4
SIMULASI ALIRAN DAYA PEMASANGAN DISTRIBUTED GENERATION PADA SISTEM DISTRIBUSI 12,5 kV STANDAR IEEE 18 BUS DENGAN MENGGUNAKAN
SOFTWARE ETAP POWER STATION 4.0.0
Romdhon Prabowo Jurusan Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah Surakarta
Abtraksi Distributed generation mulai banyak diaplikasikan dalam sistem tenaga listrik, karena
semakin meningkatnya kebutuhan, untuk menghilangkan biaya-biaya transmisi dan distribusi yang tidak perlu. Biasanya distributed generation menggunakan generator berukuran lebih
kecil dari stasiun pembangkitan pusat. Distributed generation mendistribusikan sistem daya
lebih dekat ke beban. Tujuan dari pemasangan
distributed generation pada tiap-tiap bus secara bergantian pada sistem distribusi standar IEEE 18 bus untuk mengetahui aliran daya profil tegangan,
branch losses summary report. Penelitian ini menggunakan model diagram garis tunggal sistem distribusi standar
IEEE 18 bus. Selanjutnya memasukkan data beban, data saluran, data kapasitas kapasitor, dan kapasitas
distributed generation ke editor komponen ETAP 4.0.0. Simulasi yang dilakukan adalah studi aliran daya, yang kemudian didapatkan hasil keluaran berupa print out data
tegangan, arus, dan rugi-rugi daya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemasangan
distributed generation dengan kapasitas 250 kW pada sistem distribusi 12,5 kV standar IEEE 18 bus, dapat memperbaiki
profil tegangan dan dapat mengurangi rugi-rugi daya.
Kata Kunci : Distributed generation, aliran daya, standar IEEE 18 bus
1. Pendahuluan
Pada saat sekarang ini Indonesia sedangan melakukan
pembangunan disegala
bidang. Selaras dengan laju pertumbuhan pembangunan,
maka dituntut adanya sarana dan prasarana yang mendukungnya seperti tersedianya energi listrik.
Saat ini energi listrik merupakan kebutuhan yang utama, baik untuk konsumen perumahan maupun
konsumen industri. Hal ini disebabkan karena energi listrik mudah untuk disalurkan dan
dikonversikan ke dalam bentuk tenaga yang lain. Penyediaan tenaga listrik yang handal dan
kontinyu merupakan syarat mutlak yang harus dipenuhi
dalam memenuhi
kebutuhan masyarakat.
Distributed generation DG mulai banyak
diaplikasikan dalam sistem tenaga listrik, karena semakin
meningkatnya kebutuhan,
untuk menghilangkan
biaya-biaya transmisi
dan distribusi yang tidak perlu slootweg, 2002: 862
Biasanya distributed
generation DG
menggunakan generator berukuran lebih kecil dari stasiun
pembangkitan pusat.
Distributed generation
DG biasanya berukuran kurang dari 10 MW.
Pada penelitian ini menggunakan distributed generation
dengan ukuran 480 volt, 250 kW Kirawanich et al, 2004. Sistem distribusi yang
diteliti adalah sistem distribusi 18 bus standard IEEE 138 kV pada sisi primer, 12,5 kV pada sisi
sekunder dan terpasang kapasitor di 9 bus Grady et al, 1992.
Adapun tujuan penulisan adalah untuk mengetahui
aliran daya
pada pemasangan
distributed generation DG pada tiap bus secara
bergantian.
5
Gambar 1.1 Diagram Garis Standar IEEE 18 Bus
2. Aliran Daya
2.1. Umum
Studi aliran daya adalah studi yang dilakukan untuk mendapatkan informasi
mengenai aliran daya nyata P dalam watt, reaktif Q dalam Var, tegangan pada bus,
arus tiap saluran, rugi daya transmisi pada sistem dalam kondisi operasi tunak, informasi
ini dibutuhkan untuk menganalisa unjuk kerja sistem, dan juga dapat digunakan untuk
perkiraan beban mendatang William D. Stevenson JR: 1994.
