Sistem LAN Paralel Load Flow Lan Dengan Metoda Newtonl-Raphson (Studi Kasus Sistem Jawa Timur 150 KV)

(
KodelNama Rumpuan IImu : 452/Teknik Tenaga Elektrik

LAPORAN AKHIR
PELAKSANAAN PENELITIAN PNBP USU

II

Ｂｾｩｪｭｬｉｈ＠

..... ,-."
ｾＬＮＭ

15000755

ｾＧ＠

..

Ｈｾ＠

SISTEM LAN I)ARALEL LOAD FLOW DENGAN METODA NEWTON-RAPHSON
(Studi Kasus Sistem Jawa Timur 150kv)

TIM PENGUSUL
Ir. RAJA HARAHAP.,MT (0013016501)
YULIANTA SmEGAR, ST.,MT (0009077806)

Dibiayai oleh Dana Penerimaan Negara Bukan Pajak (PNBP) Universitas Sumatera Utara
Tabun Anggaran 20i4, sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Penugasan Peneiitian
Dana PNBP USU Nomor: 737IUNS.1.RJKEU/2014, tanggal17 September 2014

UNNERSITAS SUMATERA UTARA
FAKULTAS TEKNTT(
MEDAN
2014

f

HALAMAN PRNGRSAfJAN

PENELITIAN DOSEN PEMULA
Sistem LAN Paralel Load Flow Lan Dengan Metoda
NewtoIl-RaphsoIl (Studi Kasus Sistem Jawa Timw'
150 KV)

Judul

Peneliti Pelaksana
a. Nama Lengkap
b. NIDN
c. Jabatan Fungsional
d. Fakultas
e. Departemen
f. Email
g. No Hp

If. Raja Harahap, MT
0013016501
Lektor Kepala
Teknik

T eknik elektro
raja@usu.ac.id
08116122978
1 (Satu) orang

Anggota Peneliti (1)
a. Nama Anggota
b. NIDN
c. Perguruan Tinggi

Yulianta Siregar, ST.,MT
0009077806
Universitas Sumatera Utara

Biaya Penelitian Keseluruhan

- Rp. 10.000.000,-

November 20 i 4

Medan,

. :

ﾷＮｾ［ｦ｣ｩＺ＠

:: ' .'

. ＢＭｾｽｩ＾ｲｻＧＩｦ＠
ＺｾｈｐﾷＭＡｧＵＷｩｯｏｬＱＹＸＰＳ＠

'

ｉｾ＠

",,'

ｲｮｾ＠

,

.,_

ｾ＠
ｾ＠

I:t:. J3ustami Syam, IviSME
005

..•. '.'C

.'>

..: .［Ｂｾｋｴｵ｡＠
ｾ＠

M

. ' .':- ..ｾｮｹ･ｴｵｊｕｉＬ＠

:.j

ﾷＬＩｾｭｰｧ｡ｐＮ･ｬｩｴｉＭｕｓ＠
,:

.

. ｾﾣｉ｜ＧＯ＠

ｾ
Ir. Raja Harahap, MT
ｾ＠

Ｏ＠ ....

(

.;..-'

-

"

NIP 196501131998031002

:, ..",
/

Ｗｩｴ

ｾ･Ｎ｡ｫｮ＠

'".'

.....

"<

.Prof pr, ..Ir. :.H$ein NasutioIl, MSIE
J:95205251980031 003

···.NIP

RINGKASAN
Paralelload flow yang dikembangkan dalam thesis ini ditujukan untuk mempercepat

perhitungan load flow pada sistem area luas. Paralel load flow menerapkan paralel mesill
dengan beberapa prosesor pada pusat kontrol sistem. Desain algoritma paralel load flow
memanfaatkan karakteristik komunikasi dari sistem komputasi.
Algoritma paralelload flow dikembangkan untuk mengatasi ketidaksamaan komputer
dan kemungkinan keterlambatan komunikasi data. Perhittmgan terdistribusi asynchronous
yang dikembangkan dapat menyesuaikan terhadap keterlambatan data pada komtmikasi data
antara pusat kontrol di beberapa bagian wilayah.
Paralel load flow yang di usulkan menggunakan metode Newton-Raphson pada
pefsamaan hybrid

fOTIll.

Diaplikasikan pada sistem jarlug tnmsmisi Jawa TimUf (150 KV)

yang terdiri 75 bus dan akan dibagi menjadi 2 (dua) wilayah komputasi. Hasil simulasi
dengan menggunakan Matlab menunjukkan bahwa perhitungan menggunakan paralel load
flow lebih cepat dari pada load flow konvensional yaitu perhitungan paralel load flow
konvergen pada iterasi ke tiga sedangkan perhitungan load flow konvensional konvergen
pada iterasi ke lima.

Kala kunci: Paralelload flow, Asynchronous, Newthon-Rapshon (hybrid fonn), Matlab.

iii

PRAKATA
Alhamdulillahi Robbil 'Alamin, terucap syukur kepada Allah Yang Maha Pengasih dan

Maha Penyayang yang telah melilllpahkan karunia yang tak terkira terutama berupa
kesabaran dan kemudahan sehingga Tim Peneliti Departemen Teknik Elektro USU dapat
menyelesaikan Penelitian dengan judul :
SISTEM LAN PARALEL LOAD FLOW DENGAN
METODA NEWTON-RAPHSON
(S,:udi Kasus Sistern Ja.wa. Timur 150k-v)
Dalam penyelesaian laporan penelitian ini, penulis mendapatkan bantuan, bimbingan

dan dukungan tak ternilai, untuk itu Tim Peneliti Departemen Teknik Elektro USU
mengucapkan banyak terima kasih pada:
1. Fakultas Teknik USU yang telah memberikan kesempatan untuk menyelesaikan

penelitian ini.

