OPTIMASI ALIRAN DAYA MENGGUNAKAN UNIFIED POWER FLOW CONTROL (UPFC) PADA SISTEM TRANSMISI 150 KV WILAYAH LAMPUNG

ABSTRAK

OPTIMASI ALIRAN DAYA MENGGUNAKAN UNIFIED POWER FLOW
CONTROL (UPFC) PADA SISTEM TRANSMISI 150 KV WILAYAH
LAMPUNG

Oleh

EZI HAILI ANANTA

Jaringan transmisi merupakan bagian penting dalam sistem tenaga untuk
menyalurkan energi listrik dari pusat pembangkit ke beban, untuk itu sistem
tenaga harus diusahakan secara maksimal agar dicapai aliran daya yang optimal,
artinya dengan tercapainya syarat – syarat tegangan yang terpenuhi dan rugi – rugi
daya yang minimal.
Pada penelitian ini akan dilakukan simulasi tentang optimasi aliran daya
menggunakan Unified Power Flow Control ( UPFC ). UPFC dapat mengontrol
aliran daya pada transmisi dengan mengatur parameter yang mempengaruhi
aliran daya sehingga dicapai aliran daya yang optimal.
Dari hasil penelitian diperoleh bahwa pemasangan UPFC untuk menghasilkan
aliran daya optimal berada antara bus 3 (Bukit Kemuning) dengan bus 4

(Kotabumi) dengan injeksi tegangan r sebesar 0.1 p.u. sudut 300° (deg) diperoleh
penurunan total loss saluran sebesar 49.33 % daya aktif dan 49.20 % daya reaktif
dan peningkatan tegangan pada bus 4 sebesar 2.66 %.

Kata kunci : FACT, UPFC, Aliran Daya, Optimasi Aliran Daya

ABSTRACT
OPTIMIZATION POWER FLOW USING UNIFIED POWER FLOW
CONTROL (UPFC) IN LINE TRANSMISSION 150 KV REGIONAL
LAMPUNG
By

EZI HAILI ANANTA

Transmission network is an important part in power systems to deliver electrical
energy from generator plants to load centers, therefore the power system should
be pursued to the fullest in order to achieve optimal power flow, meaning that the
achievement of conditions voltage requirements and minimal power loss.
In this research, the simulation of power flow optimization using the Unified
Power Flow Control (UPFC). UPFC can control the power flow on transmission

by adjusting the parameters that affect of power flow to achieve optimal power
flow.
The result showed that the installation of UPFC for optimal power flow are
generating between bus 3 (Bukit Kemuning) and bus 4 (Kotabumi) with a control
injection voltage ( r ) of 0.1 pu and phase angle 3000 (Deg). Obtained a total
reduce losses of active power 49.33% and reactive power 49.20% and increase the
voltage at bus 4 is 2.66%.

Key words : FACTS, UPFC, Power Flow, Optimization Power Flow.

PERSEMBAHAN

Dengan mengucapkan syukur kepada ALLAH SWT atas semua rahmat dan
karunia-Nya.
Kupersembahkan skripsiku ini kepada kedua orang tuaku tercinta yang telah
berjuang dengan cucuran keringat demi melihat anaknya ini dapat menggapai
cita–cita dan keberhasilan.
Bang Purnama, Bang Budi, Bang Lukman dan kakak Esah terimakasih atas Do’a
kasih sayang dan dukungan kalian semua.

i

DAFTAR ISI

ABSTRAK
JUDUL HALAMAN
HALAMAN PERSETUJUAN
HALAMAN PENGESAHAN
RIWAYAT HIDUP
PERSEMBAHAN
MOTTO
SANWACANA
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR

I.

II.

…………………………………………

1

A. Latar Belakang …………………………………………….

1

B. Perumusan Masalah ……………………………………….

2

C. Hipotesis ………………………………..…………………

3

D. Tujuan Penelitian ……………………………………..…..

3

E. Batasan Masalah …………………………………………..

3

F. Metode Penelitian …..…………………………………….

4

G. Sistematika Penulisan ………………………………………

4

…………………………………….

6

A. Umum ……………………………………..………………

6

B. Aliran Daya ………………………..………………………

7

PENDAHULUAN

TINJAUAN PUSTAKA

ii

C. Dampak Dari Pemasangan Kapasitor Seri dan shunt …..…

15

1. Kapasitor Seri …………………………………………

15

2. Kapasitor Shunt / Paralel ………………………………

17

D. Source Voltage Converter (VSC) …………………………

19

E. Unified Power Flow Control (UPFC) …………………….

20

1. Prinsip Kerja UPFC …………………………………..

22

2. Operasi Kontrol UPFC …………………………………

25

………………

28

…………………………………………..

35

1. OPF Untuk Meminimalkan Biaya Operasi …………….

36

2. OPF Untuk Meminimalkan Losis Saluran …………….

37

METODE PENELITIAN ……………………………………

39

A. Waktu dan Tempat ………………………………………..

39

B. Bahan dan Alat …………………………………………….

39

C. Metode yang Digunakan ………………………………….

40

D. Diagram Alir Penelitian …………………………………..

42

E. Simulasi .…………………………..………………………

43

HASIL DAN PEMBAHASAN

48

A. Sistem Kelistrikan Lampung

48

B. Simulasi Aliran Daya untuk Penempatan UPFC

50

C. Optimasi Aliran Daya

53

3. Representasi Matematis dengan UPFC
F. Optimal Power Flow

III.

IV.

1. Profil Tegangan Dengan dan Tanpa UPFC ……………

54

iii

a. UPFC pada bus 3 ke bus 4 …………………………

55

b. UPFC pada bus 4 ke bus 5 ………………………….

57

2. Loss / Rugi Daya Saluran Dengan dan Tanpa UPFC ….

59

……………………………………….

60

1. UPFC pada bus 3 ke bus 4 ……………………………..

61

2. UPFC pada bus 4 ke bus 5 ..……………………………

64

E. Hasil ……………………………………………………….

67

SIMPULAN DAN SARAN …………………………………..

70

A. Simpulan …………………………………………………..

70

B. Saran ………………………………………………………..

71

D. Analisa Simulasi

V.

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.

Diagram satu garis saluran transmisi ……………………

9

Gambar 2.

Rangkaian ekivalen dan diagram fasor kapasitor seri …..

16

Gambar 3.

Rangkaian ekivalen dan diagram fasor kapasitor shunt …

18

Gambar 4.

Voltage Source Converter 3 fasa dengan IGBT …………

19

Gambar 5.

Skema dasar UPFC ……………………………………..

21

Gambar 6.

Diagram UPFC …………………………………………..

22

Gambar 7.

Model converter UPFC ………………………………….

22

Gambar 8.

Struktur kontrol UPFC ………………………………….

25

Gambar 9.

Block diagram kontrol shunt UPFC …………………….

26

Gambar 10. Block diagram kontrol seri UPFC ………………………

27

Gambar 11. Model dua sumber tegangan UPFC …………………….

29

Gambar 12. Penempatan sumber tegangan seri dan arus …………….

29

Gambar 13. Ekuivalen injeksi daya pada cabang seri ………………..

31

vii

Gambar 14. Ekuivalen daya injeksi pada cabang paralel …………….

33

Gambar 15. Model matematis steady state UPFC ……………………

33

……………….

34

Gambar 17. Variasi daya reaktif ( Q ) terhadap daya aktif ( P ) ……..

34

Gambar 18. Diagram alir penelitian ………………………………….

42

Gambar 19. Diagram satu garis sistem transmisi 150 KV Lampung ….

