Dynamic Optimal Power Flow Arus Searah Menggunakan Qudratic Programming

(1)

Dynamic Optimal Power Flow Arus Searah Menggunakan

Qudratic Programming

Nursidi 2209100055 2209100055 Dosen Pembimbing :

Dr. Eng. Rony Seto Wibowo, ST., MT. IGN Satriyadi Hernanda ST., MT.

(2)

OUTLINES

Pendahuluan

Latar Belakang, Tujuan Penelitian, Permasalahan, Batasan Masalah

1 Dynamic Optimal Power Flow Arus Searah

Optimal Power Flow Arus Searah (DC OPF ),

2

_{Optimal Power Flow Arus Searah (DC OPF ),}

Dynamic Optimal Power Flow Arus Searah (DC DOPF), Quadratic Programming

Penerapan QP pada DC DOPF

Inisialisasi permasalahan DC DOPF pada Qudratic programming

3 Hasil Penelitian

Validasi, Sistem 14 bus, Sistem Jawa Bali 500 KV

Hasil Penelitian

Validasi, Sistem 14 bus, Sistem Jawa Bali 500 KV

4 Penutup

Kesimpulan

Penutup

Kesimpulan

5

_Kesimpulan_Kesimpulan

(3)

LATAR

BELAKANG

Latar Belakang

Dalam STL Terinterkoneksi Pedjadwalan optimal ekonomi

DC Dynamic Optimal

Power Flow

E

i Di

t h

j p

sangat diperlukan

Power Flow

Economic Dispatch

Optimasi tidak

layak

Quadratic

Programming

Constraints saluran

Ramp Rate

Optimal Power Flow

DC Optimal Power

Flow

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

terhadap daya terbangkit dan total biaya pembangkitan

(5)

PERMASALAHAN

Permasalahan

Bagaimana menentukan penjadwalan ekonomis

pembangkit pada sistem kelistrikan terinterkoneksi

p

g

p

dengan memperhatikan kapasitas saluran dan ramp

rate

Bagaimana membuat program DC DOPF menggunakan

Quadratic Programming

Apa pengaruh kapasitas saluran dan ramp rate

(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 FLOW

Optimal Power Flow Arus Searah

Optimal Power Flow (OPF) merupakan hal penting dalam perancanaan,

kontrol maupun operasi dalam sistem tenaga [2].

OPF

Arus

Searah

digunakan

untuk

melakukan

pembagian

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) Fi = Besar biaya pembangkitan pada pembangkit ke-i (Rp) Pi= Daya output dari pembangkit ke-i (MW)

Sesuai dengan batasan :

P d b kit t k I (MW)

P_Gi : daya pembangkitan generator ke-I (MW)

P_ij : daya yang mengalir pada saluran ij (MW)

θ_i : sudut tegangan bus i (rad)

P_i : injeksi daya semua saluran di bus I (MW)

P_Di : Beban pada bus i (MW)

(8)

O

S

( C

O

)

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

Fungsi objektif DC DOPF :

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

I

lit

t i t

Inequality constraint

_{Equality constaint}

: ramp rate generator ke-i (MW/jam)

θ_it _{: sudut tegangan bus i saat -t (rad)}

P_it _{: injeksi daya semua saluran di bus i saat -t (MW)}

(9)

OPTIMAL POWER FLOW

Dynamic Optimal Power Flow

Arus Searah

150 MW P j d l 100 MW 175 MW Kapasitas = 200 MVA 200 MW Penjadwalan secara optimal ekonomi dalam rentang waktu

Jam-1 Beban800 MW Ramp Do n 200 MW 225 MW Jam-2 Beban700 MW Ramp Down Ramp Up Kapasitas = 800 MVA 450 MW Jam-3 Beban900 MW Ramp Up Sesuai dengan : 400 MW 500 MW & Kapasitas = 300 MVA

(10)

OPTIMAL POWER FLOW

…Lanjutan

R

t di

k

t k

t h

k

th

l

di

t d

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

menggunakan

acuan standar IEEE 762-2006 yang dimuat di [17].

