Unit Commitment

Bab 4 Unit commitment

Introduction

Karena aktivitas manusia mengikuti siklus, sebagian besar sistem yang menyediakan layanan ke populasi besar akan mengalami siklus. Ini termasuk sistem transportasi, sistem komunikasi, serta sistem tenaga listrik. Dalam kasus sistem tenaga listrik, total beban pada sistem umumnya akan lebih tinggi pada siang hari dan sore hari ketika beban industri tinggi, lampu menyala, dan seterusnya dan lebih rendah pada sore dan pagi hari ketika sebagian besar populasi sedang tidur. 

Selain itu, penggunaan tenaga listrik memiliki siklus mingguan, beban menjadi lebih rendah selama hari-hari akhir pekan daripada hari kerja. Tapi mengapa ini menjadi masalah dalam pengoperasian sistem tenaga listrik? Mengapa tidak cukup hanya cukup unit untuk menutupi beban sistem maksimum dan membiarkannya berjalan? 

Perhatikan bahwa untuk "commit" unit pembangkit adalah "turn it on," yaitu, untuk membawa unit ke kecepatan, menyinkronkannya ke sistem, dan menyambungkannya sehingga dapat mengirimkan daya ke jaringan. Masalah dengan "cukup berunit commitment dan meninggalkan mereka on-line" adalah salah satu ekonomi. Seperti yang akan ditunjukkan pada Contoh 4A, cukup mahal untuk menjalankan terlalu banyak unit pembangkit. Sejumlah besar uang dapat dihemat dengan mematikan unit-unit (decommitting them) ketika mereka tidak diperlukan.

Economic Dispatch versus Unit Commitment

Pada titik ini, mungkin juga untuk menekankan perbedaan mendasar antara unit commitment dan masalah economy dispatch. Masalah economy dispatch mengasumsikan bahwa ada unit Ngen yang sudah terhubung ke sistem. Tujuan masalah economy dispatch adalah untuk menemukan kebijakan operasi optimal untuk unit-unit Ngen ini. Ini adalah masalah yang telah kami selidiki sejauh ini dalam teks ini. Masalah unit commitment, di sisi lain, lebih kompleks. Kita dapat berasumsi bahwa kita memiliki unit Ngen yang tersedia bagi kita dan bahwa kita memiliki perkiraan permintaan untuk dilayani. Pertanyaan yang ditanyakan di area masalah unit commitment adalah kira-kira sebagai berikut.

Mengingat bahwa ada sejumlah himpunan bagian dari unit pembangkit Ngen lengkap yang akan memenuhi permintaan yang diharapkan, manakah dari himpunan bagian ini yang harus digunakan untuk menyediakan biaya operasi minimum?

Masalah unit commitment ini dapat diperpanjang selama beberapa waktu, seperti 24 jam sehari atau 168 jam seminggu. Masalah unit commitment adalah masalah yang jauh lebih sulit untuk dipecahkan. Prosedur solusi melibatkan masalah pengiriman ekonomi sebagai subproblem. Yaitu, untuk setiap himpunan bagian dari jumlah total unit yang akan diuji, untuk setiap himpunan tertentu yang terhubung ke beban, subset khusus harus dioperasikan dalam mode ekonomi optimal. Ini akan memungkinkan menemukan biaya operasi minimum untuk bagian itu, tetapi tidak menetapkan mana dari subset yang sebenarnya adalah salah satu yang akan memberikan biaya minimum selama periode waktu. Bab selanjutnya akan mempertimbangkan masalah unit commitment secara terperinci. Masalahnya lebih sulit dipecahkan secara matematis karena melibatkan variabel integer. Yaitu, unit pembangkit harus menyala atau mati semua. (Bagaimana Anda bisa mengaktifkan setengahnya?)

Contoh 4A: Misalkan ada yang memiliki tiga unit yang diberikan di sini:

Jika kita akan memasok beban 550 MW, unit atau kombinasi unit apa yang harus digunakan untuk memasok beban ini secara ekonomi? Untuk mengatasi masalah ini, cukup coba semua kombinasi dari tiga unit. Beberapa kombinasi akan menjadi tidak layak jika jumlah dari semua MW maksimum untuk unit-unit yang dilakukan kurang dari beban atau jika jumlah dari semua MW minimum untuk unit yang dilakukan lebih besar daripada beban. Untuk setiap kombinasi yang layak, unit akan dikirim menggunakan teknik Bab 3. Hasilnya disajikan pada Tabel 4.1.

