S TE 0801375 CHAPTER1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Pertumbuhan
kebutuhan
energi
listrik
yang
semakin
meningkat
menyebabkan perluasan sistem tenaga listrik semakin dibutuhkan. Perluasan
sistem tenaga listrik tidak bisa dilakukan tanpa perancangan yang matang, perlu
dilakukan simulasi sistem tenaga listrik terlebih dahulu untuk mengetahui apakah
sistem tenaga listrik layak diperluas tanpa penambahan sumber tenaga baru atau
tidak. Selain itu, simulasi sistem tenaga listrik juga dilakukan untuk mengetahui
rugi-rugi daya, proteksi yang dibutuhkan, biaya pembangkitan, dan sebagainya.
Simulasi sistem tenaga listrik belakangan ini semakin kompleks jika
dipecahkan dengan hitungan manual. Namun, beberapa perangkat lunak seperti
Matlab, Mathcad, Mathematica dan sebagainya sudah mulai digunakan untuk
memecahkan masalah simulasi sistem tenaga listrik. Dari sekian banyak bahasa
pemrograman, Matlab merupakan yang paling populer karena fitur dari bahasa
pemrograman Matlab berorientasi pada matriks, kemampuan plotting dan
graphical environment (Simulink), dan kontrol skema desain yang sangat
sederhana
Matlab memiliki beberapa toolbox khusus yang dibuat oleh lembaga non
profit untuk edukasi dan penelitian non profit. Toolbox Matlab adalah kumpulan
M-file yang mempunyai satu kesatuan fungsi untuk memecahkan masalah
tertentu. Untuk pemecahan masalah simulasi sistem tenaga listrik seperti Optimal
Power Flow (OPF), Matlab memiliki beberapa Toolbox yang paling dikenal
diantaranya MatPower Toolbox (MPT), Power System Analysis Toolbox (PSAT)
dan Voltage Stability Toolbox (VST) (Cartina, 2007).
Secara umum aliran daya optimal atau dikenal sebagai Optimal Power Flow
(OPF) merupakan operasi keadaan tunak pada sistem tenaga listrik yang
meminimalisir biaya dari pemenuhan beban. Selain itu, OPF juga digunakan
untuk menentukan batas biaya terendah dari sebuah sistem. Biaya terendah ini
1
Dian Anggun Trisnadi, 2013
Studi Aliran Daya Optimal Dengan Optimasi Primal Dual Bernasis Metode Newton
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
2
dapat membantu untuk menentukan harga jual daya per MW dan biaya tambahan
dari MVAr (Zimmerman, 2011).
Inspirasi dalam melakukan Penelitian ini berasal dari beberapa penelitian
lain yang terkait. OPF pertama kali diperkenalkan tahun 1968 oleh Hermann W.
Dommel dan William F. Tinney dalam jurnal mereka yang berjudul “Optimal
Power Flow Solution”. Dalam penelitian tersebut mereka menggunakan metode
Newton dengan sedikit rumus tambahan (Dommel, 1968). Da Costa dari
Department of Electrical Engineering, Escola de Engenharia de Sao Carlos,
USP, Sao Carlos Brazil membuat penelitian mengenai OPF dengan judul
“Optimal Reactive Dispatch Through Primal-Dual Method”, masih dengan rumus
dasar Newton (Da Costa, 1997). Kemudian Da Costa kembali meneliti OPF
dengan judul “Comparative Studies of Optimization Methods for The Optimal
Power Flow Problem”. Beliau membandingkan beberapa metode optimasi OPF
yang berdasar pada Newton (Da Costa, 2000). Gheorghe Cartina dan kawankawan membuat sebuah makalah yg dibahas di International Conference On
Electromechanical And Power System ke-6 di Republik Moldova dengan judul
“Power System Analisys Using Matlab Toolboxes” (Cartina, 2007). Ray Daniel
Zimmerman membuat sebuah jurnal dengan judul “MATPOWER: Steady-State
Operations, Planning, and Analisys Tool for Power System Research and
Education” (Zimmerman, 2011). Pada tahun 2009, Buyung Baskoro dari Institut
Teknologi Sepuluh November (ITS) juga meneliti studi aliran daya optimal
namun metode yang digunakan berbeda dengan judul “Analisis Aliran Daya
Optimal Menggunakan Algoritma Genetika Pada Sistem Interkoneksi 500 Kv
Jawa Bali” (Baskoro, 2009)
1.2. Perumusan Masalah
Studi aliran daya sangat penting dalam merencanakan perluasan sistem
tenaga serta menentukan operasi terbaik dari sistem yang telah ada. Informasi
yang diperoleh dari studi aliran daya meliputi besar tegangan pada setiap bus,
Dian Anggun Trisnadi, 2013
Studi Aliran Daya Optimal Dengan Optimasi Primal Dual Bernasis Metode Newton
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
3
daya nyata dan daya reaktif yang mengalir pada setiap saluran, serta keterangan
lainnya yang diberikan oleh hasil penyelesaian dengan program komputer.
