Optimisasi Operasi Sistem Tenaga Listrik dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator dan Kestabilan Steady State Global Johny Custer (2209201007) Dosen Pembimbing : Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M. Sc., Ph.D Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT.
Pendahuluan Kajian Pustaka dan Dasar Teori Metoda Penelitian Simulasi dan Analisis Penutup
Pendahuluan Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Kontribusi Penelitian Tenaga Listrik Ekonomis dan Aman -Biaya Pembangkitan Minimal (MIPSO OPF) - Melihat Batasan -Kapabilitas Operasi 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. Faktor Pengali Lagrange 2. Iterasi Lambda 3. Base Point dan Faktor Partisipasi
Losses Di Perhitungkan F = F + F + F +... + T 1 2 3 F N F T = N i = 1 F i ( P i ) 2 i ( i ) = i + i i + i i F P a bp cp φ = o = P R + P L N i= 1 P i φ : Konstrain, Daya yang dibangkitkan sama dengan daya yang diterima beban ditambah rugi transmisi.
Analisa Aliran Daya Optimal Analisis untuk mengoptimalkan suatu fungsi objektif yang secara simultan perhitungannya juga memenuhi batasan keseimbangan aliran daya Fungsi objektif Biaya pembangkitan Economic Dispatch Biaya pembangkitan Economic Dispatch Rugi-rugi pada jaringan Injeksi daya reaktif dsb.
Batasan batasan dalam Aliran daya Keseimbangan aliran daya (Equality Constraints) N P i = PD + i= 1 P L Nilai minimum dan maksimum daya pembangkit (Inequality Constraints) P i min P i P i max Kurva Kapabilitas Generator
Kurva Kapabilitas Generator Batas kemampuan generator : Batas daya aktif dan reaktif 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 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 A Mulai Data Saluran Data Pembebanan Data Pembangkitan Tidak Melihat Batasan Keamanan Generator Ya Menghitung Batas Kesatabilan Steady State Berdasarkan REI Menentukan Optimisasi Biaya Pembangkitan Optimisasi OPF MIPSO dengan Kontrain Kurva Kapabilitas Generator A Tidak Melihat Batasan Kestabilan Steady State Ya Selesai
Flowchart MIPSO Mulai Flowchart OPF MIPSO Initialisasi Parameter MIPSO Mulai Initialisasi Posisi Individu Secara Acak Initialisasi Velocity Individu Secara Acak Impedansi Beban pada Jaringan Update Velocity Individu i, Pembangkitan Secara Acak Dengan coefisient constriction (K) adalah : AnalisaAliran Aliran Daya Titik Operasi diperbarui dengan MIPSO Update Posisi Individu i, X k+1 = X ik + V k+1 i Update Pbest dangbest Evaluasi Fungsi Obyektif pada Individu i Pengecekan Keamanan Generator Ya Fungsi Obyektif Optimal Tidak Iterasi Selanjutnya Tidak Kriteria Terpenuhi? Selesai Konvergen untuk pemecahan optimisasi Output/Hasil Selesai
Algoritma Pengembangan Kurva 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. Pengambilan data : Data plot titik P dan Q 2. Menghitung daya komplek kurva dan sudut teta kurva 3. NN kemudian dilatih ih menggunakan sejumlah data input dan target yang diambil dari sejumlah titik pada kurva. 4. Untuk menguji keakuratan k model NN yang dihasilkan dilakukan uji coba dengan memasukan input data θ yang tidak dilatih. Keluaran targetnya t kemudian dibandingkan dengan data kurva sebenarnya.
Pengujian Kurva Kapabilitas Generator Pengujian : 1. Kondisi i aman. 2. Kondisi kritis 3. Kondisi tidak aman Syarat R ref R gen Keterangan : R ref : Daya komplek PQ kurva ( panjang jari-jari kurva ) R gen : Daya komplek beban ( panjang jari-jari beban ) Blok pengujian keamanan kurva kapabilitas generator
Menentukan Indeks Stabilitas Menggunakan REInDimo Single Line Diagram Jalankan Load Flow Tentukan Bus Beban Gambar Bus Netral Fiktif Hubungkan Bus Beban Ke Bus Netral Fiktif P + jq Y bus V 1. = 2 2. S* in I = Ei jfi
Membuat Bus Load Centre 1. I BLC 2. P menuju Bus Load Centre, P + jq 3. Z lc, R lc + jx lc P + = I jq I* 4. Z lc diubah dalam bentuk Y lc 1 YLC = Z 5. V lc, LC S V lc = I* lc lc Bus Load centre Jalankan Load Flow ReduksiY bus baru Menghitung Nilai Indeks Stabilitas dδq = dv m m 2 Ym + Yload m Y E cosδ m m V
Simulasi dan Analisis IEEE 30 BUS Jawa Bali 500 KV
IEEE 30 Bus Sistem Lagrange No Pembangkit Daya Aktif (MW) Daya Reaktif (MVar) Biaya ($/h) Losses (MW) Indeks Stabilitas 1 Pembangkit 1 44,147-5,287 126,915 2 Pembangkit 2 57,677 36,479 158,210 3 Pembangkit 3 23,022 12,037 55,877 4 Pembangkit 4 32,762 34,744 118,799 5 Pembangkit 5 16,721 9,768 56,281 6 Pembangkit 6 17,511 12,744 59,289 Total 191,841 100,484 575,37 2,649-8.388
IEEE 30 Bus Sistem MIPSO No Total Cost Losses Percobaan ($/jam) (MW) %E Error Cost % Error Losses 1 575,32 2,640 0,001 0,003 2 575,29 2,653 0,004 0,495 3 575,33 2,635 0,003 0,187 4 575,29 2,652 0,004 0,457 5 575,31 2,637 0,001 0,111 6 575,33 2,639 0,003 0,035 7 575,29 2,632 0,004 0,301 8 575,34 2,639 0,004 0,035 9 575,31 2,644 0,001 0,154 10 575,30 2,621 0,003 0,717 11 575,33 2,643 0,003 0,116 12 575,30 2,646 0,003 0,230 13 575,32 2,640 0,001 0,003 14 575,34 2,642 0,004 0,078 15 575,32 2,636 0,001 0,149 AVG 575,31 2,640 0,003 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 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 1.043,085 085 2.943.570,000 000 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 Losses (MW) Total 10.395,176 5.456,832 9.243.049.670,58 113,177
Sistem Jawa Bali 500 kv Real System dengan Konstraint Kurva Kapabilitas 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 535,000 405,890 2.943.570,000 000 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 Losses (MW) Total 10.400,962 5.519,314 9.247.883.949,06 118,962
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 TtlBi Total Biaya Pembangkitan (Rp/jam) 9.247.883.949,06 949 7.714.846.255,02714 Indeks Stabilitas -33,88-24,70
Gambar Kurva Kapabilitas Generator Dt Data Real (Sebelum (Sbl di Optimisasi) Oti i i)
Gambar Kurva Kapabilitas Generator Hasil MIPSO (Setelah di Optimisasi)
Penutup 1. Kesimpulan Pengurangan biaya operasi pembangkit sebesar Rp. 1.576.520.775,- 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. Saran Kedepan diharapkan ada penelitian lanjutan yang menggabungkan efek ekonomis dan kestabilan. Sli Selain dihasilkanilk operasi yang ekonomis juga diikuti dengan hasil kestabilan yang lebih baik.