TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 12, No. 8, August 201 4, pp. 5963 ~ 5968   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i8.606 8          5963     Re cei v ed Ap ril 7, 2014; Re vised Ma y 25 , 2014; Accep t ed Jun e  14, 2014   Peak Load Chopping Applying Fuzzy Bayesian  Technique for Regional Load Management- Performance Evaluation      A r indam Kumar Sil 1 *, N. K. Deb 1 , Ash o k Kum a r M a itra 2    1 Departme n t of Electrical En gi neer ing,  Ja dav pur Un iversit y , Kolkata, Indi a   2 Departme n t of Electrical En gi neer ing, Be nga l Engi neer in g a nd Scie nce U n i v ersit y , Shi b p u r Ho w r ah, Ind i a   * C o rre sp on d i ng  a u t h o r , e -mail : a k _ s i l @ y ahoo .co . i n       A b st r a ct  In this  pa per F u zz y   Bay e sia n  Synthetic  al go ri thm b a sed   method ol ogy  ha s be en  eva l uat ed for  its   perfor m a n ce  u s ing r eal ti me  data for c hop pi ng off p eak  loa d  de man d . T h e  pap er d eals  w i th the  nu mb er  of  cond itions  that  are  to b e  c o nsid ered  for th e ch opp in g of  pe ak d e m a n d  an d th ere  after ev alu a tin g  t h e   prop osed  meth od by us in g re al ti me d a ta from  loa d  dis pat ch centers for  pred icting  a ne w  peak de man d   pertai n in g to chop pin g  of the peak d e m an d on for a gi ven  day. T h is is achiev ed by ju dic i ously sch ed uli n g   loa d  fro m  the r egi ona l l oad  u nder  a n e w  loa d  man a g e m ent  techni qu e. T h i s  techni qu e val i dates th e ti me ly   decisi on  makin g  cap a city of the syste m  to r educ e pe ak d e m a nd  henc e g i ving  us a ch an ce to red u ce t h e   peak  de man d   and  he nce  red u ce th e stress  of g ener atin g  excess  pow er  duri n g  the  pe ak p e rio d . T h i s   meth od us es d a ta of a previ o us day a nd the n  pred icts  for the next d a y. T hus by ev alu a ti ng this pr ocess  it  w a s found th at the new  p eak  de ma nd  has a  reduc ed va lu as co mp ared t o  the act ual  pe ak de mand. It i s   evid ent that this metho d  can  not  only re duc e peak d e m an d by chop pin g  of the regio nal  loa d s by follow i n g   the prop ose d  alg o rith m but  also h e lps i n   gen eratin in di rect revenu e by savin g  en e r gy. T h is meth od   authe nticates  the  prop ose d   meth od  an d s a ves  peak  de ma nd  or  other w i se en ergy  b y  ab out ten  to  fifty  me gaw atts o n  da ily  basis  d epe ndi ng  on  t he s e rvice   co nditi on  of the   netw o rk an d s o lar  day  li ght  hour   avail a b ility ove r  span of a day   Ke y w ords :   en ergy man a g e ment, peak l oad,  regio nal l o a d , fu zz y  Bay e sia n  techniq u e      Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion   This pa pe r deals  with the propo se d proce s s of cho pping of pea k dema nd u s ing a n   artificial intell igent techniq ue ba se d on  mat hemati c al modeli ng  dra w n from f u zzy Bayesi an   techni que. T he tech nique  evaluates th e pro c e ss  o n  sco ring of p o ints by different re gion s or  places un der co nsi d e r atio n for sha r ing  of p o we r  for  pe ak  po wer  re d u c t io n .   