Berdasarkan latar belakang diatas rumusan masalah dalam penelitian ini
adalah bagaimana metode Newton yang dimodifikasi dengan metode optimasi
primal-dual untuk memecahan masalah aliran daya optimal menggunakan
Matpower Toolbox Matlab.
Seperti yang telah dijelaskan diatas, maka perumusan masalah pada studi ini
sebagai berikut :
1.
Bagaimana kinerja metode Newton yang dimodifikasi dengan metode
optimasi primal-dual dalam penyelesaian aliran daya optimal?
2.
Bagaimana kondisi tegangan sistem pada setiap bus?
3.
Berapa besarnya rugi-rugi daya (losess) pada tiap saluran?
4.
Berapa total daya yang harus dibangkitkan oleh unit pembangkit?
5.
Berapa total biaya pemenuhan beban seluruh system?
6.
Bagaimana kinerja waktu komputasi metode tersebut dalam mencapai
kovergensi?
1.3. Pembatasan Masalah
Jaringan listrik yang luas memiliki cakupan permasalahan yang sangat besar
dan kompleks, maka penelitian ini akan dibatasi pada :
1.
Sumber data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data standar
IEEE 14 bus, 30 bus dan sistem interkoneksi 500KV Jawa Bali
(Pernbebanan tanggal 17 Maret 2009 Pukul 19.30 W1B)
2.
Data yang digunakan bekerja dalam keadaan normal
3.
Proteksi dan sistem kontrol dari sistem diabaikan
4.
Dalam penyelesaian masalah hanya menggunakan MatPower Toolbox
(MPT)
5.
Penyelesaian kasus menggunakan Metode Newton dengan optimasi
Primal Dual sementara metode Algoritma Genetika hanya digunakan
sebagai pembanding
Dian Anggun Trisnadi, 2013
Studi Aliran Daya Optimal Dengan Optimasi Primal Dual Bernasis Metode Newton
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
4
6.
Software pendukung untuk merancang program mengunakan Matlab
ver. R2010a dari The MathWorks, Inc.
1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan dari studi aliran daya ini, antara lain :
1.
Mengetahui kinerja metode Newton yang dimodifikasi dengan metode
optimasi primal-dual dalam penyelesaian aliran daya optimal
2.
Mengetahui kondisi tegangan sistem pada setiap bus
3.
Mengetahui rugi-rugi daya (losess) pada tiap saluran
4.
Mengetahui total daya yang harus dibangkitkan oleh unit pembangkit
5.
Mengetahui biaya pemenuhan beban seluruh system
6.
Membuktikan waktu komputasi metode tersebut dalam mencapai
kovergensi lebih cepat dari metode lain.
1.5. Manfaat Penelitian
1.
Memberikan kontribusi yang positif pada dunia pendidikan dalam
pengembangan ilmu pengetahuan terutama pada bidang kelistrikan
yang berbasis komputasi
2.
