OPTIMASI OPERASI SISTEM KELISTRIKAN LOMBOK DENGAN ALIRAN DAYA OPTIMAL METODE MINOPF

Transkripsi

1 Optmas Operas Sstem Kelstrkan Ar Nrartha, Agung BM OPTIMASI OPERASI SISTEM KELISTRIKAN LOMBOK DENGAN ALIRAN DAYA OPTIMAL METODE MINOPF I Made Ar Nrartha *, nrartha@yahoo.com Agung Bud Muljono **, agungbm@yahoo.com *, ** Staf Pengajar Jurusan Teknk Elektro, Fakultas Teknk, Unverstas Mataram Jl. Majapaht No. Mataram, Telp Intsar Sstem Kelstrkan Lombok hampr 99, % menggunakan desel sebaga pembangkt utama. Harga solar yang kan menngkat mengharuskan phak perusahan (PT. PLN) lebh mengoptmalkan operas sstem khususnya pada ss pembangkt. Peneltan n mengusulkan optmas operas dengan alran daya optmal metoda MINOPF. Metoda n merupakan salah satu algortma alran daya optmal dengan memperhatkan kekangan pada ss pembangkt, dstrbus dan level tegangan pelayanan pada ss beban. Hasl peneltan menunjukkan operas optmal dapat dcapa dengan metoda n yatu penghematan baya operas sebesar 7,79 %, perbakan kualtas tegangan sebesar,7 %, dan penurunan rug daya sebesar,7 % dbandngkan dengan pola operas pada beban puncak dan beban rendah yang telah dlaksanakan oleh PLN. Abstract Almost nnety-nne pont fve percent of Lombok Electrcal power system generaton use desel machne as the man power plant prme mover. As the desel fuel prce s rsng, the power system company have to optmse ther power system operaton n order to gan effcency, especally n the generaton system. Ths research s meant to propose optmse the Lombok electrcal power system operaton usng MINOPF method. Ths method s one of the methods to optmze the power flow system whch concern about the constrants on the generaton, dstrbuton system and about the loads voltage level. The result show ths method can optmse the Lombok electrcal power system operaton, whch s reach by decreasng the operaton cost about 7,79 %, mprovng the voltage qualty about,7 % and decreasng power loss about,7 % compared wth result on the operaton pattern usually use by electrcal power company (PLN) durng peak and lght loads. Key words : OPF, Input-Output Characterstc of Generator, MINOPF Method. PENDAHULUAN Awal tahun 00 pemerntah Indonesa dhadapkan pada krss energ yang mendorong pemerntah menakkan harga bahan-bakar mnyak yang hampr 00 % dar dar harga semula. Krss energ n dakbatkan dar krss energ duna dengan nakknya harga mnyak duna sampa pada level ± $70/barrel. Sstem Kelstrkan Lombok adalah sstem kelstrkan berdr sendr mlk PT. PLN (Persero) yang melayan Sstem Lombok. Sstem Lombok hampr 99, persen dlayan oleh pembangkt desel (PLTD). PLTD merupakan pembangkt yang memprodusk lstrk dengan bahan bakar mnyak solar. Sejak kenakan harga mnyak yang tdak dmbang dengan kenakkan harga dasar lstrk mengharuskan phak PT. PLN (Persero) Sektor Lombok lebh mengefsenskan pembangktannya. Optmas operas sstem tenaga lstrk merupakan salah satu cara untuk mendapatkan operas yang efsen dar sstem pembangkt. Optmas operas n dapat dlakukan dengan menggunakan alran daya optmal pada sstem kelstrkan. Alran daya optmal adalah alran daya yang memperhtungkan pembangktan setap unt pembangkt yang berdasarkan karakterstk nput-output masngmasng unt pembangkt, batas kemapuan daya dar sstem transms/dstrbus dan level tegangan pelayanan yang merujuk pada standar tegangan pelayanan yatu -0% sampa % dar tegangan nomnal (SPLN, 99). Pada peneltan n dusulkan penggunaan metoda MINOF untuk algortma alran daya optmal pada Sstem Kelstrkan Lombok. Metoda n merupakan metoda penyelesaan mnmsas fungs pembangktan daya aktf dan reaktf terhadap magntud tegangan dan sudut tegangan. Mnmsas fungs n memperhtungan kekangan daya pembangktan, batas penyaluran daya pada transms/dstrbus, dan level tegangan pelayanan.. TINJAUAN PUSTAKA Penggunaan alran daya optmal untuk optmas operas sstem tenaga lstrk bukan merupakan Teknolog Elektro Vol. No. Januar Jun 00 PDF created wth pdffactory Pro tral verson

