OPTIMASI ECONOMIC DISPATCH PEMBANGKIT … · PLTU 2x100 MW Ke PLGU Blok I. 2x200 MW ... 500/150 KV IBT 500/150kV dalam konfigurasi sistem 150 ... PLTU Perak 3&4. 40: 82. 10276,9 P.

OPTIMASI ECONOMIC DISPATCH PEMBANGKIT SISTEM 150 KV JAWA TIMUR MENGGUNAKAN

METODE MERIT ORDER

Bertambahnya kebutuhan tenaga listik sejalan dengan bertambahnyapopulasi penduduk, berkembangnya teknologi dan peningkataninfrastruktur.

Peningkatan kebutuhan tenaga listrik tidak bisa secara langsungdiatasi melalui penambahan jumlah pembangkit listrik

Produsen tenaga listrik harus mengelola pembangkitannya denganbijak supaya semua beban masih bisa terpenuhi dengan biayaproduksi seefisien mungkin.

Beban pada sistem yang berubah-ubah setiap saat

Latar Belakang

Mengetahui performa dari metode Merit Order dalampenyelesaian masalah penjadwalan pembangkit dan EconomicDispatch.

Mengetahui perbandingan biaya optimum yang diperoleh darisimulasi dengan metode Merit Order dan dengan metodeBrute Force pada sistem 150 kV Jawa Timur.

Mendapatkan biaya minimum dalam sistem tenaga listrik 150kV di Jawa Timur dalam memenuhi permintaan beban denganmetode Merit Order.

Penjadwalan pembangkit dan perhitungan Economic Dispatch hanya padapembangkit thermal yang terhubung langsung pada sistem 150 kV JawaTimur.

Rugi-rugi pada jaringan transmisi diabaikan.

Kondisi sistem selalu dalam keadaan normal dan tidak mem-perhitungkanapabila terjadi gangguan (security dispatch).

Cadangan berputar pembangkit thermal diabaikan.

PLTA di Jawa Timur diasumsikan telah dioptimalkan secara terpisah daripembangkit thermal.

Tujuan utama dari Economic Dispatch adalah meminimalkan konsumsibahan bakar dari pembangkit pada keseluruhan sistem denganmenentukan daya output setiap unit pembangkit

Kombinasi daya output yang dibangkitkan oleh tiap generator padasistem harus memenuhi kebutuhan beban dari sistem tenaga listrik(equality constraint)

Daya output harus memenuhi batas minimum serta maksimum dari dayayang dapat dibangkitkan oleh generator (inequality constraint)

Gambar 2.7 N unit pembangkit melayani beban Pload

Jaring transmisi dengan

rugi-rugi Ploss

Boiler

Boiler

Boiler

F1

F2

Fn

P1

P2

Pn

PLOAD

Turbin

Turbin

Turbin

Output (MW)

PGmin PGmax

Cost

PG

Inpu

t(Rp

/h)

Karakteristik Input Output Unit Thermal

Gambar 2.2 Kurva input-output pembangkit thermal

Bentuk typical dari persamaan “cost function” pembangkit adalahpersamaan polynomial orde dua dan direpresentasikan sebagaiberikut :

Economic Dispatch (ED)

2( ) ( )i i i i i i iMin F P Min a b P c P= + +∑ ∑

min maxGi G GiP P P≤ ≤

2)( iiiiiii PcPbaPF ++=

equality constraint

inequality constraint

ƩPi = Pd

Gambar 2.8 Flow chart economicdipstach dengan iterasi lambda dan mengabaikan rugi-rugi transmisi

Mulai

Persamaan karakteristik I/O generator,

Daya Min-Max Generator

Estimasi harga λ

Menghitung Pi Untuk i = 1 sampai N

Menghitung€ = P load – Ʃ Pi

Iterasi pertama?

|€| ≤ Toleransi

Menghitung harga λ yang baru

Cetak hasil

selesai

Ya

Tidak

Tidak

Ya

Penjadwalan Pembangkit(Unit Commitment)

Penjadwalan pembangkit menentukan unit mana yang aktif danunit mana yang tidak aktif dalam melayani beban sistem selamasiklus waktu tertentu. Dalam membuat penjadwalan tersebutmenggunakan pertimbangan teknis dan ekonomis.