2. Departement Teknik Elektro USU yang telah memberikan kesempatan kepada Tim
untuk melakukan penelitian ini.

3. Ir. Zulkarnaen Pane, MT sebagai Kepala Laboratorium Sistem Tenaga, Departemen
Teknik Elektro USU yang telah memberikan sarana dan prasarana lmtuk
menyelesaikan penelitian ini.
4. Para dosen, karyawan, dan keluarga besar Departmen Teknik Elektro USu.
Besar harapan Tim agar Penelitian ini dapat memberikan manfaat dan masukkan bagi
siapa saja yang membacanya. Oleh karena itu Tim mengharapkan kritik dan saran yang
membangun lmtuk pengembangan ke arab yang lebih baik.
Akhirnya, semoga penelitian ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak, Amien.

Medan, November 2014

ｾ｡ｰＬｍｔ＠

"-

/'

'--

/

-,-'

ｾ＠

NIP 196501131998031002
iv

DAFTARISI
i

HALAMANSAMPUL
HALAMAN PENGESAHAN

ii

RINGKASAN

iii

PRAKATA

iv

DAFTARISI

v

DAFTAR TABEL

vi

DAFTARGAMBAR

vii

DAFTAR LAMPJRAN

viii

BAB 1 PENDAHULUAN

1

1.1 Latar Belakang

1

1.2 Perumusan Masalah

1

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2

2.1 Sistem Tenaga Listrik

2

2.2 Studi Aliran Daya

3

2.3 Metoda Newton-Rahpson

5

2.4 Model Matematika dari Parallel Load Flow

7

BAB3 TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

12

3.1 Tujuan Penelitian

12

3.1 Manfaat Penelitian

12

BAB 4. METODE PENELITIAN

13

4.1 Jenis Penelitian

13

4.2 Lo kasi Penelitian

13

4.3 Waktu Penelitian

15

4.4 Langkah - Langkah Penelitian

15

BAB 5. HASIL YANG DICAPAI

17

BAB 6. KESIMPULAN DAN SARAN

34

DAFTAR PUSTAKA
LAMPlRAN

v

DAFTAR TABEL
Tabel 5.1 Data pembangkit dan data beban Jawa Timur 150 kV

18

Tabel 5.2 Data transmisi Jawa Timur 150kV

21

vi

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sistem Tenaga Listrik

3

Gambar 2.2 Komunikasi antar processor

9

Gambar 2.3 Sistem partisi untuk perhitungan parallel

10

Gambar 3.1 Single line diagram sistemjaring Jawa Timur 150KV

14

Gambar 4.1 Langkah-Iangkah penyelesaian penelitian

16

Gambar 5.1 Graftk perbandingan tegangan mangnittldo di wilayah 1
denganjaring Jawa Timur

26

Gambar 5.2 Grafik perbandingan sudut fasa di wilayah 1 dengan jaring J awa Timur

26

Gambar 5.3 Grafik perbandingan daya aktifbeban di wilayah 1 denganjaring Jawa Timur

27

Gambar 5.4 Grafik perbandingan daya reaktif beban di wilayah 1 dengan jaring Jawa Timur

27

Gambar 5.5 Grafik perbandingan daya aktif generator di wilayah 1 dengan jaring Jawa Timur

28

Gambar 5.6 Grafik perbandingan daya reaktif generator di wilayah 1 dengan jaring J awa Timur

28

Gambar 5.7 Grafik perbandingan tegangan mangnitudo di wilayah 2 dengan jaring Jawa Timur

29

Gambar 5.8 Grafik perbandingan sudut fasa di wilayah 2 denganjaring Jawa Timur

30

Gambar 5.9 Grafik perbandingan claya aktifbeban di wilayah 2 denganjaring Jawa Timur

30

Gambar 5.10 Grafik perbandingan daya reaktifbeban di wilayah 2 denganjaring Jawa Timur

31

Gambar 5.11 Grafik perbandingan daya aktif generator di wilayah 2 dengan jaring Jawa Timur

31

Gambar 5.12 Grafik perbandingan daya reaktif generator di wilayah 2 dengan jaring J awa Timur

32

vii

BABI
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Studi aliran daya (load flow) adalah studi yang dilakukan untuk
mendapatkan informasi mengenai aliran daya atau tegangan sistem. Informasi ini
sangat dibutuhkan guna mengevaluasi unjuk keIja sistem tenaga dan menganalisis
kondisi pembangkitan mauplm pembebanan. Load flow menghasilkan infonnasi
aliran daya dalam kondisi normal [1,2].
ProgIafuload flow merupakan instIumen dasar dan penting untuk analisis
operasi power sistem, optimasi dan kontrol. Operator sistem menggtmakan hasil
load flow untuk memonitor dan mengontrol operasi power sistem [3,4], untuk
dapat diaplikasikan ke power sistem area luas diperlukan metode yang lebih cepat

[5,6].
Ba\J.j/ak mctodc tclah dikcmbangkan unt-uk pcrlritunga11 load flovv scpcrti
metode Gauss-Seidel, Newton-Raphson, Fast Decoupled, Super Decoupled [7], 3
Phase [8,9], 3 Phase tidak seimbang [10], Neural Network Load Flow [11].

1.2 Perumusan Masalah
Metode diatas jika tidak diparalelkan akan teIjadi kesulitan saat
lI-nplementasi pada sistem aiea luas yang mengakibatkan keterlambatan dalam
perhitungan load flow [12,13]. Untuk mengatasi hal tersebut, maka dikembangkan
paralel load flow dengan menggtmakan metode Newton-Raphson dalam
penelitian ini [14,15].
Sistem kelistrikan jawa timur yang akan diambil sebagai plant dibagi

menjadi beberapa \vilayah, masing=masing ,·vila:yah dilakukan perhitlU1gan load
flow secara paralel dengan memperhatikan komunikasi data pada daerah
perbatasan (boundary area).

