OPTIMASI MULTIOBJEKTIF UNIT COMMITMENT

DENGAN FUNGSI BIAYA MEMPERTIMBANGKAN RAMP-

RATE CONSTRAINT MENGGUNAKAN METODE BINARY

PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (BPSO)

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan

Guna Meraih Gelar Sarjana Strata 1

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh :

MUHAMMAD AVISENA PRIMADILLA

201510130311116

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2020

vii

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 MULTIOBJEKTIF UNIT COMMITMENT DENGAN FUNGSI

BIAYA MEMPERTIMBANGKAN RAMP-RATE CONSTRAINT

MENGGUNAKAN METODE 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

viii

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................................... i

LEMBAR PERSETUJUAN.................................................................................... ii

LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................... iii

ABSTRAK ............................................................................................................. iv

LEMBAR PERSEMBAHAN ................................................................................ vi

KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii

DAFTAR ISI ........................................................................................................ viii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xi

DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 2

1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3

1.4 Batasan Masalah ....................................................................................... 3

1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................... 3

2.1. Tinjauan Penelitian Terdahulu ................................................................. 5

2.2. Sistem Tenaga Listrik ............................................................................... 6

2.3. Kestabilan Tegangan ................................................................................ 8

2.4. Beban ........................................................................................................ 8

2.5. Optimal Power Flow (OPF) ................................................................... 10

2.6. Analisa Aliran Daya dengan Newton Raphson ...................................... 10

2.7. Unit Commitment (UC) .......................................................................... 14

2.7.1. Constraint pada Unit Commitment.................................................. 15

2.7.2. Kendala Dalam UC ......................................................................... 15

2.7.3. Biaya Start-up ................................................................................. 16

2.7.4. Biaya Shut Down ............................................................................. 16

2.7.5. Waktu Nyala dan Padam Minimal Unit Pembangkit ...................... 17

2.7.6. Persamaan Biaya Konsumsi Bahan Bakar dan Pembangkitan ....... 18

2.7.7. Persamaan Fungsi Multiobjektif ..................................................... 19

2.7.8. Fungsi Biaya Tidak Mulus .............................................................. 19

2.7.9. Ramp-Rate constraint...................................................................... 20

2.8. Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) ........................................ 20

2.8.1. Dasar BPSO .................................................................................... 20

BAB III METODE PENELITIAN........................................................................ 24

ix

3.1. Data Penelitian ....................................................................................... 24

3.1.1. Karateristik Saluran ......................................................................... 24

3.1.2. Data Beban dan Pembangkit ........................................................... 25

3.1.3. Fungsi Biaya dan Batasan Kemampuan Pembangkit ..................... 26

3.1.4. Data Pembebanan Sistem Standart IEEE 14 Bus 24 Jam ............... 27

3.2. Pemodelan Sistem Standar IEEE 14 Bus ............................................... 28

3.3. Alur Pengerjaan ...................................................................................... 29

3.4. Penerapan Newton Raphson Untuk Analisa Load Flow ....................... 30

3.5. Penerapan Algoritma Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) Pada

Unit Commitment (UC) ..................................................................................... 31

