DAFTAR ISTILAH
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.4 Unit Commitment dan Economic Dispatch
2.4.1 Unit Commitment
Persoalan yang dihadapi dalam mengoperasikan sistem tenaga listrik adalah untuk menentukan kapasitas masing-masing pembangkit yang optimal dalam melayani suatu beban sistem tertentu yang harus diusahakan dengan biaya bahan bakar semurah mungkin dari setiap pembangkit yang sudah terinstalasi atau terkoneksi ke grid. Namun kadangkala persoalan yang dihadapi adalah jumlah kapasitas terpasang pembangkit jauh lebih besar dari beban tertentu (pada kondisi beban minimum). Hal ini dapat membuat beberapa pembangkit harus dimatikan (out of service)
,
dimana pembangkit-pembangkit ini harus pembangkit yang bahan bakarnya berharga mahal. Untuk menentukan pembangkit mana saja yang harus dimatikan maka diperlukan proses penentuan melalui optimalisasi yang disebut Unit Commitment, UC. Jadi melalui unit commitment ini akan ditentukan mana unit yang akan melayani beban dan mana unit yang tidak melayani beban (dimatikan). Hasil dari unit commitment ini sangat berguna untuk menentukan penjadualan pembangkit melalui economic dispatch pada pembangkit-pembangkit yang sudah komit untuk beroperasi.Umumnya penentuan unit commitment dilakukan secara terpisah dengan economic dispatch dimana penentuan unit commitment dilakukan terlebih dahulu sebelum persoalan economic dispatch diselesaikan. Hal ini ditunjukkan oleh beberapa referensi
,
misalnya Allen. J Wood[1],
dimana penentuan unit commitment dilakukan berdasarkan suatu pendekatan melalui limit daya pembangkit,
biaya bahan bakarnya dan beban yang akan dilayani. Hasil-hasil perhitungan disimulasikan sehingga didapatkan pembangkit yang berharga mahal,
kemudian pembangkit-pembangkit ini akan disebut pembangkit yang tidak komit pada beban tersebut. Sedangkan pembangkit lainnya merupakan pembangkit yang akan komit untuk melayani beban tersebut.
2.4.2 Economic Dispatch.
Perhitungan economic dispatch merupakan optimasi biaya bahan bakar pembangkit untuk melayani suatu beban sistem. Umumnya economic dispatch
dipergunakan dalam penjadualan pembangkit atau penentuan pemenang bidding dalam sistem kompetisi tenaga listrik berdasarkan multi-seller multi buyer. Seringkali economic dispatch dihitung tanpa mempertimbangkan rugi-rugi jaringan
,
dalam hal ini rugi-rugi jaringan dianggap nol (diabaikan). Namun karena rugi-rugi jaringan cukup signifikan (antara 2-5% dari total beban) maka dalam penentuan economic dispatch mengikutkan rugi-rugi jaringan sehingga dengan melibatkan rugi-rugi ini hasil perhitungan economic dispatch akan mendekati pada kondisi aliran daya riilnya. Metoda-metoda perhitungan economic dispatch yang melibatkan rugi-rugi jaringan dapat dilakukan melalui perkiraan (beberapa % dari total beban) yang telah disebutkan sebelumnya. Penentuan perkiraan ini berdasarkan data histori dari aliran daya riil di lapangan. Sedangkan metoda lain melakukan pendekatan melalui B loss Matrix,
sehingga didapat fungsi rugi-rugi terhadap daya masing-masing pembangkit. Dimana metoda-metoda ini adalah merupakan metoda tanpa iterasi.Disamping metoda tanpa iterasi, penentuan rugi-rugi sesuai dengan kondisi jaringan riil di lapangan dapat dilakukan dengan metoda iterasi yang menggunakan metoda aliran daya
,
baik Gauss-Seidel,
Newton-Raphson ataupun Fast Decoupled. Pemilihan dari metoda ini tergantung pada persoalan jaringan yang dihadapi. Untuk jaringan dengan jumlah bus yang sangat kecil lebih efisien menggunakan metoda Gauss-Seidel,
karena tidak mempunyai banyak variabel. Sedangkan untuk jumlah bus yang besar lebih baik menggunakan metoda Newton-Raphson atau Fast-Decoupled. Namun untuk kondisi jaringan dengan perbandingan resistansi terhadap reaktansinya lebih kecil dari satu (R/X<1) yang berlaku untuk semua saluran,
maka sebaiknya menggunakan metoda Fast-Decoupled. Karena metoda Fast Decoupled dapat bekerja lebih cepat,
hal ini disebabkan oleh matrik Jacobian dapat disederhanakan (dimana matrik Jacobian di luar diagonal sama dengan nol). Dengan demikian rugi-rugi dapat ditentukan dengan akurat sehingga perhitungan economic dispatch dengan melibatkan rugi-rugi dapat diakomodir dengan baik.Jadi persoalan economic dispatch yang dimaksud untuk setiap langkah iterasi adalah
:
Tujuan
:
min
N i i t i t N t t t T F F F F P F 1 2 1 ... ( ) (2.3) Kendala:
1 0 1
t loss N i beban t i P P P Dimana:
t TF total biaya pembangkit pada iterasi ke t.
t i
F biaya pembangkit i pada iterasi ke t.
t i
P daya pembangkit i pada iterasi ke t.
beban
P beban yang harus dilayani.