1

BABII

TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sistem Tenaga Listrik

Suatu sistem tenaga listrik memiliki hljuan untuk membangkitkan
kemudian menyalurkan serta memanfaatkan energi listrik yang terbangkit
tersebut. Suatu sistem tenaga listrik berdasarkan batasannya pada suatu sistem
yang lengkap secara umum mengandung empat unsur, yaitu [2]
1. Unsur pembangkit tenaga listrik
2. Sistem transmisi
3. Saluran distribusi
4. Unsur pemakaian atas utilitas, yang terdiri atas instalasi pemakaian tenaga
listrik.
Energi listrik dibangkitkan oleh suatu Pembangkit Tenaga Listrik. Pada
sistem besar umumnya terdapat beberapa jenis pembangkit yang saling terhubung.
Pembangkit umumnya membangkitkan energi listrik pada tegangan menengah
yaitu antara 6 kV dan 20 kV. Pada sistem tenaga listrik yang besar, atau bila
pembangkit terletak jauh dari pusat beban, maka energi listrik periu diangkut
melalui saluran transmisi, dimana untuk mengurangi mgi - mgi daya maka
tegangan menengah yang terbangkitkan. harus diubah ke tegangan tinggi, atau
tegangan ekstra tinggi. Proses penaikan tegangan dilakukan di gardu induk
menggunakan transformator penaik tegangan (step up transformer). Standar
tegangan tinggi di Indonesia adalah 70 kV, 150 kV, dan 275 kV. Sedangkan l.mtuk
tegangan ekstra tinggi dipakai tegangan 500 kV.
Yang dimaksud sistem tenaga listrik adalah komponen-komponen tenaga
listrik yang membentuk Suahl sistem terpadu dan terhubung. Ada tiga komponen
penting yang membentuk sistem tenaga listrik itu yaitu komponen pembangkitan,
komponen

distribusi/transmisi

dan

komponen

pembebanan.

2

yang

berkaitan

dengan

Bus Generator
Generator

｜ｾＩ＠

ＰｾＭｦ｣＠

Saluran Transmisi

Bus Beban

-----+-j

\.J

_-+--j

Gambar 2.1 Sistem tenaga listrik [2]
Komponen pembangldtan adalah pembang..1dt yang menghasilkan tenaga

listrik yang kemudian ditransmisikan dan didistribusikan dan kebeban. Bila teIjadi
perubahan pada beban ataupun gangguan pada jaring transmisi maka yang harus
menyesuaikan dengan perubahan tersebut adaiah sistem pembangkitan. Jadi dasar
dari kestabilan adalah bagaimana sistem pembangkitan mampu menyesuaikan
kondisi yang teIjadi pada pembebanan ataupun jaring transmisinya dan
pembangkit tersebut mampu menciptakan keseimbangan baru sehingga perubahan
yang teIjadi tidak membuat sistem terganggu atau terhenti.

1.1 Sturli Aiiran Daya
Pada dasarnya studi aliran daya digunakan untuk menganalisa keadaan
sekarang dari sistem dan merancang pengembangan sistem selanjutnya. Persoalan
aliran daya ini terdiri dari perhitungan aliran daya dan tegangan dari suatu jaring
pada suatu kondisi tertentu.

DeSaIful awal yang dibutuhkan sebagai input dalfuu loadflow adalah
tegangan mangnitudo dan sudut fasa bus swing, daya aktif dan reaktif bus beban,
serta daya aktif dan tegangan bus generator. Informasi utama yang diperoleh dari
suatu analisis aliran daya adalah besar dan sudut fasa tegangan pada tiap-tiap bus
serta daya nyata dan reaktif yang mengalir pada masing-masing saluran. InfOlmasi
tersebut digunakan lmtuk studi operasi normal jaring, analisis keadaan darurat
(jika teIjadi gangguan pada jalur transmisi utama atau unit pembangkitan yang
besar), analisis keamanan, menentukan operasi optimal dan juga analisis
kestabilan. Baik admitansi sendiri (self admittance) dan admitansi bersama
(mutual admittance) yang membentuk matriks admitansi bus Ybus maupun

3

impedansi titik penggerak (driving point) dan impedansi pemindah (transfer
impedance) yang membentuk matriks impedansi bus Zbus dapat digunakan untuk
penyelesaian masalah aliran daya.
Untuk memudahkan pemecahan persoalan dalam aliran daya ini, dilakukan
asumsi-asumsi berikut:

1. Tegangan setiap fasa simetris/seimbang.
2. Tahanan transformator diabaikan.
3. Mutual coupling antara kawat transmisi tidak ada.
4. Perlritungan dilakukan untuk keadaan tetap (steady state).
5. Saluran transmisi direpresentasikan dengan rangkaian ekivalen n-nominal.
Penggunaan komputer dalam menyelesaikan permasalahan aliran daya
menjadi sesuatu yang tidak terelakkan
Masalah aliran daya mencakup perhitungan aliran dan tegangan sistem

pada tennillal terteiitU atau bus tertentu. Representasi fasa tUl1ggal selalu
dilakukan karena sistem dianggap seimbang. Didalam studi aliran daya, bus-bus
dibagi dalam 3 (tiga) bagian, yaitu [1-7]:
1. Slack bus atau swing bus atau bus referensi
1.1.Terhubung dengan generator.

1.2. )V)

dan () = 0° dari generator diketahui dan tetap.

1.3. P dan Q dihitung.
1A.

Mencatu rogi-rogi daya dan beban yang tidak dapat disuplai oleh
generator lain.

1.5.

