uama dar maalah n adalah unu menenuan penjadwalan un pembang dengan oal baya mnmal. Baasan baasan pembangan, seper baasan permnaan beban, cadangan berpuar, baasan ramp up/down, baasan mnmun On/Off, baasan emanan egangan masng masng bus, dan baasan alran ap ap cabang u dperhungan pada maalah n. Unu menyelesaan permasalahan SCUC, sebuah bnary frefly algorhm (BFA dgunaan unu menyelesaan masalah uama un commmen dan real coded frefly algorhm (RCFA dgunaan unu menyelesaan permasalahan economc dspach dan opmal power flow. Usulan Algorma des pada ssem IEEE 30 bus dengan 6 generaor hermal. Hasl menunjuan bahwa oal baya dar SCUC lebh ngg sebesar $95,65 dbandngan dengan UC. Aan eap hasl penjadwalan dengan SCUC n memasan bahwa ssem dapa melayan permnaan beban secara laya dan aman. Kaa unc : secury consraned un commmen, frefly algorhm. endahuluan Un commmen (UC ddefnsan sebaga penjadwalan produs daya lsr yang dhaslan un pembang pada perode haran aau mngguan yang aan daang (pada perode erenu d masa daang dengan ujuan mendapaan baya eonoms pembangan. Banya penelan yang dlauan mengena masalah UC. Hal n dsebaban UC merupaan masalah yang penng dalam perencanaan operas janga-pende dar ssem enaga lsr. D ahun 940-an sampa dengan 970-an, suau meode dgunaan unu menyelesaan masalah UC. Meode n dsebu sebaga meode pemrograman neger campuran, dan berdasar aas dafar sala proras. Meode n meml elebhan pada esederhanaan dalam penyelesaannya ada ahun 980-an meode Branch dan Bound Algorhm dan meode Dynamc rogrammng daplasan unu menyelesaan masalah UC. Kedua meode n dapa menemuan solus yang opmal, unu jumlah un pembang yang ecl. Unu jumlah un pembang yang besar bsa dlauan dengan meode pendeaan Lagrangan Relaxaon. Meode n membuuhan wau penyelesaan yang lebh pende bla dbandngan dengan Dynamc rogrammng, aan eap meode n sanga sensf erhadap pengal B- Lagrange, sehngga dengan berambahnya pengal lagrange sul dcar solusnya. Sebuah pendeaan baru yang dsebu Sequenal Un Commmen dembangan unu menyempurnaan meode Lagrangan Relaxaon dan 2 meode Dynamc rogrammng. Meode n membuuhan dafar proras heursc unu mendapaan harga awal. Selan proras radsonal, meode n menyeles un yang palng mengunungan unu om pada bass operas eonoms dan permnaan ssem selama proses eras. Sebuah algorma opmsas un-unggal baru dajuan unu mengganan meode Dynamc programmng. Meode n menggunaan baasan mnmum up and down me un dan baasan cadangan dar ssem yang del unu menangan jadwal secara efsen, sehngga ruang penelan bsa dredus secara sgnfan, dan perhungan menjad lebh cepa. Baasan esembangan daya, baasan cadangan ssem, baasan mnmum up and down me, baasan level mnmum dan masmum pembangan dan baasan ramp rae dpermbangan. Dar berbaga penelan ersebu, hasl penjadwalan UC da menjamn bahwa daya yang dbangan aan berhasl mengalr dar generaor e beban melalu jarngan. Oleh arena u slah