T h e   p r op os ed   method  con s i ders pe ak  po wer dem and s of different  states  or  regi ons i n  India f o r thei r po we sha r ing  and f o llowed by a j udici ou s met hod of loa d  m anag ement b y  sheddi ng of  load on  prio ri ty  basi s . Th e p r iority is  set  b y  the fuzzy b a sie an te ch nique  whi c h  co mpre hen ds the b o th p r e s ent   power p a ttern s an d othe r a s pe cts to  be  kept in  co nsi deratio n for  such l oad  man ageme n t a s   wel l   as po we r sh aring. The p r esent tech ni que as a m e thodol ogy has bee n termed as  DL techni que. DLS – Day Lig h t Saving techniqu e is wh at  we call in  our p r o c e ss. In this process the   sola r d a ylight  hou r fo r a  gi ven re gion  is first  eval uat ed. The  p r o c ess of fin d ing  sol a day lig ht  hour i s  cal c ul ated by form ulas  whi c h are alrea d y me ntioned in o u r  earli er rese arch pap er [1 ].  Then  on th e  ba sis of av ailability of  sun ray,  the  regio n s with  maximum  p eak dem and  is  con s id ere d  first whi c h is th en co mpa r ed  with are a s of  lesser p e a k  power de man d .  Since the s e   places  und er con s id eratio n are s epa rat ed by q u ite a  lot po sitional  distan ce  cal c ulate d  by th eir  latitude and l ongitud e  therefore sepa rati on by distan ce is equ ated to time.   The Indi an  standard time  is fixed all  over  the  co u n try, but due  to cha ngin g  sola positio n, the l o cal  span  of  a day va rie s therefo r as the  sola r p o sit i on d o e s n’t re main  sam e   so   whe n  we mo ve from fa r e a st to fa r west throug hout  t he st retch of t he count ry  it is foun d that t h e   load p a ttern  doe s al so va ries with th local  su nri s e  to sun  set timing. He nce  usin g this ti me  differen c bet wee n  pla c e s   in Fa r Ea st to  we st we h a ve mad e  a  pro posal to  shift  or  she d  loa d by a priority evaluation m e thod ba se d on fuzzy  basi ean techniq u e , such that certai n load can   be red u ced from the gri d  redu cin g  so me dema nd  dire ctly [2]. T hus to do thi s  and a c hi eve a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  596 3 –  5968   5964 con s id era b le amount of  re sult we pro p o se a   techn i que call ed  fu zzy ba siea t e ch niqu e whi c after ind entifying the l oad whi c can  be  she d   off the  deman d a nd  whi c h a r cal c ulate d  by th e   prop osed alg o rithm which  has a pa rti c ula r  sco r ing  pattern an d  finally evaluates out whi c particula r lo a d  can  be  sh ed o u t a nd  whi c sh ould  be  given  po wer.  Thu s  af ter redu cin g   the  deman d the  equivalent  a m ount of p o w er so  gen erat ed out of lo ad shed ding  by this alg o rit h m,  and j udi ciou s load  man a g e ment, po we r ca n b e   sen d  acro ss from   one  dema nd  area  to a noth e or othe rwi s can b e  sh are d  among utilit ies with hi ghe r pea k dem an d [3].    As we all  kn o w  that the federal  agen cie s  in India h a ve pro p o s ed a n  ambitiou s sche m e   “po w e r  for all  by 2012”. Th us to keep in  pace wi th the  rapid in du stri alizatio n and  developm ent it  is evident tha t  a new rob u st energy man ageme n t tech nique h a s to  be develop ed  so as to cate the need of the time. In particula r it is felt that  a fast,  time saving a nd accu rate  method woul d be   able to hel p tackl e the cri s is  situation  of ener gy ne ed. Therefore a  ne w re n e wa ble en ergy  manag eme n t techniqu e was ne ce ssary  to be developed so a s  th at it can be used for effici e n energy mana gement.       2.  