Diharapkan dapat menjadi salah satu masukan bagi PLN bahwa metode
aliran daya optimal berbasis komputasi MatPower Toolbox Matlab
merupakan metode aliran daya optimal yang dapat dipertimbangkan
untuk digunakan pada sistem tenaga listrik
3.
Memberikan pengetahuan, pemahaman, dan keterampilan bagi penulis
dalam mengaplikasikan teori-teori kelistrikan pada sistem tenaga listrik
terutama dalam hal mengatasi masalah aliran daya optimal.
1.6. Struktur Organisasi Skripsi
Skripsi ini ditulis dalam lima bab dimulai dengan pendahuluan, kajian
pustaka, metode penelitian, hasil dan pembahasan serta kesimpulan dan saran.
Bab pendahuluan memaparkan latar belakang penelitian, rumusan masalah
Dian Anggun Trisnadi, 2013
Studi Aliran Daya Optimal Dengan Optimasi Primal Dual Bernasis Metode Newton
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
5
pembatasan masalah, tujuan penulisan, manfaat tugas akhir, dan sistematika
penulisan. Bab kajian pustaka menjelaskan konsep analisis aliran daya optimal
dengan metode primal-dual. Bab metode penelitian menjelaskan penjabaran
model aliran daya optimal dengan metode Newton yang dimodifikasi dengan
metode optimasi primal-dual. Bab hasil dan pembahasan berisi hasil model aliran
daya optimal dengan metode Newton yang dimodifikasi dengan metode optimasi
primal-dual disimulasikan dalam MatPower Toolbox dengan beberapa input data
berbeda. Bab terakhir yaitu kesimpulan dan saran berisi kesimpulan dari hasil
studi dan saran-saran yang didasarkan pada hasil studi yang diperoleh.
Dian Anggun Trisnadi, 2013
Studi Aliran Daya Optimal Dengan Optimasi Primal Dual Bernasis Metode Newton
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Pertumbuhan
kebutuhan
energi
listrik
yang
semakin
meningkat
menyebabkan perluasan sistem tenaga listrik semakin dibutuhkan. Perluasan
sistem tenaga listrik tidak bisa dilakukan tanpa perancangan yang matang, perlu
dilakukan simulasi sistem tenaga listrik terlebih dahulu untuk mengetahui apakah
sistem tenaga listrik layak diperluas tanpa penambahan sumber tenaga baru atau
tidak. Selain itu, simulasi sistem tenaga listrik juga dilakukan untuk mengetahui
rugi-rugi daya, proteksi yang dibutuhkan, biaya pembangkitan, dan sebagainya.
Simulasi sistem tenaga listrik belakangan ini semakin kompleks jika
dipecahkan dengan hitungan manual. Namun, beberapa perangkat lunak seperti
Matlab, Mathcad, Mathematica dan sebagainya sudah mulai digunakan untuk
memecahkan masalah simulasi sistem tenaga listrik. Dari sekian banyak bahasa
pemrograman, Matlab merupakan yang paling populer karena fitur dari bahasa
pemrograman Matlab berorientasi pada matriks, kemampuan plotting dan
graphical environment (Simulink), dan kontrol skema desain yang sangat
sederhana
Matlab memiliki beberapa toolbox khusus yang dibuat oleh lembaga non
profit untuk edukasi dan penelitian non profit. Toolbox Matlab adalah kumpulan
M-file yang mempunyai satu kesatuan fungsi untuk memecahkan masalah
tertentu. Untuk pemecahan masalah simulasi sistem tenaga listrik seperti Optimal
Power Flow (OPF), Matlab memiliki beberapa Toolbox yang paling dikenal
diantaranya MatPower Toolbox (MPT), Power System Analysis Toolbox (PSAT)
dan Voltage Stability Toolbox (VST) (Cartina, 2007).