49

Gambar 20. Penambahan UPFC pada sistem …………………………

53

Gambar 16. Variasi daya aktif ( P ) terhadap r dan

Gambar 21. Grafik tegangan tanpa dan dengan UPFC
pada bus 3 ke 4 ( r = 0.05) ………………………………

61

Gambar 22. Grafik tegangan tanpa dan dengan UPFC
pada bus 3 ke 4 ( r = 0.1) ……………………………….

62

Gambar 23. Grafik total loss ( r = 0.05p.u ) UPFC pada bus 3 ke 4 ….

63

Gambar 24. Grafik total loss ( r = 0.1 p.u ) UPFC pada bus 3 ke 4 …..

63

Gambar 25. Grafik profil tegangan dengan UPFC
pada bus 4 ke 5 ( r = 0.05 pu ) …………………………...

65

Gambar 26. Grafik profil tegangan dengan UPFC
pada bus 4 ke 5 ( r = 0.1 pu ) ………………..………….

65

Gambar 27. Grafik total loss ( r = 0.05 p.u ) UPFC pada bus 4 ke 5 …

66

Gambar 28. Grafik total loss ( r = 0.1 p.u ) UPFC pada bus 4 ke 5 ......

66

iv

DAFTAR TABEL

Tabel 1.

Data pembangkitan wilayah Lampung dan transfer daya dari
…………………………………………

44

Tabel 2.

Data pembebanan wilayah Lampung ………………………

44

Tabel 3.

Data saluran transmisi Lampung …………………………..

49

Tabel 4.

Profil tegangan dan sudut tiap bus tanpa UPFC …………..

51

Tabel 5.

Rugi – rugi Saluran tanpa UPFC ………………………….

51

Tabel 6.

Nilai varibel kontrol UPFC ……………………………….

54

Tabel 7.

Profil tegangan dengan injeksi r 0.05 pu

Sumatera Selatan

UPFC pada bus 3 ke 4 ……………………………………..
Tabel 8.

Profil tegangan dengan injeksi r 0.1 p.u
UPFC pada bus 3 ke 4 ……………………………………..

Tabel 9.

55

56

Profil tegangan dengan injeksi r 0.05 p.u
UPFC pada bus 4 ke 5 ……………………..……………....

57

v

Tabel 10. Profil tegangan dengan injeksi r 0.1 p.u
UPFC pada bus 4 ke 5 ……………………………………..

58

Tabel 11. Total loss ( MW & Mvar ) tanpa UPFC ………………….

59

Tabel 12. Total loss ( MW & Mvar ) dengan UPFC pada bus 3 ke 4….

59

Tabel 13. Total loss ( MW & Mvar ) dengan UPFC pada bus 4 ke 5….

60

I. PENDAHULUAN

A.

Latar Belakang

Proses penyaluran daya pada sistem tenaga listrik diawali dari pembangkit,
kemudian disalurkan melalui sistem jaringan transmisi, lalu disalurkan pada
pelanggan distribusi. Untuk mendukung kebutuhan energi listrik yang terus
meningkat, maka pemenuhan kebutuhan daya listrik disetiap beban harus dilayani
dengan baik.

Jaringan transmisi merupakan bagian terpenting dalam sistem tenaga listrik untuk
menyalurkan energi listrik dari pusat pembangkit kepusat beban. Sistem tenaga
listrik saat ini berkembang pesat dengan ditandai adanya sumber pembangkit yang
letaknya saling berjauhan dan meliputi daerah yang luas. Jaringan transmisi
dengan jarak yang panjang dapat mempengaruhi aliran daya (power flow) seperti
penurunan tegangan dan rugi daya listrik, selain itu seiring dengan bertambahnya
kebutuhan energi listrik maka dibutuhkan suatu peralatan yang dapat
mengoptimalkan aliran daya pada jaringan transmisi tersebut.

2

Untuk mengatasi permasalahan tersebut peralatan yang dapat digunakan untuk
mengatur aliran daya pada saluran transmisi adalah peralatan Flexible Alternating
Current Transmission system (FACTS). Unified Power Flow Control (UPFC)
merupakan salah satu peralatan FACTS yang paling kompleks karena dapat
mengontrol ketiga parameter yang mempengaruhi aliran daya pada saluran
transmisi listrik, yaitu impedansi saluran, tegangan transmisi, dan perubahan sudut
pasa antara sisi kirim dan sisi terima. Struktur dasar dari UPFC terdiri dari sebuah
konveter seri dan sebuah konverter shunt yang dikopel oleh sebuah kapasitor
penyimpan tegangan DC dan terhubung kesistem tansmisi melalui transformator.

B.

Perumusan Masalah

Berdasarkan paparan latar belakang diatas, dirumuskan beberapa masalah yang
berhubungan dengan penelitian ini, antara lain:
1. Pemodelan saluran yang baru dengan adanya penambahan UPFC
2. Simulasi aliran daya dilakukan sebelum dan sesudah pemasangan UPFC
dengan program Matlab 7.8.
3. Menganalisa hasil aliran daya dari hasil simulasi dengan program Matlab
7.8 terutama pengaruh dari pemasangan UPFC terhadap profil tegangan
dan loss saluran.

3

C.

Hipotesis

Berdasarkan kelebihan yang terdapat pada UPFC dibanding dengan perangkat
FACTS lainnya dalam hal pengontrolan aliran daya dengan kemampuannya
mengontrol tegangan, impedansi dan sudut pasa menggunakan kompensasi seri
dan shunt yang terdapat pada UPFC, secara langsung akan berdampak positif
terhadap sistem yakni mengurangi rugi – rugi saluran serta memperbaiki profil
tegangan dengan demikian akan memperbaiki kualitas sistem transmisi.

D.

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1.

Menganalisa aliran daya pada jaringan transmisi sebelum dan sesudah
pemasangan UPFC.

E.

2.

Mengetahui pengaruh dari pemasangan UPFC.

3.

Meminimalisasi loss saluran transmisi.

4.

Memperbaiki profil tegangan saluran transmisi.

Batasan Masalah

Untuk tidak meluasnya pembahasan masalah pada tugas akhir ini dibatasi oleh
asumsi sebagai berikut:

4

1.

Sistem dalam keadaan normal

2.

Sistem yang ditinjau adalah sistem 150 KV

3.

Peralatan kontrol yang digunakan dalam simulasi adalah Unified
Power Flow Controller (UPFC).

4.

F.

Program simulasi menggunakan program Matlab 7.8 (R2009a)

Metode Penelitian

Metode penelitian yang dilakukan dalam penyelesaian tugas akhir ini meliputi:
1.

Studi Pustaka, yaitu mengumpulkan buku serta referensi yang
berhubungan dengan FACTS khususnya mengenai aliran daya dan
UPFC.

2.

Data-data yang diambil adalah parameter-parameter yang dibutuhkan
untuk melakukan simulasi dengan program matlab. Data-data yang
dibutuhkan seperti: generator, transformator, transmisi, bus, dan
sebagainya.

3.

G.

Simulasi menggunakan program Matlab 7.8 (R2009a)

Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan laporan tugas akhir ini terbagi dalam lima bab, adapun babbab tersebut sebagai berikut:

5

BAB I

:

PENDAHULUAN
Berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan penelitian,
batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika
penulisan.

BAB II

:

DASAR TEORI
Bagian ini berisi tentang dasar teori mengenai aliran daya
pada sistem tenaga elektrik, UPFC dan prinsip kerjanya.

