Bukan Sekedar Tanggapan Namun Pelajaran Teruntuk Bani Hasan & Kawan-Kawan
OPTIMASI UNIT COMMITMENT DENGAN …eprints.umm.ac.id/40704/1/PENDAHULUAN.pdf · Kawan-kawan semua...
Transcript of OPTIMASI UNIT COMMITMENT DENGAN …eprints.umm.ac.id/40704/1/PENDAHULUAN.pdf · Kawan-kawan semua...
OPTIMASI UNIT COMMITMENT DENGAN
MEMPERTIMBANGKAN RUGI-RUGI DAYA PADA
SALURAN TRANSMISI MENGGUNAKAN BINARY
PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (BPSO)
LEMBAR JUDUL
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan
Guna Meraih Gelar Sarjana Strata 1
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
MUHAMMAD YUNUS EFFENDY
201410130311133
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2018
ii
LEMBAR PENGESAHAN
OPTIMASI UNIT COMMITMENT DENGAN MEMPERTIMBANGKAN
RUGI-RUGI DAYA PADA SALURAN TRANSMISI MENGGUNAKAN
BINARY PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (BPSO)
Tugas Akhir ini Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana
(S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Oleh:
MUHAMMAD YUNUS EFFENDY
201410130311133
Tanggal Ujian : 13 Oktober 2018
Tanggal Wisuda : 24 November 2018
Disetujui Oleh:
1. Ir. Diding Suhardi, M.T
NIDN. 0706066501
(Pembimbing I)
2. Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, M.T
NIDN. 0705056501
(Pembimbing II)
3. Machmud Effendy, S.T., M.Eng
NIDN. 0715067402
(Penguji I)
4. Dr. Zulfatman, S.T., M.Eng
NIDN. 0709117804
(Penguji II)
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Elektro
Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T
NIDN. 0718036502
iii
LEMBAR PERSETUJUAN
OPTIMASI UNIT COMMITMENT DENGAN MEMPERTIMBANGKAN
RUGI-RUGI DAYA PADA SALURAN TRANSMISI MENGGUNAKAN
BINARY PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (BPSO)
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
MUHAMMAD YUNUS EFFENDY
201410130311133
Disetujui Oleh:
Pembimbing I
Ir. Diding Suhardi, M.T
NIDN. 0706066501
Pembimbing II
Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, M.T
NIDN. 0705056501
iv
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama : MUHAMMAD YUNUS EFFENDY
Tempat/Tgl. Lahir : MOJOKERTO / 15 JANUARI 1996
NIM : 201410130311133
Fakultas/Jurusan : TEKNIK/TEKNIK ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir dengan judul “OPTIMASI
UNIT COMMITMENT DENGAN MEMPERTIMBANGKAN RUGI-RUGI
DAYA PADA SALURAN TRANSMISI MENGGUNAKAN BINARY
PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (BPSO)” beserta seluruh isinya adalah
karya saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian
maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan
sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila
kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya
saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya
siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.
Malang,
Yang Membuat Pernyataan
MUHAMMAD YUNUS EFFENDY
Mengetahui,
Pembimbing I
Ir. Diding Suhardi, M.T
NIDN. 0706066501
Pembimbing II
Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, M.T
NIDN. 0705056501
v
ABSTRAK
Unit Commitment (UC) merupakan permasalahan penjadwalan pembangkit
tenaga listrik. Penjadwalan unit pembangkit pada sistem tenaga listrik memiliki
banyak batasan-batasan. Selain batasan-batasan yang ada, pada sistem tenaga listrik
perlu dipertimbangkan mengenai daya yang hilang pada waktu transmisi (daya
losses). Sehingga pada tugas akhir ini akan dilakukan analisa aliran daya
menggunakan metode Newton Raphson dan melakukan perancangan serta
penerapan algoritma Binary particle swarm optimization (BPSO) untuk
memecahkan permasalahan UC. Tujuan dari analisa aliran daya agar dapat
mengetahui rugi-rugi daya pada suatu sistem dan optimasi UC berfungsi untuk
memenuhi kebutuhan daya listrik dengan biaya pembangkitan seminimal mungkin
selama rentang waktu tertentu. Hasil yang didapat menunjukkan bahwa metode
Newton Raphson dapat digunakan untuk analisa aliran daya dengan waktu
komputasi yang cepat sedangkan algoritma BPSO dapat menyelesaikan
permaslahan UC dengan batasan-batasan yang ada. Optimasi UC dengan
mempertimbangkan rugi-rugi daya mengakibatkan penyalaan pembangkit yang
lebih banyak serta meningkatnya biaya pembangkitan sebesar 5.83% atau sebesar
$817.81.
