Analisis Pembebanan Ekonomis pada Jaringan 500 kv Jawa Bali Menggunakan Software PowerWorld

Transkripsi

1 JURAL TEKIK ITS Vol. 1, o. 1 (Sept. 2012) ISS: B-53 Analss embebanan Ekonoms pada Jarngan 500 kv Jawa Bal Menggunakan Software owerworld Badru T. Arozaq, Rony S. Wbowo, danontoseno enangsang Jurusan Teknk Elektro, Fakultas Teknolog Industr, Insttut Teknolog Sepuluh opember (ITS) Jl. Aref Rahman Hakm, Surabaya E-mal: ronyseto@ee.ts.ac.d, ontosenop@ee.ts.ac.d Abstrak ada jarngan 500 kv Jawa Bal, T. L (ersero) 3B menentukan kombnas pembangkt yang akan beroperas pada setap level beban tertentu. Oleh karena tu, Economc Dspatch(ED) atau pembagan pembebanan secara ekonoms dlakukan untuk menghaslkan pembebanan pembangkt yang optmal. amun, hasl dar Economc Dspatch tersebut belum tentu dapat memenuh batasan sstem sepert batasan pembaktan generator dan batasan saluran. Untuk tu, Optmal ower Flow(OF) perlu dlakukan dalam rangka pembagan pembebanan secara ekonoms, sekalgus memenuh batasanbatasan sstem. ada tugas akhr n, perhtungan pembagan pembebanan pembangkt dlakukan dengan menggunakan software owerworld. Software n memlk keunggulan dalam teknk analss, nteraktf, dan dserta dengan grafk, sehngga mempermudah pembaca dalam memaham nformas yang dberkan. Dar hasl pengujan, terbukt bahwa pada keadaan normaled dan OFdalam penggunaansoftware owerworld, menghaslkan nla yang sama yatu sebesar ,94. Tetap pada saat terjad pelanggaran batas saluran transms, hasl smulas ED lebh murah yatu sebesar ,06 sedangkan haslof sebesar ,50. Kata Kunc Economc Dspatch, Optmal ower Flow, owerworld. I. EDAHULUA ADA jarngan tenaga lstrk, pusat pembangkt tenaga lstrk membangktkan daya lstrk. Kemudan, daya lstrk tersebut dkrm melalu jarngan transms dan ddstrbuskan ke berbaga macam beban lstrk. Beban-beban lstrk tersebut mengkonsums daya lstrk selama daya lstrk dbangktkan oleh pembangkt. engaturanpembaktan dlakukan agar proses pengrman daya dapat berjalan lancar.engaturanpembangktan dlakukan untuk memperoleh baya pembangktan yang semnmal mungkn. Economc Dspatch (ED) merupakan pengaturan pembangktan dengan memnmalkan baya pembangktan. EDmempunya kekurangan yatu mengabakan batasan yang dakbatkan oleh kemampuan peralatan dalam sstem transms. Setap saluran transms maupun transformer memlk batasan jumlah daya yang bsa dkrm melewatnya, batasan tersebut tmbul karena suhu. Secara tradsonal, sstem transms drancang sedemkan rupa sehngga saat pengaturan pembangktan ekonoms tdak akan terdapat pelanggaran batasan. Karena, sudah cukup hanya untuk mengatur pembangktan secara ekonoms. amun, serng dengan kecenderungan ke arah deregulas dar ndustr pembangkt lstrk d seluruh duna, sstem transms menjad terbatas. Solus dar masalah pengoptmalan pembangktan untuk memaksa saluran transms adalah mengkombnaskan ED dengan ower Flow yang dsebut Optmal owerflow[1]. Software owerworld dgunakan untuk menggambarkan konds nyata dar jarngan tenaga lstrk. Software n mampu menyajkan data dan smulas dserta dengan anmas yang nteraktf sehngga dapat memberkan nformas dengan jelas[2]. Tujuan dar tugas akhr n adalah untuk mengetahu pembebanan ekonoms dan alran daya optmal dengan memperhatkan batasan pembangktan generator dan batasan saluran transms dalam suatu jarngan. II. EMBAGIA EMBEBAA EMBAGKIT A. Economc Dspatch Karakterstk baya bahan bakar setap unt pembangkt drepresentaskan dengan persamaan kuadrat. Tujuan dar permasalahan Economc Dspatch adalah untuk memnmalsas baya bahan bakar[3]. mn F T mn F( ) mn α 1 1 β γ 2 = ndeks unt yang doptmas F( ) = fungs baya nput-output unt (R/jam) = daya yang dbangktkan unt α,β,γ = koefsen baya unt =jumlah unt yang doptmas 1) Rug-rug Transms Dabakan (1) Sstem yang dtunjukkan pada gambar d bawah memlk unt pembangkt termal yang terhubung pada satu bus bar yang menyupla beban lstrk load ( D ). Input untuk tap unt dnyatakan sebaga F yang merepresentaskan baya dar unt tersebut[4]. Output dar tap unt adalah daya lstrk yang dbangktkan oleh unt yang bersangkutan. Sehngga baya total dar sstem adalah jumlah dar baya setap unt pembangkt. Batasan yang pentng dalam operas sstem n adalah jumlah daya output harus sama dengan kebutuhan daya beban.

2 JURAL TEKIK ITS Vol. 1, o. 1 (Sept. 2012) ISS: B-54 max dan mn, batasan ketdaksamaan d atas dapat dperluas menjad: F Untuk, mn < <, max F F Untuk =, max (9) Untuk =, mn Gambar 1. unt pembangkt termalmelayan beban D Secara matemats, masalah n dapat dnyatakan sebaga berkut. F T = F 1 + F 2 + F 3 + F F F F T 1 D 1 0 F T merupakan fungs obyektf yang besarnya sama dengan total baya untuk menanggung beban. Masalahnya adalah bagamana cara untuk memnmalkan F T dar batasan yang merupakan jumlah daya terbangkt samadenganbeban yang dterma. ersamaan Lagrange: L F (4) T F D (5) 1 1 ersamaan Lagrange tersebut merupakan fungs dar output pembangkt, keadaan optmum dapat dperoleh dengan operas gradent dar persamaan Lagrange sama dengan nol. δl δf ( ) λ 0 (6) δ δ δf 0 δ ersamaan n menunjukkan bahwa konds optmum dapat dcapa bla ncremental fuel cost setap pembangkt adalah sama. Konds optmum tersebut tentunya dperlukan persamaan pembatas ( constrant) yatu daya output dar setap unt pembangkt harus lebh besar atau sama dengan daya output mnmum dan lebh kecl atau sama dengan daya output maksmum yang djnkan. Dar buah pembangkt dalam sstem tenaga d atas dan beban sstem sebesar load, dan dar uraan d atas dapat dsmpulkan persamaan yang dgunakan untuk penyelesaan Economc Dspatch adalah: F ada buah persaman, mn, max 1 load ada 2 buah ketdaksamaan ada 1 buah constrant (2) (3) (7) (8) Jka hasl yang dperoleh ada yang keluar dar batasan 2) Mempertmbangkan Rug-rug Transms Gambar 2. Unt embangkt Melayan Beban D Melalu Transms Gambar 2 menunjukkan sstem pembangktan tenaga lstrk termal yang terhubung dengan bus beban melalu jarngan transms. Secara matemats, permasalahan tersebut dapat dtulskan dalam fungs objektf yang dnyatakan dalam F T yang besarnya sama dengan total baya yang mensupla beban dan rug dalam transms[4]. load loss 0 (10) 1 Dar persamaan d atas, maka persamaan Lagrange dapat dtulskan sebaga berkut: L FT λ (11) L F L λ1 0 df L λ d (12) (13) B. Alran Daya Optmal (Optmal ower Flow/OF) 1) Fungs Objektf/Tujuan Dalam analss alran daya optmal, tujuan utama adalah untuk memnmal baya pembangktan pada sstem tenaga. ada OF, saat beban rngan, pembangkt termurah selalu menjad plhan pertama. Jka beban nak, generator yang lebh mahal yang kemudan akan dmasukkan. Jad baya pembangktan sangat pentng dalam penyelesaan OF[5]. 2) Varabel Kontrol Varabel Kontrol pada masalah alran daya optmal merupakan kuanttas yang nlanya bsa dsesuakan secara langsung untuk membantu memnmalkan fungs tujuan dan memenuh batasan-batasan. Varabel kontrol dapat berupa:

3 JURAL TEKIK ITS Vol. 1, o. 1 (Sept. 2012) ISS: B-55 a) Daya aktf generator b) Daya reaktf generator c) Raso tap trafo d) Tegangan bus generator 3) Varabel Dependent Varable n merupakan varabel OF yang tdak dkontrol. Semua jens yang termasuk dar varabel dependent adalah varabel bebas, tanpa batasan, untuk mengambl sebuah nla dalam penyelesaan masalah. Varabel dependent utama adalah besar tegangan dan sudut kompleks bus. 4) Equalty Constrants Equalty Constrants dar OF menggambarkan fsk dar sstem tenaga sepert halnya