Slack bus berfungsi untuk menyuplai kekurangan daya real P dan
daya reaktif Q pada sistem.

2. Voltage controlled bus atau bus generator(PV Bus).
2.1.Terhubung dengan generator.

2.2. P dan

IVI

dari generator diketahui dan tetap.

2.3. B dan Q dari daya rea.1(tif generator di.hjtung.
3. Load bus atau bus beban (PQ Bus)

4

3.1. Terhubung dengan beban.
3.2. P dan Q dari beban diketahui dan tetap.

3.3.lvl dan 8 (sudut fasa) tetrnIlllan dihiumll
\

I

'-

..

'-'

'-'

......

Metode aliran daya bisa digunakan untuk menyimulasikan efek pembahan
daya bus beban pada perubahan daya bus generator dan swing, sehingga bisa
digunakan untuk monitoring operasi generator terhadap batas daya aktif dan
reaktifuya. Beberapa metode yang dipakai untuk menyelesaikan aliran daya
adalah sebagai berikut :
1. Metode Gauss-Seidel [1-7]
2. Metode Newton-Raphson [1-7]
3. Metode Fast-Decoupled [1-7]
4. Metodea Super Decoupled [1-7]
5. Metode 3 Phase [7]
6. Metode 3 Phase tidak seimbang [7]
7. Metode Neural Network Load Flow [7]
Perhitungan-perhitungan aliran daya biasanya menggunakan teknik iterasi
antara lain metode Gauss-Seidel dan Newton-Raphson. Dalam Thesis ini
digtmakan metode Newton-Raphson.

2.3 Metode Newton Raphson

Metode fast decoupled tidak lUudah uiltuk diaplikasikan disistem dis'"uibusi
karena penyulang (feeders) dari sistem distribusi mempunyai ratio yang tinggi
dari resistansi ke reaktansi, metode Gauss-Seidel membutuhkan iterasi yang lebih
besar dibanding dengan Newton-Raphson maka untuk menganalisis aliran daya
(load flow) pada penelitian ini digunakan metode Newton-Rapshon pada
persamaan hybrid form karena sistem membutuhkan perhitungan matrik jacobian
setiap iterasi. Studi aliran daya digunakan untuk menganalisa aliran daya listrik
dari pusat-pusat pembangkit yang disalurkan melalui saluran trasmisi sampai ke
pusat-pusat beban. Studi aliran day a ada dua hal yang perIu dilakukan pada
perhitungan, yaiul [1-7] :
1. Tegangan pada tiap-tiap bus

5

2. Aliran daya aktif dan daya reaktif pada masing-masing saluran, yang dapat

dihitung melalui persamaan aliran daya sebagai berikut:
(2.1)

==Vi

-Vl*

V
[ Z
ij
I

Zij adalah impedansi saluran

]

J

Penyelesaian aliran daya dengan metode newthon rapson pada persamaan
hybrid form mengikuti langkah-lankah berikut [1-7]:
1. Menentukan nilai-nilai

rt

dan

Q: yang mengalir ke sistem pada setiap bus

untuk nilai yang ditentukan atau perkiraan dari besar dan sudut tegangan untuk
iterasi pertama atau tegangan yang ditentukan paling akhir untuk: iterasi
berikut.
(2.2)
(2.3)
n

P, == 1V;1).!vilrG
ii cos(O,
i ｾ＠

1 · 1 .......

\

rJ

J

'.

-Oi)+ R
J •

OJ

sin(Oi -0,)1
••

J . -

(2.4)

j=l

n

Q = 1v;1L: IVjl[Gij sin(B; -OJ) - Bjj cos(Oj -OJ)]

(2.5)

j=1

2. Menentukan iJP;k dan AQ/ dari Persamaan berikut
AP" _ P
i - . 4 . i,spec -

t...U

(2.6)

pk
.L

i

(2.7)

subskrip spec berarti "yang ditetapkan".

6

3. Menghittmg nilai-nilai jacobian dengan menggtmakan nilai-nilai perkiraan atau
ditentukan dari besar dan sudut tegangan pada persamaan turunan parsial yang
ditentukan dengan diferensasi persamaan berikut :

(2.8)

koefisien matrik jacobian adalah

(2.9)

4. Menentukan invers Matrik Jacobian dan hitung koreksi-koreksi sudut dan
tegangan pada setiap Bus.

5. Menghiitung nilai barn dari

OJ(k+l)

dan

Iv;l(k+l)

dengan menambahkan l5.0 i dan

J\lvl
nada nilai sehelllmnv3.
I q
J,.

...1

6. Kembali ke langkah 1 dan mengulangi proses itu dengan menggunakan nilai
untuk besar dan sudut tegangan yang ditentukan paling akhir sehingga semua
nilai l5.0 i dan I5.IVi

I

pada semua bus lebih kecil dari suatu indeks ketepatan

yang telah ditentukan (proses iterasi konvergen).

2.4 Model Matematika dari Parallel Load Flow
Paralel load flow yang dikembangkan ditujukan untuk mempercepat
perhitungan load flow pada sistem area luas. Sistem transmisi dibagi menjadi
beberapa wilayah, masing-masing wilayah dilakukan perhittmgan load flow secara
paralel dengan memperhatikan komunikasi data pada daerah perbatasan

7

(bOlmdary area). Hasil dari perhitungan load flow berbasis paralel per-wilayah
digunakan sebagai data untuk pembagian pembebanan dari masing-masing
wilayall. Model UlllUlll dari parallel load flow adalah seperti dibawah ini [12]:
(2.10)

x = f(x)

dengan x

E

X c R n , 1(.) adalah suatu fungsi pemetaan tidak linear I: XR

n
•

Megikuti model Newthon-Raphson
(2.11)

diperoleh solusi komponen dari parallel load flow yaitu
(2.12)

f{x) = {h (x1.··,J; (x))