Kata kunci: Unit Commitment, BPSO, daya losses, sistem tenaga listrik
vi
ABSTRACT
Unit Commitment (UC) is a power plant scheduling problem. The
scheduling of generating units in electric power systems has many limitations. In
addition to the limitations that exist, the electric power system needs to be
considered regarding the power lost during transmission time (power losses). So
that this final project will analyze the power flow using the Newton Raphson method
and design and implement the Binary particle swarm optimization (BPSO)
algorithm to solve UC problems. The purpose of the power flow analysis in order
to find out the power losses in a system and the optimization of UC functions to
meet the needs of electric power with minimal generation costs over a certain time
span. The results obtained show that the Newton Raphson method can be used for
power flow analysis with fast computation time while the BPSO algorithm can solve
the UC problem with existing constraints. UC optimization by considering power
losses results in the ignition of more power and an increase in generating costs of
5.83% or $ 817.81.
Keywords: Unit Commitment, BPSO, Power losses, electric power system
vii
LEMBAR PERSEMBAHAN
Sembah sujud serta syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta'ala. Taburan
cinta dan kasih sayang-Nya telah memberikan saya kekuatan dan membekali saya
dengan ilmu. Atas karunia serta kemudahan yang Allah berikan kepada saya
akhirnya skripsi yang sangat sederhana ini dapat terselesaikan. Sholawat dan salam
selalu terlimpahkan kepada Rasulallah Muhammad Shalallaahu 'Alayhi Wasallam.
Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ayah Naim dan Ibu Sulikah yang penulis sayangi dan banggakan, terima
kasih atas semua yang telah beliau berikan dengan tulus ikhlas, membesarkan,
menyayangi, mengasihi, membimbing, mendo’akan, mendukung dan
berkorban demi masa depan penulis.
2. Adek Indira Fauziyah Aisyarah dan keluarga semua yang selalu menghibur
dan yang selalu memberikan semangat buat penulis.
3. Dekan Fakultas Teknik, Bapak Dr, Ir. Ahmad Mubin, MT dan seluruh jajaran
Dekanat serta keluarga besar Universitas Muhammadiyah Malang.
4. Ketua Jurusan Teknik Elektro Ibu Ir. Nur Alif M., MT. dan Sekretaris Jurusan
Teknik Elektro Bapak Widianto, ST, MT. beserta seluruh staf Jurusan Teknik
Elektro.
5. Bapak Ir. Diding Suhardi, MT dan Bapak Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, MT
yang telah mendukung, meluangkan banyak waktu, tenaga dan pikiran untuk
membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
6. Kawan-kawan asisten Laboratorium Teknik Elektro sebagai rekan selama
menjadi asisten, Ikhwan, Angga, Ridho, Madha, Asadul, Lafa dan yang
lainnya.
7. Kawan-kawan semua Teknik Elektro kelas C angkatan 2014 yang selalu
membuat kegembiraan
8. Seluruh civitas akademika (dosen, asisten, dan karyawan) Universitas
Muhammadiyah Malang yang telah membekali ilmu dan membantu penulis
selama proses studi.
9. Dan yang terakhir, semuanya yang telah membantu penulis yang tidak bisa
disebutkan satu persatu.
viii
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah puji syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas segala
Nikmat, Rahmat, serta Hidayahnya-Nya. Sholawat serta salam semoga senantiasa
tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad Shalallaahu 'Alayhi Wasallam. Atas
kehendak dan karunia Allah penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang
berjudul:
“OPTIMASI UNIT COMMITMENT DENGAN MEMPERTIMBANGKAN
RUGI-RUGI DAYA PADA SALURAN TRANSMISI MENGGUNAKAN
BINARY PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (BPSO)”
Penulisan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh
gelar sarjana teknik di Universitas Muhammadiyah Malang. Selain itu penulis
berharap tugas akhir ini dapat memperluas pustaka dan pengetahuan utamanya
dalam bidang energi terbaharukan.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak
terdapat kekurangan. Oleh karena itu Penulis berharap saran yang membangun,
agar kedepannya menjadi lebih baik dan bermanfaat. Penulis mohon maaf apabila
terdapat kesalahan dalam penulisan baik yang disengaja maupun yang tidak
disengaja.
Malang,
Penulis
ix
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL .................................................................................................. i
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... i
LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................ iii
LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................. iv
ABSTRAK ............................................................................................................. v
ABSTRACT ........................................................................................................... vi
LEMBAR PERSEMBAHAN ............................................................................. vii
KATA PENGANTAR ........................................................................................ viii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xii
DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah .......................................................................................... 3
1.4 Tujuan Penelitian ......................................................................................... 3
1.5 Sistematika Penulisan .................................................................................. 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 5
2.1 Tinjauan Penelitian Terdahulu .................................................................... 5
2.2 Landasan Teori ............................................................................................ 6
2.2.1 Sistem Tenaga Listrik........................................................................... 6
2.2.2 Beban .................................................................................................... 6
2.2.3 Analisa Aliran Daya dengan Newton-Raphson .................................... 7
2.2.4 Unit Commitment (UC) ..................................................................... 10
x
2.2.4.1 Kendala Dalam UC ..................................................................... 11
2.2.4.2 Biaya Start-up ............................................................................. 11
2.2.4.3 Biaya Shut Down ......................................................................... 11
2.2.4.4 Waktu Nyala dan Padam Minimal Unit Pembangkit .................. 12
2.2.4.5 Persamaan Biaya Konsumsi Bahan Bakar dan Pembangkitan ... 12
2.2.4.6 Persamaan Fungsi Multiobjektif ................................................. 13
2.2.5 Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) .................................... 13
2.2.5.1 Dasar BPSO ................................................................................ 13
BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 16
3.1 Data Penelitian .......................................................................................... 16
3.1.1 Karateristik Saluran ............................................................................ 16
3.1.2 Data Beban dan Pembangkit .............................................................. 17
3.1.3 Fungsi Biaya dan Batasan Kemampuan Pembangkit ......................... 18
3.1.4 Data Pembebanan Sistem Standart IEEE 14 Bus 24 Jam .................. 19
3.2 Pemodelan Sistem Standar IEEE 14 Bus .................................................. 20
3.3 Alur Pengerjaan ......................................................................................... 21
3.4 Penerapan Newton Raphson Untuk Analisa Load Flow .......................... 22
3.5 Penerapan Algoritma Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) Pada
Unit Commitment (UC) ............................................................................. 23
3.5.1 Inisialisasi BPSO ................................................................................ 24
3.5.1.1 Parameter-parameter BPSO ........................................................ 24
3.5.1.2 Inisialisasi posisi dan kecepatan partikel .................................... 24
3.5.2 Evaluasi Fitness Function .................................................................. 25
3.5.3 Penentuan Posisi Terbaik Pbest dan Gbest ........................................ 25
3.5.4 Update Kecepatan dan Posisi Partikel ............................................... 25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 26
xi
4.1 Analisa Aliran Daya .................................................................................... 26
4.1.1 Rugi-Rugi Daya.................................................................................. 28
4.2 Pengujian Kasus 1 Sistem IEEE 14 Bus ................................................... 29
4.2.1 Penjadwalan Pembangkit Kasus 1 Sistem IEEE 14 Bus .................... 29
4.2.2 Pembangkitan Daya Tiap-tiap Pembangkit Kasus 1 .......................... 30
4.2.3 Total Biaya Pembangkitan Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus .................. 32
4.3 Pengujian Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus ................................................... 33
4.3.1 Penjadwalan Pembangkit Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus .................... 33
4.3.2 Pembangkitan Daya Tiap-tiap Pembangkit Kasus 2 .......................... 34
4.3.3 Total Biaya Pembangkitan Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus .................. 36
4.4 Perbandingan Metode ................................................................................. 37
BAB V PENUTUP ............................................................................................... 40
5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 40
5.2 Saran ............................................................................................................ 40
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 41
LAMPIRAN .......................................................................................................... 43
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.2 Diagram Konsep Particle Swarm Optimization dengan Single Global
Minimum [13]. ...................................................................................... 14
Gambar 3.1 Single Line Diagram Sistem Stadar IEEE 14 Bus ............................ 20
Gambar 3.2 Flowchart Tahap Penyelesaian Penelitian ......................................... 21
Gambar 3.3 Flowchart Penyelesaian Aliran Daya Menggunakan Newton Raphson
.............................................................................................................. 22
Gambar 3.4 Flowchart Unit Commitment Menggunkan BPSO ............................ 23
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Beban dengan Losses ........................................... 29
Gambar 4.2 Perbandingan Daya Beban dengan Daya Pembangkitan .................. 32
Gambar 4.3 Perbandingan Daya Beban dengan Daya Pembangkitan .................. 35
Gambar 4.4 Perbandingan Total Biaya Pembangkitan ......................................... 39
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Data Saluran Transmisi Sistem Standar IEEE 14 bus .......................... 17
Tabel 3.2 Data Pembebanan Sistem Standart IEEE 14 Bus.................................. 18
Tabel 3.3 Data Daya Yang Dibangkitkan Oleh Setiap Pembangkit Sistem Standar
IEEE 14 Bus ......................................................................................... 18
Tabel 3.4 Fungsi Biaya Dari Masing-Masing Pembangkit ................................... 19
Tabel 3.5 Data Pembebanan Sistem IEEE 14 Bus 24 Jam ................................... 19
Tabel 4.1 Aliran Daya Sistem IEEE 14 Bus Beban Minimum Harian ................. 27
Tabel 4.2 Aliran Daya Sistem IEEE 14 Bus Beban Maksimum Harian ............... 27
Tabel 4.3 Rugi-Rugi Daya Sistem 14 Bus ............................................................ 28
Tabel 4.4 Penjadwalan Kasus 1 Sistem IEEE 14 Bus ........................................... 30
Tabel 4.5 Daya Tiap-tiap Pembangkit Kasus 1 ..................................................... 31
Tabel 4.6 Biaya Pembangkitan Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus .............................. 32
Tabel 4.7 Biaya Pembangkitan Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus (lanjutan) ............. 33
Tabel 4.8 Penjadwalan Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus ........................................... 34
Tabel 4.9 Daya Tiap-tiap Pembangkit Kasus 2 ..................................................... 34
Tabel 4.10 Daya Tiap-tiap Pembangkit Kasus 2 (lanjutan) .................................. 35
Tabel 4.11 Biaya Pembangkitan Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus ............................ 36
Tabel 4.12 Biaya Pembangkitan Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus (lanjutan) ........... 37
Tabel 4.13 Hasil Penjadwalan UC Tanpa Mempertimbangkan Rugi-rugi
Transmisi .............................................................................................. 38
Tabel 4.14 Penjadwalan UC Mempertimbangkan Rugi-rugi Transmisi ............... 38
41
DAFTAR PUSTAKA
[1] Marsudi, D. “Operasi Sistem Tenaga Listrik”, Balai Penerbit & Humas
ISTN, Jakarta, 2006.
[2] Senjyu, T., Shimabukuro, K., Uezato, K., Funabashi, T. 2003. A fast
technique for unit commitment problem by extended priority list. IEEE
Trans Power Syst. 8 (2):882–8.
[3] Su CC, Hsu YY. 2003. Fuzzy dynamic programming: an application to unit
commitment. IEEE Trans Power Syst. 6 (3):1231–7.
[4] Ongsakul, W., Petcharaks, N. 2004. Unit commitment by enhanced adaptive
Lagrangian relaxation. IEEE Trans Power Syst. 19 (1):620–8.
[5] Sarjiya, Hadi, Sasongko Pramono, Wijayanti, Daniar Rizki. 2016. Unit
Commitment dengan Kekangan Keandalan Menggunakan Algoritma
Genetika Mempertimbangkan Ketidakpastian Beban. JNTETI. 5 (4): 341-
347.
[6] Hadhi, Benny Prastikha, Wibowo, Rony Seto, Robandi, Imam. 2014.
Optimisasi Unit Commitment Mempertimbangkan Fungsi Biaya Tidak
Mulus Dengan Firefly Algorithm. Jurnal Teknik POMITS. 3 (1): B30-B35.
[7] Longethiran, T., Srinivasan, Dipti. 2010. Particle Swarm Optimization for
Unit Commitment Problem. IEEE Trans Power Syst : 642-647.
[8] Yang, Linfeng, dkk. 2017.A novel projected two-binary-variable
formulation for unit commitment in power system. ScienceDirect Applied
Energy. 187: 732-745.
[9] Utama, Fahrizal Fitra, Wibowo, Rony Seto, Putra, Dimas F.U. 2016. Unit
Commitment Mempertimbangkan Fungsi Biaya Tak Mulus dengan Metode
Binary Particle Swarm Optimization. Jurnal Teknik ITS. 5 (2): B295-B298.
[10] Hosea, Emmy, Tanoto, Yusak. 2005. Perbandingan Analisa Aliran Daya
dengan Menggunakan Metode Algoritma Genetika dan Metode Newton-
Rhapshon. Jurnal Teknik Elektro. 4 (2): 63-69.
[11] Dispankar, D. & Douglas, M. R. 1993. Short Term Unit Commmitment
Using Genetic Algorithm. Technical Report No IKBS-16-93, 10 August.
42
[12] Wood, J. A. & Wollenberg, B. F. 1996. Power Generation, Operation, and
Control. New York: John Wiley & Sons, Inc.
[13] Pramitasari, Lilian. 2018. Analisis Perbandingan Metode Optimasi Aliran
Daya Menggunakan Particle Swarm Optimization Dan Artificial Bee
Colony Berdasarkan Multi-Objective Function. Jurusan Teknik Elektro,
Universitas Muhammadiyah Malang.
[14] Souag and Benhamida, 2014. “Secured Economic Dispatch Algorithm using
GSDF Matrix”. Department of Electrical Engineering, Uniersity of Djilali
Liabes, Algeria.