Calcula t ing  Solar Da y  Light Ho ur   In this contex t it is evident that use of  sun ray beco m es an imp o rtant factor fo r saving  energy, and f u lfilling the shortfall. Usin g sol a r b a sed   alternate  re source s will  b e  also of inte rest  for rem o te areas. In ge ne ral it is eviden t that  the time for which  we receive solar  radiatio n  or  sun r ays will  deci de the  le ngth of the  d a y and th us  help u s  to  de cide th e exa c t time and  areas  where  peak   demands  in morning a nd in the evening  c a n be chopp ed off. The  solar radiation  on   earth surfa c e  is a function of geomet ry of the receivi ng su rface rel a tive to the sun. As explained   in the figure1  & 2 below it is evident that the  factors which will b e  governi ng the cal c ul atio n of  total daylight hour  whi c h is also ne ce ssary [5]. In   this context we n eed to unde rstand terms li ke   sola r d e cli nat ion a ngle  δ , solar tim e  B a nd la stly calculation  of day light ho urs. S o lar  de clinati on  δ  is the angl e betwe en th e sun - ea rth centre -to ce ntre line and th e proje c tion o f  this line on the   equato r ial pla ne. This i s  given by:    δ  = 23.45  sin  [360/365 (28 4 + n)];     Whe r e n is th e day of the year.   Solar  Time i s  the time  ba sed o n  the  ap pare n t an gul ar m o tion  of the  sun  a c ro ss the  sky,   with sol a r no on the time the sun  cro s se s the meri dia n  of the obse r ver.    Solar tim e =st anda rd tim e +4(L st  - L loc ) +E   Whe r e E i s  th e equ ation of  time in minut es, L st  is th stand ard  meridian for l o cal  time zon e , a n d   L loc  is the longitude of the locatio n  in qu estion in d egrees e a st.     E= 9.87 sin 2 B -7.53 c o s B-1 . 5sinB     B= [360(n-8 1 ) ]/364; whe r n= day s of the year.    1 n 3 65    Figure 1   Figure 2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Peak Lo ad Choppi ng Appl ying Fu zzy B a ye sia n  Te ch nique for  Reg i onal… (A rind am  Kum a r Sil)  5965 The hou r ang le  ω  of a poin t  on the earth’s su rface  is d e fined as the  angle through  which   the earth wou l d turn to brin g the meridia n  of the  point directly und e r  the sun. Th us a co ncl u si ve  formulatio n te lls u s  the  rela tionshi p b e tween th di fferent an gle s  a n d  he nce th e role of  sun  ra in deci d ing th e req u ire m en t of electrical  power fr o m  p l ace to pl ace. Thus from Fi gure  1 & 2 the  angle s  an d the relation shi p  are as follo ws:    Φ =Latitud e,  δ =Decli nation,   β =sl ope, that is, the angle  betwe en the  plane  surfa c e  in questio n  a nd the hori z o n tal  γ =su r fa ce a z i m uth an gle;  ω =hou r a ngl e;  θ angl e o f  incide nce, the an gle of i n cid e n c e   of beam ra dia t ion on a Surf ace a nd the n o rmal to that surfa c e.     The equ ation  relating the a ngle of beam  radiatio θ  an d the other a ngle s  is:     Co s θ = { s in δ  sin Φ  co s β – sin δ  cos Φ  sin β  co s γ  +c os δ  co s Φ  cos β  cos ω +c os δ  si n Φ  sin  β   co s γ  co s ω +cos δ   Sin β  sin γ  sin ω }.    For ho rizontal  surfa c β  =0 ° and the an g l e of incide nce is the ze nith angle of the  sun  θ z.   Thus we  hav e:    Co θ z =  co s δ  co s Φ  co s ω  +  sin δ  sin Φ   The above e q uation can be  solved for th e sun s et ho ur angle  ω s, wh en  θ z =  90°.     Co s ω s= -(s in Φ sin δ /c os Φ cos δ = - t a n Φ tan δ   It also follows that the number of dayligh t  hour s i s  given by:    N=2/15 cos-1 (- tan  Φ  tan  δ   Thus fo r any  given day at a particula r point  on the  surfa c e of e a rth it is possible to  cal c ulate  a n u mbe r  of day light hou rs. T h is b a si ca lly  help s  u s  in p r edi cting the   total length o f  a   day at any given point on  earth surfa c e.   Thus applyin g   these  fo rm ulas we can cal c ul ate the  total availabl e sola r daylig ht hour.   Thereafter de pendi ng  upo n the  re sult  a nd the  con s id ered  day  in  a  given ye ar  we  have i nde ed  set the  facto r  by which the  load s th at coul d be bro u ght  un der DL tech nique.  