2 Optmas Operas Sstem Kelstrkan Ar Nrartha, Agung BM masalah baru, tetap sudah banyak dtelt. Alran daya optmal pertama kal dusulkan oleh Carpenter, 9. Teknk penyelesaan alran daya optmal melput masalah pemrograman matemats non lnear. Pada beberapa dekade dan sampa saat n sudah dkembangkan beberapa penyelesaan-penyelesaan yang lebh efsen. Pertama-tama teknk dasar untuk penyelesaan alran daya optmal menggunakan teknk pemrograman kuadratk dengan pendekatan quas-newton, kemudan berkembang menggunakan teknk pemrograman lnear, teknk-teknk baru yang melbatkan kekangan lnear baru yang semua teknk tersebut bertujuan untuk mendapatkan hasl yang lebh akurat dalam waktu penyelesaan yang lebh sngkat (Zmmerman, 00). Weber 997, mengembangkan teknk berdasarkan algortma Newton pada penyelesaan alran daya optmal pada sstem tenaga 00 bus. Hasl yang dperoleh cukup bak dengan melbatkan kekangan pembangktan dan tap transformator. Teknk MINOPF adalah teknk perumusan alran daya optmal baru yang dkembangkan oleh Zmmerman, 00. Teknk n melbatkan penyelesaan mnmsas fungs/persamaan daya dengan melbakan kekangan pembangktan daya aktf dan reaktf, batas penyaluran daya dar transms/dstrbus dan level tegangan pelayanan.. PERUMUSAN ALIRAN DAYA OPTIMAL Perumusan alran daya optmal memlk dua permasalahan utama dar sebaga dasar penyelesaan alran daya optmal yatu :. Adanya patokan tertentu untuk penghtungan varabel kontrol yatu pernyataan mnmas/maksmas dar fungs baya.. Hubungan yang jelas dar kekangan-kekangan fungs baya tersebut. Kekangan n berhubungan dengan batas tertngg dan terendah dar pembangktan daya aktf dan daya reaktf, batas alran daya transms/dstrbus, dan level tegangan. Fungs obyektf dar alran daya optmal adalah baya total dar pembangktan daya aktf. Baya pembangktan masng-masng unt pembangkt dapat djabarkan sebaga fungs polynomal orde atau pecewse-lner. Fungs n menyetakan baya bahan bakar ($/jam) yang harus dkeluarkan untuk setap daya yang dhaslkan oleh unt pembangkt. Model dapat dtulskan sebaga berkut : ( P ) a + b P c P F = + () G P G adalah daya pembangktan dalam MW pada generator ke. Fungs obyektf untuk keseluruhan G G sstem tenaga dapat dtulskan sebaga penjumlahan dar model baya polnomal orde untuk tap setap unt pembangkt. G G f ( x) = ( a + b P + c P ) () Fungs obyektf n adalah baya pembangktan total dar sstem. Klasfkasnya kekangan untuk alran daya optmal dapat dtunjukkan sebaga berkut : Kekangan pembangktan daya aktf untuk unt pembangkt ke- : P G mn P P () G G max Kekangan pembangktan daya reaktf untuk unt pembangkt ke- : Q G mn Q Q () G G max Kekangan tegangan untuk semua bus (bus pembangkt dan bus yang dkontrol oleh tap transformers) : V mn V V () max Kekangan kemampuan hantar daya pada transms/dstrbus : T Keterangan: k mn T T () k k max T k : alran daya nyata pada saluran (k) Alran daya optmal bertujuan untuk memnmas baya pembangktan untuk beban tertentu pada sstem kelstrkan dengan tetap menjaga keamanan sstem (kesembangan daya dan dalam batas kekangan-kekangan sstem).. METODE MINOPF Perumusan alran daya AC (alternatng current) yang umum dgunakan untuk metoda MINOF dapat dtunjukkan pada perumusan berkut : x mn ( f ) (Pg ) + f(qg ) + c x,y,z y (7) z dtujukan pada : Persamaan kesehmbangan daya aktf : g p (x) = P(θ(θ, P g + P d = 0 (8) Persamaan kesehmbangan daya reaktf : g ( x) Q( θ, V ) Q + Q = 0 (9) Q = g d Teknolog Elektro Vol. No. Januar Jun 00 PDF created wth pdffactory Pro tral verson