Dari sejumlah unit pembangkit yang ada, maka untukmenentukan unit mana saja yang beroperasi dan tidakberoperasi pada jam tertentu dapat diperhitungkan denganmembuat kombinasi operasi dari unit-unit yang ada.

Batasan Penjadwalan PembangkitUnit Thermal

Minimum up and down time Start up cost

Metode Brute Force

Metode ini memilih kombinasi pembangkit yang menghasilkan total biayabahan bakar paling murah pada setiap level beban sebagai solusi optimalnya . Jumlah kemungkinan kombinasi yang diperiksa tergangtung pada jumlahunit yang tersedia dengan jumlah kombinasi sebanyak 2N-1

Pada setiap perubahan level beban, metode ini mampu mencari kombinasi biaya termurah dengan memenuhi constraint.

Gambar 2.10 Flow chart algoritma untukpenjadwalan pembangkit dengan metodebrute force

Mulai

Karakteristik I/O Generator, Daya Min-Max Generator,Minimum Up/Down Time,

Start up cost

Cost (K,I) = Min [ Pcost (K,I) + Scost (K,I)]

Biaya Produksi Termurah?

K = K + 1

Cost (K,I) = Min [ Pcost (K,I) + Scost (K,I)] + Cost (K-1,L)

L = “N” state yang mungkin pada interval K-1

Biaya Produksi Termurah?

Jam terakhir ?

Jalur penjadwalan optimal

Selesai

Tidak

Ya

Tidak

Ya

Ya

Tidak

Metode Merit Order

Metode penjadwalan pembangkit dengan mengurutkan operasionalpembangkit dari yang unit dengan biaya produksi termurah sampai denganyang biaya produksi termahal untuk memenuhi beban.

Daftar merit order disusun berdasarkan biaya bahan bakar perjam setiap unityang beroperasi pada output maksimumnya. Selanjutnya disusun urutanpembangkit sesuai dengan prioritasnya mulai unit yang termurah sampaidengan unit yang termahal. Selanjutnya dapat disusun kombinasipembangkit berdasarkan daftar merit order yang telah ditentukan untukmensuplai beban

Mulai

Karakteristik I/O Generator, Daya Min-Max Generator,Minimum Up/Down Time,

Start up cost

Cost (K,I) = Min [ Pcost (K,I) + Scost (K,I)]

K = K + 1

Cost (K,I) = Min [ Pcost (K,I) + Scost (K,I)] + Cost (K-1,I)

Jam terakhir ?

Selesai

Ya

Tidak

Menyusun daftar kombinasi merit order untuk mensuplai beban

Gambar 2.11 Flow chart metode merit order untuk penyelesaian penjadwalanpembangkit

