STUDI ALIRAN DAYA TIGA FASA UNTUK SISTEM DISTRIBUSI DENGAN METODE PENDEKATAN LANGSUNG

Transkripsi

1 No. 29 ol.2 Thn. X Aprl 2008 SSN: STUD ALRAN DAYA TGA FASA UNTUK SSTEM DSTRBUS DENGAN METODE PENDEKATAN LANGSUNG Adrant, Slva ran Jurusan Ten Eletro Faultas Ten Unverstas Andalas, Padang Abstra Power flow anayss s a very basc study n elecrcal power system plannng and operaton. Many methods such as Gauss Sedel, Newton Raphson and Fast Decoupled, are common used for ths analyss. But these methods wll fal f they are used for unbalance power system, le dstrbuton system.ths paper dscrbe three phase power flow analyss for radal dstrbuton system usng drect approach method. Ths method s accurate but smple. Testng on standart sstem EEE 13 bus radal, shows an acceptable result. Ths method appled to Bawan feeder (Pasaman). The result shows a ltlle unbalance n that dstrbuton sstem. Key words: Power flow, unbalanced system, radal, dstrbuton system. PENDAHULUAN. ALRAN DAYA DAN SSTEM DSTRBUS Pengajan alran daya sangat berguna untu 2.1 Alran Daya perencanaan dan perancangan espans sstem Untu menla performans sstem dstrbus daya tenaga dan juga dgunaan untu menentuan dan untu menguj eefetfan perubahan-perubahan onds operas sstem yang palng efsen. Hasl yang drencanaan pada suatu sstem pada tahap palng mendasar dar pengajan alran daya adalah perencanaan, sangat pentng untu dlauan besar dan sudut phasa dar tegangan masng-masng analss alran daya [3]. Stud alran daya n bus serta alran daya atf dan reatf pada tap dlauan untu menentuan : saluran. Banya program aplas real tme dalam 1. Alran daya atf dan reatf pada cabang suatu area dstrbus otomats, sepert optmas cabang rangaan jarngan, perencanaan ar, serta swtchng 2. Tda ada rangaan yang mempunya membutuhan metode alran daya yang ooh dan beban lebh dan tegangan busbar dalam efsen. batas batas yang dapat dterma. Metode alran daya yang ada sepert Gauss 3. Pengaruh penambahan atau perubahan pada Sedel, Newton Rapson serta Fast-decouple pada suatu sstem. umumnya merupaan metode yang dgunaan pada sstem transms sedangan araterst sstem 2.2 Sstem Dstrbus dstrbus berbeda dengan sstem transms. Sebagamana detahu araterst dar sstem Jarngan dstrbus umumnya berbentu radal. dstrbus adalah pada umumnya strutur jarngan Sstem n meml pola jarngan yang hanya meml satu jalur dar sumber e beban. radal, fasa tda sembang, serta banyanya jumlah dar cabang dan node. Dengan perbedaan tersebut Penghantar yang terleta d pangal jarngan sstem maa metode alran daya yang ada pada sstem n pada umumnya meml dameter dan uat hantar arus (KHA) yang lebh besar arena beban transms bsa menjad gagal ja dterapan pada sstem dstrbus. Oleh arena tu dperluan suatu arus yang dpulnya lebh besar darpada metode untu menganalsa alran daya yang sesua penghantar yang lebh deat e ujung jarngan. Sema jarngan radal dtunjuan pada gambar 1. dengan araterst sstem dstrbus. Algortma dalam peneltan n adalah baru tetap las. nput data dar algortma hanyalah suatu orentas data bus cabang basa. Tujuan dar peneltan n adalah mengmplementasan suatu formula yang telah dembangan dengan mengambl