We have  fo u nd  that 6 to 8 solar daylight h ours are req u i red fo su ch  DLS tech niqu e impleme n ta tion for ene rg saving o r  pea k load  cal c ula t ion.      Table 1. Day  Light Ho urs in a whol e Year in India   Month  Average  sunlight  (hours/da y)   Month   Average sunlight   (hours/da y)       Januar y 7.6  July  5.6  Februa r y  8.6  August  6.2  March  Apr il  Ma y   June    7.8  9.2  8.1  6.4    September   October   November   December   7.5  9.4  9.5  8.0      The latitude  and longitu de that are  to be con s id ered fo r the  application  of DLS  techni que  sh ould h a ve at  least  8 to 1 0   hours  of day  light. The  reg i on in In dia  suitable fo su ch   appli c ation s   are st ates  al ong the line  starti ng from  We st Bengal,  J harkh and, Madhya  Pra d e sh,  Gujarat, Raja sthan,  Delhi  and Punj ab i n  the no rth,  and  south e rn  part of  Uttar Prade sh. T h ese   states a s  a  belt of a r ea s ca n be  utilized for DLS tech niqu e p r o v ided the r e i s  a  sm ooth  an d   stable p a ttern  of demand. If there is an  abno rmal  d e m and  situatio n whe r e the r e is a sh arp rise  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  596 3 –  5968   5966 or fall  of de m and, tha n   wh at wa pre d icted coul d  get  deviated  fro m  the p r e d icti on the n  a  factor  of load define d  as:     “load  re du ctio n facto r” i s   suppo se d to b e  in tro d u c ed  su ch that it  should  be b r o ught into   action to a c hi eve the desi r ed re sult. Oth e rwi s syste m  doesn’t wo rk a s  pe r our  assumptio n s.       3.  Proposed  F u zz y  Ba y esian and F u zz y  s y nthetic  Metho dolog y  to Red u ce Pea k   Dem a nd   An algo rithm  has be en  dev elope d b a sed  on  Fu zzy Ba yesian  de ci si on meth od  to  predi ct,  cal c ulate,  an d dete r min e  t he exa c t am o unt of  pe ak  po w e r  de man d . T o  ac h i e v th is , d a t a us ed   for sha r of p o we r to  re du ce pe ak dem a nd am ong st   region are  co nsid ere d . Fo r this, two  states   of the cou n try namely we st Bengal  an d Punjab a r e  con s ide r e d  whi c h a r e th e two regio n  lying   apart in the F a r East an d we st  of the country. Two  states or  the  region s are ap art by about  one  hour time, which i s  the ti me differe nce by whi c h th e su n ri se s l o cally. The  p o we r de man d  an d   gene ration p a ttern for the s e state s  are  almost sam e  or nea rly same [3, 6]. Both regio n s a l so  have simila power patte rn durin g pea k hou rs.  Hen c e the alg o rit h m is suitabl e for cal c ulat ing  how  mu ch   a nd whi c h   loa d s ca n be co nsid ere d   fo l oad sh eddi ng  and hen ce take s ca re of all   asp e ct  co rrespondi ng to  th is a nd th en  d e termin es ho w to  ch op  th e pe ak de ma nd a nd  re duce  the power  stress in the s e pea k pe rio d s. Ce rtain  major a s p e ct s like  geo graphi cal di sta n ce,   available solar day light hour , peak peri od power pattern, tari ff, human habit s  of energy usage,  workin g hou rs and  system  conditio n s h a s be en take n into con s id eration fo r evaluating the l oad and th eir  prio rity setting. T h is m e thod  chop s o ff p e a k  po wer de ma nd by  abo ut  50MW to 9 0   MW  as calculated  from our p r e v ious work [1 1]. In  this paper a furth e valedictio n of this method  is  done  by predi cting a  dem a nd patte rn fo r the region   of  we st Ben gal  whi c h i s   cal c ulated from t h e   data availa bl e from o u previous fin d in g .This i s   a con s id era b le amount  of en ergy saved. On  daily ba sis a t  two of the  pea k p e rio d s   subje c te d  to othe r ci rcu m stan ce s. T he alg o rithm  of  resea r ch method is  written  below for o u r finding and f u rthe r valedi ction of the sa me.  a)  The state s  or region u nde r con s ide r atio n ar e to foun d out on the basi s  of powe r  dema nd an power g ene ration pattern. The s e both  regio n sh oul d be alm o st i dentical po wer ge ne ratio n   or dem and p a ttern.   