KONFIGURASI JARINGAN SISTEM REGIONJAWA TIMUR

500 kV 150 kV 70 kV RENCANA

KETERANGAN :Pmt Terbuka Operation Normal

PLTG 1-22 x 28 MVA BLOK 1

PLTGU500/150 kV1 = 500 MVABLOK 2, 3

PLTG 1x20, 2x20.1,1x21, 1x21.35

PLTU 2x100 MW2x200 MWKe PLGU Blok I

SST 1 154/6.3 kV-24-30

GRSIK 7GRSIK 5 GLMUR

BKLAN SAMPG PKSAN

SMNEP

PLTU2 x 50 MWPERAK 5

PERAK 4

KABEL LAUTTNDES

SWHAN

KPANGMKBAN

UDAANGBONG

DGRAN

ISPDORNKUT

SLILO

NGGEL

SIMPGWKRMO

KABEL TANAH

KJRAN

UJUNG

WARU4

MPION

BDRAN5

PRONG4

RJOSO

1 = 602 = 30

GRATI5

GRATI7

PLTGU500/150 kV

500 MVA

BLOK .IIBLOK .I3 x 127.5 MW

GNDNG

KRSAN

PITON7

PITON5

PLTU2 x 400 MW

1

2500/150 kV1 = 500 MVA2 = 500 MVA

BNGIL4

BA

BCKRO1 2

SKRJO

PDAANPIER

PBLGO

BDWSO

LJANG

TGGUL

SVC-25-50 MVAR

1 2

JMBER

GTENG

BWNGI

1

2

KABELLAUT

STBDO

KLANG

SBRAT 7 SBRAT5

500/150/66 kV2x = 500 MVA

APRMA

KSJTM CERME

SGMDU5SGMDU4

PKMIASMSIK

BRATA

LNGANBABATBJGROKe CEPU

TUBANKEREK

TUBAN IIIPLN+KONS

DWIMA

MNYARMPION SB

BBDANDYRJO5

DYRJO4MIWON

TARIK

BNGUN

SKTIH4SKTIH5

NGORO

CKBRU

AJMTO2 1

MJGNG

KTSNO

JKTAS

BNRAN5

BNRAN4

PARE

PLTA2 x 18 MW

TLGNGA

B

TLGPA

BLTRU

PLTALDOYO

1 x 4.5 MW

WLNGI4 WLNGI5

PLTA2 x 27 MW

STAMI5

PLTA3 x 35 MW

SIMANPLTA3 x 3.6 MW

PLTA

MDLAN1 x 5.6 MW3 x 5.8 MW

SKLING

PLTASLRJO

1x 4.48 MW

KKTESPLTA2 x 14.5 MW

SGRUH

KBAGN5KBAGN4

GPGAN

PLHAN PAKIS

LWANG

PNMAS

BLBNG

BA

PLTUTANJ. AWAR-2

KE UNGARAN

BLBDO

SYZAG

1 = 202 = 20

NGJUK

CRBAN

Ke SRGEN

NGAWI

MNRJO5MNRJO4

DLOPO

PLTAMADIUN6.1 MW

GGRAM

TGLEK

PNRGO

PCTAN 12

MRGENMGTAN

KABEL TANAH

JumperT. 42

10 MVArTUREN

2

1

2

1KE PEDAN

500/150/66 kV2x500 MVA

KDIRI 7 KDIRI 5

2 1

PLOSO

AB

BA

A B

5 = 20

A

3 = 30

AB

PLTAWNRJO

1 x 6.3 MW

1 2

SBSEL

BGDTAN

WARU5

bali

intEr Bus transformEr (iBt) 500/150 KV

IBT 500/150kV dalam konfigurasi sistem 150 KV Jawa Timur dianggap sebagai suatusumber generator yang menyuplai sistem 150 KV dengan kapasitas daya tertentu. Terdapat12 IBT 500/150kV di region jawa timurdengan daya maksimum setiap IBT 500 MVA.

pLta Di Jawa timur

Terdapat total 12 blok PLTA di Jawa Timur.Pembangkit yang terhubung dengansaluran 150 KV di Jawa Timur adalah PLTAWlingi dan Sutami. Total kemampuandaya PLTA di Jawa Timur sebesar 278.60MW.

Batasan Daya dan Fungsi Biaya Unit

No Pembangkit Pmax(MW)

Pmin(MW)

Fcost(Rp/h)

1 PLTGU Gresik Blok1 250 480 23.43 P2 + 187150.21 P + 4565898.29

2 PLTU Gresik 3&4 160 400 47,42 P2 + 1009681,75 P + 7123629,43

3 PLTU Gresik 1&2 80 200 42,23 P2 + 1148893,98 P + 5058613,93

4 PLTU Perak 3&4 40 82 10276,9 P2 + 675185,8 P + 27183208,99

5 PLTG Gili Timur 1&2 10 32 1648.69 P2 +2477284.09P + 2023997.01

6 PLTG Grati Blok 2 120 300 39,31 P2 + 2652216,32 P + 15282324,71

7 PLTG Gresik 1&2 10 32 157,15 P2 + 3010731,67P + 1752805,5

Minimum up / down time dan biaya start unit

No. PembangkitMin Up

Time(Jam)

Min Down Time(Jam)

KondisiAwal

Pembangkit(Jam)

BiayaStart(Rp)

1 PLTGU Gresik Blok1 72 48 +48 73.320.000

2 PLTU Gresik 3&4 36 8 +48 115.910.000

3 PLTU Gresik 1&2 48 8 +48 68.600.000

4 PLTU Perak 3&4 38 8 +48 48.600.000

5 PLTG Gili Timur 1&2 6 2 -48 28.600.000

6 PLTG Grati Blok 2 36 8 -3 68.500.000

7 PLTG Gresik 1&2 6 2 -4 30.200.000

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

KURVA BEBAN YANG DITANGGUNG UNIT THERMALMW

Beban yang ditanggung unit termal pada tanggal 6 Oktober 2011 memiliki bebanpuncak 1306 MW pada jam 19.00 dan beban terendah 744 MW pada jam 05.00.Data diperoleh berdasarah realisasi beban dan daya oleh P3B Jawa Bali.

Aplikasi Merit Order

Sistem Kelistrikan 150 kVJawa Timur

Pembanding

Brute ForceReal System

Penjadwalan Pembangkit pada Real System

JamDaya untuk Tiap-tiap Unit Pembangkit (MW) Daya Total

(MW)Biaya Total

(Rp)1 2 3 4 5 6 700.00-01.00 458 206 84 50 0 0 0 798 500.825.12501.00-02.00 410 206 84 50 0 0 0 750 490.865.64402.00-03.00 413 206 84 50 0 0 0 753 491.484.94803.00-04.00 411 206 84 50 0 0 0 751 491.072.03104.00-05.00 409 206 84 50 0 0 0 749 490.659.30305.00-06.00 404 206 84 50 0 0 0 744 489.628.30006.00-07.00 412 206 84 50 0 0 0 752 491.278.46607.00-08.00 407 206 84 50 0 0 0 747 490.246.76108.00-09.00 460 350 159 50 0 0 0 1019 737.370.29509.00-10.00 452 350 162 50 0 0 0 1014 739.189.48910.00-11.00 453 350 162 50 0 63 0 1078 1.058.925.82711.00-12.00 395 350 162 50 0 64 0 1021 912.575.84412.00-13.00 399 350 162 50 0 64 0 1025 913.398.86513.00-14.00 449 350 162 50 0 239 0 1250 1.389.972.26914.00-15.00 452 350 162 50 0 290 0 1304 1.526.920.68815.00-16.00 453 350 162 50 0 257 0 1272 1.438.896.28416.00-17.00 457 350 162 50 0 192 0 1211 1.266.188.79517.00-18.00 455 353 162 50 0 256 27 1303 1.553.126.94318.00-19.00 458 353 162 50 0 256 27 1306 1.523.552.57419.00-20.00 456 353 162 50 0 246 27 1294 1.496.415.93020.00-21.00 425 353 162 50 0 105 0 1095 1.030.909.10121.00-22.00 406 353 162 50 0 0 0 971 732.784.82522.00-23.00 407 353 162 50 0 0 0 972 732.991.02523.00-24.00 408 327 92 50 0 0 0 877 624.933.573