euntungan dar pendeatan topolog jarngan sstem dstrbus dan memecahan alran daya dstrbus secara langsung. Adapun dua matr yang dembangan adalah matr bus njes terhadap arus cabang dan matr arus cabang Gambar-1 Contoh Sstem Dstrbus Radal terhadap tegangan bus, sehngga solus alran daya 2.3 Model Saluran Tga Fasa Untu Sstem melalu peralan matr sederhana n menjad lebh Tda Sembang sederhana, ooh serta efsen. Selan tu metode n juga sesua dengan araterst sstem dstrbus Model saluran tga fasa antara bus dan bus j yang radal dan sstem tga fasa yang tda dapat dperlhatan pada gambar 2 berut. sembang. Parameter saluran dapat dtentuan dar suatu TenA 60

2 No. 29 ol.2 Thn. X Aprl 2008 SSN: metode yang dembangan oleh Carson dan Lews. x matr dr dan mutual oplng dar saluran tga fasa dapat dperlhatan pada matr d bawah [8]. Gambar-2 Pemodelan saluran tga fasa Tegangan pada ss terma untu pemodelan saluran tersebut dapat dtuls pada persamaan berut: an bn cn a ' = b ' c ' n n n + aa ba ca ab bb cb ac bc cc. (2.1) Persamaan datas dapat dtuls ulang dengan persamaan berut : ] = [ ' ] + [ ][ ] [ abc abc abc abc (2.2) Pada (2.1), abc mengacu pada matr mpedans fasa. Elemen matr dapat dtentuan dar suatu persamaan Carson dan emudan dsederhanaan dengan redus ron. Formula yang dmodfas dar suatu persaman Carson dberan sebaga berut : z = r j x[ln(1/ GMR ) ] Ω / m (2.3) z = j0.1213[ln(1/ D ) ] Ω m j j / (2.) Dmana (ohm/mle), a b c r adalah resstans ondutor GMR geometrc mean radus (ft), dan D j adalah jara antara ondutor dan j (ft). Aplas dar (2.3) dan (2.) adalah saluran tga fasa empat awat dengan salah satunya merupaan awat netral, dar saluran tersebut aan menghaslan matr mpedans prmtf x. aa ab ac an [ ] = ba bb bc bn Pr m ca cb cc cn na nb nc nn (2.5) Matr n emudan dredus menjad matr 3x 3 dengan mengunaan redus ron dmana tap elemennya dar matr mpedans fasa dberan melalu persamaan berut : j = zj zn zj / z nn (2.6) Keta persamaan (2.3) dan (2.) dtamplan pada saluran udara tga fasa atau saluran bawah tanah yang terdr dar n evalen fasa dan ondutor netral, hasl dar matr mpedans prmtf aan menjad matr n x n. Matr n emudan dredus menjad matr mpedans fasa 3 x 3 dengan memparts bars dan olom fasa c serta bars dan olom netral. Redus ron dalam parts dberan dengan persamaan berut 1 [ abc ] = [ z abc ] [ zan ][ znn ] [ zna ] (2.7). ALRAN DAYA TGA FASA DENGAN METODE PENDEKATAN LANGSUNG 3.1 Pengembangan Formula Tujuan metode alran daya pendeatan langsung berdasaran topolog jarngan n dembangan atas 2 matr, yatu : matr bus njes terhadap arus pencabangan dan matr arus cabang terhadap tegangan bus Evalen njes Arus Untu jarngan dstrbus, rangaan evalen njes arus dapat dgambaran berdasaran model lebh prats [1]-[2]. Untu bus, beban omples S dapat dnyataan dalam persamaan berut : S = ( P + jq ) = 1...N. (3.1) Dan hubungan evalen arus njes pada -th teras adalah: r P + jq = ( ) + j ( ) = ( ) (3.2) Dmana dan adalah tegangan dan evalen arus njes dar bus pada -th teras. Sedangan dan adalah bagan real dan TenA 61 r majner dar evalen arus njes pada bus dengan -th teras Hubungan Pengembangan Matr B1 B B Gambar3. Sstem Dstrbus Sederhana Matr njes Arus-Arus Cabang (BBC) Sstem dstrbus sederhana dtunjuan pada gambar 3 dgunaan sebaga contoh pemecahan B 5 B 5

3 No. 29 ol.2 Thn. X Aprl 2008 SSN: alran daya sstem dstrbus sederhana. njes daya dapat drubah dalam suatu evalen njes arus, dan hubungan antara bus arus njes dan pencabangan arus dapat dtentuan berdasaran huum arus Krchhoff (KCL) pada jarngan dstrbus yatu jumlah arus yang masu sama dengan jumlah arus eluar [1]-[2]. Pencabangan arus dapat dformulaan dalam suatu evalen njes arus. Sebaga contoh, untu pencabangan arus B 1, B3, danb5 dapat dtamplan dalam sutu njes arus : B = = 5 B + B 5 = 6 (3.3) Oleh arena tu hubungan antara bus njes arus dan pencabangan arus dapat dtamplan dar matr berut. B B (3.a) B = B B Persamaan datas dapat dtamplan dalam suatu persamaan umum [B] = [BBC] [] (3.b) Dmana BBC adalah matr bus njes terhadap pencabangan arus. Konstanta matr BBC adalah ss atas dar matr segtga yang hanya mengandung nla 0 dan Matr Arus Cabang-Tegangan Bus (BCB) Hubungan antara pencabangan arus dan tegangan bus sepert dperlhatan pada gambar 3 dapat dtentuan berdasaran (2.1)dan (3.). Sebaga contoh, tegangan bus 2,3 dan adalah 2 = 1 B = 2 B B3 3 = (3.5) Dmana adalah tegangan pada bus dan j adalah mpedans saluran antara bus dan bus j. Dengan mensubttus persamaan etga persamaan (3.5), dperoleh = 1 B1 12 B2 23 B3 3 (3.6) Dar persamaan tersebut dapat dlhat bahwa tegangan bus dapat despresan sebaga fungs cabang arus, parameter saluran, dan tegangan tambahan. Dengan prosedur yang sama dapat dtamplan embal untu bus yang lannya sehngga hubungan antara arus cabang dan tegangan bus dapat despresan dalam matr berut B B2 (3.7a) = B B B5 Persamaan datas dapat dtuls ulang [ Δ ] = [ BCB ][ B] (3.7b) Dmana BCB adalah matr arus cabang terhadap tegangan bus. Algortma n dapat dengan mudah dperluas untu sstem saluran tga fasa. Sebaga contoh ja saluran berada antara bus dan bus j pada saluran tga fasa, maa hubungan cabang arus B menjad vetor 3 x 1 sedangan untu matr dagonal menjad 3 x 3 matr dent. Sama halnya untu matr BCB yang berada antara bus dan bus j pada sstem tga fasa menjad 3 x 3 matr mpedans. Solus Ten Pengembangan Matr BBC dan BCB dapat dembangan berdasaran strutur topolog sstem dstrbus. BBC matr menamplan hubungan antara bus njes arus dan arus cabang. aras hubungan arus cabang, dbangtan dar varas bus njes arus yang dapat dalulasan secara langsung dengan matr BBC. Matr BCB menamplan hubungan antara arus cabang dan tegangan bus. aras hubungan tegangan bus, dbangtan dar varas arus cabang yang dapat dalulasan secara langsung dengan matr BCB. Dengan menggabungan (3.b) dan (3.7b) edua matr njes arus dan tegangan bus tersebut ddapat persamaan: [ Δ ] = [ BCB ][ BBC][ ] [ ] = [DLF][] (3.8) Adapun solus untu dstrbus alran beban dapat dtentuan dengan persamaan dengan teras P + r * = ( ) + j ( ) = ( ) (3.9a) 1 TenA 62 jq [ Δ + ] = [ DLF][ ] (3.9b) [ ] = [ ] + [ Δ ] (3.9c). ANALSA DAN PEMBAHASAN.1 Pengujan Program untu Konds Radal 3 Fasa Untu menguj ebenaran program bag sstem tga fasa ta sembang dlauan pengujan dengan sstem dstrbus radal 13 bus..1.1 Data Sstem Dstrbus Radal 13 bus Data yang dgunaan untu pengujan sstem dstrbus radal tga fasa tasembang berdasaran jurnal EEE 13 bus [15] yang telah dmodfas dmana untu pengujan data dlauan mula dar bus onfguras 671. Untu data mpedans saluran