BAB III

:

METODOLOGI PENELITIAN
Bagian ini berisi tentang langkah-langkah yang dilakukan
dalam menganalisis data mulai dari membuat konfigurasi
sistem serta parameter-parameter yang dibutuhkan untuk
melakukan simulasi dengan program matlab 7.8 (R2009a

BAB IV

:

HASIL DAN PEMBAHASAN
Bagian ini berisi tentang hasil simulasi aliran daya pada
jaringan transmisi dengan menggunakan UPFC dan tanpa
UPFC serta analisisnya.

BAB V

:

KESIMPULAN DAN SARAN

6

Bagian ini merupakan bab penutup yang berisi simpulan
dari tugas

akhir ini

diperhatikan lebih lanjut.

serta saran-saran

yang perlu

II. TINJAUAN PUSTAKA

A.

Umum

Untuk keperluan penyediaan listrik bagi pelanggan, diperlukan berbagai peralatan
listrik. Berbagai peralatan ini dihubungkan satu sama lain mempunyai inter relasi
dan secara keseluruhan membentuk suatu sistem tenaga listrik. Yang dimaksud
dengan sistem tenaga listrik adalah sekumpulan pusat pembangkit tenaga listrik
dan gardu induk (GI) yang satu sama lain dihubungkan oleh jaringan transmisi
sehingga menjadi sebuah kesatuan interkoneksi[1].
Karena berbagai persoalan teknis tenaga listrik hanya dibangkitkan pada tempat –
tempat tertentu. Sedangkan pemakai tenaga listrik atau pelanggan tenaga listrik
tersebar diberbagai tempat. Tenaga listrik yang dibangkitkan dalam pusat – pusat
pembangkitan kemudian disalurkan melalui saluran transmisi setelah terlebih
dahulu dinaikkan tegangannya oleh transformator penaik tegangan. Saluran
transmisi tegangan tinggi di PLN kebanyakan mempunyai tegangan 66KV,
150KV, dan 500KV.
Setiap GI sesungguhnya merupakan pusat beban untuk suatu daerah pelanggan
tertentu, bebannya berubah – ubah sepanjang waktu sehingga daya yang
[1]

Dikutip dari “Operasi “iste

Te aga Listrik oleh Djite g Marsudi.

7

dibangkitkan pada pusat – pusat pmbangkit juga selalu berubah. Perubahan beban
dan prubahan pembangkitan daya ini juga menyebabkan aliran daya dalam saluran
transmisi juga berubah sepanjang waktu. Dalam proses penyediaan tenaga listrik
bagi para pelanggan tidak dapat dihindarkan timbulnya rugi – rugi dalamjaringan.
Proses pembangkitan tenaga listrik termis memerlukan biaya bahan bakar yang
tidak sedikit. Biaya bahan bakar serta rugi – rugi jaringan merupakan faktor –
faktor yang harus ditekan agar menjadi sekecil mungkin dengan tetap
memerhatikan mutu dan keandalan.

B.

Aliran Daya[2][3]

Aliran daya adalah solusi dari kondisi operasi sistem tenaga listrik pada keadaan
steady-state, yang memberikan gambaran dan dapat dijadikan batasan mengenai
operasi sistem tenaga listrik yang dinamis. Studi aliran daya pada sistem tenaga
listrik akan memberikan informasi tentang daya nyata (real power), daya reaktif
(reactive power), tegangan dan sudut fasa pada sistem.

Dalam sistem tenaga bus dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis, yaitu:
1. Bus PQ

Dikutip dari “Power System Analysis” Oleh Hadi saadat.
Dikutip dari“Modern Power Systems Analysis” Oleh Xi Pan Wang, Yong Hua Song, Malcolm
Irving.
[2]
[3]

8

Tipe bus ini digunakan untuk bus beban, pada bus ini daya aktif(P) dan
reaktif(Q) diketahui dan besaran yang dapat dihitung pada bus ini adalah
tegangan(V) dan sudut(δ)
2. Bus PV
pada bus ini daya aktip (P) dan tegangan (V) ditentukan sebagai variabel yang
diketahui. Secara umum bus dari pembangkit listrik dapat disebut sebagai bus
PV, karena tegangan pada bus ini dapat dikontrol dengan kapasitas daya
reaktif yang dibangkitkan. Besaran yang dihitung pada bus ini adalah daya
reaktif (Q) dan sudut tegangan (δ).
3. Slack Bus
Slack Bus sering juga disebut dengan swing bus. Besaran yang diketahui dari
bus ini adalah tegangan (V) dan sudut (δ). Suatu sistem tenaga biasanya
didesain memiliki bus ini yang dijadikan sebagai referensi, secara umum
besaran dari sudut ini adalah nol (δ= ). Besaran yang dapat dihitung dari bus
ini adalah daya aktip dan reaktif.

Pada saluran transmisi tiga fasa dalam keadaan seimbang yang menghubungkan
bus I dan j seperti gambar 1,dengan mengasumsikan bahwa tegangan bus adalah
dan

, dan impedansi saluran adalah

tiap fasa.

9

Bus i

Bus j
Z = R + jX
I

S ij

Sji

+
-

Vi  Vi   i

+

V j  V j  j

-

Gambar 1. Diagram satu garis saluran transmisi.

Daya komplek tiap fasa yang dikirim dari bus j ke bus i dapat dinyatakan sebagai
(2.1)
(2.2)

dimana

(2.3)

Dengan mensubtitusi persamaan (2.1) dan (2.2) dengan (2.3) diperoleh

| |

dan

|

||

|

(2.4)

10

|

|

|

||

|

(2.5)

Sudut fasa antara tegangan dua bus adalah
(2.6)
Maka daya aktif dan reaktif dapat dituliskan sebagai berikut
| |

| || |

| || |

(2.7)

| |

| || |

| || |

(2.8)

| |

| || |

| || |

(2.9)

| |

| || |

| || |

(2.10)

untuk

Pada umumnya impedansi pada saluran jauh lebih besar daripada reaktansi
sehingga reaktansi dapat diabaikan, maka persamaan menjadi
| ||

|

| |

(2.11)

| || |

(2.12)

dan
| ||

| |

|

(2.13)

| || |

(2.14)

11

Pada sistem multi-bus, ada beberapa metode yang umum digunakan, yaitu metode
Gauss-Seidel, Fast Decoupled dan Newton-Raphson. pada tugas akhir ini yang
akan dibahas adalah menggunakan metode Newton-Raphson.

Metode Newton-Raphson secara luas digunakan untuk persamanan non-linear
pada sistm tenaga yang lebih besar karena lebih praktis. Jumlah iterasi yang
dibutuhkan sedikit untuk memperoleh pemecahan berdasarkan ukuran sistem.
Metode ini lebih disukai karena konvergensinya lebih cepat dan persamaan aliran
dayanya dirumuskan dalam bentuk polar.
Untuk persamaan non-linier yang diasumsikan memiliki sebuah variable sperti
persamaan
(2.15)
Dengan menggunakan deret Taylor persamaan tersbut dapat dijabarkan menjadi

(2.16)

turunan pertama dari persamaan tersebut diabaikan, untuk pendekatan linear
menghasilkan persamaan

(2.17)

Dari

(2.18)

12

Untuk mengatasi kesalahan notasi, maka persamaan menjadi

(2.19)

Dimana:
pendekatan perkiraan
= pendekatan pertama
Oleh karena itu, rumus dapat dikembangkan sampai iterasi terakhir (k+1) menjadi

(2.20)

(2.21)

(2.22)

(2.23)
Pada sistem multi bus persamaan daya aktif dan reaktif adalah
∑
∑

|

||
|

||

||
||

|

(2.24)

|

(2.25)

Kedua persamaan diatas merupakan langkah awal perhitungan aliran daya
menggunakan metode Newton Raphson. Penyelesaian aliran daya menggunakan
proses iterasi (k+1). Untuk iterasi pertama (1) nilai k = 0, merupakan nilai
perkiraan awal (initial estimate) yang ditetapkan sebelum dimulai perhitungan

13

aliran daya. Hasil perhitungan aliran daya menggunakan persamaan (2.24) dan
(2.25) dengan nilai Pi(k) dan Qi(k). hasil nilai ini digunakan untuk menghitung nilai
(2.26)

Pi(k) dan

Hasil perhitungan

Qi(k) digunakan untuk matrik jacobian pada

persamaan:

[

]

[

|

|

|

|

|

|

|

|

|

|

|

|

|

|

|

|]

(2.27)

[

]

Persamaan (2.27), dapat dilihat bahwa perubahan daya berhubungan dengan
perubahan besar tegangan dan sudut fasa. Secara umum persamaan (2.27) dapat
disederhanakan menjadi

[

]

][

[

]

[ ]

(2.28)

Besaran elemen matriks Jacobian
Element matrix jacobian
∑

|

|

||

||

||

||

|

|

(2.29)
(2.30)

14

Element matrix jacobian
|

|

|

|

|

|

∑ |

|| |

|| |

|| |

(2.31)
(2.32)

Element matrix jacobian
∑

|
|

||

||

||

||

|

(2.33)

|

(2.34)

Element matrix jacobian
|

|

|

|| |

|

|

|

|| |

∑ |

|| |

–

(2.35)

(2.36)

Setelah nilai matrik Jacobian dimasukkan kedalam persamaan (2.28) maka nilai
dan | |
[

| |

]

Setelah nilai

[

dapat dicari dengan menginversikan matrik Jacobian menjadi

]

[

dan | |

dicari dengan menggunakan nilai

]

(2.37)

diketahui maka nilai
dan | |

dan | |

kedalam persamaan

dapat

15

(2.38)

|

|

|

|

Nilai dari

|

|

dan | |

(2.39)

adalah hasil perhitungan pada iterasi pertama dan

selanjutnya digunakan kembali untuk perhitungan sampai iterasi ke- n.

C. Dampak Dari Pemasangan Kapasitor Seri dan shunt[4]

Fungsi utama dari pemasangan kapasitor seri dan shunt adalah untuk mengurangi
rugi – rugi daya pada saluran, dan jatuh tegangan pada titik dimana dipasang
kapasitor. Pada dasarnya kapasitor shunt digunakan untuk merubah power factor
(pf) beban, sedangkan kapasitor seri digunakan untuk mengkonpensasi reaktansi
induktif saluran.

1.

Penggunaan Kapasitor Seri.

Ketika menggunakan kapasitor seri, maka kapasitor dihubungkan secara seri
dengan saluran. Kapasitor seri digunakan secara terbatas pada jaringan. Hal ini
karena kapasitor seri memiliki masalah tentang batas/range peralatan yang dapat
digunakan. Oleh karena itu pada umumnya pemasangan kapasitor seri ini

Dikutip dari “Alokasi Kompensasi Daya Reaktif pada Saluran Distribusi 20 KV Untuk
Mengurangi Rugi-Rugi Daya Menggunakan Metode Logika Fuzzy.pdf” Oleh Bakti Suprihadi.
[4]

16

biasanya digunakan untuk saluran yang tidak terlalu luas, sehingga kapasitansi
kapasitor yang dihasilkanpun akan kecil. Akan tetapi pemasangan kapasitor seri
ini juga memiliki keunggulan dibandingkan dengan kapasitor shunt yaitu
kapasitor seri akan lebih banyak menghasilkan kenaikan tegangan dari kapasitor
shunt pada faktor daya (pf) yang kecil. Berikut ini adalah gambar rangkaian
ekivalen saluran dan gambar diagram fasor ketika saluran dikompensasi oleh
kapasitor seri.

R

L

C

VR

Vs

IX C

Vs
I

Vz

VR

IX L
IR

Gambar 2. Rangkaian ekivalen dan diagram fasor kapasitor seri.

Gambar diatas menunjukkan diagram fasor kompensasi kapasitor seri pada saat pf
lagging ( beban Iinduktif ). Berdasarkan gambar diatas dapat dilihat bahwa setelah
dikompensasi seri impedansi saluran menjadi;
(2.40)

17

Drop tegangan dapat dinyatakan dengan rumus
(2.41)
Sedangkan drop tegangan setelah dipasang kapasitor seri menjadi
(2.42)
dengan pemasangan kapasitor seri maka besarnya jatuh tegangan yang
diakibatkan oleh reaktansi induktif pada saluran dapat ditekan.

2.

Penggunaan Kapasitor Shunt / Paralel

Sama halnya seperti kapasitor seri shunt menghasilkan daya reaktif untuk
memperkecil rugi-rugi daya dan jatuh tegangan pada saluran. Pemasangan
kapasitor shunt pada saluran akan mengakibatkan magnitude dari arus sumber
dapat dikurangi, sehingga besarnya faktor daya ( pf ) dapat diperbaiki. Perbaikan
faktor daya ini akan mengakibatkan besarnya jatuh tegangan antara sisi kirim dan
sisi terima dapat dikurangi. Berikut ini gambar rangkaian ekivelen saluran dan
gambar diagram fasor ketika saluran dikompensasi oleh kapasitor shunt.

18

L

R

Vs

VR

C

Vs
I

I 'z

C

I'
I

VR

I 'X L
I 'R

Gambar 3. Rangkaian ekivalen dan diagram fasor kapasitor shunt.
Pada factor daya lagging drop tegangan dapat dinyatakan
(2.43)
Setelah kapasitor terpasang drop tegangan menjadi
(2.44)
dengan mengkompensasi kapasitor shunt pada saluran, maka magnitude arus
sumber dapat dikurangi, sehingga besarnya faktor daya dan jatuh tegangan pada
saluran dapat dikurangi.

19

D.

Voltage Source Converter ( VSC )[5].

Fungsi utama dari VSC adalah untuk menghasilkan tegangan AC ke DC ataupun
sebaliknya. VSC yang ditunjukkan pada Gambar 5 terdiri dari enam IGBTs,
dengan dua IGBTs ditempatkan pada setiap kaki. Selain itu, masing – masing
IGBT dilengkapi dengan dioda yang terhubung antiparalel yang berpungsi untuk
pembalikan tegangan. Meskipun tidak diperlihatkan, tetapi dalam VSC terdapat
modul kontrol switching yang digunakan untuk mengontrol urutan switching
perangkat semikonduktor VSC, ini bertujuan untuk menghasilkan gelombang
tegangan output yang sedekat mungkin dengan gelombang sinusoidal, dengan
pengendalian daya tinggi dan loss switching sekecil mungkin.

Gambar 4. Voltage Source Converter 3 fasa dengan IGBT.

“FACTS Modeling and Simulation in Power Networks”. oleh Enrique A., Claudio R., Hugo A.,
Cesar A. Wiley.
[5]

20

E.