Total Biaya 21.614.212.905

Daftar Urutan Merit Order

Prioritas Ke No.Pembangkit Nama Pembangkit

Biaya ProduksiRata-Rata

(Rp/MWh)1 1 PLTGU Gresik Blok 1 209. 644,93

2 2 PLTU Gresik 3&4 1.047.620,15

3 3 PLTU Gresik 1&2 1.165.788,38

4 4 PLTU Perak 3&4 2.360.612,16

5 5 PLTG Gili Timur 2.582.800,69

6 6 PLTG Grati 2.675.803,52

7 7 PLTG Gresik 3.020.789,27

Kombinasi pembangkit dengan metode Merit Order

KombinasiUnit Pmin

(MW)Pmax(MW)1 2 3 4 5 6 7

1 1 0 0 0 0 0 0 250 480

2 1 1 0 0 0 0 0 410 880

3 1 1 1 0 0 0 0 490 1080

4 1 1 1 1 0 0 0 530 1162

5 1 1 1 1 1 0 0 540 1194

6 1 1 1 1 1 1 0 660 1494

7 1 1 1 1 1 1 1 670 1526

JamDaya untuk Tiap-tiap Unit Pembangkit (MW) Daya Total

(MW)Biaya Total

(Rp)1 2 3 4 5 6 700.00-01.00 480 318 0 0 0 0 0 798 432.794.76801.00-02.00 480 270 0 0 0 0 0 750 382.991.57702.00-03.00 480 273 0 0 0 0 0 753 386.097.87403.00-04.00 480 271 0 0 0 0 0 751 384.026.91404.00-05.00 480 269 0 0 0 0 0 749 381.956.33405.00-06.00 480 264 0 0 0 0 0 744 376.781.54306.00-07.00 480 272 0 0 0 0 0 752 385.062.34707.00-08.00 480 267 0 0 0 0 0 747 379.886.13308.00-09.00 480 400 139 0 0 0 0 1019 752.551.66909.00-10.00 480 400 134 0 0 0 0 1014 678.149.54710.00-11.00 480 400 198 0 0 0 0 1078 752.576.19211.00-12.00 480 400 141 0 0 0 0 1021 686.273.10912.00-13.00 480 400 145 0 0 0 0 1025 690.917.00313.00-14.00 480 400 200 40 10 120 0 1250 1.332.317.52414.00-15.00 480 400 200 82 22 120 0 1304 1.297.995.17915.00-16.00 480 400 200 62 10 120 0 1272 1.224.533.19716.00-17.00 480 400 161 40 10 120 0 1211 1.141.216.01817.00-18.00 480 400 200 82 21 120 0 1303 1.295.447.00118.00-19.00 480 400 200 82 24 120 0 1306 1.303.101.42819.00-20.00 480 400 200 82 12 120 0 1294 1.272.661.78120.00-21.00 480 365 80 40 10 120 0 1095 1.010.722.50421.00-22.00 480 241 80 40 10 120 0 971 881.958.41222.00-23.00 480 242 80 40 10 120 0 972 882.990.99923.00-24.00 467 160 80 40 10 120 0 877 795.912.418