4 No. 29 ol.2 Thn. X Aprl 2008 SSN: dberan dalam bentu tga fasa sesua dengan persamaan (2.5 ) yang sebelumnya telah dredus ron menjad matr 3 x 3 dengan satuan ohm /ml..1.2 Hasl dan Pembahasan Sstem Dstrbus 13 Bus Tegangan dasar untu dstrbus 13 bus dambl dar data gardu sebesar,16 K hubungan bntang dtanahan, sedangan untu data KA dasar adalah 5000 KA. Untu perhtungan sstem dstrbus tga fasa tasembang n dmula pada cabang 671 dengan menganggap tt n sebaga bus ayun. Hal n dlauan arena pada pembuatan program tda memperhtungan pengatur tegangan dan pemaaan transformator sehngga untu tegangan dan sudut pada slac bus dambl dar hasl jurnal EEE 13-bus pada cabang 671. modfas sstem n sendr terdr dar 7-bus (evalen dengan 16-bus) dmana bus terdr dar rangaan dan beban tga fasa, 1 bus untu rangaan dan beban dua fasa serta 2 bus untu rangaan dan beban satu fasa, sedangan pemasangan apastor shunt sendr terdapat pada bus 611 dan 675. Hasl tegangan dan sudut dengan metode pendeatan langsung dalam nla per unt dapat dlhat pada tabel.9 berut. Tabel-.1 Perbandngan hasl tegangan dan sudut antara metode langsung dengan jurnal EEE 13-bus Bus No Fasa Metode Langsung Jurnal EEE (pu) Δ (deg) (pu) δ (deg) 671 A 0,9900-5,30 0,9900-5, B 1, ,3 1, ,3 671 C 0, ,02 0, , A 0,9900-5,30 0,9900-5, B 1, ,3 1, ,3 680 C 0, ,02 0, ,02 68 A 0,9880-5,32 0,9881-5,32 68 C 0, ,91 0, , A 0,9822-5,2 0,9825-5, C 0, ,76 0, , A 0,9900-5,30 0,9900-5, B 1, ,3 1, ,3 692 C 0, ,02 0, , A 0,9837-5,56 0,9835-5, B 1, ,50 1, , C 0, ,02 0, ,03 Dar hasl tersebut dapat dlhat perbandngan antara hasl yang dperoleh dar program metode pendeatan langsung dan hasl dar jurnal EEE sstem 13-bus, besar tegangan dan sudut fasa sudah sesua sehngga mplementas program yang dlauan untu metode langsung n dapat danggap benar dan dapat dgunaan untu memecahan solus alran daya untu sstem dstrbus radal tga fasa tda sembang..2 Stud Alran Daya Tga Fasa Feeder Bawan- Pasaman Data sstem dstrbus radal pada stud alran daya n menggunaan Obje stud asus feeder Bawan, dmana feeder n terleta antara GH Knal dan GH L. Basung yang d-supply dar sstem Sumbar-Rau (gambar ). Pada feeder Bawan terdapat banya trafo dstrbus yang melayan beban perumahan dsepanjang salurannya arena tu untu mempermudah dalam perhtungan panjang saluan maa beban tersebut danggap terpusat pada beberapa tt beban yatu: Koja Knal, Ar Meruap Knal, P. Batu Knal, dan Pdg. Gantng, dmana untu data panjang saluran n emudan dbag lag berdasaran data beban pada tap trafo dstrbusnya. Tabel-.2 Data beban feeder Bawan Pasaman No Gardu Ph-1 Ph-1 Ph-2 Ph-2 Ph-3 Ph-3 W Ar W Ar W Ar 16 8,1 6,30 8,52 6,39 8,29 6, ,28 0,96 2,61 1,95 1,9 1, ,88 2,91,22 3,17 3,69 2, ,31 5,8 7,87 5,90 6,92 5,19 0,38 3,28,20 3,15 5,12 3,8 1 6,37,77 5,91,3 6,72 5,0 5,35 3,26,95 3,71 3,60 2,70 6 0,88 0,66 1,10 0,83 0,97 0,73 7 2,19 1,6 2,50 1,87 2,19 1,6 8 1,82 1,36 3,0 2,28 2,22 1,66 9 3,16 2,37 2,30 1,72 2,01 1, ,2 2,1 2,9 2,20 2,80 2, ,71,28 5,68,26 5,1 3, ,98 1,8 1,5 1,15 2,00 1, ,2 2,3,00 3,00 2,97 2, ,60 5,70 7,6 5,73 8,0 6, ,68 8,76 12,73 9,55 10,89 8,15 18,60 3,5 5,36,02,85 3,6 21,06 3,0,01 3,00,3 3, ,8 2,61,99 3,7,13 3, ,56 7,92 9,77 7,33 9,28 6,96 2 7,3 5,57 7,88 5,91 8,79 6,59 3 5,59,6 7,3 5,50 7,2 5,56 3 1,93 1,5 1,26 0,9 1,32 0, ,01 6,76 11,12 8,3 0,00 0, ,9 1,12 1,29 0,97 1,76 1, ,0 2,55 3,71 2,78,03 3, ,83 7,37 10,50 7,87 10,18 7,6 12 9,56 7,17 9,3 7,07 8,29 6, ,93 8,19 10,17 7,62 11,06 8,29 20,1 3,31,85 3,63 5,03 3, ,02 8,27 9,96 7,7 10,81 8, ,52 7,1 8,39 6,29 9,6 7, ,25 9,18 11,76 8,82 13,0 9,78 27,28,29,30 2,5 18,39 18,39 1,20 29,39 22,0 1 17,7 13,30 18,28 13,71 18,18 13,6 TenA 63

5 No. 29 ol.2 Thn. X Aprl 2008 SSN: Gambar- Jara tap pencabangan feeder Bawan Tabel.3 Hasl Perhtungan Alran Daya 3 Fasa Metoda Langsung Pada Feeder Bawan (Pasaman) δ (pu) δ (deg) (pu) δ (deg) (pu) (deg) No. Gardu Beban Phasa a Phasa b Phasa c GH. L Basung Padang Sawah Knal Padang Sawah Knal Padang Pala Knal Padang Gantng Knal Lubu Panjang Knal Kampung anau Knal Malampah Knal Malampah Knal Part Batu Knal Part Batu Knal Part Batu Knal Part Batu Knal Batang Tmah Knal Padang Kuranj Knal Kapundung Knal Padang Kado Knal Base camp Knal Smp. Panco Knal Koto Padang Knal Koto Padang Knal SD Duran Kgn Knal Duran Klangan Knal Kaja Smaruo Knal Ar Meraup Knal Ar Meraup Knal Ar Meraup Knal Lb Kara Knal Se Bala Knal Se Bala Knal Alamanda Knal TenA 6

6 No. 29 ol.2 Thn. X Aprl 2008 SSN: Padang Canduh Knal Sarmulyo Knal Lmau Puru Tgh Knal Lmau Puru Barat Knal Sdodad Tmur Knal ,28,29,30 Koja Knal Kp. Dalam Knal n dsebaban onsumen memaa beban yang berbeda untu masng-masng fasanya.. Total rug-rug saluran yang dperoleh dar stud asus feeder Bawan n adalah sebesar 60,8712 KW dan 3,0681 KAR dmana fator n dpengaruh oleh jauhnya jara penyaluran energ lstr. 5. Total daya atf dan reatf yang harus dnjesan pada G.H Lubu Basung adalah sebesar 777,575 KW dan 581,013 KAR Penghantar yang dgunaan adalah Kawat AAAC 70 mm 2 dengan data sebaga berut : r : 0,37 Ω/ x : 0,309 Ω/m cos φ : 0,8 GMR : 0,0026m d ST : 0,8 m d RS : 0,8 m d RT : 1,6 m Untu data saluran dberan dalam bentu mpedans ser (ohm/m) dmana untu sstem tga fasa elemen matr mpedans fasa dapat dhtung sesua dengan persamaan Carson dan Lews..3 Hasl dan Pembahasan Sstem Dstrbus Feeder Bawan Dalam analsa alran daya sstem dstrbus obje stud asus feeder Bawan (Pasaman) n data saluran yang ddapat adalah data dalam nla ohm/m. Untu pengujan program n menggunaan nput dalam nla per unt dengan tegangan dasar 220 ( L L ) dan KA dasar 5000 KA. Data beban yang dgunaan tersebut terpusat pada beberapa tt beban yang dambl dar data beban trafo dstrbus tegangan rendah 380/220. Dar data Beban dan data saluran tersebut ddapat besar tegangan dan sudut dalam nla per unt sepert tampa pada tabel.3. Berdasaran tabel.3 pada sstem dstrbus feeder Bawan dbawah dperoleh besar tegangan ss terma yang tda sembang untu masng-masng fasanya, hal n dsebaban arena pada sstem dstrbus, beban yang dpaa tap onsumen adalah beban satu fasa sedangan pemaaan beban tda sama untu masng-masng onsumen sehngga hal n menyebaban terjadnya etdasembangan beban pada sstem dstrbus.. PENUTUP 5.1 Kesmpulan Dar hasl peneltan Tugas ahr n dapat dambl beberapa esmpulan sebaga berut : 1. Stud alran daya metode langsung berdasaran topolog jarngan n dapat dgunaan untu sstem dstrbus radal tga fasa sembang. 