Perhatikan bahwa cara paling murah untuk memasok generasi tidak dengan ketiga unit berjalan atau bahkan kombinasi yang melibatkan dua unit. Sebaliknya, komitmen optimal adalah hanya menjalankan unit 1, unit paling ekonomis. Dengan hanya menjalankan unit yang paling ekonomis, beban dapat dipasok oleh unit yang beroperasi lebih dekat ke efisiensi terbaiknya. Jika unit lain berkomitmen, baik unit 1 dan unit lainnya akan dimuat lebih jauh dari poin efisiensi terbaiknya sehingga biaya bersih lebih besar dari unit 1 saja.

Misalkan beban mengikuti pola "puncak-lembah" sederhana seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.1. Jika pengoperasian sistem akan dioptimalkan, unit harus dimatikan ketika beban turun dan kemudian kembali saat akan kembali naik. Kami ingin tahu unit mana yang harus dibuang dan kapan. Seperti yang akan kita tunjukkan nanti, masalah ini jauh dari sepele ketika unit pembangkit yang nyata dipertimbangkan. Satu pendekatan untuk solusi ini ditunjukkan dalam Contoh 4B, di mana skema daftar prioritas sederhana dikembangkan.

Constraints in Unit Commitment

Banyak kendala dapat ditempatkan pada masalah unit commitment. Daftar yang disajikan di sini tidak berarti lengkap. Masing-masing sistem tenaga individu, power pool, dewan keandalan, dan sebagainya dapat memberlakukan aturan yang berbeda pada penjadwalan unit, tergantung pada susunan generasi, karakteristik beban-kurva, dan semacamnya

Spinning Reserve

Berputar cadangan adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan jumlah total generasi yang tersedia dari semua unit yang disinkronkan (yaitu, berputar) pada sistem, dikurangi beban dan kerugian saat ini yang disediakan. Berputar cadangan harus dilakukan sehingga kehilangan satu atau lebih unit tidak menyebabkan terlalu jauh penurunan frekuensi sistem (lihat Bab 10). Cukup sederhana, jika satu unit hilang, harus ada cadangan yang cukup pada unit lain untuk menebus kerugian dalam jangka waktu tertentu.

Cadangan pemintalan harus dialokasikan untuk mematuhi peraturan tertentu, biasanya ditetapkan oleh dewan keandalan regional (di Amerika Serikat) bahwa (sebutkan bagaimana) cadangan akan dialokasikan ke berbagai unit. Aturan umum menetapkan bahwa cadangan harus merupakan persentase tertentu dari permintaan puncak yang diperkirakan atau cadangan harus mampu mengganti kerugian unit yang paling banyak dimuat dalam jangka waktu tertentu. Lainnya menghitung persyaratan cadangan sebagai fungsi dari kemungkinan tidak memiliki generasi yang cukup untuk memenuhi beban.

Tidak hanya cadangan harus cukup untuk menebus kegagalan unit pembangkit, tetapi cadangan harus dialokasikan di antara unit yang merespon cepat dan unit yang merespon lambat. Ini memungkinkan sistem kontrol generasi otomatis (lihat Bab 10) untuk memulihkan frekuensi dan interchange dengan cepat jika terjadi outage unit pembangkit.

Di luar cadangan pemintalan, masalah komitmen unit mungkin melibatkan berbagai kelas "cadangan terjadwal" atau cadangan "off-line". Ini termasuk unit diesel atau turbin gas cepat start serta sebagian besar hydro-unit dan hydrounit penyimpanan-pompa yang dapat dibawa on-line, disinkronkan, dan dibawa ke kapasitas penuh dengan cepat. Dengan demikian, unit-unit ini dapat "dihitung" dalam penilaian cadangan keseluruhan, selama waktu mereka untuk mencapai kapasitas penuh diperhitungkan.

Cadangan, akhirnya, harus disebarluaskan ke seluruh sistem tenaga untuk menghindari pembatasan sistem transmisi (sering disebut "pembotolan" cadangan) dan untuk memungkinkan berbagai bagian sistem dijalankan sebagai "pulau," jika mereka menjadi terputus secara elektrik.