2.2. Persamaan Aliran Daya
Jaringan sistem
tenaga yang
ditunjukkan pada
gambar 1.2
saluran transmisi dapat diubah dalam bentuk π yang
mana impedansinya telah diubah menjadi admitansi dalam satuan per unit. Aplikasi
hukum arus Kirchhoff pada bus adalah :
= +
− +
− + ⋯ +
−
Atau
= −
≠
Daya nyata dan reaktif pada bus i adalah :
∗
= +
Subtitusikan persamaan 4.3 ke 4.2 adalah
: −
y V = +
∗
≠
Gambar 1.2 Tipe bus dari sistem tenaga Das Debapriya:
2006:152 2.3.
Newton Raphson Metode Newton Raphson adalah metode
iterative yang mana kurang lebih mendekati
bentuk non linier persamaan simultan untuk satu bentuk ke persamaan linier dengan
menggunakan ekspansi Taylor’s dan istilah yang
dibatasi untuk
pendekatan urutan
pertama. Bentuk persamaan non linier :
= , …
= , …
= , …
Dan estimasi inisial untuk penyelesaian vector ,
, … Asumsi
, … memerlukan koreksi untuk
, …
berturut-turut, jadi persamaan 2.31 solusi
= + ,
+ , … +
= + ,
+ , … +
= + ,
+ , … +
Tiap-tiap persamaan dari 4.6 dapat dikembangakan oleh seri Taylor’s untuk dua
atau lebih fungsi variable. Sebagai contoh diperoleh persamaan pertama
= + ,
+ , … +
= ,
, … , +
0 +
+
0 + ⋯ ,
-
0 + .
Dimana . adalah fungsi besaran daya
dari
,
, . . , dan kedua, ketiga,…, derivative
fungsi .
Mengabaikan . ,
persamaan set linier menghasilkan :
2.1
2.2
2.3
2.4 2.5
2.6
2.7
6
= ,
, … , +
0 1 0 + 0 1 0 + ⋯
,0 0 1 0
= ,
, … , +
0 1 0 + 0 1 0 + ⋯
,0 0 1 0
= ,
, … , +
0 1 0 + 0 1 0 + ⋯
,0 0 1 0
2 3
3 3
3 3
3 4 −
, , …
− ,
, … … … … … … … … … . .
− ,
, … 5
6 6
6 6
6 6
7 =
2 3
3 3
3 3
3 4,
0 ,
+
0 …,
-
,
+
0 ,
+ +
0 … ,
+ -
,
-
0 ,
- +
0 …,
- -
0 5 6
6 6
6 6
6 7
2 3
3 3
3 3
4 ∆
∆ …
∆ 5
6 6
6 6
6 7
atau D = JR
Dimana J adalah Jacobian untuk fungsi R adalah pengubah vektor
∆ persamaan 4.10, boleh ditulis dalam iterative:
9
:
= ; =
=
:
= ; ?
9
Nilai baru
untuk
′
A adalah perhitungan dari :
:B
=
:
+ ∆
:
Proses secara berulang-ulang hingga dua nilai berturut-turut untuk tiap-tiap
berbeda hanya pada toleransi spesifik. Proses J dapat di evaluasi tiap-tiap iterasi boleh
dievaluasi hanya suatu kejadian dengan syarat
∆ berubah secara perlahan. Karena kuadratik konvergensi metode Newton’s
lebih unggul dari pada Gauss Seidel. Masalah aliran daya ini dirumuskan dalam bentuk
polar.