Secara umum aliran daya optimal atau dikenal sebagai Optimal Power Flow
(OPF) merupakan operasi keadaan tunak pada sistem tenaga listrik yang
meminimalisir biaya dari pemenuhan beban. Selain itu, OPF juga digunakan
untuk menentukan batas biaya terendah dari sebuah sistem. Biaya terendah ini
1
Dian Anggun Trisnadi, 2013
Studi Aliran Daya Optimal Dengan Optimasi Primal Dual Bernasis Metode Newton
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
2
dapat membantu untuk menentukan harga jual daya per MW dan biaya tambahan
dari MVAr (Zimmerman, 2011).
Inspirasi dalam melakukan Penelitian ini berasal dari beberapa penelitian
lain yang terkait. OPF pertama kali diperkenalkan tahun 1968 oleh Hermann W.
Dommel dan William F. Tinney dalam jurnal mereka yang berjudul “Optimal
Power Flow Solution”. Dalam penelitian tersebut mereka menggunakan metode
Newton dengan sedikit rumus tambahan (Dommel, 1968). Da Costa dari
Department of Electrical Engineering, Escola de Engenharia de Sao Carlos,
USP, Sao Carlos Brazil membuat penelitian mengenai OPF dengan judul
“Optimal Reactive Dispatch Through Primal-Dual Method”, masih dengan rumus
dasar Newton (Da Costa, 1997). Kemudian Da Costa kembali meneliti OPF
dengan judul “Comparative Studies of Optimization Methods for The Optimal
Power Flow Problem”. Beliau membandingkan beberapa metode optimasi OPF
yang berdasar pada Newton (Da Costa, 2000). Gheorghe Cartina dan kawankawan membuat sebuah makalah yg dibahas di International Conference On
Electromechanical And Power System ke-6 di Republik Moldova dengan judul
“Power System Analisys Using Matlab Toolboxes” (Cartina, 2007). Ray Daniel
Zimmerman membuat sebuah jurnal dengan judul “MATPOWER: Steady-State
Operations, Planning, and Analisys Tool for Power System Research and
Education” (Zimmerman, 2011). Pada tahun 2009, Buyung Baskoro dari Institut
Teknologi Sepuluh November (ITS) juga meneliti studi aliran daya optimal
namun metode yang digunakan berbeda dengan judul “Analisis Aliran Daya
Optimal Menggunakan Algoritma Genetika Pada Sistem Interkoneksi 500 Kv
Jawa Bali” (Baskoro, 2009)
1.2. Perumusan Masalah
Studi aliran daya sangat penting dalam merencanakan perluasan sistem
tenaga serta menentukan operasi terbaik dari sistem yang telah ada. Informasi
yang diperoleh dari studi aliran daya meliputi besar tegangan pada setiap bus,
Dian Anggun Trisnadi, 2013
Studi Aliran Daya Optimal Dengan Optimasi Primal Dual Bernasis Metode Newton
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
3
daya nyata dan daya reaktif yang mengalir pada setiap saluran, serta keterangan
lainnya yang diberikan oleh hasil penyelesaian dengan program komputer.
Berdasarkan latar belakang diatas rumusan masalah dalam penelitian ini
adalah bagaimana metode Newton yang dimodifikasi dengan metode optimasi
primal-dual untuk memecahan masalah aliran daya optimal menggunakan
Matpower Toolbox Matlab.
Seperti yang telah dijelaskan diatas, maka perumusan masalah pada studi ini
sebagai berikut :
1.
Bagaimana kinerja metode Newton yang dimodifikasi dengan metode
optimasi primal-dual dalam penyelesaian aliran daya optimal?
2.
Bagaimana kondisi tegangan sistem pada setiap bus?
3.
Berapa besarnya rugi-rugi daya (losess) pada tiap saluran?
4.
Berapa total daya yang harus dibangkitkan oleh unit pembangkit?
5.
Berapa total biaya pemenuhan beban seluruh system?
6.