Unified Power Flow Control(UPFC)[6][7]

Peralatan yang dapat digunakan dalam mengatur aliran daya listrik pada saluran
transmisi adalah peralatan Flexibel Automatic Current Transmission System
(FACTS), UPFC adalah salah satu peralatan FACTS yang paling kompleks.
konsep dari UPFC pertama kali diusulkan oleh Gyugi pada tahun 1991.Dalam
konsep aliran daya, UPFC mampu mengontrol secara bersamaan atau secara
selektif semua parameter-parameter yang mempengaruhi aliran daya pada saluran
transmisi yaitu; tegangan, impedansi, dan sudut fasa. Sebanding dengan kelebihan
tersebut, UPFC merupakan alat pngendali yang paling mahal. Sama halnya
dengan perangkat FACTS yang lainnya, efektivitas UPFC juga tergantung dengan
letak pemasangannya pada sistem tenaga listrik. Secara keseluruhan UPFC
memiliki lima kelebihan dibanding perangkat lainnya.
1. Meningkatkan kapasitas saluran.
2. Dapat mengalirkan daya secara langsung pada saluran transmisi.
3. Kemampuan meredam osilasi.
4. Kemudahan mengatur tegangan.
5. Dapat mengontrol daya aktip dan reaktip.

UPFC terdiri dari dua konverter sumber tegangan dengan menggunakan GTO
(Gate Turn-Off) thyristor

dengan rangkaian DC yang terdiri dari kapasitor

penyimpan tegangan. UPFC dapat digambarkan sebagai alat yang terdiri dari
rangkaian seri dan rangkaian paralel. Setiap konverter secara independen
[6]

“Understanding FACTS”. Oleh Narain G. Hingorain, Laszlo Gyugi. IEEE Press.

“Mathematical modeling and analysis of a unified power flow controller” . Oleh A. Mete Vural, Mehmet
Tumay. ScientDirect.
[7]

21

menghasilkan atau menyerap daya reaktif. Pengaturan ini dapat menghasilkan
aliran bebas dari daya aktif pada masing-masing arah antara terminal AC dari dua
konverter.

Pi   i

Pj   j
Bus j

Bus k

Bus i
Transformator

Vi

Vj

Transformator

1

Konventer

Vk

2

Konverter

Gambar 5. Skema dasar UPFC.

Fungsi dari konverter paralel adalah untuk menyuplai daya aktif yang dibutuhkan
oleh rangkaian seri konverter tersebut yang terhubung dengan terminal AC
melalui transformator yang terhubung paralel. Konverter paralel juga dapat
menghasilkan atau menyerap daya reaktif, sehingga dapat menyediakan
konpensasi paralel reaktif pada jaringan.

Konverter yang terhubung seri berfungsi untuk menginjeksikan tegangan AC
dengan magnitud dan sudut phasa yang terkontrol. Bentuk dari kontrol dasar
menandakan suatu sistem kontrol yang memungkinkan peralatan itu untuk
menyesuaikan perubahan pada nilai referensi dari suplay daya aktif dan reaktif
dari kontrol loop luar pada sistem transmisi.

22

1.

Prinsip kerja UPFC

UPFC memakai dua converter sumber tegangan yang dioperasikan bersama-sama
dengan kapasitor DC seperti gambar6.

Gambar 6. Diagram UPFC.

Gambar 7. Model converter UPFC.

Susunan ini sebenarnya merupakan bentuk praktis dari sebuah konverter AC ke
AC dengan parameter masukan dan keluaran yang berdiri sendiri (terpisah).

23

konverter 2 yang dipakai pada skema diatas menunjukkan pembentukan tegangan
pada frekuensi dasar
antara

dan sudut fasa

ditambahkan ke terminal tegangan dari sistem AC

dengan amplitudo bervariasi
yang kemudian
melalui transformator

yang terkopling (diinjeksikan) seri. Dengan ketentuan ini, keluaran konverter
yaitu tegangan yang diinjeksikan secara seri dengan jaringan transmisi dapat
digunakan untuk mengontrol tegangan secara langsung, kompensasi seri, dan
penggeser fasa.

Tegangan keluaran konverter yang seri dengan jaringan transmisi bersifat seperti
sebuah sumber tegangan AC. Arus yang mengalir melewati sumber tegangan AC
adalah arus jaringan transmisi daya listrik terkirim dan impedansi jaringan
transmisi. Rating VA dari sumber tegangan yang diinjeksikan diperoleh dengan
mengalikan antara tegangan injeksi maksimum dan arus jaringan maksimum pada
daerah yang kontrol aliran dayanya tetap terjaga. Total VA ini terdiri dari dua
komponen,pertama adalah daya aktif maksimum yang ditentukan oleh arus
jaringan maksimum dan komponen dari tegangan injeksi maksimum yang sefasa
dengan arus ini, dan yang kedua adalah daya reaktif maksimum yang ditentukan
oleh arus jaringan maksimum dan komponen tegangan injeksi maksimum yang
kuadratur dengan arus jaringan. Konverter sumber tegangan yang dipakai pada
implementasi diatas dapat secara internal menghasilkan atau menyerap daya
reaktif pada terminal AC yang dibutuhkan dengan aplikasi kontrol terhadap
tegangan, impedansi, dan sudut-fasa, kebutuhan daya nyata hanya disediakan pada
terminal masukan DC.

24

Konverter 1 (terhubung secara shunt/paralel) digunakan terutama untuk
menyediakan daya nyata yang dibutuhkan oleh konverter 2 bersama dengan
terminal DC link dari sistem tenaga. Konverter 1 juga dapat menghasilkan atau
menyerap daya reaktif pada terminal AC, secara independen dari transfer daya
nyata dari atau ke terminal DC, hal ini menunjukkan bahwa dengan kontrol yang
lebih baik, ini dapat memenuhi fungsi dari sebuah kompensator Var statik, yang
memberikan kompensasi daya reaktif untuk jaringan transmisi dan kemudian
melakukan sebuah regulasi tegangan secara tak langsung pada terminal masukan
dari UPFC.

Konverter 1 menyediakan daya nyata ke kapasitor DC link (yang dibutuhkan oleh
inverter 2) dan menyediakan kompensasi reaktif shunt pada jaringan transmisi.
Aliran daya nyata yang keluar atau masuk ke kapasitor DC link dikontrol oleh
pertukaran daya nyata antara konverter dan sistem tenaga AC. Pertukaran daya
nyata ini dihasilkan oleh beda fasa antara konverter dan sistem tenaga AC.
Sebaliknya, pertukaran daya reaktif, merupakan hasil dari kompensasi jaringan,
yang ditentukan oleh perbedan amplitudo antara konverter dan sistem tenaga AC.
Jika perbedaan ini nol (tegangan konverter dan tegangan sistem AC mempunyai
amplitudo yang sama), perpindahan daya reaktifnya juga nol, jika positif,
konvertermenghasilkan daya reaktif untuk sistem AC, dan jika ngatif, konverter
menyerap daya reaktif dari sistem AC. Perbedaan tegangan yang diperlukan untuk
memenuhi keluaran Var ditentukan secara dominan oleh leakag-impedance dari
transformator kopling, yang tidak boleh melibihi ±15% dari tegangan nominal
sistem. Kemudian, untuk mengontrol daya nyata dan daya reaktif secara

25

independen, tegangan nominal DC link harus cukup tinggi untuk menghasilkan
tegangan keluaran AC dari konverter 1 dengan maksimum amplitudo 15% lebih
tinggi dari yang ada di sistem tenaga AC pada bagian sekunder dari transformator
kopling

2.

Operasi Kontrol UPFC[8].

UPFC memiliki beberapa modus operasi kontrol, baik pada konverter shunt
maupun konverter seri. Pada konverter shunt mirip dengan kontrol yang terdapat
pada Static Synchronous Compensator (STATCOM), sedangkan converter seri
mirip dengan Static Synchronous Series Compensator(SSSC).

Gambar 8. Struktur kontrol UPFC.
Sumber: Understanding FACTS.pdf. IEEE Press, 1999

“Enhancing the Performace of FACTS by Computational Intlligence”. Oleh Ahmed Mohamed
Othman. Aalto University publication.
[8]

26

Secara Khusus konverter paralel beroperasi untuk menginjeksikan arus
kedalam saluran transmisi. Konverter paralel dapat dikontrol dalam dua modus
yang berbeda, yaitu:
a. Modus Kontrol VAR: adalah masukan referensi berupa induktif atau
kapasitif. Konverter paralel akan menerjemahkan referensi var sesuai
dengan arus permintaan konverter paralel. Untuk modus ini mewakili
sinyal umpan balik tegangan bus Vdc.
b. Modus Kontrol Tegangan Otomatis: Arus reaktif konverter paralel secara
otomatis diatur untuk menjaga tegangan saluran transmisi pada titik
koneksi kenilai referensi. Untuk modus kontrol ini, sinyal umpan balik
tegangan

diperoleh

dari

bus

akhir

pengiriman

melalui

transformator paralel.

Gambar 9. Block diagram kontrol shunt UPFC.

kopling

27

Konverter seri mengontrol besar dan sudut tegangan yang disuntikkan secara seri
dengan saluran untuk mempengaruhi aliran daya pada saluran transmisi. Nilai
aktual dari tegangan yang disuntikkan dapat diperoleh dengan beberapa cara.
a. Modus injeksi tegangan secara langsung: Referensi masukan besaran dan
sudut fasa secara langsung dari tegangan seri.
b. Modus pergeseran sudut pasa: adalah referensi masukan perubahan fasa
antara tegangan ujung pengiriman dengan tegangan ujung penerima.
c. Modus impedansi saluran: adalah referensi masukan nilai impedansi untuk
memasukkan secara seri dengan impedansi saluran transmisi.
d. Modus kontrol aliran daya otomatis: referensi masukan adalah nilai-nilai P
dan Q untuk dipertahankan pada saluran transmisi meskipun perubahan
sistem.

Gambar 10. Block diagram kontrol seri UPFC.

28

3.

Representasi Matematis dengan UPFC[9]

UPFC dapat di representasikan dalam kondisi steady state dengan dua sumber
tegangan merepresentasikan komponen pundamental pada gelombang tegangan
dari dua konverter impedansi yang melekat pada reaktansi pada dua kopling
transformator. Gambar 11 melukiskan model sumber tegangan UPFC. Tegangan
pada bus i diasumsikan sebagai vektor referensi
sumber tegangan
dari r dan

dan

dan

dapat dikontrol magnitud dan sudut pasanya. Nilai

ditentukan dengan batasan yang spesifik seperti pada persamaan

(2.20) dimana r dan

adalah kontrol magnitud dan sudut dari

.
(2.45)

dapat digambarkan sebagai:
(2.46)
Model matematis UPFC dalam kondisi steady state dapat dikembangkan dengan
menambahkan sumber tegangan

dengan sumber arus

saluran transmisi, dimana

.

diparalel dengan

(2.47)

“Mathematical modeling and analysis of a unified power flow controller: A comparison of two
approaches in power flow studies and effects of UPFC location”. Oleh A. Mete Vural, Mehmet
Tumay. IEEE.
[9]

29

Bus j

Bus i

I

X

ij

se

IL

V se

Vj

Vi

Vi '

X sh
Vsh

Gambar 11. Model dua sumber tegangan UPFC.

Sumber arus

dapat dimodelkan dengan menginjeksikan daya pada dua bus

tambahan i dan j seperti ditunjukkan pada gambar 12.

Bus i

Vi

bse 1/ xse

Bus j

Vj

I se
Gambar 12. Penempatan sumber tegangan seri dan arus

(2.48)
(2.49)
Daya injeksi

dan

dapat disederhanakan dengan mensubtitusikan persamaan

(2.46), dan (2.47) kedalam persamaan (2.48)
(2.50)

30

Dengan menggunakan metode euler. (

, persamaan (2.50)

akan menjadi:
(2.51)
[

]

(2.52)

Dengan menggunakan identitas trigonometri, persamaan (2.52) berkurang
menjadi
(2.53)
Persamaan (2.53) dapat dibagi menjadi komponen real dan imajiner,
, dimana
(2.54)
(2.55)
Modifikasi yang sama dapat diterapkan pada persamaan (2.49). Persamaan akhir
akan menjadi:
(2.56)
Persamaan 20 dapat dibagi menjadi komponen real dan imajiner:
, dimana
(2.57)
(2.58)

31

Berdasarkan persamaan (2.54), (2.55), (2.57), dan (2.58). model injeksi daya dari
sumber tegangan yang dihubungkan seri dapat terlihat sebagai ketergantungan
daya injeksi pada bus – bus tambahan i dan j, seperti yang ditunjukkan pada
gambar 13.

Bus j

Bus i

x se

Vi

Vj

P js  jQ js

Pis  jQ is
Ekuivalen injeksi daya

ekuivalen injeksi daya
cabang seri pada bus j

Cabang paralel bus i

Gambar 13. Ekuivalen injeksi daya pada cabang seri.

Pada UPFC, cabang paralel digunakan untuk menyediakan daya nyata,

yang

diinjeksi ke sistem melalui cabang seri, dan total rugi – rugi dalam UPFC. Total
rugi – rugi daya switching pada dua konverter diperkirakan sekitar 2% dari daya
yang di transfer, untuk thyristor pada converter PMW. Jika rugi daya dimasukkan
kedalam injeksi daya nyata pada sumber tegangan yang dihubungkan paralel pada
bus i,

sebesar 1.02 kali injeksi daya nyata seri

melalui sumber

tegangan yang dihubungkan seri pada sistem.
(2.59)
Suplai daya nyata yang melalui converter seri dapat dihitung sebagai:

(

)

(2.60)

32

Suplay daya aktif dan reaktif yang melalui converter seri dapat dihitung dari
persamaan (2.60).
(

)

(2.61)
) (2.62)

(

(2.63)

(2.64)
Bentuk ahir dari persamaan (2.64) dapat ditulis menjadi
, dimana
(2.65)
(2.66)
Daya reaktif yang dikirim atau diserap mlalui konverter 1 diabaikan pada model
ini, tetapi epeknya dapat dimodelkan sebagai sumber reaktif paralel dengan
pengontrol terpisah. Pada kasus ini, fungsi utama dari daya reaktif adalah untuk
menjaga level tegangan pada bus i dalam batas yang ditentukan. Berdasarkan
penjelasan diatas ,

dapat diasumsikan 0. Konsekuensinya, model

matematis UPFC dalam kondisi steady state dibentuk dari model sumber tegangan
yang dihubungkan seri dengan penambahan ekuivalen daya injeksi pada
ke bus j, seperti pada gambar 14.

33

.
Gambar 14. Ekuivalen daya injeksi pada cabang paralel.

Selanjutnya, model matematis stady state UPFC dapat dibentuk dengan
mengkombinasi daya injeksi seri dan paralel pada bus i dan j seperti ditunjukkan
pada gambar 15.

Bus j

Bus i

Vi

Pi ,upfc  jQ i ,upfc

X

se

Vj

Pj ,upfc  jQ j ,upfc

Gambar 15. Model matematis steady state UPFC

Elemen – elemen ekuivalen injeksi daya pada gambar 15. yaitu:
(2.67)
(2.68)

34

(2.69)
(2.70)

Berikut ini adalah gambar yang menunjukkan pengaruh UPFC terhadap aliran
daya aktif disaluran dengan variasi

dari 0 sampai

dan r dari 0 sampai

Gambar 16. Variasi daya aktif ( P ) terhadap r dan .

Gambar 17. Variasi daya reaktif ( Q ) terhadap daya aktif ( P ).
Sumber: M. Noroozian, L Angquist, M. Ghandari, G. Anderson. “Use of UPFC for
Optimal Power Flow Control”. IEEE. 1997.

.

35

F.

Optimal Power Flow[10][11]

Ide dari optimal power flow pertama kali dikembangkan pada tahun 1960an
sebagai kelanjutan dari economic dispatch konvensional untuk menentukan
pengaturan optimal dari variabel-variabel yang dibatasi berbagai macam
konstrain. Pada studi aliran daya konvensional, nilai variabel kontrol telah
ditentukan sebelumnya. Namun pada OPF, nilai dari beberapa atau semua variabel
kontrol harus dicari terlebih dahulu untuk menemukan nilai maksimum/minimum
suatu objective.

OPF yang paling umum, biasanya digunakan untuk meminimalkan suatu objective
function F(x,u) yang memenuhi batasan-batasan g(x,u)=0 dan h(x,u) ≤ 0, di mana
g(x,u) merepresentasikan nonlinear equality constraints (persamaan aliran daya)
dan h(x,u) adalah nonlinear inequality constraints. Dimana faktor u meliputi
variabel control yang meliputi daya aktif dan magnitude tegangan, dan sudut
pasanya serta parameter kontrol UPFC yang terdiri dari variabel control injeksi
tegangan r dan sudut

pada converter seri. Faktor x meliputi daya aktif dan

reaktif pada swingbus, sudut tegangan dan daya reaktif dari generator serta
magnitude tegangan dan sudut pada bus beban.

Adapun jenis-jenis penggunaan OPF yang sering digunakan dewasa ini,
di antaranya
“Modelling of Optimal Unified Power Flow Controller (OUPFC) for optimal
steady-state performance of power systems”. A. lashkar Ara, A. Kazemi, S.A, Nabavi N.
Science Direct
[11]
“Fuzzy Multi-Objective Optimal Power Flow Considering Upfc”. Jamshid A., Afshin L.
A., Misam S. ICIC International
[10]

36

OPF untuk meminimalkan biaya pembangkitan

OPF untuk meminimalkan losses daya aktif

OPF untuk perencanaan daya reaktif (VAr)

dan sebagainya

1.

OPF Untuk Meminimalkan Biaya Operasi

Secara umum bntuk OPF untuk menyelesaikan permasalahan economic dispatch,
yaitu meminimalkan biaya pembangkitan dengan menggunakan persamaan
berikut:
Fungsi Objektif

∑

∑

(2.71)

Persamaan keseimbangan daya:
∑

∑

(2.72)
(2.73)

Batasan untuk kapasitas pembangkit:
(2.74)
(2.75)

37

Batasan Tegangan:
(2.76)
Batasan termal transmisi:
(2.77)
Dimana:
GC

: total biaya pembangkitan
: koefisien biaya pembangkitan
: biaya pembangkitan unit i
: admitansi saluran m-n
: magnitude tegangan bus m

,

: sudut fasa tegangan bus m dan n
: besar pembangkitan daya aktif dan reaktif pada bus i
: beban daya aktif dan reaktif pada bus i
: aliran daya saluran l

2.

OPF Untuk Meminimalkan Losis Saluran

Fungsi objektif untuk meminimalkan loss daya aktif pada saluran transmisi dapat
dituliskan sebagai berikut

∑

(2.78)

38

Dimana

adalah losis daya aktif pada saluran,

adalah nomor dari saluran

transmisi. Berdasarkan persamaan aliran daya losis daya aktif dapat dituliskan
sebagai berikut.

∑

∑

(2.79)

Untuk persamaan keseimbangan daya aktif dan reaktif pada bus yang dipasang
perangkat UPFC dapat di representasikan sebagai berikut

∑

∑

Dimana
dan

dan

(2.80)
(2.81)

adalah daya aktif dan reaktif yang dibangkitkan pada bus i.

Adalah beban daya aktif dan reaktif pada bus i.

dan

adalah daya aktif dan reaktif yang di injeksikan oleh perangkat UPFC pada bus.

Adapun batasan dari UPFC adalah sebagai berikut

Daiman r dan

adalah parameter control dari UPFC.

III. METODE PENELITIAN

A.

Waktu dan Tempat Penelitian.

Waktu penyelesaian tugas akhir ini dimulai sejak bulan Juli 2012 sampai bulan
Maret 2013, dan pengerjaannya bertempat di Laboratorium Sistem Tenaga
Elektrik Teknik Elektro Universitas Lampung.

B.

Bahan dan Alat.

1.

Bahan Penelitian
Adapun bahan yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah berupa data-data
yang dibutuhkan dalam perhitungan aliran daya pada saluran transmisi
lampung. Data-data yang dibutuhkan dalam penelitian ini antara lain adalah:


Diagram satu garis saluran transmisi daerah lampung.



Data-data dari pembangkit.



Data bus (KV).



Data saluran transmisi 150 KV.



Data-data beban.

40

2.

Alat Penelitian.
Dalam penyelesaian tugas akhir ini, alat bantu yang digunakan adalah:

C.



Laptop Asus K42JE, Intel Core I3-370M, 2,4 GHz.



Software MATLAB 7.8 (R2009a).

Metode yang Digunakan.

Dalam penulisan tugas akhir ini, ada beberapa tahapan yang dilakukan untuk
pengerjaan tugas ahir ini. adapun tahapan yang akan dilakukan adalah sebagai
berikut:
1.

Studi Literatur.
Studi literatur dimaksudkan untuk mempelajari sumber referensi yang
berkaitan dengan penulisan tugas akhir ini.

2.

Pengambilan Data.
Pada tahap pengambilan data ini nantinya akan digunakan untuk keperluan
dalam melakukan analisis tentang aliran daya.

3.

Metode Penyelesaian.
Dalam menyelesaikan perhitungan aliran daya, metode yang digunakan
adalah metode Newton – Raphson dengan bantuan program matlab 7.8.
Seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya metode ini secara luas

41

digunakan untuk persamaan non – linier. Penyelesaian persamaan ini
menggunakan permasalahan yang linier dengan solusi pendekatan. Metode
ini dapat diaplikasikan untuk satu persamaan atau beberapa persamaan
dengan beberapa variabel yang tidak diketahui.

4.

Pengolahan Data.
Dari data-data yang diperoleh akan dilakukan simulasi aliran daya
menggunakan bantuan program Matlab untuk mengetahui kondisi system.
Dari data hasil simulasi tersebut akan digunakan untuk menentukan lokasi
pemasangan UPFC.

5.

Membuat Analisis dari Hasil Pembelajaran.

6.

Penulisan Laporan.
Dalam tahap ini dilakukan penulisan laporan hasil dari penelitian secara
lengkap mencakup tinjauan pustaka hingga proses simulasi yang dilakukan
dan analisis serta kesimpulan dan saran.

42

D.

Diagram Alir Penelitian.

Mulai penelitian

Studi Literatur

Pengumpulan Data

Masukkan nilai data – data untuk
perhitungan aliran daya dengan
metode Newton Rapson

Pemasangan UPFC

Program Aliran Daya
Menggunakan metode NewtonRhapson

Analisa Hasil Aliran Daya

Selesai

Gambar 18. Diagram alir penelitian.

43

E.

Simulasi.

Untuk memudahkan penulis dalam melakukan simulasi ini, langkah – langkah
yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1.

Melakukan pemodelan sistem saluran transmisi yang terdapat diwilayah
Lampung untuk mengetahui lokasi komponen – komponen yang dibutuhkan
dalam melakukan simulasi aliran daya berupa lokasi Gardu Induk ( GI ),
lokasi beban dan pembangkitan. Berikut adalah data – data yang diperoleh
dari P3B Sumatera UPT Tanjung Karang pada bulan Juli 2012.


Diagram satu garis sistem transmisi 150 KV wilayah Lampung dapat
dilihat pada lampiran.



Pembangkitan wilayah Lampung dan transfer daya dari Sumatera
Selatan.

44

No

Pusat Pembangkitan

1
PLTA Batu Tegi
2
PLTU Tarahan
3
PLTA Besai
4
PLTD Tarahan
5
PLTD Teluk Betung
6
PLTD Tegineneng
7
PLTU Sebalang
8
Baturaja – Bukit Kmuning
9
Gumawang - Manggala
Jumlah

Daya Terpasang
Aktif
Reaktif
(MW)
(Mvar)
28,28
0.2
200
61,2
88,84
20
55,8
6,4
10
3,1
28,5
16,1
0
0
164
30
33
-3,0
608,42
133,5

Tabel 1. Data pembangkitan wilayah Lampung dan transfer daya dari Sumatera
Selatan.



Data beban wilayah Lampung.

No

Lokasi Beban

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

GI Batu Raja
GI Blambangan Umpu
GI Bukit Kemuning
GI Kota Bumi
GI Manggala
GI Gumawang
Typing Adijaya
GI Tegineneng
GI Natar
GI Teluk Betung
GI Sukarame
GI Sutami
GI Tarahan
GI New Tarahan

Daya
Aktif
Reaktif
(MW) (Mvar)
0
0
7
1,2
20,9
2,5
32,3
6,6
35,3
14,7
34
10,2
27,3
5,4
20,1
-1,5
40,6
12,4
58,9
23,3
23,3
5,5
-14,2
-8,8
5,6
1,6
-27
-11,3

45

15 GI Kalianda
16 GI Sebalang
17 GI Sribawono
18 GI Metro
19 GI Pagelaran
20 GI Seputih Banyak
21 GI Besai
22 GI Batu Tegi
Jumlah

25,3
0
28,3
29,5
26,3
19,5
0
0
393

5,4
0
3,8
9,1
2,5
3,6
0
0
86,2

Tabel 2. Data pembebanan wilayah Lampung.

2.

Dari data – data yang diperoleh selanjutnya dilakukan perhitungan aliran
daya, dari hasil yang diperoleh akan dilakukan analisa untuk menempatkan
UPFC. Dalam hal ini penulis menggunakan beberapa pertimbangan dalam
meletakkan UPFC untuk menentukan lokasi yang tepat, yaitu:

3.



Bus yang tegangannya rendah.



Saluran transmisi yang panjang.



Rugi – rugi saluran yang besar.

Dalam melakukan simulasi optimasi aliran daya dengan UPFC variabel
kontrol yang digunakan adalah sebagai berikut:


UPFC yang terhubung paralel dengan saluran transmisi atau konveter
shunt dilakukan dengan metode kontrol tegangan otomatis dimana
tegangan pada bus kirim dipertahankan pada tegangan 1 p.u.



Untuk mengontrol aliran daya besaran r dan sudut phasa
digunakan adalah r = 0.05 p.u dan r = 0.1 p.u dan
pada converter seri.

yang

dari 0 sampai

46

Simulasi menggunakan program m.file dan dijalankan dengan program

4.

Matlab 7.8. Berikut adalah fungsi variabel control UPFC[12].



NUPFC : nomor UPFC



UPFCsend : Shunt konverters bus kirim



UPFCrec : Series konverter bus terima



Xcr : Reaktansi induktif dari impedansi shunt (p.u.)



Xvr : Reaktansi induktif dari impedansi seri (p.u.)



Flow : Arah aliran daya : 1. untuk bus pengirim ke bus penerima. -1.
Untuk arah sebaliknya.



Psp : Target aliran daya aktif (p.u.)



PSta : Status kontrol daya aktif : 1 is on; 0 is off



Qsp : Target aliran daya reaktif (p.u.)



QSta : Status kontrol daya reaktif : 1 is on; 0 is off



Vcr : Initial kondition magnitude tegangan kontverter seri (p.u.)



Tcr : Initial kondition sudut pasa tegangan konverter seri (rad.)



VcrLo : Minimum limit magnitude tegangan konverter seri (p.u.)



VcrHi : Maximum limit magnitude tegangan konverter seri (p.u.)



Vvr : Initial kondition magnitude tegangan konverter shunt (p.u.)



Tvr : Initial kondition sudut pasa tegangan konverter shunt (rad.)



VvrLo : Minimum limit magnitude tegangan konverter shunt (p.u.)



VvrHi : Maximum limit magnitude tegangan konverter shunt (p.u)

Program diambil dari buku “FACTS Modeling and Simulation in Power Network” oleh Enrique
Acha, Claudio R, Hugo Ambriz, Cesar Angeles.

[12]

47



VvrTar : Target magnitude tegangan bus oleh konverter shunt (p.u.)



VvrSta : Status kontrol tegangan bus oleh konverter shunt: 1 is on; o is off

V. SIMPULAN DAN SARAN

A.

Simpulan

Setelah dilakukan analisa dan pembahasan dari hasil simulasi ini maka dapat
diambil beberapa kesimpulan, yaitu:
1.

Pemasangan UPFC pada saluran telah meningkatkan tegangan dan
menurunkan losis pada sistem.

2.

Pemasangan UPFC paling optimal untuk meningkatkan limit daya terdapat
pada bus Bukit Kemuning ke bus Kota Bumi ( bus 3 ke 4 )ditandai dengan
penurunan losis saluran sebesar 49.33% daya aktif dan 49.20% daya reaktif .

3.

Pemasangan UPFC pada bus Kota Bumi ke bus Manggala ( bus 4 ke 5 )
penurunan losis diperoleh sebesar 28.14% daya aktif dan 21.10% daya
reaktif.

71

B.

Saran

Dari hasil penelitian dan simulasi yang telah dilakukan maka disarankan:
1.

Metode untuk mencari lokasi penempatan UPFC dalam penelitian ini sangat
diperlukan baik dengan metode algoritma atau lainnya.

2.

Melakukan penelitian lebih lanjut dalam menentukan nilai control UPFC
untuk memperoleh aliran daya yang lebih optimal.

DAFTAR PUSTAKA

1.

Xi-Fan Wang, Yonghua song, Malcolm Irving. 2008. “Modern Power
System Analysis”. Springer Science + Business Media, LLC.

2.

Narain G. Hingorani, L. Gyugi. 2000. “Understanding FACTS Concepts and
Technology of Flexible AC Transmission System”. IEEE Press.

3.

Zhang, Rehtanz. Pal.2006. “Flexible AC Transmission Sytem Modelling and
Control”. Springer Science + Business Media.

4.

A. Mete Vural, Mehmet Tumay. 2007. “Mathematical modeling and
analysis of a unified power flow controller: A comparison of two
approaches in power flow studies and effects of UPFC location”.
ScienceDirect.

5.

Saadat, Hadi, “Power System Analysis”