(2.13)
Tujnan· dari perhitungan parallel load flow adalah untuk memperoleh
solusi yang lebih cepat. Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kecepatan
dari solusi paralel, tetapi yang lebih penting adalah sebagai berikut [12] :
Keseimbangan pengambilan data di masing-masing prosesor.
Ketja dari prosesor
Kecepatan dari komunikasi data antara prosesor
Agar dapat mencapai perhitungan yang lebih cepat maka perlu membagi
sistem keseluruhan menjadi sejumlal1 wilayah-wilayah yang seimbang untuk
perhitungan load flow.
Metode load flow P-Q fast decoupled dapat digunakan di area luas tetapi

dalam sistem transmisi tidak dapat dengan mudah digunakan untllk sistem
distribusi dikarenakan feeders dan laterals dari sistem distribusi mempunyai rasio
yang tinggi antara resistansi dan reaktansi. Jika menggunakan metode NewthonRaphson maka di sistem distribusi dapat memilih tegangan mangnitude dan

8

perubahan keadaan sudut phasa, proses penyelesaian lebih lambat dikarenakan
sistem membutuhkan perhitunganjacobian matrik setiap iterasi [12].
Masing-masing prosesor harus berkomunikasi dengan prosesor yang lain
didalam menukarkan informasi dari setiap iterasi seperti diilustrasikan pada
Gambm' 2.2.

•

Prosesor
Hubungan komunikasi

Gambar 2.2 Komunikasi antar procesors

Diberikan Si mewakili dari kumpulan node pada bagian wilayah.
(2.14)
(2.15)
N-I

USb; = SN

(2.16)

i=1

Dengan

¢ 1Iimpunan kosong, S bi himpunan. dari titik simpul batasan dari

subarea ith. Sistem partisi berdasarkan pada metode yang ditunjukkan pada
Gambar 2.3 [12] .
Masing-masing subarea ditugaskan ke prosesor yang paralel dan
x k (k

=1, ... ,N) adalah vektor keadaan dari subarea kth.

9

Gambar 2.3 Sistem partisi untuk perhitungan parallel [12]
Kemudian Load flow dapat dirumuskan dengan Bordered Block Diagonal Matrix
(BBDM) sebagai berikut:

l

r Jll

i,j

= 1, ... ,N -1

J NI

(2.17)

.l1e,1e

J NIe

Persamaan (2.17) dapat disusun ke dalam persamaan (2.18) dan (2.19) sebagai
berikut [12] :
(2.18)
(2.19)
dengan .l1e,1e adalah Matriks Jacobian dari subarea k, k = 1, ... , N dan .l1e,N adalah
Matriks Jacobian dari subarea k dengan batas subarea N, k

= 1, ... ,

N -1. Pada

persamaan (2.18) didapat
(2.20)
(2.21)

s. =.1" ,.ＮｬｾｓＬ＠
.....

t.Y,'"

.....

(222)
,fI,

/\.

Dengan subsitusikan

!J.xle

persamaan (2.20) kedalam persamaan (2.18),

didapatkan persamaan untuk daerah batasan pada pers(Lmaan (2.23)
10

(2.23)

Perhitungan parailei ioad flow diperoieh dengan persamaan (2.20) dan l2.23)
sebagai altematif
Prosesor di dalam batasan subarea sebagai koordinator dapat rnendisain
algoritrna parallel load flow sebagai berikut [12] :

Langkah 1: rnernulai dengan mengunakan, i.e"xk
Langkah 2: prosesor k(k

= 1,... , N -1)

= xk(O),k = 1, ... , N

kalkulasinya

J k ,k,Jk,N+l,Jk,k - \

f..s k dan

prosesor N kalkulasinya J N,N,JN,k' f..s N .

Langkah 3: prosesor k(k = 1, ... , N -1) kalkulasinya

J N+I ,Jk"k -1 ,Jk.N+l,JN,kJk"k -1,

f..s Ir dan mengkirimkan hasil kepada prosesor N
Langkah 4: prosesor N rnenyelesaikan masalah f..x N menurut persamaan (2.23)
dan mengkirimkan hasil kepada prosesor k( k

Langkah 5: prosesor k(k

= 1, ... , N -

1)

= 1, ... , N -l)menyeiesaikan

masaiah /).x k menurut

persamaan (2.20)

Langkah 6: stop proses jika kondisipemusatan dipenuhi untuk setiap prosesor,
jika tidak pergi ke langkah 2.
Perancangan paralel algoritrna ini mudah untuk diterapkan di suatu kornputer
yang paralel.

11

BAB3
TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

3.1 Tujuan Penelitian
Tujuan umum penelitian ini bertujuan untuk mengetahui nilai aliran daya
secara parallel di sistem jaringan kelistrikan Jawa Timur beserta nilai loses
jaringan.
1. Untuk mempercepat perhitungan load flow pada sistem area luas dengan
menggunakan paralelload flow dengan programan melalui matlab.
2. Memberikan infOlmasi aliran daya pada masing-masing daerah batasan.
3. Untuk mendukung sistem monitoring Jawa Timur.

Tujuan khusus penelitian ini bertujuan :
1. Terinventaris data sistemjaringan kelistrikan di SUMBAGUT 150 KV
2. Untuk mempercepat perhitungan load flow pada sistem area luas
dengan menggunakan paralel load flow dengan programan melalui
matlab.
3. Memberikan infonnasi aliran daya pada masing-masing daerah batasan.
4. Untuk mendukung sistem monitoring Jawa Timur.

3.2 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Memberi kontribusi terhadap upaya lmtuk memberikan peihitungan
load flow yang lebih efisien dengan adanya paralelload flow.
2. Hasil dad penelitin ini akan dimuat ke dalamjul11al nasional.