b)  These  state s  are  sup p o s ed to  be  ap art g eog rap h i c ally  by latitude and lon g itude whi c h   sho u ld  equat e to time  differen c e  of  su n ri se  and  su nset  by ab ou t 45 min u tes  to one  ho ur  approximatel c)  These regi on s are then ta ken into a c c ount on their demand pat tern, load type and thei ultimate usa g e  type on any given day, month or in a year.   d)  Then fu zzy B a yesia n  synt hetic meth od  is appl i ed o n  these l oad s to determin e  whi c h lo ad are to be  sup p lied with p o w er imm ediat ely and whi c h  can be  she d  of.  e)  This i s  de cid ed by Fu zzy  Bayesian te chniqu whi c h  evaluate s  po int score d  by  load s, on th e   basi s  of percentage of load  that can be  chopped off.  f)  This is again  achi eved  by t he  condition  prevailing to l oads at   a given  time, clim ate,  weather,   duratio n of th e day an d work culture  of human at  that regio n , a s pe cts li ke  g eographi ca l   dis t anc e , available  s o lar day  light hour,  peak  period power  pa ttern, tariff, human habits  of   energy usa g e ,  working ho u r s et c are  con s ide r ed.   g)  Thus on that  basi s  the loads  with hi gh  scorin will have high pri o rity power  supply whereas  low scoring loads  can be shed off.  h)  Load s th at  are  co nsi d e r ed for this  appli c ati on  a r e a g ri cultu r al loa d , com m ercial l oad indu strial loa d , public lig hting etc.   Therefore in  our work wh a t  we sugg est ed wa s alrea d y implement ed usi ng these data’s  obtaine d from  Eastern regi on load di spa t ch ce nter.  But to validate  the algorithm  it was esse ntial   to predi ct a p o we r de man d  of a date  a s  pe r ou suit ability and to  find out ho w much  of act ual  deman d co ul d have bee n saved.        4.  Validation of Fuzzy  Sy nth e tic Me thod   In ord e r to ev aluate th e a c t ual lo ad that  will b e  requi red to  red u ce t he p e a k  d e m and  and  also to asce rt ain the perfo rmance of this algorit hm; it wa s deci ded  to predi ct a particul a r day’ s   power d e man d  well in  adv ance con s ide r ing all th dif f erent types  of con d ition a nd cl au se s th at  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Peak Lo ad Choppi ng Appl ying Fu zzy B a ye sia n  Te ch nique for  Reg i onal… (A rind am  Kum a r Sil)  5967 we  had  al rea d y discu s sed   in ou previo u s   re sea r ch  work [9], [3-4]. So what  we  d i d is to  co nsi d er  the po we r de mand fo r a  p a rticul ar  day i n  a given  mo nth of a yea r We d e ci ded t o  wo rk on  a d a ta  that wa s of th e sa me d a y b u t about  a m onth befo r e.  So that usi n g  it we  can  pre d ict the foll owing  date’s po we r deman d. In orde r to  achie v e it we got  data of 10 th  Janua ry 2011,  using which we   predi cted  the  deman d p a ttern  of 10 th  F e brua ry 20 11.  Then  we  hav e compa r ed  it with the  a c tu al  data of the same day o b tained from th e load di sp atch  cente r . What we fou n d  wa s exactly  the   same  a s   we   had  prove d  in  ou r e a rlie r p apers. T he  re sults a r sh o w n i n  the  Mat l ab p r og ram m ing   and pl ot. The  two time co nsid ere d  a r morni ng 9:0 0  am an d that  of evening  9: 00 pm. In  bot h   these pla c e s   we find pea power ha s re duced by  abo ut 57.5MW a nd 74M W re spectively as  wa s   earlie r predi cted by us.   