set pont tegangan yang dngnkan pada seluruh sstem. Fsk dar sstem tenaga adalah memaksa persamaan alran daya yang melalu sstem yang mengharuskan bahwa njeks jarngan dar daya aktf dan reaktf pada setap bus jumlahnya nol. Hal n dapat dcapa dengan analss daya aktf dan reaktf[6]: g - d Q Q b VVj j1 g b j1 - Q G d j V Vj G j cos sn j B sn j j j B cos j = 1,2,..., b ; dmana: & Q = njeksdaya aktf dan reaktf d bus ; g & Q g = daya aktf dan reaktf pembangkt d bus ; d & Q d = beban aktf dan reaktf d bus ; V &δ = magntude dan sudut tegangan d bus ; Y j : G j +B j = elemen dar ke -j dar Y-bus matrks; 5) Inequalty Constrants Komponen dan peralatan sstem tenaga memlk batasan operas dan batas n dbuat untuk batasan keamanan. Sehngga fungs objektf yang dapat dmnmalkan dengan memelhara komponen jarngan dengan memperhatkan batasbatas keamanan[5]. Batasan daya : mn g g max g (16) Q mn g Q g Q max g (17) dmana: mn g & Q mn g =batas mnmum daya generator d bus ; max g & Q max g =batas maksmum daya generator d bus ; Batasan saluran : Besarnya alran daya setap saluran transms tdak bsa malampau batasan kapastasnya menyangkut bahan dan lngkungan, dapat ddeskrpskan sebaga berkut[7] : L j L max j j = 1,..., L j (14) (15) (18) III. EMBAGIA EMBEBAAMEGGUAKA OWERWORLD SIMULATOR A. Economc Dspatch control Output setap generator akan datur sedemkan rupa sehngga sstem dalam keadaan pembebanan yang ekonoms, tergantung pada nformas baya yang telah dmasukkan ke generator. Data baya pembangktan umumnya tdak dsertakan dalam data standar load flow. Jka tdak ada data baya yang realsts pada generator, fungs algortma Economc Dspatch tdak dapat dgunakan. Data baya dapat dperoleh dar sumber lan dan dmasukkan ke dalam case pada smulator, bak dengan cara manual ataupun melalu fungs yang terdapat pada Smulator Auxlary Fles[2]. Dengan Economc Dspatch (ED) Control, smulatorakan mengubah output generator yang ada secara ekonoms sehngga baya operas pada suatu area akan dperkecl. ED control dapat mengetahu generator mana yang lebh murah dar generator lannya dan sebsa mungkn penggunaan generator yang lebh mahal djadkan plhan palng akhr. Dalam Economc Dspatch, kta harus mengetahu seberapa besar baya yang dkeluarkan untuk membangktkan 1 MW atau lebh pada generator tertentu. Baya n basa dsebut ncremental or margnal cost. Contohnya, untuk model kurva kuadrat, ncremental cost setap generator dmodelkan dalam persamaan[2]: λ = IC (g ) = (b + 2c g + 3d (g ) 2 )* fuel cost Gambar dar IC (g ) sebaga fungs g dsebut sebaga kurva ncremental cost. Economc dspatch pada suatu sstem akan terjad jka ncremental cost semua generator ( λ ) besarnya sama. la n dsebut λ (lambda) atau ncremental cost sstem. Lambda sangat pentng dalam upaya untuk menentukan apakah suatu area harus membel daya atau menjualnya. Sebaga contoh, jka suatu area bsa membel daya karena lebh murah dar membangktkan sendr, akan lebh bak membel daya dar area lannya. B. Optmal ower Flow (OF) control (19) OF control hampr sama dengan ED control yatu pembagan pembangktan agar menghaslkan baya palng mnmum. Fungs tambahan pada