PLTU

12%/j

PLTA PLTG d

PLTGU

100 % /j

PLTU = 12%/jam , PLTA, PLTG dan PLTGU = 100 % /jam

(11)

QUADRATIC PROGRAMMING

Quadratic Programming

Quadratic Programming (QP) adalah metode penyelesaian masalah

optimasi linear dengan fungsi objektif berupa fungsi kuadrat dari

p

g

j

p

g

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

(12)

Inisialisasi DC DOPF 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 )

(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,

B s 1 B s 3 B s 2

Bus 1 Bus 3 Bus 2

G 1 G 2 y₁₃ y₂₃ branch₁₃ _branch 23 θ θ θ2 L θ₁ θ₂ 2

(14)

….Lanjutan

…..Lanjutan

Bus 2 Bus 1

1

Bus 3

1

FB flow TB flow Ramp Bus 2 Bus 1 Bus 2

2

Bus 3 FB flow TB flow

(15)

HASIL SIMULASI dan

ANALISIS

Hasil Simulasi dan Analisis

Profil 1

Profil 2

Profil 3

Validasi

Sistem

14 Bus

Sistem

Jawa Bali

14 Bus

500 kV

Tahap I

Tahap II

DC OPF

DC DOPF

DC DOPF Kontingensi

(16)

VALIDASI TAHAP I

C O

Validasi

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

G i O i d C l “ k All J W d k i

Generation,Operation and Control “ karangan Allen J. Wood, yang merupakan sistem

6 bus[12].

Hasil Simulasi :

Variabel output

DC OPF Matpower [15] DC DOPF

Jam 1 Jam 2 Jam 1 Jam 2

p θ₁ 0 0 0 0 θ₂ -0.6686 -0.1531 -0.6686 -0.1531 θ₃₃ -1.1156 -0.1904 -1.1156 -0.1904 θ₄ -2.7177 -2.9974 -2.7177 -2.9974 θ₅ -3.5150 -3.8686 -3.5150 -3.8686 θ₆₆ -3.6176 -3.9742 -3.6176 -3.9742 P₁ 50.00 50.00 50.00 50.00 P₃ 75.34 103.53 75.34 103.53 P₄ 56.66 90.47 56.66 90.47 Total Cost 6172.06 6172.06

(17)

VALIDASI TAHAP II

Validasi

Sistem 14 Bus Sistem Jawa Bali 500 kV

Validasi Tahap II adalah validasi terhadap constraints ramp rate.

Hasil Simulasi :

Daya (MW) pada jam

ke-R t Pembangkit y ( ) p j 1 2 3 4 5 Unit 1 50 62 66.606 62 50 Unit 2 74.2098 99.2098 115.0742 99.2098 74.2098 Ramp rate: Unit 1  30 MW/jam Unit 2  25 MW/jam Unit 3  25 MW/jam Unit 3 57.7902 82.7902 104.3198 82.7902 57.7902 Total (MW) 182 244 286 244 210 140 80 100 120 M W)

Jam Perubahan pembangkitan Keterangan Unit 1 Unit 2 Unit 3

1 2 12 2 2 S i 40 60 80 Daya ( M _1-2 ₁₂ ₂₅ ₂₅ _Sesuai 2-3 4.606 15.8644 21.5296 Sesuai 3-4 -4.606 -15.8644 -21.5296 Sesuai 4-5 -12 25 -25 Sesuai 0 20 0 1 2 3 4 5

Waktu (jam ke-)

(18)

SISTEM 14 BUS

Validasi

Sistem 14

Bus

Sistem Jawa Bali 500 kV

Data

Data untuk simulasi Sistem 14 Bus :

600 700 300 400 500 eban (MW) 0 100 200 B 0 1 2 3 4 5 6 Waktu (Jam)

Profil 1 Profil 2 Profil 3

Profil 1  60 MW/jam Profil 2  120 MW/jam Profil 3  150 MW/jam

(19)

PROFIL 2

Profil 2

Validasi

Sistem 14

Bus

ED DC OPF

Ramprate: Unit 1  45 MW/jam

Unit 2 40 MW/jam DC DOPF Unit 2  40 MW/jam Unit 3  30 MW/jam Unit 4  30 MW/jam Unit 5  30 MW/jam

Evaluasi ramp rate Evaluasi ramp rate

(20)

.. Lanjutan PROFIL 2

Validasi

Sistem 14

Bus

Profil 2

Evaluasi aliran daya

Biaya Pembangkitan Biaya Pembangkitan

(21)

PROFIL 3

Validasi

Sistem 14

Bus

Profil 3

ED DC OPF

Ramprate: Unit 1  45 MW/jam

Unit 2 40 MW/jam

Evaluasi ramp rate

Unit 2  40 MW/jam Unit 3  30 MW/jam Unit 4  30 MW/jam Unit 5  30 MW/jam

(22)