2. Metode langsung berdasaran topolog jarngan dapat dgunaan untu sstem dstrbus radal tga fasa tda sembang dengan solus yang lebh eonoms, ooh serta efsen. 3. Pada sstem dstrbus feeder Bawan dperoleh besar tegangan ss terma yang tda sembang untu masng-masng fasanya, hal 5.2. Saran 1. Dalam pembuatan program berdasaran metode langsung pendeatan topolog jarngan n hanya dbatas pada sstem dstrbus radal saja. Dalam pengembangan peneltan selanjutnya dapat dlauan pembuatan program untu eadaan dstrbus te lne. 2. Dalam pembuatan program n tda melbatan pemodelan sstem untu eadaan penggunaan trafo dan pengatur tegangan. Untu tu pada peneltan selanjutnya dapat dembangan dengan menyertaan pemodelan trafo dan pengatur tegangan DAFTAR PUSTAKA [1] Teng. Jen-Hao, A Networ-Topology Based Three Phase Load Flow For Dstrbuton System, EEE Trans. Power Delvery, vol. 2, pp , Desember, [2] Teng. Jen-Hao, Drect Approach For Dstrbuton System Load Flow Soluton, EEE Trans. Power Delvery, vol. 18, pp , Jul, [3] Pabla. A.S dan Had. Abdul, Sstem Dstrbus Daya Lstr, Erlangga, Jaarta, 199. [] Stevenson. Wllam D.Jr and Granger. J. John, Power System Analyss, McGraw-Hll. nc, New Yor, 199. [5] Satra. Ded, Stud Pre-Elmnas Jatuh Tegangan dan Rug-Rug Saluran Feeder Selatan, Tugas Ahr, Unverstas Andalas, Padang, [6] Lasono. Heru Dbyo, Perbandngan Metode Newton Rapson dan Metode Fast Decouple Pada Analss alran Daya, Tugas Ahr, Unverstas Andalas, Padang, [7] H.M. Mo, S. Elangovan, M.M.A. Salama, Cao Longjan, Power Flow Analyss for Balanced and Unbalanced Radal Dstrbuton Systems, 199. TenA 65

7 No. 29 ol.2 Thn. X Aprl 2008 SSN: [8] Kerstng. W. M, Dstrbuton Feeder Lne Models, EEE Trans. ndustry Applcatons, vol. 31, Jul/Agust, [9] mmerman. R. D, Networ Reconfguraton For Loss Reducton n Three-Phase Power Dstrbuton System, A Thess Presented to The Faculty of the Graduate School Cornell Unversty, [10] mmerman. R. D, Comprehensve Dstrbuton Power Flow : Modelng, Formulaton, Soluton, Algorthms And Analyss, Dssertaton Presented to The Faculty of the Graduate School Cornell Unversty, [11] mmerman. R. D. dan H. D. Chang, Fast Decoupled Power Flow for Unbalanced Radal Dstrbuton System, EEE Wnter Meetng, WM PWRS, New Yor, [12] S. Chandramohan, R.P. Kumudn Dev, dan Bala enatesh, Radal System Reconfguraton to Mnmze Operatng Cost n Maret, nternatonal Journal of Emergng Electrc Power Systems, volume 8, [13] Puar Mahat, Optmal Placement of Wnd Turbne DG n Prmary Dstrbuton System for Real Loss Reducton, Asan nsttute of Technology, Thaland [1] Sabrn. Taufq, Penggunaan Kurva -Q Dengan P- Dalam Analss Kestablan Tegangan Untu Menentuan Jens Kompensas Stats, Tugas Ahr, Unverstas Andalas, Padang, [15] Kerstng. W. M, Radal Dstrbuton Test Feeders, EEE Trans. On Power System, 6, [16] html TenA 66