OF adalah untuk memnmalkan baya sekalgus dengan memenuh batasan saluran, trafo, dan batasan lannya. Fungs tambahan n juga tdak akan beguna tanpa nformas baya yang realsts pada generator[2]. OF control juga tergantung pada kurva baya untuk melakukan optmas alran daya secara ekonoms. amun sesua aturan OF yatu menggunakan kurva lner dalam algortma penyelesaan. Tdak menutup kemungknan bla memasukkan nformas baya sebaga fungs kuadrat. Sebalknya, aturan OFpadasmulatormemungknkan untuk memsahkan kurva kuadrat menjad kurva lner dalam algortma OF. Dalam modus standar, smulatormenyelesakan persamaan alran daya menggunakan algortma alran daya ewton- Raphson. Tap serng dengan perbakan dalam alran daya

4 JURAL TEKIK ITS Vol. 1, o. 1 (Sept. 2012) ISS: B-56 optmal, smulatorjuga dapat menyelesakan persamaan alran daya menggunakan OF. Khususnya, smulatorof menggunakan mplementas OFLnear rogrammng (L). Semua perntah dan plhan OF dapat dakses melalu L OFpada menu utama. erntah lan dalam menu n dgunakan untuk menentukan plhan nput, melhat hasl, dan menympan/mengambl data OF tertentu ke dalam bentuk Auxlary Fle. Tujuan OF adalah untuk memnmalkan fungs tujuan (baya) dengan mengubah kontrol sstem yang berbeda sekalgus mempertmbangkan nla batasan equalty dan nequalty yang dgunakan dalam pemodelan batasan kesembangan daya dan berbaga batasan operas. Dalam Smulator, LOF menentukan solus yang optmal dengan teras antara menyelesakan alran daya standar dan kemudan menyelesaan Lnear rogrammng sehngga mengubah kontrol sstem untuk menghapus setap pelanggaran yang terjad. IV. SIMULASI DA AALISIS A. SmulasEconomc dspatch Smulas dlakukan pada pembangkt d Jarngan 500 kv Jawa Bal dengan jumlah unt pembangkt yang beroperas adalah delapan unt dan total beban pada saat beban puncak sebesar ,00 MW, dengan losses saluran dperhtungkan[8]. Tabel 1. Hasl smulas 1ED menggunakan owerworld embangktan Losses Cost Suralaya 2.792, , ,24 Muaratawar 1.040, , ,26 Crata 1.008,00 488,00 604,80 Sagulng 700,00 440,00 385,00 Tanjungjat 1.220,00 371, ,48 Gresk 238,00 660, ,58 aton 3.254,00 657, ,34 Grat 150,00 447, ,20 Total , ,70 120, , ,88 Gambar 3. Smulas 1 ED Tabel 2. Hasl smulas 1OF menggunakan owerworld embangktan Losses Cost Suralaya 2.792, , ,32 Muaratawar 1.040, , ,26 Crata 1.008,00 488,00 604,80 Sagulng 700,00 40,00 385,00 Tanjungjat 1.220,00 371, ,48 Gresk 238,00 660, ,58 aton 3.254,00 657, ,34 Grat 150,00 447, ,20 Total , ,70 120, , ,88 Gambar 4. Smulas 1 OF

5 JURAL TEKIK ITS Vol. 1, o. 1 (Sept. 2012) ISS: B-57 Dar tabel 1 dan 2 dapat dlhat bahwa hasl kedua smulas bak Economc Dspatch (ED) maupun Optmal ower Flow (OF) memlk hasl yang sama, yatu baya sebesar ,94 dan losses sebesar120,1 MW. Hal n dkarenakan tdak terjad pelanggaran terhadap batasan saluran yang adadalam smulas. B. Smulas dengan membuka salah satu saluran Smulas ketga dlakukan pemutusan salah satu crcut breaker pada saluran antara bus 1 (Suralaya) dan 2 (Clegon). Dar smulas yang telah dlakukan, dperoleh hasl sebaga berkut: Gambar 7. Kurva ncremental cost ED Gambar 5. Smulas 2 ED Tabel 3. Hasl smulas 2 