The entire  concept of load  reduction is based  on utiliz ing two main mathematical   model s. On Fuzzy Bayesi an Te ch nique  for sco r in g a nd loa d  ide n tification fo r sh aring  of po we betwe en regi ons  or  state s  [4].  There a fter u s i ng th e  Fuzzy Synthetic meth od t o  evaluate th amount of loa d  that can be  she d  off to reduce pea k de mand [1].  This pa rticul ar  p ape i s  written ke epi ng  th e  process of val e d i ction  of the  se co nd   mathemati c al  model. Even though both  the models  are con s ide r ed for evalua tion of load and   t hereaf t e r it s su cc es s.        5.  Resul t  and Conclusion         Figure 3. Cha nge in Pea k  Dema nd after Applying DL S Techni que       6. Conclu sion   It is fou nd th a t  much of  the  predi ction  ha s h e lpe d  in  re duci ng th e p e a dem and  b y  about   50-1 00 M W . Such ki nd of mathemati c al  model  to red u ce d pea k de mand is a  su ccess only whe n   the sola ray  availability an d judi cio u s sche duling  of l oad i s  don e.  Load  ide n tification, de man d   redu ction  by load s of less prio rity is utmost im p o rt a n t  in su ch  ki nd of  wo r k .  We al so  sug ges t   identifying such m e thod s with better performan ce so that it beco m e s  a  new rene wable  techni que for peak po we r redu ction. Ot her countri es or regio n s fo llowing thi s  method can ch o p   off peak dem and. Thu s  it is evident that this method  is a very robu st yet very effective metho d  to   redu ce p e a k  deman d.      Referen ces   [1]  Arindam Kumar Sil, Nirmal Kumar Deb, As hok Ku ma r Mai t ra . En e r gy   Sa vi ng   by  Ch opp i n g  o ff  Pe a k   Dema nd Usi n g  Da y   Lig h t.   T E LKOMNIKA, Indon esia n Jour nal  of El ectric al Eng i n eeri n g .  2011; 9( 2):  395- 400, e-ISS N : 2087- 27 8 X  (p-ISSN: 1693- 693 0)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  596 3 –  5968   5968 [2]  Ahuj a DR, Gu pta DPS, Agra w a VK. En erg y  Sav i n g s fro m  Advanc ing t he Ind i a n  Stan dard T i me b y   Half an H our. Current Sci enc e. 2007; 9 3 (3): 101- 106.   [3]  Sil AK, Deb  NK, Maitra AK, Sen, PS. Choppin g Off Peak Demand Using DLS T e chnique Formulating  an Intel lig ent  T e chnique f o r Lo ad Ide n t ification . IEE E  Internatio na l Conf erenc e  on Ind u strial   T e chno logy (IC I T ) .  Chile. 201 0: 909-9 13.   [4]  Sil AK, De NK, Maitra AK Chop pi ng off  Peak  Loa d B e tw een Si mi lar  Group States -Using  DL S   T e chni que.  Int e rnati ona l Co n f erence  on En erg y  a nd Env i r onme n t (Envir o Ener g y  20 09 ). Chan dig a rh,   India. 20 09.     [5]  Cha uha n DS, Srivastava SK.  Non-C onve n ti ona l Ener g y  R e sourc e s.  New  Age Publ icati o n.  2005.   [6]  Rep o rt on East ern Re gio n  Po w e r Sector Pro f ile.  Ministry of Pow e r, Governme nt of India . 200 7.  [7]  Annu al Re port  of Central El ec tricit y  Auth orit y.  Ministry of Pow e r, Government of India.  20 07-2 008.   [8] Annu al  Re port.   Ministry of Power.   Government of India.  20 05-0 6 [9]  Ross T J . F u zzy L ogic  w i t h  En gin eeri ng Ap pli c ations. Seco n d  Editio n.  [10]  Sil AK, Deb N K , Maitra AK.  An Appro a ch f o Cho ppi ng O ff Peak Load D e man d  b y   DLS   T e chniq ue for   Regi on al L oad.   1st Internation a l Co nferenc e ICAECT .   Manipal Karn ataka, Indi a. 201 0.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.