3.5.1. Inisialisasi BPSO ............................................................................. 32

3.5.1.1. Parameter-parameter BPSO ..................................................... 32

3.5.1.2. Inisialisasi posisi dan kecepatan partikel ................................. 32

3.5.2. Evaluasi Fitness Function ............................................................... 33

3.5.3. Penentuan Posisi Terbaik Pbest dan Gbest ..................................... 33

3.5.4. Update Kecepatan dan Posisi Partikel ............................................ 33

BAB IV PEMBAHASAN DAN HASIL .............................................................. 34

4.1. Analisa Aliran Daya ............................................................................... 34

4.2. Rugi-Rugi Daya ...................................................................................... 36

4.3. Batasan Ramp-Rate ................................................................................ 37

4.4. Pengujian Percobaan Kasus 1 Pembangkit IEEE 14 Bus ....................... 39

4.4.1. Penjadwalan Nyala-Padam Pada Kasus 1 Sistem IEEE 14 Bus ..... 39

4.4.2. Pembangkitan Daya Tiap-Tiap Jam Pada Setiap Pembangkit Kasus

1 40

4.4.3. Total Cost Pembangkitan Pada Masalah 1 Sistem IEEE 14 Bus .... 42

4.5. Pengujian Percobaan Kasus 2 Pembangkit IEEE 14 Bus ....................... 43

4.5.1. Penjadwalan Nyala-Padam Kasus 1 Pembangkit IEEE 14 Bus ...... 43

4.5.2. Pembangkitan Daya Tiap-Tiap Jam Pada Setiap Pembangkit Kasus

1 44

4.5.3. Total Cost Pembangkitan Pada Masalah 2 Sistem IEEE 14 Bus .... 46

4.6. Analisa Perbandingan Masalah 1 dan Masalah 2 ................................... 48

4.7. Pengujian Percobaan Unit Commitment menggunakan PSO ................. 50

4.7.1. Penjadwalan Nyala-Padam Kasus 1 Pembangkit IEEE 14 Bus ...... 50

4.7.2. Pembangkitan Daya Tiap-Tiap Jam Pada Setiap Pembangkit ........ 51

4.7.3. Total Cost Pembangkitan Pada Sistem IEEE 14 Bus Menggunakan

PSO 53

4.8. Analisa Perbandingan UC Dengan Ramp-Rate Menggunakan BPSO dan

PSO 55

x

BAB V PENUTUP ................................................................................................ 57

5.1. Kesimpulan ............................................................................................. 57

5.2. Saran ....................................................................................................... 57

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 58

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sistem Tenaga Listrik Secara Umum .............................................. 21

Gambar 2.2 Diagram Konsep Particle Swarm Optimization dengan Single Global

Minimum ............................................................................................................. 24

Gambar 3.1 Single Line Diagram Sistem Standar IEEE 14 Bus ........................ 30

Gambar 3.2 Flowchart Tahap Penyelesaian Penelitian ...................................... 31

Gambar 3.3 Flowchart Penyelesaian Aliran Daya Menggunakan Newton Raphson

............................................................................................................................. 32

Gambar 3.4 Flowchart Unit Commitment Menggunakan BPSO ........................ 33

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Beban dengan Losses ......................................... 39

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Beban dengan Ramp-Rate .................................. 40

Gambar 4.3 Perbandingan Daya Beban dengan Daya Total Setiap Jam ............ 43

Gambar 4.4 Perbandingan Daya Beban dengan Daya Pembangkitan ................ 48

Gambar 4.5 Perbandingan Total Biaya Pembangkitan ....................................... 51

Gambar 4.6 Perbandingan Daya Beban dengan Daya Pembangkitan ................ 52

Gambar 4.7 Perbandingan Total Biaya Pembangkitan ....................................... 55

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Data Saluran Transmisi Sistem Standar IEEE 14 Bus ........................ 27

Tabel 3.2 Data Pembebanan Sistem Standart IEEE 14 Bus................................ 28

Tabel 3.3 Data Daya yang Dibangkitkan Oleh Setiap Pembangkit Sistem Standar

IEEE 14 Bus ........................................................................................................ 28

Tabel 3.4 Fungsi Biaya dari Masing-Masing Pembangkit .................................. 29

Tabel 3.5 Data Pembebanan Sistem IEEE 14 Bus 24 Jam ................................. 29

Tabel 4.1 Aliran Daya Sistem IEEE 14 Bus Beban Minimum Harian ............... 37

Tabel 4.2 Aliran Daya Sistem IEEE 14 Bus Beban Maksimum Harian ............. 37

Tabel 4.3 Rugi-Rugi Daya Sistem 14 Bus .......................................................... 38

Tabel 4.4 Beban dan Batasan Ramp-Rate Sistem 14 Bus ................................... 40

Tabel 4.5 Penjadwalan Nyala-Padam Kasus 1 Pembangkit IEEE 14 Bus .......... 41

Tabel 4.6 Daya Pada Tiap-Tiap Pembangkit Kasus 1 Dalam Setiap Unit .......... 42

Tabel 4.7 Total Cost Pembangkit pada Kasus 1 Sistem IEEE 14 Bus ................ 44

Tabel 4.8 Penjadwalan Nyala-Padam Kasus 2 Pembangkit IEEE 14 Bus .......... 46

Tabel 4.9 Daya Pada Tiap-Tiap Pembangkit Kasus 2 Dalam Setiap Unit .......... 46

Tabel 4.10 Total Cost Pembangkitan pada Kasus 2 Sistem IEEE 14 Bus .......... 47

Tabel 4.11 Total Pembangkitan dan Cost BPSO menerapkan Ramp-Rate ......... 48

Tabel 4.12 Penjadwalan Nyala-Padam Pembangkit Menggunakan PSO ........... 50

Tabel 4.13 Daya Pada Tiap-Tiap Pembangkit Dalam Setiap Unit...................... 51

Tabel 4.14 Total cost Pembangkitan pada Sistem IEEE 14 Bus......................... 53

Tabel 4.15 Total Pembangkitan dan Cost PSO menerapkan Ramp-Rate ........... 55

58

DAFTAR PUSTAKA

[1] D. Marsudi, Operasi Sistem Tenaga Listrik. Jakarta: Balai Penerbit & Humas ISTN, 2006.