12

BAB4
METODE PENELITIAN

4.1 Jenis Penelitian
Jenis penelitian ini adalah penelitian aktual dengan menggunakan data baku
PT.PLN wilayah Jawa Timur lalu di olah menjadi data aliran daya dalam satuan
per unit.

4.2 Lokasi Penelitian
Gambar dari load flow region Jawa Timur dan Bali diperoleh dari PLN
Penyaluran dati P'lisat Pengatur .Behan (P3.B) dapat dilh'iat pacta Latllph-an 1,
Sistemjaring Jawa Timur 150 kV dapat di gambarkan dengan single line diagram
pada Gambar 3.1

13

./ ---ｾｕｉＳｴｯｎ＠ tiP""
ｾｗｦ＼ｎｇｲｆｬｅｘＮ＠

i

r-;:;--' I ｾ＠

-""'-..

ｴＢＬｾ＠
3

I

",

KONFIGURASI JARINGAN
SISTEM REGION
JAWATIMUR
(150KV)

ｄＢＧ［ＺｾｇＮｶ＠

(;rWlLAYAHj
\

\

..ｾ＠

......... -........

\

Gambar 3.1 Single line diagram sistemjaring Jawa Timur 150KV

14

4.3 Waktu Penelitian

p •••••••• . , ..... " . ,

ＬＮｾ＠

"

ｾ＠

........... . . . . " " "

Ｎｾ＠

.....

Penelitian ini akan dilakukan mulai bulanjuli sampai dengan bulan Desember 2014.
4.4 Langkab - Langkab Penelitian

Untuk menyelesaikan penelitian ini langkah-langkah yang dilakukan sebagai berikut :
1. Penelitian ini menggunakan sistem jaring transmisi Jawa Timur 150 kV yang terdiri
dari 75 bus.
2. Sistem jaring transmisi Jawa Timur 150 kV terbagi menjadi 2 wilayah dengan
wilayah A terdiri dari 51 bus dan wilayah B terdiri dari 24 bus.
3. Data bus generator (P dan Q), data bus beban (P dan Q), dan data saluran transmisi
(R,X dan 1I2B) diinput di wilayah A dan wilayah B . Data saluran transmisi diubah
ke dalam satuan perunit. Bus swing/slack diberi kode 1, bus generator kode 2, dan
bus beban kode O.
4. Wilayah A dan wilayah B di run dengan matlab menggunakan metode newton
raphson.
5. Saat wilayah A dan wilayah B di run maIm akan terjadi komunikasi link antar
komputer yang mengakibatkan transfer data di masing-masing wilayah pada daerah
batasan berupa tegangan mangnitudo (Vm) dan sudut fasa (9) di setiap iterasi matrik
jacobian sehingga terbentuk bus baru di wilayah A dan wilayah B.
6. Setelah selesai transfer data di wilayah A dan wilayah B dapat dilihat hasil run
konvergen atau tidak konvergen, jika tidak konvergen maka update kembali variabel
data dan kembali ke langkah 3, jika konvergen print hasil dan proses telah berakhir.

15

Langkah-langkah penyelesaian penelitian dalam bentuk flowchart dapat dilihat pada
Gambar4.l

ＫｲＭｉＮｾＡ＠

ｾ＠
\

IVIU\i:1I

r=
/

Input Data
(P,Q Generator, P,Q Load;
R.X.1/2B Salman Transmisi)

/
/
.

Wilayah 1 dan Wilayah 2 di
run dengan Matlab
menggunakan metode

newton ranhson
Mengambil data Vm dan Sudut
dimasing-masing wilayah saat
I iterasi berlangsung di matrik
I.
jacobian

Komunikasi Link
Komputer

ｾｮｶ･ｲｧ＿＠

Tidak -

Ya

.1

Gambar 4.1 Langkah-Iangkah penyelesaian penelitian

16

BAB5
HASIL YANGDICAPAI

Penelitian pada progress 30% (Laporan Akhir) dilaksanakan pada bulan November
2014 dan untuk publikasi seminar telah diterima di Seminar Nasional Literasi Informasi 2014
(Jurusan I1mu Komputer, Universitas Sumatera Utara) dan akan dipresentasikan pada tanggal
01 Desember 2014 dengan judu! "Sistem Lan Paralel Load Flow dengan Metoda NewtonRaphson (Studi Kasus Sistem Jawa Timur 150kv).

5.1 Data Jaring Jawa Timur 150 kV

Data saluran dan data bus sistem jaring Jawa Timur 150 kV yang digunakan sebagai
masukan aliran daya Newton-Raphson diperoleh dari PLN Penyaluran dan Pusat Pengatur
Beban (P3B) Jawa-Bali. Data bus slack, bus generator dan bus beban seperti pada lampiran 1
yang merupakan load flow region Jawa Timur dan Bali di hari kamis 11 september 2008
pukul 20.00WIB yang ditunjukkan kembali pada tabeI4.1. Data saluran jarimg Jawa Timur
150 kV seperti pada lampiran 2 yang ditunjukkan kembali di tabel 4.2. Sistem Jawa Timur
terinterkoneksi melalui saluran transmisi 150 kV, yang terdiri dari 75 bus dan 93 saluran,
serta 6 pusat pembangkit. Penyelesaian analisis aliran daya dengan menggunakan NewtonRapson didasarkan pada:
1. Base Tegangan: 150 kV.
2. Base Daya: 1000 MV A.
3. Akurasi= 0.0001.
4. Akselerasi=l.1.

5. :r..1aksimum iterasi=50.
Selanjutnya, bus-bus yang ada diklasifikasikan sebagai berikut :
1. Bus Slack: Surabaya Barat dan PLTU Grati II.