1 t loss
P rugi-rugi jaringan pada iterasi ke t-1 yang dihitung melalui aliran daya.
Penyelesaian masalah ED tidak melibatkan kendala jaringan
,
sementara kasus nyata yang terjadi adalah bagaimana daya dari pusat pembangkit dapat memenuhi permintaan beban tanpa melanggar kendala generator maupun kendala jaringan. Penentuan pengiriman daya dari setiap stasiun pembangkit guna meminimalkan biaya operasi disebut Optimal Power Flow (OPF). Pengaturan pengiriman ini dikarenakan pembangkitan dalam sistem tenaga listrik pada setiap stasiun tidak ditempatkan pada jarak yang sama dari pusat beban. Oleh sebab itu harga bahan bakar setiap stasiun pembangkit menjadi berbeda dan dengan OPF akan memperkecil fungsi-fungsi objektif yang dipilih sambil mempertahankan efisiensi sistem yang dapat diterima dari batas kemampuan daya pada generator.Menurut Jizhong Zhu [3] dijelaskan bahwa secara umum permasalahan OPF adalah untuk mendapatkan setting optimal pada sistem jaringan dengan tatacara mengoptimasi fungsi objektif yang dapat berupa
:
fungsi biaya total pembangkit,
losses jaringan,
emisi pada unit pembangkit,
load shedding,
dan juga keterbatasan perangkat operasi. Jadi studi aliran daya optimal dapat dikatakan bukan hanya meninjau pada perolehan daya yang terbaik dalam melayani beban,
tetapi juga dapat ditinjau sebagai studi tentang mendapatkan biaya total yang nilainya minimal dalam pelayanan sistem kelistrikan kepada konsumen.
Soleman [5] menjelaskan tentang objektif dari OPF antara lain adalah meminimasi kehilangan daya aktif pada saluran transmisi
,
minimasi biaya bahan bakar pembangkit,
maksimasi reaktif power reverse margin,
minimasi reaktif power losses pada transmisi,
minimasi index emisi dan juga dapat dilakukan untuk maksimasi margin pada index sekuriti. Pendekatan model fungsi objektif yang dikemukakan oleh Soleman tersebut untuk OPF pada perhitungan minimasi biaya bahan bakar adalah merupakan fungsi non linier (kuadratis).Buku yang lain seperti Power Sistem Optimization oleh Khotari [6]
,
yang membahas tentang OPF untuk meminimalkan biaya operasi juga memperlihatkan objektif dengan model fungsi kuadratik pula. Diperlihatkan oleh beberapa referensi antara lain referensi [7] [8] bahwa fungsi objektif tersebut ternyata variabel fungsinya adalah berupa daya aktif pembangkit pada sistem kelistrikan. Jadi variable fungsi objektifnya adalah daya yang mengalir dari setiap pembangkit menuju kepada setiap beban pada sistem kelistrikan. Atau dengan kata lain optimal power flow adalah tatacara tentang mengelola daya dari pembangkit listrik yang disalurkan ke beban pada konsumen dengan nilai yang selalu optimal. Pada sub bab 2.4 telah dibahas tentang permasalahan ED yang hanya memiliki sebuah kendala dimana total pembangkitan sama dengan total beban dan rugi-rugi. OPF lebih komplek dibanding ED karena berbagai kendala dilibatkan dalam penyelesaian masalah OPF. Beberapa peneliti telah menerbitkan makalah mereka tentang OPF [55-60]. OPF menggunakan beberapa kontrol variabel untuk meminimalkan biaya, seperti generator fungsi objektif, kemampuan generator, kemampuan jaringan, tegangan generator, dan tap transformator serta memperhitungkan kerugian transmisi. Permasalahan OPF meliputi:
Problem Optimasi.
Fungsi obyektif klasik
:
meminimalkan biaya pembangkitan. Kendala kesamaan
:
keseimbangan daya pada setiap node,
persamaan aliran daya. Kendala ketidaksamaan
:
batasan operasi jaringan (line flow,
Variabel yang dikontrol meliputi
:
daya aktif unit generator,
Tegangan unit generator,
posisi tap trafo,
posisi tap penggeser fasa,
status switch kapasitor dan reactor,
control elektronika daya (HVDC,
FACTS),
sejumlah pemutus beban. Sementara state variable menggambarkan respon sistem terhadap perubahan variabel control,
magnitude dari tegangan pada setiap bus (kecuali generator bus,
yang merupakan variabel kontrol)