[2] S. Sarjiya, S. P. Hadi, and D. R. Wijayanti, “Unit Commitment dengan Kekangan

Keandalan Menggunakan Algoritme Genetika Mempertimbangkan Ketidakpastian

Beban,” J. Nas. Tek. Elektro dan Teknol. Inf., 2016, doi: 10.22146/jnteti.v5i4.283.

[3] A. Frian, Y. Reynaldo, R. S. Wibowo, and A. Soeprijanto, “Security Constrained Unit

Commitment Mempertimbangkan Cadangan Berputar dan Kapasitas Saluran Transmisi

Menggunakan Algoritma Binary Particle Swarm Optimization,” Secur. Constrained Unit

Commit. Mempertimbangkan Cadangan Berputar dan Kapasitas Saluran Transm.

Menggunakan Algoritm. Bin. Part. Swarm Optim., 2016.

[4] T. Elektro and U. Andalas, “Operasi Ekonomis dan Unit Commitment Pembangkit

Thermal pada Sistem Kelistrikan Jambi,” pp. 1–10, 2015.

[5] D. Irawan, “Perkiraan stabilitas tegangan di jaringan tegangan rendah menggunakan

metode eksponen lyapunov maksimum,” 2016.

[6] T. Logenthiran and D. Srinivasan, “Particle Swarm Optimization for unit commitment

problem,” 2010 IEEE 11th Int. Conf. Probabilistic Methods Appl. to Power Syst. PMAPS

2010, pp. 642–647, 2010, doi: 10.1109/PMAPS.2010.5528899.

[7] S. Sarjiya, S. P. Hadi, and D. R. Wijayanti, “Unit Commitment dengan Kekangan

Keandalan Menggunakan Algoritme Genetika Mempertimbangkan Ketidakpastian

Beban,” J. Nas. Tek. Elektro dan Teknol. Inf., vol. 5, no. 4, 2017, doi:

10.22146/jnteti.v5i4.283.

[8] B. P. Hadhi, R. S. Wibowo, and I. Robandi, “Optimisasi Unit Commitment

Mempertimbangkan Fungsi Biaya Tidak Mulus Dengan Firefly Algorithm,” vol. 3, no. 1,

2014.

[9] X. Yu and H. Sun, “Unit commitment by enhanced adaptive Lagrangian relaxation with an

improved unit substitution heuristic,” Proc. 2016 IEEE Adv. Inf. Manag. Commun.

Electron. Autom. Control Conf. IMCEC 2016, pp. 5–9, 2017, doi:

10.1109/IMCEC.2016.7867102.

[10] T. Senjyu, K. Shimabukuro, K. Uezato, and T. Funabashi, “A fast technique for unit

commitment problem by extended priority list,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 18, no. 2,

pp. 882–888, 2003, doi: 10.1109/TPWRS.2003.811000.

[11] P. K. Singhal, “Dynamic Programming Approach for Large Scale Unit Commitment

Problem,” 2011, doi: 10.1109/CSNT.2011.152.

[12] C. C. Su and Y. Y. Hsu, “Fuzzy dynamic programming: An application to unit

59

commitment,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 6, no. 3, pp. 1231–1237, 1991, doi:

10.1109/59.119271.

[13] L. Yang, C. Zhang, J. Jian, K. Meng, Y. Xu, and Z. Dong, “A novel projected two-binary-

variable formulation for unit commitment in power systems,” Appl. Energy, vol. 187, pp.

732–745, 2017, doi: 10.1016/j.apenergy.2016.11.096.

[14] R. F. Andriyanto, O. Penangsang, and N. K. Aryani, “Penerapan Batas Ramp-Rate dengan

Menggunakan Kombinasi Metode FDP (Forward Dynamic Programming) dan QP

(Quadratic Programming) Pada Unit Commitment-Economic Dispatch,” J. Tek. ITS, vol.

5, no. 2, 2016, doi: 10.12962/j23373539.v5i2.16181.

[15] R. F. Andriyanto, O. Penangsang, and N. K. Aryani, “Penerapan Batas Ramp-Rate dengan

Menggunakan Kombinasi Metode FDP (Forward Dynamic Programming) dan QP

(Quadratic Programming) Pada Unit Commitment-Economic Dispatch,” J. Tek. ITS, 2016,

doi: 10.12962/j23373539.v5i2.16181.

[16] X. Yuan, H. Nie, A. Su, L. Wang, and Y. Yuan, “An improved binary particle swarm

optimization for unit commitment problem,” Expert Syst. Appl., 2009, doi:

10.1016/j.eswa.2008.10.047.

[17] A. C. Pradana and A. Aditsania, “Implementasi Algoritma Binary Particle Swarm

Optimization ( BPSO ) dan C4 . 5 Decision Tree untuk Deteksi Kanker Berdasarkan

Klasifikasi Microarray Data,” e-Proceeding Eng., vol. 5, no. 3, pp. 7665–7682, 2018.

[18] N. Gama, F. Lisi, M. Tuegueh, and A. F. Nelwan, “Aliran Daya Optimal Pada Sistem

Minahasa,” E-Journal Tek. Elektro Dan Komput., vol. 1, no. 3, pp. 1–10, 2012.

[19] B. P. Hadhi, R. S. Wibowo, and I. Robandi, “Optimisasi Unit Commitment

Mempertimbangkan Fungsi Biaya Tidak Mulus Dengan Firefly Algorithm,” J. Tek.

POMITS, 2014.

[20] M. Y. Effendy, “Optimasi Unit Commitment Dengan Mempertimbangkan Rugi-Rugi

Daya Pada Saluran Transmisi Menggunakan Binary Particle Swarm Optimization (Bpso),”

2018.

[21] W. D. Stevenson, “Elements of Power System Analysis.” Book Company Inc., New York,

1955.

[22] T. S. Hutauruk, Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan Peralatan.

Jakarta: Erlangga, 1987.

[23] C. Sharma and M. G. Ganness, “Determination of the applicability of using modal analysis

for the prediction of voltage stability,” Transm. Distrib. Expo. Conf. 2008 IEEE PES

Powering Towar. Futur. PIMS 2008, pp. 1–7, 2008, doi: 10.1109/TDC.2008.4517033.

60

[24] P. Kundur, “Power System Stability And Control.” United States of America, Palo Alto,

California, p. 1661, 1993.

[25] Mario Roal, “Peningkatan Efisiensi Energi Menggunakan Baterai Dengan Kendali

Otomatis Penerangan Ruang Kelas Berbasis PLTS,” J. Elkha, vol. 7, no. Jurnal ELKHA

Vol.7, No 2, Oktober 2015, pp. 12–19, 2015.

[26] D. Adiwerna N, R. Seto Wibowo, and D. Fajar Uman Putra, “Unit Commitment

Mempertimbangkan Stabilitas Tegangan dengan Metode Binary Particle Swarm

Optimization (BPSO),” vol. 5, no. 2, 2016.

[27] Emmy Hosea and Yusak Tanoto, “Perbandingan Analisa Aliran Daya dengan

Menggunakan Metode Algoritma Genetika dan Metode Newton-Raphson,” J. Tek.

Elektro, vol. 4, no. 2, pp. 63–69, 2004, [Online]. Available:

http://puslit2.petra.ac.id/ejournal/index.php/elk/article/view/16190.

[28] A. J. Wood and F. Bruce, POWER GENERATION , OPERATION , AND CONTROL. .

[29] M. Saukani, “Analisa Perbandingan Aliran Daya Optimal Mempertimbangkan Biaya

Pembangkitan Dan Kestabilan Daya Menggunakan Particle Swarm Optimization Dan

Algoritma Genetika,” Kinetik, vol. 1, pp. 101–141, 2016.

[30] M. N. Abdullah, A. A. Ali, and M. A. M. Ariff, “Firefly Algorithm for Solving Non-

Convex Economic Load Dispatch Problem.”

[31] “Perbandingan Analisa Aliran Daya dengan Menggunakan Metode Algoritma Genetika

dan Metode Newton-Raphson,” J. Tek. Elektro, vol. 4, no. 2, 2005, doi: 10.9744/jte.4.2.