2. Bus Generator: PLTU 6resik, Kediri (500/150), PLTGU Gresik, PLTU Perak, PLTA
Sutami, PLT A Wlingi, Paiton (500/150).
3. Bus Beban : Alta Prima, Segoromdu, Petrokimia, Lamongan, Babat, Bojonegoro,
Tuban, Kerek, Miiwang, Semen Tuban, Kasih Jatim, Cenne, Babadan, Driyorejo,
Manyar, Blongbendo, Sekarputih, Ngoro, Mojoagung, Bnran, Jaya Kertas, Kertosono,
Surya Zigzag, Manisrejo, Ngawi, Tandes, Sawallan, Darmo, Kupang, Krembangan,
Undaan, Gbong, Karang Pilang, Warn, Buduran, Ispat Indo, Rungkut, Sukolilo,

17

Surabaya Selatan, Wonokromo, Ngagel, Kanjeran, Simpang, Ujlmg, Cepu, Sragen,
Kebonaglmg, Sengkaling, Pakis, Lawang, Pier, Bulukandang, Bumicokro, Bangil,
Gondang Wetan, Rejoso, Probolinggo, Kraksaan, Gending, Lumajang, Tanggul,
Jember, Genteng, Banyuwangi, Bondowoso, Situbondo.

Dengan menggunakan metode aliran daya Newton-Raphson kita dapat memperoleh
data-data yang kita perlukan seperti voltage magnitudo dan sudut fasa di setiap bus. Selain
kedua hal tersebut kita juga dapat mengetahui berapa losses yang terjadi di dalam jaring
sistem Jawa Timur.
Data pembangkit dan data bebanjaring Jawa Timur 150 kV yang terdiri dari 2 slack

bus pada bus 12 (Surabaya B&a.t) dan bus 62 (PLTU Grati), tcrbagi mcnjadi 2 vvilayah
dengan wilayall 1 pada bus 1 sampai bus 51 dan wilayah 2 pada bus 52 sampai bus 75.
Tabel 5.1 Data pembangkit dan data beban Jawa Timur 150 kV
No Pusat Listrik I

KodeBus

Transformator

Asumsi

Beban

Generator

Injeksi

Tegangan
Mang. Sudut

MW

MVAR

MW MVAR MVAR

ﾰｴＺｾ＠

1

0

0

0

519.5

Bus Beban

1

0

10.50

2.30

0

o

0

Bus Beban

1

0

26.20

10.20

0

0

0

Bus Beban

1

0

25.70

12.80

0

0

0

Bus Beban

1

0

32.00

24.00

0

0

0

Bus Beban

1

0

28.10

15.20

0

0

0

Bojonegoro

Bus Beban

1

0

42.10

23.10

0

0

0

Tuban

Bus Beban

1

0

35.00

19.00

0

0

85

9

Kerek

I Bus Beban

1

0

77.30

-6.90

0

0

0

10

Mliwang

Bus Beban

1

0

13.70

6.20

0

0

50

1

PLTUGresik

2

Alta Prima

3

I
I

I
1

Segoromdu
Petrokimia

4

Bus Generator

I
I
I
I

I

5
6

Lamongan
I

I

7
8

I

Babat

I

I

I

I

18

I

I
I

Bus Slack

1

0

0.00

0.00

0

0

0

I

Bus Beban

1

0

7.80

1.60

0

0

0

Cerme

Bus Beban

1

0

17.90

9.80

0

0

0

Babadan

Bus Beban

1

0

47.50

17.90

0

0

0

Bus Beban

1

0

90.70

30.00

0

0

0

Bus Beban

1

0

36.90

26.10

0

0

0

Bus Beban

1

0

14.lm

16.40

0

0

0

Bus Beban

1

0

135.4

37.10

0

0

0

1

0

22.00

9.70

0

1

0

51.50

23.40

0

1

f\

1,)1\ {\

I.JV.V

.JV.VV

l:.£ {).I\

f\

Bus Beban

1

0

27.00

12.30

Bus Bebal1

I

0

12.30

7.10

1

0

0.00

0.00

26 I Surya Zigzag I Bus Beban

1

0

21.10

10.80

27

Manisrejo

Bus Beban

1

0

108.6

28

Ngawi

Bus Beban

1

0

1

12

Surabaya Barat

13

Kasih Jatim

14

I

15

I

I
16

I

I

Driyorejo

17

Manyar
I

llS

Biongbendo

19

l

J

Sekarputih

I
II

r" I-Ngo=-JI
21

i
I

22

Mojoagung

Bu, Beboo
Bus Beban

i

-

.

I

I Bus Beban

"Bnrall

j

-:B
C

0

0

0

0

0

0

0

354

0

0

0

0

45.80

0

0

25

42.00

20.60

0

0

0

0

0

0

553.4

0

0

1

0

0

0

73.8

0

0

1

0

60.10

24.70

0

0

0

1

0

32.70

15.60

0

0

0

Bus Beban

1

0

71.00

21.80

0

0

0

Bus Beban

1

0

23.60

13.00

0

0

0

L

V

V

I
23

JayaKertas

24 !

Kertosono

I

!