ED menggunakan owerworld embangktan Losses Cost Suralaya 2.838,63 958, ,54 Muaratawar 1.040, , ,26 Crata 1.008,00 488,00 604,80 Sagulng 700,00 440,00 385,00 Tanjungjat 1.220,00 409, ,48 Gresk 238,00 660, ,58 aton 3.254,00 682, ,34 Grat 150,00 471, ,20 Total , ,41 166, , ,19 Gambar 6. Smulas 2 OF Tabel 4. Hasl Smulas 2 OF menggunakan owerworld embangktan Losses Cost Suralaya 1.501, , ,42 Muaratawar 1.447, , ,06 Crata 1008,00 488,00 604,80 Sagulng 700,00 440,00 385,00 Tanjungjat 1.220,00 641, ,48 Gresk 1.050,00 660, ,40 aton 3.254,00 909, ,34 Grat 331,63 557, ,00 Total , ,50 230, , ,50

6 JURAL TEKIK ITS Vol. 1, o. 1 (Sept. 2012) ISS: B-58 [8] Wdodo, Hendro Agus, Optmal ower Flow Berbass Improved artcle Swarm Optmzaton (Ipso) Dengan Mempertmbangkan Clusterng Beban, Tess,Jurusan Teknk Elektro FTI-ITSSurabaya, (2011). Gambar 8. Kurva ncremental cost OF Tabel3 dan 4 menunjukkanhaslsmulas Jarngan 500 kv dengan membuka salah satu saluran, yatu saluran antara bus 1 (Suralaya) dan 2 (Clegon), perhtungan ED dbandngkan dengan OF. Hasl smulas dapat dsmpulkan bahwa perhtungan total baya dengan menggunakan ED menunjukkan hasl baya yang lebh murah yatu sebesar ,06 sedangkan pada OF sebesar ,50. V. KESIMULA ada keadaan normal, Economc Dspatch dan Optmal ower Flow menggunakan software owerworld menghaslkan nla baya yang sama. Keadaan normal dartkan tdak terdapat pelanggaran terhadap batas kemampuan saluran transms. amun, pada saat terjad pelanggaran batas saluran transms, hasl pada Economc Dspatch lebh murah dar hasl Optmal ower Flow. Hal n karena pada Economc Dspatch, batasan saluran transms tdak dperhatkan sehngga pembangkt yang termurah bsa doptmalkan dan daya yang melewat salurandapat lebh besar dar batas kemampuannya.dalam praktknya, hal n akan mengakbatkan kemungknan kerusakan pada saluran transms sehngga akan menambah baya operas dan pemelharaan. Sedangkan hasl Optmal ower Flow lebh mahal karena memperhatkan batas kemampuan saluran sehngga pembangkt yang termurah belum tentu dapat doptmalkan. Meskpun dengan baya yang lebh mahal, keamanan saluran transms akan terjamn. DAFTAR USTAKA [1] Glover,J. D., SarmaM.danOverbye, Thomas J., ower System Analyss & Desgn, 5nd Edton", Global Engneerng, Unted States, (2008). [2] Ebook, owerworld Smulator User s Gude Verson 12 [3] Hemamaln, S. dan Smon, Sshaj, Economc Load Dspatch Wth Valve-ont Effect Usng Artfcal Bee Colony Algorthm, atonal Systems Conference, Vol. XXXII, Desember, (2008). [4] Allen, J.W. dan Bruce, F.W., ower Generaton, Operaton, and Control, John Wley & Sons Inc., Canada, (1996). [5] Kaur, H., Brar, Y.S., Sngh, Jaswnder Randhawa, Optmal ower Flow Usng ower World Smulator, IEEE Electrcal ower & Energy Conference, Vol /10, Inda, (2010). [6] Verma, K. S., dan Gupta, H. O. Impact on Real and Reactve ower rcng n Open ower Market Usng Unfed ower Flow Controller IEEETransactons On ower Systems, Vol. 21, o. 1, (2006). [7] Kuo, Cheng-Chen, A ovel Codng Scheme for ractcal Economc Dspatch by Modfed artcle Swarm Approach, IEEE Transactons On ower Systems, Vol. 23, o. 4, ovember, (2008).