.. Lanjutan PROFIL 3

Validasi

Sistem 14

Bus

Profil 3

Evaluasi aliran daya

Bi P b kit Biaya Pembangkitan

(23)

Analisis Hasil Simulasi

Analisis

Validasi

Sistem 14

Bus

Perhitungan ED pada semua profil melanggar kapasitas

Saluran-1 Selain itu pada profil 2 dan 3 terjadi perubahan

Saluran 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

p

(24)

SLD JAWA BALI 500 KV

Validasi Sistem 14 Bus

Sistem Jawa

(25)

SISTEM JAWA BALI 500 KV

Sistem Jawa

Bali 500 kV

Data

Data profil beban yang di pakai untuk Simulasi Sistem

Jawa Bali 500 kv adalah :

10973 11018 11436 11500 12000 9392 10631 10729 10838 10702 10338 10924 10973 10777 11018 11494 11075 10633 10000 10500 11000 n (MW) 9493 9424 9357 9245 9539 9687 9392 10115 ₉₇₄₉ 9444 9040 8500 9000 9500 10000 Beba n 8000 8500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 J Jam

(26)

..Lanjutan Sistem Jawa Bali

Sistem Jawa

Bali 500 kV

Pembangkitan PLTU Suralaya Unit 5,6, 7:

Ramp rate : 35,16 MW/jam

600 700 400 500 M W) 67,93 50,08 84,65 200 300 Daya ( M _38,63 100 200 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Waktu (Jam)

DC OPF DC DOPF DC DOPF dengan Kontingensi Saluran DC OPF DC DOPF DC DOPF dengan Kontingensi Saluran

(27)

..Lanjutan Sistem Jawa Bali

Sistem Jawa

Bali 500 kV

700

Pembangkitan PLTU Suralaya Unit 8:

Ramp rate : 35,16 MW/jam

500 600 71,05 300 400 ya ( x100MW) 67,93 , 84,65 100 200 300 Da y 0 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Waktu (Jam) Waktu (Jam)

(28)

..Lanjutan Sistem Jawa Bali

Sistem Jawa

Bali 500 kV

Analisis

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

maksimal. Terdapat pelanggaran terhadap ramp rate generator.

Akibatnya unit pembangkit lain dengan menanggung sisa daya

pembangkitan untuk memenuhi permintaan beban

pembangkitan untuk memenuhi permintaan beban.

Sedangkan pada DC DOPF, constraint ramp rate menyebabkan

perhitungan daya pembangkitan dari setiap unit pembangkit

Setiap unit pembangkit harus saling berkoordinasi untuk dapat

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

i

b

ki d

b

k

i

l

(29)

..Lanjutan Sistem Jawa Bali

Sistem Jawa

Bali 500 kV

Analisis

Perhitungan DC DOPF menghasilkan biaya pembangkitan 0,013

% lebih mahal dari hasil perhitungan DC OPF.

R

t

b bk

hi

j d

l

Ramp rate yang menyebabkan 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

hit

DC DOPF

perhitungan DC DOPF.

Kontingensi Saluran : terdapat saluran yang lepas

Ali d l dib b k l l i l t b t di lihk k l Aliran daya yang semula dibebankan melalui saluran tersebut dialihkan ke saluran lainnya.

Perhitungan aliran daya pada jaringan dan perhitungan penjadwalan pembangkitan menjadi lebih komplek. j p

(30)

KESIMPULAN

Kesimpulan

Quadratic programming yang digunakan dapat melakukan perhitungan optimal power flow dengan akurat.

E i di t h d O ti l fl k i l b if t t ti tid k

Economic dispatch dan Optimal power flow konvensional yang bersifat statis 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

Ramp rate sangat berpengaruh terhadap daya terbangkit pada setiap unit pembangkit

karena daya yang terbangkit pada satu waktu akan mempengaruhi daya terbangkit tanpa melanggar batasan saluran dan parameter ramp rate dari masing masing unit pembangkit.

Parameter ramp rate menyebabkan variasi daya pembangkitan menjadi lebih ketat sehingga menyebabkan dynamic optimal power flow menghasilkan biaya total karena daya yang terbangkit pada satu waktu akan mempengaruhi daya terbangkit pada waktu yang lain

sehingga menyebabkan dynamic optimal power flow menghasilkan biaya total pembangkitan lebih mahal jika dibandingkan dengan economic dispatch dan optimal