Bagaimana kinerja waktu komputasi metode tersebut dalam mencapai
kovergensi?
1.3. Pembatasan Masalah
Jaringan listrik yang luas memiliki cakupan permasalahan yang sangat besar
dan kompleks, maka penelitian ini akan dibatasi pada :
1.
Sumber data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data standar
IEEE 14 bus, 30 bus dan sistem interkoneksi 500KV Jawa Bali
(Pernbebanan tanggal 17 Maret 2009 Pukul 19.30 W1B)
2.
Data yang digunakan bekerja dalam keadaan normal
3.
Proteksi dan sistem kontrol dari sistem diabaikan
4.
Dalam penyelesaian masalah hanya menggunakan MatPower Toolbox
(MPT)
5.
Penyelesaian kasus menggunakan Metode Newton dengan optimasi
Primal Dual sementara metode Algoritma Genetika hanya digunakan
sebagai pembanding
Dian Anggun Trisnadi, 2013
Studi Aliran Daya Optimal Dengan Optimasi Primal Dual Bernasis Metode Newton
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
4
6.
Software pendukung untuk merancang program mengunakan Matlab
ver. R2010a dari The MathWorks, Inc.
1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan dari studi aliran daya ini, antara lain :
1.
Mengetahui kinerja metode Newton yang dimodifikasi dengan metode
optimasi primal-dual dalam penyelesaian aliran daya optimal
2.
Mengetahui kondisi tegangan sistem pada setiap bus
3.
Mengetahui rugi-rugi daya (losess) pada tiap saluran
4.
Mengetahui total daya yang harus dibangkitkan oleh unit pembangkit
5.
Mengetahui biaya pemenuhan beban seluruh system
6.
Membuktikan waktu komputasi metode tersebut dalam mencapai
kovergensi lebih cepat dari metode lain.
1.5. Manfaat Penelitian
1.
Memberikan kontribusi yang positif pada dunia pendidikan dalam
pengembangan ilmu pengetahuan terutama pada bidang kelistrikan
yang berbasis komputasi
2.
Diharapkan dapat menjadi salah satu masukan bagi PLN bahwa metode
aliran daya optimal berbasis komputasi MatPower Toolbox Matlab
merupakan metode aliran daya optimal yang dapat dipertimbangkan
untuk digunakan pada sistem tenaga listrik
3.
Memberikan pengetahuan, pemahaman, dan keterampilan bagi penulis
dalam mengaplikasikan teori-teori kelistrikan pada sistem tenaga listrik
terutama dalam hal mengatasi masalah aliran daya optimal.
1.6. Struktur Organisasi Skripsi
Skripsi ini ditulis dalam lima bab dimulai dengan pendahuluan, kajian
pustaka, metode penelitian, hasil dan pembahasan serta kesimpulan dan saran.
Bab pendahuluan memaparkan latar belakang penelitian, rumusan masalah
Dian Anggun Trisnadi, 2013
Studi Aliran Daya Optimal Dengan Optimasi Primal Dual Bernasis Metode Newton
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu
5
pembatasan masalah, tujuan penulisan, manfaat tugas akhir, dan sistematika
penulisan. Bab kajian pustaka menjelaskan konsep analisis aliran daya optimal
dengan metode primal-dual. Bab metode penelitian menjelaskan penjabaran
model aliran daya optimal dengan metode Newton yang dimodifikasi dengan
metode optimasi primal-dual. Bab hasil dan pembahasan berisi hasil model aliran
daya optimal dengan metode Newton yang dimodifikasi dengan metode optimasi
primal-dual disimulasikan dalam MatPower Toolbox dengan beberapa input data
berbeda. Bab terakhir yaitu kesimpulan dan saran berisi kesimpulan dari hasil
studi dan saran-saran yang didasarkan pada hasil studi yang diperoleh.
Dian Anggun Trisnadi, 2013
Studi Aliran Daya Optimal Dengan Optimasi Primal Dual Bernasis Metode Newton
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu