OPTIMISASI PADA SISTEM DAYA LISTRIK
OPTIMISASI PADA SISTEM DAYA LISTRIK
Oleh : Sugeng Santoso
ABSTRAK
Pemecahan masalah optimasi sistem tenaga listrik sangat sulit karena sistem tenaga yang sangat besar,
kompleks, secara geografis juga luas dan dipengaruhi oleh banyak kejadian tak terduga. Hal itu perlu
menggunakan metode optimasi untuk mendapatkan hasil yang paling efisien dalam menyederhanakan perumusan
masalah dan pelaksanaannya. Artikel ini menyajikan gambaran penting optimasi secara matematika dan dibantu
dengan perangkat lunak EDSA Technical 2005 yang digunakan dalam pemecahan masalah optimasi daya
listrik. Aplikasi EDSA Technical 2005 sebagai alat bantu hitung juga telah dibahas dalam artikel ini.
PENDAHULUAN
BIAYA OPERASI PEMBANGKIT THERMAL
Pembangkitan dalam sistem tenaga listrik pada
Faktorfaktor yang mempengaruhi pengiriman
setiap stasiun tidak ditempatkan pada jarak yang sama
daya nyata yang optimal pada pembangkit adalah
dari pusat beban. Oleh sebab itu harga bahan bakar
beroperasinya generator yang efisien, biaya bahan
setiap stasiun pembangkit menjadi berbeda. Bab ini
bakar, dan rugirugi daya pada saluran transmisi.
membahas upaya penentuan pengiriman daya nyata
Banyak juga generator yang beroperasi secara efisien
dari setiap stasiun pembangkit guna memperkecil
di dalam sistem tenaga namun hal itu tidak menjamin
biaya operasi. Jadi tujuannya adalah untuk memenuhi
bahwa biaya operasinya minimum. Hal ini
permintaan beban dengan biaya bahan bakar yang
disebabkan oleh biaya bahan bakar yang tinggi. Jika
minimum. Hal ini disebut Optimal Power Flow
stasiun pembangkit berada ditempat yang jauh dari
(OPF). OPF digunakan untuk mengoptimasi aliran
pusat beban maka rugirugi daya pada saluran
daya dari sistem tenaga berskala besar. Cara ini
transmisi dapat menjadi besar. Oleh sebab itu stasiun
dilakukan dengan memperkecil fungsifungsi objektif
pembangkit tersebut menjadi sangat tidak ekonomis.
yang dipilih sambil mempertahankan dayaguna sistem
Masukan pada stasiun termis umumnya diukur
yang dapat diterima dari batas kemampuan daya pada
generator.
Pembahasan dalam bab ini dibatasi pada
analisis pengiriman daya nyata yang optimal dari
dalam Btu/jam dan keluarannya diukur dalam MW.
Kurva masukan dan keluaran dalam bentuk sederhana
dari sebuah unit termis berupa kurva laju panas seperti
ditunjukan pada Gambar 1.(a).
pembangkit. Pengiriman daya nyata yang optimal ini
dimaksudkan untuk memperkecil jumlah keseluruhan
biaya operasi dengan memperhitungkan rugirugi
daya nyata pada saluran.
Sugeng Santoso : adalah dosen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, UNWIDHA Klaten
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
51
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
$/jam
Btu/jam
(a)
(b)
Pi(MW)
Pi(MW)
Gbr. 1. (a) Kurva laju panels; (b) Kurva biaya bahan bakar
Kurva Btu/jam terhadap MW menjadi $/
jam terhadap MW akan menghasilkan kurva
biaya bahan bakar seperti ditunjukkan pada
λi
$/MW-
gambar 1 (b). Biaya bahan bakar pada generator
bisa digambarkan seperti sebuah fungsi kuadrat
dari daya nyata pada pembangkit, yaitu:
C---i =ái + âi Pi + ãi Pi 2
(1)
Turunan biaya bahan bakar terhadap daya
nyata pada persamaan (1) berupa kurva biaya
tambahan bahan bakar dan gambar kurvanya
seperti ditunjukkan pada gambar 2. Turunan dari
persamaan (1) adalah sebagai berikut:
dC i
2 i Pi i
dPi
(2)
Kurva biaya bahan bakar menunjukkan
sebuah ukuran bagaimana biaya yang dikeluarkan
akan menghasilkan tambahan daya selanjutnya.
Total biaya operasi meliputi biaya bahan bakar,
buruh, persediaan peralatan/bahan dan
perawatan/pemeliharaan .
52
Pi(MW)
Gbr. 2. Tripikal kurva biaya bahan bakar
PENGIRIMAN DAYA OPTIMAL DENGAN
MENGABAIKAN RUGI - RUGI DAYA DAN
BATAS - BATAS GENERATOR
Masalah pengirnnan daya nyata yang optimal
yang paling sederhana adalah ketika rugirugi daya
pada saluran transmisi diabaikan. Masalah ini tidak
mempertimbangkan bentuk sistem dan impedansi
saluran. Contoh yang diambil pada sistem satu bus
dengan banyak pembangkit dan terdapat sebuah beban
scperti ditunjukkan secara skematis pada gambar 3.
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
C2
C1
Cng
ng
L Ct PD Pi
i 1
(6)
Minimum dari fungsi tanpa batas untuk menentukan
titik di mana sebagian dari fungsi untuk variabel
variabel sama dengan nol adalah seperti persamaan
P2
P1
Png
berikut:
L
0
Pi
PD
L
0
Gbr. 3.Sebuah bus yang menghubungkan ng
jumlah generator
Ketika rugirugi daya pada saluran transmisi
diabaikan, di mana jumlah permintaan beban PD sama
dengan jumlah daya dari semua pembangkit, fungsi
biaya Ci diasumsikan dari masingmasing stasiun
pembangkit. Untuk menentukan total biaya produksi
pada pembangkit di masingmasing stasiun adalah
seperti persamaan berikut:
Ct Ci
Ct i i i i Pi 2
C t
(0 1) 0
Pi
Karena
maka
(3)
P P
ng
dan
i 1
i
D
(4)
dC i
dPi
(5)
dengan asumsi :
Ci dCi
Pi
dPi
(10)
(11)
dari pembangkit kei yang optimum adalah:
atau
C t C1 C 2 .... C ng
(9)
Sehingga kondisi untuk pengiriman biaya produksi
n
i 1
(8)
Dari Persamaan (7) diberikan:
ng
i 1
(7)
Ct adalah total biaya produksi.
i=1,…………….,ng
i 2 i Pi
(12)
(13)
Ci adalah biaya produksi dari pembangkit ke i
Dari Persamaan (13), untuk menentukan harga Pi,
Pi adalah daya nyata dari pembangkitan ke i
adalah:
PD adalah total daya nyata pada permintaan beban
ng adalah jumlah seluruh dari stasiun.
Sebuah tipikal pendekatan untuk menambah batasan
ke dalam fungsi objektif dengan menggunakan
bilangan pengali Lagrange seperti persamaan berikut:
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
Pi
i
2 i
(14)
53
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
Hubunganhubungan yang diberikan dan persamaan
(14) diketahui sebagai persamaanpersamaan
Sehingga
( k 1) ( k ) ( k )
koordinat sebagai fumgsi dari ë. Persamaan (14) dapat
diselesaikan secara iterasi. Harga ë didapat dengan
mensubstitusikan harga Pi pada persamaan (14) ke
persamaan (5) yang hasilnya adalah sebagai berikut:
i
PD
2 i
i 1
ng
PD
i 1
i
2 i
(16)
dari pembangkit dengan mengabaikan rugirugi daya
dapat dilakukan secara analisis. Bila rugirugi daya
yang diperhitungksn harus diselesaikan secara iterasi.
Dalam sebuah teknik penyelesaian secara iterasi,
harga ë didapat dari hasil perhitungan dengan harga
estimasi awal yang telah ditentukan terlebih dahulu
dan sampai ÄPi dalam ketelitian yang tinggi.
Penyelesaian secara cepat dapat dilakukan dengan
menggunakan metode gradien yang ditunjukan ada
persamaan (15) dan dapat ditulis ulang sebagai
berikut;
f ( ) PD
(17)
Persamaan (17) diatas bila ditulis dalam deret tylor
pada sebuah titik operasi ë(k) dan dengan mengabaikan
bentuk orde paling tinggi akan menghasilkan:
54
(k )
i 1
(20)
Keluaran daya dari generator seharusnya tidak
melebihi keperluan operasi stabilitas sistem sehingga
daya dari generator tersebut terbatas pada batas
Penyelesaian pengiriman daya nyata optimal
df ( )
f ( ) ( k )
d
ng
PENGIRIMAN DAYA OPTIMAL DENGAN
MENGABAIKAN RUGI - RUGI DAYA DAN
MEMPERHITUNGAN BATAS - BATAS
GENERATOR
1
i 1 2 i
ng
P ( k ) PD Pi
(15)
atau
ng
dan
(19)
(k )
( k ) PD
(18)
minimum dan maksimum yang diberikan.
Persoalannya, bagaimana memperoleh hasil daya
nyata/real untuk setiap stasiun pembangkit yang
optimal sehingga fungsi ojektif (misalnya biaya
produksi total) seperti yang didefinisikan pada
persamaan (3) adalah minimum sesuai dengan
batasan yang diberikan oleh persamaan (4) dan
ketentuan ketidaksamaan seperti yang diberikan oleh:
Pi (min) Pi Pi (max)
; i = 1,….,ng
(21)
Dengan Pi(min) dan Pi(max) adalah daya nyata minimum
dan maksimum dari stasiun pembangkit ke i.
Syarat Kuhn-Tucker melengkapi syarat
Lagrangian untuk mengikuti ketentuan
ketidaksamaan. Syaratsyarat untuk pengiriman daya
nyata yang optimal dari pembangkit dengan
mengabaikan rugirugirugi daya adalah sebagai
berikut:
dC i
dPi
untuk Pi (min) Pi Pi (max)
(22)
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
dC i
dPi
untuk Pi Pi (max)
dC i
dPi
untuk Pi Pi (min)
P
(23)
Pengiriman daya nyata yang optimal dari
pembangkit bertujuan untuk memperkecil biaya
(24)
pembangkit secara keseluruhan. Sedangkan C i
sebagai fungsi biaya keseluruhan dari pembangkit
adalah seperti persamaan berikut:
ng
Pi didapat dari Persamaan (14) dan iterasi
berlangsung sampai
i
PD
kepadatan beban sangat besar, maka rugirugi daya
pada saluran transmisi dapat diabaikan dan
pengiriman daya nyata yang optimal dari pembangkit
dapat dicapai dengan semua operasi stasiun pada
biaya produksi tambahan yang seimbang. Pada sebuah
jaringan interkoneksi yang besar di mana daya yang
ditransmisikan di atas jarak yang panjang dengan
daerah kepadatan beban kecil, kerugian transmisi
merupakan faktor utama dan mempengaruhi
pengiriman daya yang optimal dari pembangkit.
Untuk memasukkan pengaruh dari rugirugi daya
nyata pada salurantransmisi ke dalam perhitungan
sebagai keluaran daya nyata generator seperti
persamaan berikut:
PL
i 1
PB
j 1
i
ij
Pj
(25)
Rumus yang lebih umum seperti ditunjukan rumus
rugirugi daya Kron berikut:
PL
ng
i 1
Pi Bij Pj Boi Pi Boo
ng
ng
j 1
i 1
C t i i Pi i Pi 2
i 1
Ketika jarakjarak transmisi sangat kecil dan
ng
i 1
n
PENGIRIMAN DAYA OPTIMAL DENGAN
MEMPERHITUNGKAN RUGI - RUGI DAYA
ng
Ct Ci
(27)
(28)
Keluaran daya dari pembangkit didapatkan dari
persamaan jumlah total beban dan rugirugi daya
seperti berikut ini :
P P
ng
i 1
i
D
PL
(29)
Keluaran daya pembangkit dibatasi dengan;
Pi (min) Pi Pi (max)
; i = 1,…., n
(30)
Dengan Pi(min) dan Pi(max) adalah daya nyata minimum
dan maksimum dari stasiun pembangkit kei.
TOPIK YANG DIBAHAS
Topik yang dibahas adalah perbandingan antara
aliran daya tanpa kekangan dibandingkan aliran daya
dengan kekangan pada keadaan yang optimal.
Kekangan yang dimaksudkan adalah batasanbatasan
pada parameter dalam aliran daya, antara lain : daya
aktif, daya reaktif, arus, tegangan, rugirugi daya,
kemampuan generator, kemampuan penghantar,
kemampuan transformator, dan biaya pembangkitan.
(26)
Koefisien Bij adalah koefisien rugirugi daya B.
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
55
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
STUDI SIMULASI
Simulasi untuk mendapatkan nilai optimum pada suatu penyaluran daya yang terhubung secara interkoneksi
dengan mengambil contoh berkas opf1.axd yang telah dimodifikasi layoutnya, tanpa mengubah parameter
didalamnya. Berkas tersebut adalah berkas bawaan dari paket program ESDA Technical 2005. Desain gambar
simulasi pada berkas opf1.axd terdiri atas 6 bus, 3 pembangkit, 3 transformator, dan 7 beban. Gambar 4
menunjukan skema rangkaian yang akan disimulasikan untuk mendapatkan nilai aliran daya yang optimum.
Untuk mendapatkan gambaran yang jelas perlu diadakan perbandingan dengan analisis aliran dayanya saja.
Gen #1 (SWING)
Pmin = 50 MW
Pmax = 150 MW
Gen #2
Pmin = 10 MW
Pmax = 50 MW
BUS #1
BUS #2
Trafo #2
63 MVA
Trafo #1
63 MVA
Trafo #3
50 MVA
Beban #1
47 MW
20 MVar
Beban #2
42.5 MW
20 MVar
Beban #3
75 MW
3 MVar
BUS #3
BUS #4
BUS #6
BUS #5
Beban #4
65 MW
16.7 MVar
Beban #6
13 MW
3.5 MVar
Beban #5
42.5 MW
15 MVar
Beban #7
5.5 MW
2 MVar
Gen #3
Pmin = 5 MW
Pmax = 10 MW
Gbr. 4. Rangkaian Studi Simulasi AOBF
Prosedur yang harus dilaksanakan dalam studi
simulasi ini adalah :
1.
Membuat gambar; dalam hal ini hanya cukup
membuka berkas opf1.axd .
2.
Menjalankan menu “Error Checking”, untuk
memastikan bahwa gambar yang dibuat tidak ada
yang salah, artinya konektivitas dan parameter
yang dimasukkan telah benar. Bila masih ada
kesalahan harus dikoreksi lagi.
3.
Menjalankan simulasi Advanced Power Flow;
pilih algoritma NewtonRaphson; Cancel Limits
& Controls pada posisi ON. Hasil resumenya
pada gambar 8.
56
4.
Bila analysis Advanced Power Flow telah
dijalankan; berikutnya adalah menjalankan
analysis “AC Active Optimal Power Flow”
(AOPF) (gambar 5, gambar 6, dan gambar 7).
Pemilihan batas aman (N atau N-1 security) pada
semua bus akan menentukan besar kecilnya
beban yang akan dilakukan pemutusan
(Shedding). Selain itu AOPF didasarkan pula
pada kondidi “Economic dispatch” atau “Active
Load Flow”.
5.
Hasil hitungan bisa dilihat dari report yang
diberikan oleh program simulasi atau bisa dilihat
resumenya pada gambar 9.
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
Gbr. 5. Menu untuk analysis
Active Optimal Power Flow
Gbr. 6. Menu pada control AOPF
Gbr. 7. Analysis AOPF telah berhasil melakukan perhitungan
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
57
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
Gen #1 (SWING)
Pmin = 50 MW
Pmax = 150 MW
Gen #2
Pmin = 10 MW
Pmax = 50 MW
OC
63.92 %
OC
39.17 %
BUS #2
BUS #1
Trafo #2
63 MVA
Trafo #1
63 MVA
O Cap
13.81 %
Beban #1
47 MW
20 MVar
OC
18.63 %
OC
28.82 %
OC
2.35 %
Beban #2
42.5 MW
20 MVar
Trafo #3
50 MVA
Beban #3
75 MW
3 MVar
BUS #3
BUS #6
BUS #4
BUS #5
OC
22.35 %
OC
19 %
Beban #6
13 MW
3.5 MVar
Beban #5
42.5 MW
15 MVar
Beban #4
65 MW
16.7 MVar
OC
22.63 %
OC
5.49 %
Gen #3
Pmin = 5 MW
Pmax = 10 MW
Beban #7
5.5 MW
2 MVar
Gambar 8. Hasil simulasi aliran daya tanpa pertimbangan batas-batas kemampuan
Gen #1 (SWING)
Pmin = 50 MW
Pmax = 150 MW
Gen #2
Pmin = 10 MW
Pmax = 50 MW
OC
2.5 %
BUS #2
BUS #1
Trafo #1
63 MVA
Trafo #2
63 MVA
Trafo #3
50 MVA
OC
2%
Beban #1
47 MW
20 MVar
Beban #2
42.5 MW
20 MVar
BUS #3
BUS #4
Beban #3
75 MW
3 Mvar
Shed 42.78 MW
BUS #6
BUS #5
OC
8.14 %
Beban #4
65 MW
16.7 Mvar
Shed 5 MW
OC
11.65 %
Beban #5
42.5 MW
15 Mvar
Shed 42.5 MW
OC
5.56 %
Beban #6
13 MW
3.5 Mvar
Shed 0.8 MW
Beban #7
5.5 MW
2 MVar
OC
16 %
Gen #3
Pmin = 5 MW
Pmax = 10 MW
Gambar 9. Hasil hitungan optimal power flow
58
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
Simulasi yang lainnya adalah dicoba melakukan pengurangan beban sebesar 80,52 MW dengan komposisi
yang proporsional dengan daya beban terpasang. Besarnya pengurangan beban seperti tampak pada tabel 1.
Tabel 1. Besarnya distribusi beban baru
Beban
MWlama
Shed
MWbaru
#1
#2
#3
#4
#5
#6
#7
47
42.5
75
65
42.5
13
5.5
13.03
11.78
20.79
18.02
11.78
3.60
1.52
33.97
30.72
54.21
46.98
30.72
9.40
3.98
Total
290.52
80.51
209.99
Hasil simulasi dengan EDSA Technical 2005 dengan beban yang telah dikurangi secara proporsional
tampak pada gambar 10.
Gen #1 (SWING)
Pmin = 50 MW
Pmax = 150 MW
OC
3.17 %
BUS #1
Trafo #1
63 MVA
Gen #2
Pmin = 10 MW
Pmax = 50 MW
BUS #2
Trafo #3
50 MVA
Trafo #2
63 MVA
Beban #1
33.97 MW
20 MVar
BUS #4
Beban #2
30.72 MW
20 MVar
BUS #3
BUS #6
OC
6.99 %
BUS #5
Beban #4
46.98 MW
16.7 MVar
Beban #5
30.72 MW
15 MVar
Beban #3
54.21 MW
3 MVar
Beban #6
9.4 MW
3.5 MVar
Beban #7
3.98 MW
2 MVar
Gen #3
Pmin = 5 MW
Pmax = 10 MW
Gbr. 10. Hasil hitungan optimal power flow dengan beda distribusi beban
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
59
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
PEMBAHASAN (ANALISIS AOPF)
Berkas yang digunakan untuk simulasi adalah
berkas contoh yang disertakan pada perangkat lunak
EDSA yaitu opf1.axd, hasil simulasi dengan
menggunakan perangkat lunak EDSA 2005 tentang
Besarnya beban yang dilepas dari jaringan
adalah sebesar kelebihan beban dibandingkan dengan
jumlah daya yang mampu dibangkitkan oleh seluruh
generator pada keadaan beroperasi maksimum.
advanced power flow didapatkan hasil komputasi
yang hanya menekankan pada keseimbangan daya.
Semua daya yang dibangkitkan sama dengan total
daya yang diminta beban ditambahkan semua daya
yang hilang (losses). Pada hitungan ini tidak
Bebanbeban mana saja yang boleh dilakukan
pelepasan adalah sangat tergantung pada banyak
faktor. Faktorfaktor tersebut antara lain: sifat beban,
rugi daya, susut tegangan, power faktor, kemampuan
feeder, transformator dan biaya ekonomisnya. Sifat
beban menjadi acuan utama dalam loadsheds. Bila
beban bersifat kritis dan emergency, maka urutan
diperhatikan batasbatas kemampuan generator
membangkitkan daya, kapasitas transformator,
kapasitas penghantar (feeder) dalam mengalirkan arus
pelepasannya paling akhir, tapi penyambungannya
paling awal.
(ampacity), faktor keamanan/kesehatan jaringan N
Batasbatas dalam Optimal Power Flow antara
ataupun N-1. Pelanggaranpelanggaran tersebut antara
lain pada: feeder 0002 dengan ampacity 765 A dialiri
1254 A (+63,92%), feeder 0018 dengan ampacity
lain sebagai berikut :
(1)
510 A dialiri 709,8 A (+39,17%), Kapasitas
transformator 63 MVA dibebani 71,7 MVA (+13,8%),
dan yang lainnya masih banyak pelanggaran
pelanggaran batas kemampuan peralatan(terlihat pada
gambar 8).
(2)
Pelanggaranpelanggaran batas kemampuan
(6)
peralatan apabila terjadi terusmenerus akan sangat
membayakan kestabilan penyaluran daya listrik.
Untuk mengantisipasi dilakukan usaha pencegahan
dengan penjadwalan ulang pembangkitan dengan
memperhatikan batasbatas kemampuan peralatan.
Dengan optimisasi aliran daya diharapkan semua
(3)
(4)
(5)
(7)
Dalam studi dengan obyek berkas opf1.axd
setelah dilakukan Optimal Power Flow didapat
batasan terpenuhi, walau kadang harus dengan cara
keputusan harus dilakukan pemutusan daya sebesar
80,52 MW. Pemutusan sebesar ini dilakukan untuk
pengurangan beban. Keputusan pengurangan beban
keperluan memenuhi N or N-1 security constraint.
diambil apabila alternatif lain tidak memenuhi syarat
batas maksimum. N or N-1 security constraint adalah
menjadi acuan utama dalam melakukan pengurangan
beban (load shedding).
60
Kemampuan ketiga pembangkit dalam keadaan
beroperasi pada batas maksimum adalah sebesar 210
MW, sedangkan permintaan beban sebesar 290,52
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
MW. Jadi kelebihan beban sebesar 80,52 MW harus
dilepas dari jaringan. Dengan adanya pelepasan beban
tersebut didapatkan keadaan jaringan dengan profil
yang lebih baik. Masingmasing feeder dapat
mengalirkan arus pada batasbatas maksimum dengan
kelebihan tidak lebih 10 % dari ampacitynya, kecuali
feeder antara Generator #3 dengan bus #6 masih
kelebihan arus sebesar 16 % ( 574 A dari ampacity
495 A) dan pada feeder 0028 antara bus #6 dengan
beban #6 kelebihan 11,65 % (569,39 A dari ampacity
510 A).
Pada simulasi yang kedua dengan menekankan
pada aspek kemampuan pembangkitan daya
maksimum yang hanya sebesar 210 MW dan
menghindari adanya pemutusan beban secara total
pada titik beban tertentu, maka dicoba diadakan
pengurangan pada setiap titik beban (beban #1 sampai
beban #7) secara proporsional (artinya beban yang
besar dikurangi banyak, beban kecil dikurangi
sedikit). Setelah disimulasi ulang dalam keadaan
beban yang telah diatur, didapatkan alirang daya yang
lebih baik. Pelanggaran batas kemampuan feeder
hanya terjadi di dua area. Pertama, pada feeder
penghubung Generator #1 ke bus #1 kelebihan arus
sebesar 3,17 % dan ; kedua pada feeder penghubung
Generator #3 ke bus #6 kelebihan arus sebesar 6,99
%. Skenario kedua ini lebih baik dibanding skenario
hasil simulasi EDSA.
Biaya yang diperlukan dalam beroperasinya
ketiga generator yang membangkitkan daya pada batas
PENUTUP
Studi simulasi active optimal power flow dalam
proses perhitungan selalu memperhatikan batasbatas
kemampuan, tidak hanya mencapai keseimbangan
daya. Pelanggaran batasan masih ada, tapi nilainya
lebih kecil. Pemutusan daya terjadi untuk memenuhi
permintaan batas aman N atau N-1.
DAFTAR PUSTAKA
Bansal, R. C. ,2004, Optimization Methods for
Electric Power Systems: An Overview,
International Journal of Emerging Electric
Power Systems: Vol. 2 : Iss. 1, Article 1021. Birla
Institute of Technology & Science, Pilani.
Available at: http://www.bepress.com/ijeeps/vol2/
iss1/art1021
Cekdin, C., 2006, Sistem Tenaga Listrik, Contoh Soal
dan Penyelesaiannya Menggunakan Matlab,
Penerbit Andi, Yogyakarta.
EDSA Technical 2005, ACIS® Copyright© 1994,
1997 Spatial Technology Inc., Three Space Ltd.,
and Applied Geometry Corp.
Gan, D , Robert J. Thomas , and Ray D. Zimmerman,
A Transient Stability Contrained Optimal Power
Flow, Year —, School of Electrical Engineering
Cornell University Ithaca, NY 14855
maksimalnya adalah sebesar $ 2250,00 per jam
Transformator dan circuit breaker (CB) semua
dalam keadaan berbeban normal, tidak melampaui
batas maksimum kapabilitasnya.
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
61
Oleh : Sugeng Santoso
ABSTRAK
Pemecahan masalah optimasi sistem tenaga listrik sangat sulit karena sistem tenaga yang sangat besar,
kompleks, secara geografis juga luas dan dipengaruhi oleh banyak kejadian tak terduga. Hal itu perlu
menggunakan metode optimasi untuk mendapatkan hasil yang paling efisien dalam menyederhanakan perumusan
masalah dan pelaksanaannya. Artikel ini menyajikan gambaran penting optimasi secara matematika dan dibantu
dengan perangkat lunak EDSA Technical 2005 yang digunakan dalam pemecahan masalah optimasi daya
listrik. Aplikasi EDSA Technical 2005 sebagai alat bantu hitung juga telah dibahas dalam artikel ini.
PENDAHULUAN
BIAYA OPERASI PEMBANGKIT THERMAL
Pembangkitan dalam sistem tenaga listrik pada
Faktorfaktor yang mempengaruhi pengiriman
setiap stasiun tidak ditempatkan pada jarak yang sama
daya nyata yang optimal pada pembangkit adalah
dari pusat beban. Oleh sebab itu harga bahan bakar
beroperasinya generator yang efisien, biaya bahan
setiap stasiun pembangkit menjadi berbeda. Bab ini
bakar, dan rugirugi daya pada saluran transmisi.
membahas upaya penentuan pengiriman daya nyata
Banyak juga generator yang beroperasi secara efisien
dari setiap stasiun pembangkit guna memperkecil
di dalam sistem tenaga namun hal itu tidak menjamin
biaya operasi. Jadi tujuannya adalah untuk memenuhi
bahwa biaya operasinya minimum. Hal ini
permintaan beban dengan biaya bahan bakar yang
disebabkan oleh biaya bahan bakar yang tinggi. Jika
minimum. Hal ini disebut Optimal Power Flow
stasiun pembangkit berada ditempat yang jauh dari
(OPF). OPF digunakan untuk mengoptimasi aliran
pusat beban maka rugirugi daya pada saluran
daya dari sistem tenaga berskala besar. Cara ini
transmisi dapat menjadi besar. Oleh sebab itu stasiun
dilakukan dengan memperkecil fungsifungsi objektif
pembangkit tersebut menjadi sangat tidak ekonomis.
yang dipilih sambil mempertahankan dayaguna sistem
Masukan pada stasiun termis umumnya diukur
yang dapat diterima dari batas kemampuan daya pada
generator.
Pembahasan dalam bab ini dibatasi pada
analisis pengiriman daya nyata yang optimal dari
dalam Btu/jam dan keluarannya diukur dalam MW.
Kurva masukan dan keluaran dalam bentuk sederhana
dari sebuah unit termis berupa kurva laju panas seperti
ditunjukan pada Gambar 1.(a).
pembangkit. Pengiriman daya nyata yang optimal ini
dimaksudkan untuk memperkecil jumlah keseluruhan
biaya operasi dengan memperhitungkan rugirugi
daya nyata pada saluran.
Sugeng Santoso : adalah dosen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, UNWIDHA Klaten
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
51
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
$/jam
Btu/jam
(a)
(b)
Pi(MW)
Pi(MW)
Gbr. 1. (a) Kurva laju panels; (b) Kurva biaya bahan bakar
Kurva Btu/jam terhadap MW menjadi $/
jam terhadap MW akan menghasilkan kurva
biaya bahan bakar seperti ditunjukkan pada
λi
$/MW-
gambar 1 (b). Biaya bahan bakar pada generator
bisa digambarkan seperti sebuah fungsi kuadrat
dari daya nyata pada pembangkit, yaitu:
C---i =ái + âi Pi + ãi Pi 2
(1)
Turunan biaya bahan bakar terhadap daya
nyata pada persamaan (1) berupa kurva biaya
tambahan bahan bakar dan gambar kurvanya
seperti ditunjukkan pada gambar 2. Turunan dari
persamaan (1) adalah sebagai berikut:
dC i
2 i Pi i
dPi
(2)
Kurva biaya bahan bakar menunjukkan
sebuah ukuran bagaimana biaya yang dikeluarkan
akan menghasilkan tambahan daya selanjutnya.
Total biaya operasi meliputi biaya bahan bakar,
buruh, persediaan peralatan/bahan dan
perawatan/pemeliharaan .
52
Pi(MW)
Gbr. 2. Tripikal kurva biaya bahan bakar
PENGIRIMAN DAYA OPTIMAL DENGAN
MENGABAIKAN RUGI - RUGI DAYA DAN
BATAS - BATAS GENERATOR
Masalah pengirnnan daya nyata yang optimal
yang paling sederhana adalah ketika rugirugi daya
pada saluran transmisi diabaikan. Masalah ini tidak
mempertimbangkan bentuk sistem dan impedansi
saluran. Contoh yang diambil pada sistem satu bus
dengan banyak pembangkit dan terdapat sebuah beban
scperti ditunjukkan secara skematis pada gambar 3.
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
C2
C1
Cng
ng
L Ct PD Pi
i 1
(6)
Minimum dari fungsi tanpa batas untuk menentukan
titik di mana sebagian dari fungsi untuk variabel
variabel sama dengan nol adalah seperti persamaan
P2
P1
Png
berikut:
L
0
Pi
PD
L
0
Gbr. 3.Sebuah bus yang menghubungkan ng
jumlah generator
Ketika rugirugi daya pada saluran transmisi
diabaikan, di mana jumlah permintaan beban PD sama
dengan jumlah daya dari semua pembangkit, fungsi
biaya Ci diasumsikan dari masingmasing stasiun
pembangkit. Untuk menentukan total biaya produksi
pada pembangkit di masingmasing stasiun adalah
seperti persamaan berikut:
Ct Ci
Ct i i i i Pi 2
C t
(0 1) 0
Pi
Karena
maka
(3)
P P
ng
dan
i 1
i
D
(4)
dC i
dPi
(5)
dengan asumsi :
Ci dCi
Pi
dPi
(10)
(11)
dari pembangkit kei yang optimum adalah:
atau
C t C1 C 2 .... C ng
(9)
Sehingga kondisi untuk pengiriman biaya produksi
n
i 1
(8)
Dari Persamaan (7) diberikan:
ng
i 1
(7)
Ct adalah total biaya produksi.
i=1,…………….,ng
i 2 i Pi
(12)
(13)
Ci adalah biaya produksi dari pembangkit ke i
Dari Persamaan (13), untuk menentukan harga Pi,
Pi adalah daya nyata dari pembangkitan ke i
adalah:
PD adalah total daya nyata pada permintaan beban
ng adalah jumlah seluruh dari stasiun.
Sebuah tipikal pendekatan untuk menambah batasan
ke dalam fungsi objektif dengan menggunakan
bilangan pengali Lagrange seperti persamaan berikut:
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
Pi
i
2 i
(14)
53
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
Hubunganhubungan yang diberikan dan persamaan
(14) diketahui sebagai persamaanpersamaan
Sehingga
( k 1) ( k ) ( k )
koordinat sebagai fumgsi dari ë. Persamaan (14) dapat
diselesaikan secara iterasi. Harga ë didapat dengan
mensubstitusikan harga Pi pada persamaan (14) ke
persamaan (5) yang hasilnya adalah sebagai berikut:
i
PD
2 i
i 1
ng
PD
i 1
i
2 i
(16)
dari pembangkit dengan mengabaikan rugirugi daya
dapat dilakukan secara analisis. Bila rugirugi daya
yang diperhitungksn harus diselesaikan secara iterasi.
Dalam sebuah teknik penyelesaian secara iterasi,
harga ë didapat dari hasil perhitungan dengan harga
estimasi awal yang telah ditentukan terlebih dahulu
dan sampai ÄPi dalam ketelitian yang tinggi.
Penyelesaian secara cepat dapat dilakukan dengan
menggunakan metode gradien yang ditunjukan ada
persamaan (15) dan dapat ditulis ulang sebagai
berikut;
f ( ) PD
(17)
Persamaan (17) diatas bila ditulis dalam deret tylor
pada sebuah titik operasi ë(k) dan dengan mengabaikan
bentuk orde paling tinggi akan menghasilkan:
54
(k )
i 1
(20)
Keluaran daya dari generator seharusnya tidak
melebihi keperluan operasi stabilitas sistem sehingga
daya dari generator tersebut terbatas pada batas
Penyelesaian pengiriman daya nyata optimal
df ( )
f ( ) ( k )
d
ng
PENGIRIMAN DAYA OPTIMAL DENGAN
MENGABAIKAN RUGI - RUGI DAYA DAN
MEMPERHITUNGAN BATAS - BATAS
GENERATOR
1
i 1 2 i
ng
P ( k ) PD Pi
(15)
atau
ng
dan
(19)
(k )
( k ) PD
(18)
minimum dan maksimum yang diberikan.
Persoalannya, bagaimana memperoleh hasil daya
nyata/real untuk setiap stasiun pembangkit yang
optimal sehingga fungsi ojektif (misalnya biaya
produksi total) seperti yang didefinisikan pada
persamaan (3) adalah minimum sesuai dengan
batasan yang diberikan oleh persamaan (4) dan
ketentuan ketidaksamaan seperti yang diberikan oleh:
Pi (min) Pi Pi (max)
; i = 1,….,ng
(21)
Dengan Pi(min) dan Pi(max) adalah daya nyata minimum
dan maksimum dari stasiun pembangkit ke i.
Syarat Kuhn-Tucker melengkapi syarat
Lagrangian untuk mengikuti ketentuan
ketidaksamaan. Syaratsyarat untuk pengiriman daya
nyata yang optimal dari pembangkit dengan
mengabaikan rugirugirugi daya adalah sebagai
berikut:
dC i
dPi
untuk Pi (min) Pi Pi (max)
(22)
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
dC i
dPi
untuk Pi Pi (max)
dC i
dPi
untuk Pi Pi (min)
P
(23)
Pengiriman daya nyata yang optimal dari
pembangkit bertujuan untuk memperkecil biaya
(24)
pembangkit secara keseluruhan. Sedangkan C i
sebagai fungsi biaya keseluruhan dari pembangkit
adalah seperti persamaan berikut:
ng
Pi didapat dari Persamaan (14) dan iterasi
berlangsung sampai
i
PD
kepadatan beban sangat besar, maka rugirugi daya
pada saluran transmisi dapat diabaikan dan
pengiriman daya nyata yang optimal dari pembangkit
dapat dicapai dengan semua operasi stasiun pada
biaya produksi tambahan yang seimbang. Pada sebuah
jaringan interkoneksi yang besar di mana daya yang
ditransmisikan di atas jarak yang panjang dengan
daerah kepadatan beban kecil, kerugian transmisi
merupakan faktor utama dan mempengaruhi
pengiriman daya yang optimal dari pembangkit.
Untuk memasukkan pengaruh dari rugirugi daya
nyata pada salurantransmisi ke dalam perhitungan
sebagai keluaran daya nyata generator seperti
persamaan berikut:
PL
i 1
PB
j 1
i
ij
Pj
(25)
Rumus yang lebih umum seperti ditunjukan rumus
rugirugi daya Kron berikut:
PL
ng
i 1
Pi Bij Pj Boi Pi Boo
ng
ng
j 1
i 1
C t i i Pi i Pi 2
i 1
Ketika jarakjarak transmisi sangat kecil dan
ng
i 1
n
PENGIRIMAN DAYA OPTIMAL DENGAN
MEMPERHITUNGKAN RUGI - RUGI DAYA
ng
Ct Ci
(27)
(28)
Keluaran daya dari pembangkit didapatkan dari
persamaan jumlah total beban dan rugirugi daya
seperti berikut ini :
P P
ng
i 1
i
D
PL
(29)
Keluaran daya pembangkit dibatasi dengan;
Pi (min) Pi Pi (max)
; i = 1,…., n
(30)
Dengan Pi(min) dan Pi(max) adalah daya nyata minimum
dan maksimum dari stasiun pembangkit kei.
TOPIK YANG DIBAHAS
Topik yang dibahas adalah perbandingan antara
aliran daya tanpa kekangan dibandingkan aliran daya
dengan kekangan pada keadaan yang optimal.
Kekangan yang dimaksudkan adalah batasanbatasan
pada parameter dalam aliran daya, antara lain : daya
aktif, daya reaktif, arus, tegangan, rugirugi daya,
kemampuan generator, kemampuan penghantar,
kemampuan transformator, dan biaya pembangkitan.
(26)
Koefisien Bij adalah koefisien rugirugi daya B.
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
55
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
STUDI SIMULASI
Simulasi untuk mendapatkan nilai optimum pada suatu penyaluran daya yang terhubung secara interkoneksi
dengan mengambil contoh berkas opf1.axd yang telah dimodifikasi layoutnya, tanpa mengubah parameter
didalamnya. Berkas tersebut adalah berkas bawaan dari paket program ESDA Technical 2005. Desain gambar
simulasi pada berkas opf1.axd terdiri atas 6 bus, 3 pembangkit, 3 transformator, dan 7 beban. Gambar 4
menunjukan skema rangkaian yang akan disimulasikan untuk mendapatkan nilai aliran daya yang optimum.
Untuk mendapatkan gambaran yang jelas perlu diadakan perbandingan dengan analisis aliran dayanya saja.
Gen #1 (SWING)
Pmin = 50 MW
Pmax = 150 MW
Gen #2
Pmin = 10 MW
Pmax = 50 MW
BUS #1
BUS #2
Trafo #2
63 MVA
Trafo #1
63 MVA
Trafo #3
50 MVA
Beban #1
47 MW
20 MVar
Beban #2
42.5 MW
20 MVar
Beban #3
75 MW
3 MVar
BUS #3
BUS #4
BUS #6
BUS #5
Beban #4
65 MW
16.7 MVar
Beban #6
13 MW
3.5 MVar
Beban #5
42.5 MW
15 MVar
Beban #7
5.5 MW
2 MVar
Gen #3
Pmin = 5 MW
Pmax = 10 MW
Gbr. 4. Rangkaian Studi Simulasi AOBF
Prosedur yang harus dilaksanakan dalam studi
simulasi ini adalah :
1.
Membuat gambar; dalam hal ini hanya cukup
membuka berkas opf1.axd .
2.
Menjalankan menu “Error Checking”, untuk
memastikan bahwa gambar yang dibuat tidak ada
yang salah, artinya konektivitas dan parameter
yang dimasukkan telah benar. Bila masih ada
kesalahan harus dikoreksi lagi.
3.
Menjalankan simulasi Advanced Power Flow;
pilih algoritma NewtonRaphson; Cancel Limits
& Controls pada posisi ON. Hasil resumenya
pada gambar 8.
56
4.
Bila analysis Advanced Power Flow telah
dijalankan; berikutnya adalah menjalankan
analysis “AC Active Optimal Power Flow”
(AOPF) (gambar 5, gambar 6, dan gambar 7).
Pemilihan batas aman (N atau N-1 security) pada
semua bus akan menentukan besar kecilnya
beban yang akan dilakukan pemutusan
(Shedding). Selain itu AOPF didasarkan pula
pada kondidi “Economic dispatch” atau “Active
Load Flow”.
5.
Hasil hitungan bisa dilihat dari report yang
diberikan oleh program simulasi atau bisa dilihat
resumenya pada gambar 9.
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
Gbr. 5. Menu untuk analysis
Active Optimal Power Flow
Gbr. 6. Menu pada control AOPF
Gbr. 7. Analysis AOPF telah berhasil melakukan perhitungan
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
57
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
Gen #1 (SWING)
Pmin = 50 MW
Pmax = 150 MW
Gen #2
Pmin = 10 MW
Pmax = 50 MW
OC
63.92 %
OC
39.17 %
BUS #2
BUS #1
Trafo #2
63 MVA
Trafo #1
63 MVA
O Cap
13.81 %
Beban #1
47 MW
20 MVar
OC
18.63 %
OC
28.82 %
OC
2.35 %
Beban #2
42.5 MW
20 MVar
Trafo #3
50 MVA
Beban #3
75 MW
3 MVar
BUS #3
BUS #6
BUS #4
BUS #5
OC
22.35 %
OC
19 %
Beban #6
13 MW
3.5 MVar
Beban #5
42.5 MW
15 MVar
Beban #4
65 MW
16.7 MVar
OC
22.63 %
OC
5.49 %
Gen #3
Pmin = 5 MW
Pmax = 10 MW
Beban #7
5.5 MW
2 MVar
Gambar 8. Hasil simulasi aliran daya tanpa pertimbangan batas-batas kemampuan
Gen #1 (SWING)
Pmin = 50 MW
Pmax = 150 MW
Gen #2
Pmin = 10 MW
Pmax = 50 MW
OC
2.5 %
BUS #2
BUS #1
Trafo #1
63 MVA
Trafo #2
63 MVA
Trafo #3
50 MVA
OC
2%
Beban #1
47 MW
20 MVar
Beban #2
42.5 MW
20 MVar
BUS #3
BUS #4
Beban #3
75 MW
3 Mvar
Shed 42.78 MW
BUS #6
BUS #5
OC
8.14 %
Beban #4
65 MW
16.7 Mvar
Shed 5 MW
OC
11.65 %
Beban #5
42.5 MW
15 Mvar
Shed 42.5 MW
OC
5.56 %
Beban #6
13 MW
3.5 Mvar
Shed 0.8 MW
Beban #7
5.5 MW
2 MVar
OC
16 %
Gen #3
Pmin = 5 MW
Pmax = 10 MW
Gambar 9. Hasil hitungan optimal power flow
58
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
Simulasi yang lainnya adalah dicoba melakukan pengurangan beban sebesar 80,52 MW dengan komposisi
yang proporsional dengan daya beban terpasang. Besarnya pengurangan beban seperti tampak pada tabel 1.
Tabel 1. Besarnya distribusi beban baru
Beban
MWlama
Shed
MWbaru
#1
#2
#3
#4
#5
#6
#7
47
42.5
75
65
42.5
13
5.5
13.03
11.78
20.79
18.02
11.78
3.60
1.52
33.97
30.72
54.21
46.98
30.72
9.40
3.98
Total
290.52
80.51
209.99
Hasil simulasi dengan EDSA Technical 2005 dengan beban yang telah dikurangi secara proporsional
tampak pada gambar 10.
Gen #1 (SWING)
Pmin = 50 MW
Pmax = 150 MW
OC
3.17 %
BUS #1
Trafo #1
63 MVA
Gen #2
Pmin = 10 MW
Pmax = 50 MW
BUS #2
Trafo #3
50 MVA
Trafo #2
63 MVA
Beban #1
33.97 MW
20 MVar
BUS #4
Beban #2
30.72 MW
20 MVar
BUS #3
BUS #6
OC
6.99 %
BUS #5
Beban #4
46.98 MW
16.7 MVar
Beban #5
30.72 MW
15 MVar
Beban #3
54.21 MW
3 MVar
Beban #6
9.4 MW
3.5 MVar
Beban #7
3.98 MW
2 MVar
Gen #3
Pmin = 5 MW
Pmax = 10 MW
Gbr. 10. Hasil hitungan optimal power flow dengan beda distribusi beban
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
59
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
PEMBAHASAN (ANALISIS AOPF)
Berkas yang digunakan untuk simulasi adalah
berkas contoh yang disertakan pada perangkat lunak
EDSA yaitu opf1.axd, hasil simulasi dengan
menggunakan perangkat lunak EDSA 2005 tentang
Besarnya beban yang dilepas dari jaringan
adalah sebesar kelebihan beban dibandingkan dengan
jumlah daya yang mampu dibangkitkan oleh seluruh
generator pada keadaan beroperasi maksimum.
advanced power flow didapatkan hasil komputasi
yang hanya menekankan pada keseimbangan daya.
Semua daya yang dibangkitkan sama dengan total
daya yang diminta beban ditambahkan semua daya
yang hilang (losses). Pada hitungan ini tidak
Bebanbeban mana saja yang boleh dilakukan
pelepasan adalah sangat tergantung pada banyak
faktor. Faktorfaktor tersebut antara lain: sifat beban,
rugi daya, susut tegangan, power faktor, kemampuan
feeder, transformator dan biaya ekonomisnya. Sifat
beban menjadi acuan utama dalam loadsheds. Bila
beban bersifat kritis dan emergency, maka urutan
diperhatikan batasbatas kemampuan generator
membangkitkan daya, kapasitas transformator,
kapasitas penghantar (feeder) dalam mengalirkan arus
pelepasannya paling akhir, tapi penyambungannya
paling awal.
(ampacity), faktor keamanan/kesehatan jaringan N
Batasbatas dalam Optimal Power Flow antara
ataupun N-1. Pelanggaranpelanggaran tersebut antara
lain pada: feeder 0002 dengan ampacity 765 A dialiri
1254 A (+63,92%), feeder 0018 dengan ampacity
lain sebagai berikut :
(1)
510 A dialiri 709,8 A (+39,17%), Kapasitas
transformator 63 MVA dibebani 71,7 MVA (+13,8%),
dan yang lainnya masih banyak pelanggaran
pelanggaran batas kemampuan peralatan(terlihat pada
gambar 8).
(2)
Pelanggaranpelanggaran batas kemampuan
(6)
peralatan apabila terjadi terusmenerus akan sangat
membayakan kestabilan penyaluran daya listrik.
Untuk mengantisipasi dilakukan usaha pencegahan
dengan penjadwalan ulang pembangkitan dengan
memperhatikan batasbatas kemampuan peralatan.
Dengan optimisasi aliran daya diharapkan semua
(3)
(4)
(5)
(7)
Dalam studi dengan obyek berkas opf1.axd
setelah dilakukan Optimal Power Flow didapat
batasan terpenuhi, walau kadang harus dengan cara
keputusan harus dilakukan pemutusan daya sebesar
80,52 MW. Pemutusan sebesar ini dilakukan untuk
pengurangan beban. Keputusan pengurangan beban
keperluan memenuhi N or N-1 security constraint.
diambil apabila alternatif lain tidak memenuhi syarat
batas maksimum. N or N-1 security constraint adalah
menjadi acuan utama dalam melakukan pengurangan
beban (load shedding).
60
Kemampuan ketiga pembangkit dalam keadaan
beroperasi pada batas maksimum adalah sebesar 210
MW, sedangkan permintaan beban sebesar 290,52
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
Optimisasi Pada Sistem Daya Listrik
MW. Jadi kelebihan beban sebesar 80,52 MW harus
dilepas dari jaringan. Dengan adanya pelepasan beban
tersebut didapatkan keadaan jaringan dengan profil
yang lebih baik. Masingmasing feeder dapat
mengalirkan arus pada batasbatas maksimum dengan
kelebihan tidak lebih 10 % dari ampacitynya, kecuali
feeder antara Generator #3 dengan bus #6 masih
kelebihan arus sebesar 16 % ( 574 A dari ampacity
495 A) dan pada feeder 0028 antara bus #6 dengan
beban #6 kelebihan 11,65 % (569,39 A dari ampacity
510 A).
Pada simulasi yang kedua dengan menekankan
pada aspek kemampuan pembangkitan daya
maksimum yang hanya sebesar 210 MW dan
menghindari adanya pemutusan beban secara total
pada titik beban tertentu, maka dicoba diadakan
pengurangan pada setiap titik beban (beban #1 sampai
beban #7) secara proporsional (artinya beban yang
besar dikurangi banyak, beban kecil dikurangi
sedikit). Setelah disimulasi ulang dalam keadaan
beban yang telah diatur, didapatkan alirang daya yang
lebih baik. Pelanggaran batas kemampuan feeder
hanya terjadi di dua area. Pertama, pada feeder
penghubung Generator #1 ke bus #1 kelebihan arus
sebesar 3,17 % dan ; kedua pada feeder penghubung
Generator #3 ke bus #6 kelebihan arus sebesar 6,99
%. Skenario kedua ini lebih baik dibanding skenario
hasil simulasi EDSA.
Biaya yang diperlukan dalam beroperasinya
ketiga generator yang membangkitkan daya pada batas
PENUTUP
Studi simulasi active optimal power flow dalam
proses perhitungan selalu memperhatikan batasbatas
kemampuan, tidak hanya mencapai keseimbangan
daya. Pelanggaran batasan masih ada, tapi nilainya
lebih kecil. Pemutusan daya terjadi untuk memenuhi
permintaan batas aman N atau N-1.
DAFTAR PUSTAKA
Bansal, R. C. ,2004, Optimization Methods for
Electric Power Systems: An Overview,
International Journal of Emerging Electric
Power Systems: Vol. 2 : Iss. 1, Article 1021. Birla
Institute of Technology & Science, Pilani.
Available at: http://www.bepress.com/ijeeps/vol2/
iss1/art1021
Cekdin, C., 2006, Sistem Tenaga Listrik, Contoh Soal
dan Penyelesaiannya Menggunakan Matlab,
Penerbit Andi, Yogyakarta.
EDSA Technical 2005, ACIS® Copyright© 1994,
1997 Spatial Technology Inc., Three Space Ltd.,
and Applied Geometry Corp.
Gan, D , Robert J. Thomas , and Ray D. Zimmerman,
A Transient Stability Contrained Optimal Power
Flow, Year —, School of Electrical Engineering
Cornell University Ithaca, NY 14855
maksimalnya adalah sebesar $ 2250,00 per jam
Transformator dan circuit breaker (CB) semua
dalam keadaan berbeban normal, tidak melampaui
batas maksimum kapabilitasnya.
Magistra No. 75 Th. XXIII Maret 2011
ISSN 0215-9511
61