= ∑ | ||
E
||F
E
| cos J
E
− K + K
E E
= | ||
E
||F
E
| sin J
E
− K + K
E E
2 3
3 3
3 3
4∆
:
⋮
∆
- O
∆P
+ O
⋮ ∆
:
5 6
6 6
6 6
7 =
2 3
3 3
3 3
3 3
3 4
2 3
3 3
4Q
+
R
+
S
:
⋯ Q
+
R
-
S
:
⋮ ⋱
⋮ Q
-
R
+
S
:
⋯ Q
-
R
-
S
:
5 6
6 6
7 2
3 3
3 4Q
+
|U
+
|
S
:
⋯ Q
+
|U
-
|
S
:
⋮ ⋱
⋮ Q
-
|U
+
|
S
:
⋯ Q
-
|U
-
|
S
:
5 6
6 6
7
2 3
3 3
4Q
P
+
R
+
S
:
⋯ Q
P
+
P
-
S
:
⋮ ⋱
⋮ Q
P
-
R
+
S
:
⋯ Q
P
-
P
-
S
:
5 6
6 6
7 2
3 3
3 4Q
P
+
|U
+
|
S
:
⋯ Q
P
+
|U
-
|
S
:
⋮ ⋱
⋮ Q
P
-
|U
+
|
S
:
⋯ Q
P
-
|U
-
|
S
:
5 6
6 6
7 5
6 6
6 6
6 6
6 6
7
2 3
3 3
3 4 ∆K
:
⋮
∆R
- O
∆|U
+
|
O
⋮ ∆| |
:
5 6
6 6
6 7
V∆∆ W = V ; ;
;
X
;
Y
W V ∆K ∆| |W
Persamaan 4.13 merupakan persamaan nonlinear
aljabar hubungan variabel bebas, magnitude tegangan dalan per unit dan sudut
tegangan dalam radian, kita dapat dengan mudah mengobservasi dua persamaan untuk
tiap-tiap bus beban pada persamaan 4.14.
3. Metode Penelitian
Penelitian yang baik akan menghasilkan suatu
pekerjaan yang
baik pula.
Guna menghasilkan hal tersebut, perlu diadakannya
suatu prosedur penelitian. Adanya suatu prosedur ini diharapkan pekerjaan dapat dilaksanakan secara
berurutan
dan berkelanjutan
tanpa harus
mengganggu jenis pekerjaan lainnya.Persiapan dalam penelitian penulis melakukan segala sesuatu
yang berhubungan dengan proses perancangan. Persiapan yang dilakukan meliputi: Mempelajari
perangkat
lunak ETAP,
studi literatur,
mempersiapkan data dan bahan guna membuat diagram garis tunggal. Bahan-bahan dan alur yang
digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
Tabel 3.1 Data impedansi
Saluran Resistansi
Ω Reaktansi
Ω 1-2
0.0673 0.1881
2-3 0.0939
0.2620 3-4
0.0494 0.1378
4-5 0.1400
0.3909 5-6
0.0461 0.1288
6-7 0.2688
0.3313 7-8
0.6359 0.4770
2-9 0.2666
0.3452 20-21
0.3472 0.4495
21-22 0.7505
0.9716 21-23
0.6227 0.8063
23-24 0.4547
0.5888 23-25
0.5823 0.7177
25-6 0.3450
0.4250 50-1
0.0488 1.0552
50-51 0.0078
0.0538
2.8
2.9 2.10
2.11
2.12 2.14
2.15
2.13
7 Tabel 3.2 Data beban tiap bus untuk simulasi
Bus kW
kVAr 1
1 2
200 120
3 400
250 4
1500 930
5 1
6 800
500 7
200 120
8 1000
620 9
500 310
20 1000
620 21
300 190
22 200
120 23
800 500
24 500
310 25
1000 620
26 200
120 50
1 51
1 Diagram alur penelitian
Gambar 3.3 Diagram alur penelitian Tabel 3.3 Kapasitas kapasitor untuk simulasi
Nama bus
Kapasitas kVAr
C1 2
1050 C2
3 600
C3 4
600 C4
5 1800
C5 7
600 C6
20 600
C7 21
1200 C8
24 1500
C9 25
900 C10
50 1200
4. Hasil dan Pembahasan