25 Kediri (5001150) Bus Generator

I

I

29 PLTGU Gresik Bus Generator

I

I

0

I

30 I PLTU Perak

I

31

ＳＲｾＭ

I

ｔＢ､･ｾ＠

__ ｾ＠

Sawahan

IBus Generator

I

Bu, Beb""
,Bus Beban

I
Darmo

33

Kupang

34

I

1

35

Krembangan

Bus Beban

1

0

41.80

19.10

0

0

0

36

Undaan

Bus Behan

1

0

13.40

5.60

0

0

0

19

37

Bus Beban

1

0

0.00

0.00

0

0

0

I Bus Beban

1

0

42.90

16.40

0

0

0

1

0

126.5

42.40

0

0

0

1

0

120.8

51.60

0

0

0

Bus Beban

1

0

76.50

5.40

0

0

0

Bus Beban

1

0

120.0

42.80

0

0

0

Bus Beban

1

0

ＶＴＮｾＰ＠

27.20

0

0

0

Bus Beban

1

0

12.50

4.30

0

0

0

Bus Beban

1

0

53.00

23.30

0

1

0

15.60

6.20

0

.
1

fI

..,.., £{\

V

..JoJ • .JV

ｾＮｶ＠

()

1

0

46.80

21.00

0

0

0

1

0

25.60

14.30

0

0

0

Bus Beban

1

0

35.00

-1l.00

0

0

0

BusBeban

1

0

-42.0

-2.00

0

0

Gbong

1

I

I
38

Karang Pilang

391

Waru

I Bus Beban

Buduran

I Bus Beban

!
I

1

40

I
I

41

I

Ispat Indo

I
42

Rung\...-ut
I

43

Sukolilo

I

44 Surabaya Selatan

[45
ｗｯｮｫｲｾ＠
1

461'Ngagel

I Bus Beban
I1

47\

Kanjcran

48

Simpang

Bus Beban

TTillno
-,J--.o

Bus Beba..ll

49

I

50

Cepu

51 1

Sragen

I

ｄＬｾＮ＠

I

J!
I

ｕｾ＠

:--

..

D .......h"'_

U'\,.tUUlJ,.

\

C""l

cn

-±J

I

I

0

52

PLTA Sutami

Bus Generator

1

0

0.00

0.00

85

0

0

53

PLTA Wlingi ,Bus Generator

1

0

0.00

0.00

16

0

0

54

I

i

Kebonagung

Bus Beban

1

0

113.1

43.20

0

0

25

Sengkaling

Bus Beban

1

0

62.60

34.80

0

0

25

Pakis

Bus Beban

1

0

21.10

7.00

0

0

0

I Bus Beban

1

0

27.60

8.20

0

Bus Beban

1

0

19.50

6.20

0

0

0

591 Bulukandang

Bus Beban

1

0

21.60

5.60

0

0

0

60

Bumicokro

Bus Beban

1

0

42.00

18.00

0

0

0

61

Bangil

Bus Beban

1

0

70.90

20.70

0

0

0

1

551

ＵＷｾﾷ＠

i
561

Law,,"g

58

Pier

!

i

I
20

-01-2s-

I
1
Gondang Wetan I

62 PLGTU Grati II

Bus Slack

1

0

0.00

0.00

0

0

0

63

Bus Beban

1

0

39.50

16.00

0

0

0

Rejoso

Bus Beban

1

0

6.00

11.70

0

0

0

Probolinggo

Bus Beban

1

0

43.70

16.20

0

0

0

Kraksaan

I Bus Beban

1

0

16.80

3.90

0

0

0

Gending

Bus Beban

1

0

6.70

2.70

0

0

0

1

0

0.00

0.00

0

1

0

46.80

14.80

0

Beban

1

{)

35.9G

15.60

Bus Beban

1

°

-1

0

69.40

24.10

0

Bus Beban

1

I)

It A

I"'JA Of)

I)
V

I

64
1

65

1

66

67

I

I

i

IProton (500iI50) IHus Generator
!
69
Lurnajang I Bus Beban
Ｖｾ＠

ｾｬ＠

7°1

ｂｵｾ＠

Tanggul
\

I

Jember

ＵｾＰ＠

0

i
I

I

""

r:!.,..,. ......... ·.......... nt

73

Banyuwangi

74
.. I

''"I

75

L

v

1:;,(\
"'T"'T • .JV

i Bus Beban

1

0

41.70

14.00

Bondowoso

Bus Beban

1

0

23.80

Situbondo

Bus Beban

1

0

27.60

"'-''''''lU,''''1.15

I
I
I

I

ＢＧｔＮｾｖ＠

ｾｂ＠

V

v

0

0

0

7.80

0

0

5.00

0

0

1

0
0

Data transmisi jaring Jawa Timur 150 kV terdiri dari 75 bus seperti tabel 4.2, yang
menghubungkan setiap bus antara wilayah 1 dan wilayah 2.
Tabel 5.2 Data transmisi Jawa Timur 150kV
Bus

i-j

R

X

YzB

1-2

0.00128

0.00617

0.00452

PLTUGresik

Alta Prima

PLTUGresik

Segoromdu

1-3

0.00203

0.00694

0.00250

PLTUGresik

Waru

1-39

0.00643

0.03090

0.02264

Alta Prima

Surabaya Barat

2-12

0.00188

0.00901

0.00660

Loromdu

Alta Prima

3-2

0.00026

0.00125

0.00092

I

Petrokimia

3-4

0.00417

0.01423

0.00514

I

-

----:---1--.

Segoromdu

21

Lamongan

Segoromdu

5-3

0.00734

0.03528

0.02585

Lamongan

Babat

5-6

0.00547

0.02627

0.01925

Babat

Bojonegoro

6-7

0.02149

0.06222

0.02288

Bojonegoro

Cepu

7-50

0.01886

0.05459

0.02007

Tuban

Babat

8-6

0.00831

0.03994

0.02927

Tuban

Kerek

8-9

0.00732

0.02501

0.00903

Kerek

Miiwang

9-10

0.00469

0.01601

0.00S7lI

Kerek

Semen Tuban

9-11

0.00105

0.00359

0.00129

Kasihjaum

12-13

0.00198

0.00950

(1.00696

Surabaya Barat

Cerme

12-14

0.00535

0.02570

-0.01883

.... ｴＮｾ＠
....... D ........... +
\J Ul Q..va. (1. .LJQ,.l at.

y

Dnl.n,ln_

1"
1