Total Biaya 19.108.921.481

Penjadwalan Pembangkit dengan Merit Order

JamDaya untuk Tiap-tiap Unit Pembangkit (MW) Daya Total

(MW)Biaya Total

(Rp)1 2 3 4 5 6 700.00-01.00 480 318 0 0 0 0 0 798 432.794.76801.00-02.00 480 270 0 0 0 0 0 750 382.991.57702.00-03.00 480 273 0 0 0 0 0 753 386.097.87403.00-04.00 480 271 0 0 0 0 0 751 384.026.91404.00-05.00 480 269 0 0 0 0 0 749 381.956.33405.00-06.00 480 264 0 0 0 0 0 744 376.781.54306.00-07.00 480 272 0 0 0 0 0 752 385.062.34707.00-08.00 480 267 0 0 0 0 0 747 379.886.13308.00-09.00 480 400 139 0 0 0 0 1019 752.551.66909.00-10.00 480 400 134 0 0 0 0 1014 678.149.54710.00-11.00 480 400 198 0 0 0 0 1078 752.576.19211.00-12.00 480 400 141 0 0 0 0 1021 686.273.10912.00-13.00 480 400 145 0 0 0 0 1025 690.917.00313.00-14.00 480 400 200 0 0 170 0 1250 1.290.651.89814.00-15.00 480 400 200 0 0 224 0 1304 1.366.206.50715.00-16.00 480 400 200 0 0 192 0 1272 1.280.867.44216.00-17.00 480 400 200 0 0 131 0 1211 1.118.264.60617.00-18.00 480 400 200 0 0 120 0 1303 1.363.616.67818.00-19.00 480 400 200 0 0 226 0 1306 1.371.559.05619.00-20.00 480 400 200 0 0 214 0 1294 1.339.621.11020.00-21.00 480 400 95 0 0 120 0 1095 967.084.90421.00-22.00 480 291 80 0 0 120 0 971 836.122.67022.00-23.00 480 292 80 0 0 120 0 972 837.151.46323.00-24.00 480 197 80 0 0 120 0 877 739.005.699

Total Biaya 19.180.217.056

Penjadwalan Pembangkit dengan Brute Force

0.00

200000000.00

400000000.00

600000000.00

800000000.00

1000000000.00

1200000000.00

1400000000.00

1600000000.00

1800000000.00

Real System

Merit Order

Brute Force

Grafik Perbandingan Biaya Produksi Tiap Jam

Perbandingan Total Biaya

Metode Total BiayaReal System 21.614.212.905Brute Force 19.180.217.056Merit Order 19.108.921.481

KESIMPULAN1. Kombinasi pembangkit yang digunakan metode merit order lebih sedikit dengan

mengurutkan operasional pembangkit dari pembangkit yang termurah sampai pembangkityang termahal, sehingga proses perhitungan lebih cepat.

2. Kombinasi merit order akan menghasilkan biaya produksi pembangkitan paling murahpada saat unit dibebani mendekati daya maksimumnya, karena penyusunan daftar meritorder berdasarkan harga produksi rata-rata setiap unit saat daya maksimum.

3. Total biaya produksi pada real system selama satu hari sebesar Rp21.614.212.905, untuktotal biaya produksi yang di hasilkan metode merit order sebesar Rp19.108.921.481, sedangkan metode brute force menghasilkan total biaya produksi sebesarRp 19.180.217.056. Dengan metode merit order mampu menghasilkan solusi yang lebihoptimal dibandingkan dengan real system dan metode brute force. Metode merit ordermampu menghemat biaya produksi sebesar Rp 2.505.291.424,- atau 11.59% dibandingkandengan real system, jika dibandingkan dengan metode brute force mampu menghemat biayapembangkitan sebesar Rp 71.295.574,- atau 0.37%

DAFTAR PUSTAKA

1. Saadat Hadi, “Power System Analysis”, McGrowHill Companies, Singapura 19992. Allen J.W. dan Bruce F.W., “Power Generation, Operation and Control”, John Willey & Sons

Inc, America, 19963. Murty P.S.R., “Operation and Control in Power System”, BS Publication, Berlin, 20084. Zhu Jizhong, “Optimization of Power System Operation”, IEEE press series on Power

Engineering, OPSO, John Willey & Sons Inc, America, 20095. Penangsang Ontoseno, “Diktat Kuliah Pengoperasian Optimum Sistem Tenaga”, Jurusan Teknik

ELektro ITS.6. Ongsakul W., “Real-Time Economic Dispatch Using Merit Order Loading for Linear Decreasing and

Staircase Incremental Cost Functions”, ElectricPower Systems Research, 19997. Dieu VN, Ongsakul W., “Enhanced merit order and augmented Lagrange Hopfield network for unit

commitment”, Proceedings of the 15th power systems computation conference,20058. G. B. Sheble, “Real-Time Economic Dispatch and Reserve Allocation Using Merit Order Loading and

Linear Programming Rules”, IEEE Transactions on Power Systems, 1989