2 rosdng SETIA 206 olen eger Malang Volume 8 ISS: Secury Consraned Un Commmen (SCUC dperenalan unu menuan UC. SCUC merupaan masalah opmsas pada ssem enaga yang besar. Dalam penyelesaannya dperluan suau meode meaheurs. Frefly Algorhm (FA merupaan salah sau meode opmsas meaheurs yang ernspras oleh ecerahan dar snar yang dpancaran oleh unang - unang. Dr. Xn She Yang dar Cambrdge Unversy berhasl mengembangan meode n. FA meml nga ehandalan dan efsens yang ngg dalam menyelesaan masalah nonlnear. ada maalah n FA dgunaan sebaga meode uama unu menyelesaan masalah SCUC 2. Secury Consraned Un Commmen & Frefly Algorhm 2. Secury Consraned Un Commmen Secara umum, fungs objef dar secury conraned un commmen (SCUC dapa drumusan sebaga beru: TC mn T F (,. I SU. I I SD. I I ( TC pada persamaan ( menyaaan baya oal operasonal unu un pembang selama T dar jam beroperas Adanya persyaraan operasonal, mnmalsas fungs objef daas harus memenuh baasan baasan beru: Kesembangan Daya Toal daya yang dhaslan pada seap jam harus sama dengan jumlah permnaan beban ap jam. I Load Mnmum On/Off (2 Mnmum on/off menunjuan bahwa un harus on/off unu sejumlah jam erenu, sebelum dapa dmaan aau dnyalaan embal. X on off ( MU dan X MD ( (3 Baasan embangan dan Ramp/up/down Secara pras oupu pembang dar generaor da dapa denuan seea anpa baasan. Jara pengoperasan unu semua un secara onlne dbaas baasan ramp rae selama ap jam., ( r mn (mn,, RD (4, ( r max (max,, _ RU (5 (6 ( r mn ( r max Cadangan Berpuar Unu operas yang handal, ssem lsr harus memperahanan apasas Megawa erenu sebaga cadangan berpuar. ada maalah n cadangan berpuar dplh 0% dar beban masmum (Searan & Smon. I (max Load Baasan eamanan V (mn V V (max SR dan (max (7 S S (8 Insal saus un pada awal perode penjadwalan harus dperhungan Keerangan : TC Toal Baya rodus F ( Fungs baya pembangan un dengan pada jam e T yang drumusan sebaga beru : F 2 (, a b *, c *, (9 Jumlah generaor T Inerval wau dalam Jam Oupu generaor pada jam I Saus On/Off un saa jam e, I = 0 ea Off, I = ea On SU Baya sar up un e saa SD Baya sar down un e saa Load ermnaan beban saa jam e on X Lama duras un menyala off X Lama duras un padam MU Mnmum nyala un MD Mnmum padam un (mn Mnmum pembangan un (max Masmum pembangan un RD Ramp up un RU Ramp Down un (r mn Mn. pembangan un - RD (r max Mas. pembangan un + RU SR Cadangan berpuar saa V Tegangan bus saa Lneflow saa S B-2

3 rosdng SETIA 206 olen eger Malang Volume 8 ISS: Frefly Algorhm Frefly Algorhm (FA, perama al dbenu dan dembangan oleh dr. Xn-She Yang pada ahun 2007 d cambrdge unversy. FA adalah suau mea-heursc algorma opmsas berbass pada populas yang ernpras oleh pergeraan unang-unang. Sama halnya dengan algorma SO yang memperbaru poss dengan cara memperbaru ecepaan, pada FA unang-unang aan bergera dar unang-unang yang sau menuju e unangunang lan yang meml nensas cahaya lebh erang. FA erdr dar sejumlah unang-unang dan berbaga macam nga ecerahan cahaya. ada penyelesaan un commmen jumlah unangunang n aan merepresenasan jumlah pembang yang ada pada suau ssem, sedangan nga ecerahannya merepresenasan fungs baya pembangan. ada seap eras aan dplh fungs fness erba sebaga masng-masng unang-unang dar suau populas dapa ddefnan pada persamaan (0, 2,..., m m frefly G, m bes. Sruur dar,..., (0 Seap elemen dar unang-unang e-m memodfas possnya e poss saa n jara Caresan aau Eucldean dar unu masng m Modfas poss dhung berdasaran persamaan (. f G( n G( m ( m ( n m m max mn ( rand 2 else pm m,.., n,.., Fungs araf frefly frefly ( drumusan melalu persamaan ( (2 2 ( r mn max e Unu menghaslan perbaan nla dengan onvergens algorma yang palng cepa dan eluar dar local opma dapa duls dalam persamaan (3. Besarnya dan ma dse dengan nla. Sedangan mempunya nla onsan sebesar mn 0,2 (Xn-She, Implemenas Meode FA unu SCUC ada permasalahan UC, anga 0 dan dgunaan unu mengdas bahwa saus un O/OFF. Sedangan algorma FA yang dgunaan pada dasarnya adalah sebuah algorma blangan real. Oleh arena u, beberapa modfas dperluan unu menangan masalah opmas odebner. Dalam Bnary Frefly Algorhm (BFA yang dusulan, nla, pada persamaan (0 hanya G m dperbolehan dengan nla 0 aau. Unu menenuan saus un bernla 0 aau, sebuah ambang baas harus denuan dengan nla eap. Apabla, > ambang maa saus un adalah, ja G m, < ambang maa saus un adalah 0. G m Ambang baas dapa dbua dengan range anara 0 hngga. Unu mencapa n umumnya menggunaan sebuah fungs sgmod f ( ' (4 exp( ' G, m G, m Algorma BFA merupaan meode yang aan dgunaan pada program uama dalam menyelesaan penjadwalan UC. BFA aan menenuan ombnas nyala-ma un pembang dalam beberapa renang wau erenu unu memenuh permnaan beban. Sedangan real coded frefly algorhm (RCFA dgunaan unu menyelesaan permasalahan secury consraned opmal power flow (SCOF. Langah-langah yang dsajan dalam maalah n erdapa pada gambar 3. (Terlampr. 3. Sraeg perbaan pada Bnary FA Seap al saus ommen unu seap nerval wau dbua secara aca aau ja poss parel dmodfas pelanggaran baasan mnmum up/down, dan baasan cadangan berpuar harus dpersa sebaga beru. Langah : Ja cadangan berpuar erpenuh. Lanjuan e langah 3. Ja da, Lanjuan e langah berunya. ( r mn p ma n p m mn e 2 ( rmn mn (3 Langah 2: Lauan nal Faor, dengan memberan nla baya yang ngg. r mn G ( p n, p 2 m, Langah 3: Ce baasan mnmum up/down pada masng masng un. Ja ada pelanggaran B-3

4 rosdng SETIA 206 olen eger Malang Volume 8 ISS: pada baasan mnmum up aau mnmum down, maa sema perbaan dlauan unu mengaas pelanggaran n. Cara yang dgunaan cuup sederhana, hanya dengan memasa nla loga seap al baasan MU aau MD dlanggar. Tng & Rao, (2006. Langah 4: Sraeg perbaan pada langah 3 aan mempengaruh baasan cadangan berpuar pada ssem. Ja baasan erpenuh maa solus danggap laya. Ja da e langah Sraeg perbaan pada Real Coded FA Seap al poss parel dmodfas oleh algorma FA, pelanggaran baasan apasas un pembang dan baasan lne harus dpersa sebaga beru: Langah : Ja daya yang dbangan dan baasan lne erpenuh lajuan e langah 3. Ja da, lanjuan e langah berunya. Langah 2: Lauan pnal faor, dengan memberan nla baya yang ngg. Langah 3: Selesa. 4. Hasl dan Analsa Smulas dlauan dengan program MATHLAB R200a menggunaan ompuer dengan spesfas Wndows 7 64-b Inel Core 5 2,4 GHz, 4GB RAM. Ssem yang dgunaan adalah ssem IEEE 30 bus dengan 6 generaor hermal. Fungs baya generaor, baya sar up, araers generaor dapa dlha pada Tabel 4., daa pembebanan ap jam erdapa pada Tabel 4.2. Sedangan seng dar frefly adalah sebaga beru: - opulas Frefly : 30 - Masmum Ieras : 50 - Dmens = ( Mas. Un : 6 - Alpha : 0, - Gamma : 0,02 - Beamn : 0,2 Unu mengeau efefas dar penjadwalan menggunaan SCUC, maa program djalanan dengan dua cara, perama smulas dlauan anpa baasan eamanan (UC Basa dan edua dengan baasan eamanan (SCUC. Dar smulas yang dlauan, hasl yang ddapaan unu penjadwalan UC dan SCUC dapa dlha pada abel 4.3 dan abel 4.4. Tabel 4.3 enjadwalan UC Un Jam Ke Tabel 4.4 enjadwalan SCUC Un Jam Ke erbedaan anara abel 4.3 dan abel 4.4 adalah erlea pada ombnas UC yang dhaslan, yang danda dengan huruf dcea ebal. Unu daya pembangan masng masng generaor ap jam besera oal baya produs yang dhaslan, dapa dla pada abel 4.5 dan abel 4.6. Tabel 4.5 Daya embangan dan Baya dar UC Jam Un (MW Toal Baya Ke ($ 72, , ,8 0 50, , ,4 0 49, ,0 769, ,4 7,0 47, ,4 836, ,3 73,5 48, ,0 897,6 6 20,3 72,2 47, ,2 853,87 7 0, 67,4 44, ,7 756, ,5 58,4 40, ,9 630,4 9 72,6 53,4 38, ,4 554, ,2 49,4 34, ,6 447,53 45,9 40,6 33, ,0 409,3 2 54,0 46, 35, ,5 446,62 Toal 7939,74 B-4

5 rosdng SETIA 206 olen eger Malang Volume 8 ISS: Tabel 4.6 Daya embangan dan Baya SCUC Jam Un (MW Toal Baya Ke ($ 72, , ,7 0 49, , ,7 0 47, ,3 836, ,9 69,6 44, ,4 027, ,2 72,7 46, ,9 886, ,7 68,7 44, ,0 843, ,8 57,4 38,3 0 29,8 32,4 956, ,9 50,0 34,4 0 29,7 24,8 640, ,6 42, 3,0 0 25,6 23,3 537, ,8 36,7 27,9 0 22,9 6,4 432,70 5,8 37,2 25,2 0 7,4 6,8 385, ,5 39,6 28,2 0 8, 7,3 426,40 Toal 835,39 Berdasaran hasl smulas daas, dapa a peroleh perbandngan anara penjadwalan UC dan SCUC sebaga beru: Tabel 4.7 Hasl erbandngan roblem TC ($ UC 7939,74 SCUC 835,39 Selsh 95,65 5. Kesmpulan dan Saran C, Crsopher Colombus dan Sshaj. Smon (202: Hybrd arcle Swarm Approach for Secury Consraned Un Commmen, Inda, Inernaonal Conference on Compung, Elecroncs and Elecrcal Technology [ICCEET]. K. Chandrasearan dan Sshaj. Smon (203: Bnary Real Coded Frefly Algorhm for Solvng Un Commmen roblem, Inda, Elsever nc, pp alan, Lhaoumyngyong dan arnj Damrongulamjorn, (2008: A ew Approch for Solvng Un Commmen roblem by Adapve arcle Swarm Opmzaon, German, IEEE Trans. ower App. Sys appala, Venaa Swaroop dan Erlch, Isvan (2008: A ew Approch for Solvng Un Commmen roblem by Adapve arcle Swarm Opmzaon, German, IEEE Trans. ower App. Sys T. O. Tng dan M. V. C Rao (2006: A ovel Approach for Un Commmen roblem va an Effecve Hybrd arcle Swarm Opmzaon, Hong Kong, IEEE Trans. On ower App. Sys Vol.2, o. Xn-She Yang (2009: Frefly Algorhm for Mulmodal Opmzaon, n: sochasc Algorhms: foundaons and Aplcaons, London, SAGA Lecure oes n Compuer scences, Vol. 5792, pp Maalah n memperenalan sebuah meode frefly algorhm dalam menyelesaan permasalahan secury consraned un commmen. Algorma sudah des pada ssem IEEE 30 Bus dengan 6 generaor ermal selama perode beban 2 jam. Hasl menunjuan bahwa meode n mampu dgunaan unu menyelesaan permasalahan SCUC. Toal baya produs yang lebh ngg sebesar $95,65 adalah sebaga onseues dar permasalahan n namun nla n memasan bahwa ssem dapa melayan permnaan beban secara laya dan aman. Unu dapa mengeahu performa dar usulan algorma n sebanya dlauan pembandng dengan meode algorma meaeurs yang lan sera dapa menambahan case lan semsal ea erjad ongens ssem. enambahan meode opmas dbagan sub problem (losses mungn dperluan agar program lebh mendea nla yang sesungguhnya. Dafar usaa: A, J Wood dan B. F. Wollenberg (996: ower generaon, operaon and conrol, ew Yor, Wley. B-5

6 rosdng SETIA 206 olen eger Malang Volume 8 ISS: Gambar 3. Flowcar Frefly Algorma unu SCUC Tabel 4. Daa Karaers Generaor Daa Un Un 2 Un 3 Un 4 Un 5 Un 6 max (MW mn (MW α 0, ,075 0,0625 0, ,025 0,025 β 2,75 3, γ Mn Up (hrs Mn Down (hrs Ramp Up Ramp Down Ho Sar Cos Cold Sar Cos Inal Saus Tabel 4.2 Daya embebanan selama 2 jam Jam e Beban (MW 66,0 96,0 229,0 267,0 283,4 272,0 246,0 23,0 92,0 6,0 47,0 60,0 B-6