3 Optmas Operas Sstem Kelstrkan Ar Nrartha, Agung BM Batas alran daya pada saluran, dar g sf (x) = S (θθ,v (0) f S max Batas alran daya pada saluran, ke : g (x) = S (θθ,v () st t S max Kekangan lnear umum : x l A y u () z Batas varable pembangktan dan tegangan : x x () mn x max Keterangan : θ V x = P g Qg X adalah vektor varabel optmsas standar dar alran daya optmal.. ALAT DAN BAHAN PENELITIAN Alat yang dgunakan dalam peneltan adalah seperangkat komputer Pentum III. MHz, RAM 8 kb yang dlengkap dengan software MATLAB. dan paket program yang berjalan d bawah MATLAB yatu MATPOWER Vers.0.0. MATPOWER merupakan paket program yang dkembangkan oleh Zmmerman, 00 untuk penylesaan alran daya dan alran daya optmal. Metoda terbaru pada paket n dgunakan pada peneltan yatu metoda MINOPF dan alran daya metoda Newton Rapshon untuk menghtung alran daya dar pola operas Sstem Kelstrkan Lombok pada beban puncak dan beban rendah. Software MATLAB juga dgunakan untuk menghtung baya pembangktan. Hasl perhtungan baya pembangktan dgunakan untuk membuat model baya polnomal orde yang menyatakan baya nput-output pembangktan setap unt pembangkt. Bahan peneltan dar Sstem Kelstrkan Lombok berupa data pembangktan generator, data jarngan dan data pembebanan tap penyulang. Bahan peneltan yang dgunakan dar data skunder yatu data dar pencatatan sebelumnya oleh phak PLN dan data prmer yang dperoleh secara langsung dengan pengukuran d lapangan. Dagram segars Sstem Kelstrkan Lombok yang dgunakan dtunjukkan pada Gambar berkut : Gambar Dagram segars Sstem Kelstrkan Lombok Proses peneltan melput : pengamblan data bak sekunder maupun prmer yatu data beban puncak dan beban rendah, parameter setap komponen sstem dan karakterstk setap unt pembangkt. Melakukan perhtungan SFC setap unt pembangkt, baya start up dan start down dan konstanta-konstanta polnomal dar baya nputoutput dar masng-masng pembangkt. Melakukan smulas alran daya optmal berdasarkan pola operas dan pola ekonoms pada beban puncak dan beban rendah dan membandngkannya dengan pola operas yang sudah dlakukan PLN untuk beban yan sama (beban puncak dan beban rendah). Alran daya optmal pola ekonoms yang dmaksudkan pada peneltan n adalah pola operas alran daya optmal dengan memlh unt-unt pembangkt yang palng efsen yang dprortaskan beroperas dengan asums semua konds mesn sap beropeas. Alur peneltan n dapat djabarkan pada Gambar berkut : Teknolog Elektro Vol. No. Januar Jun 00 PDF created wth pdffactory Pro tral verson

4 Optmas Operas Sstem Kelstrkan Ar Nrartha, Agung BM Start Baca komponen STL & menentukan konfguras jarngan Konds beban puncak & beban rendah - Menghtung SFC - Menghtung baya startup dan shutdown - Menentukan koefsen a,b dan c Alran daya optmal metode MINOPF : -Pola operas PLN -Pola ekonoms Hasl optmas operas SKL Stop Alran daya (PF) : -pola operas PLN Tabel Nla SFC masng-masng unt pembangkt Baya ($) Daya SFC No Merek mesn Start Shut up down kw lt/kwh CCM Sulzer ZV0/8 NIIGATA PC-V NEW SULZER ZAV0S RUSTON 8 RK C PIELSTICK PC,V NIIGATAV 7,X 0,0,0,,0,,0 0,7 9,7,,89,.800 0, ,7.00 0,.00 0, ,0.00 0, ,.00 0,0.00 0,8 00 0,08 0 0, ,0.00 0,9.00 0,7.00 0, , ,0.00 0,7 Gambar Dagram alr peneltan. HASIL DAN PEMBAHASAN Perhtungan Nla SFC Unt Pembangkt Perhtungan SFC setap unt pembangkt dasumskan untuk unt pembangkt yang memlk tpe dan merek yang sama memlk nla SFC yang sama. Sstem Kelstrkan Lombok terdapat tga pusat pembangkt yatu PLTD Ampenan, PLTD Taman dan PLTD Paok Motong dan beberapa mesn sewa d PLTD Ampenan dan PLTD Paok Motong. Perhtungan SFC untuk tap merek/tpe mesn dlakukan dengan membag antara jumlah bahan bakar dengan kwh produks yang dhaslkan pada beban tertentu. Peneltan n mengambl data kwh dan juga konsums bahan bakar tap unt selama 0 ment pada beban tertentu. Waktu yang sngkat n dgunakan karena tdak memungknkan untuk menahan keadaan beban tetap dalam waktu yang lama. Nla SFC, baya startup baya shutdown untuk masng-masng merek/tpe mesn pada PLTD Ampenan, PLTD Taman dan PLTD Paok Motong djabarkan pada Tabel Baya operas pada beban puncak Hasl optmasas operas sstem kelstrkan lombok menggunakan alran daya optmal metoda MINOF akan dbandngkan dengan pola operas yang teah dlakukan PLN pada beban puncak tanggal Desember 00 pukul.00 WITA. Pola operas PLN berdasarkan data sekender yang telah dperoleh dengan mengambl salah satu bus unt pembangkt sebaga bus referens ddapatkan alran daya dar pola operas menggunakan metoda Newton Rapshon, hasl operas pola operas yang telah dlaksanakan phak PLN djabarkan dan dbandngakan pada Tabel dengan pola operas optmal untuk jumlah unt pembangkt yang beroperas sama dan pola operas ekonoms yatu pola operas optmal dengan memprortaskan operas unt-unt pembangkt yang lebh efsen. N o Tabel Hasl smulas pada beban puncak Varabel Daya total pembangktan Baya total pembangktan Rug total Saluran Rug total Saluran Tegangan beban maksmum Tegangan beban mnmum Pola PLN Ekonoms PF OPF OPF MW 7,8 7,7 7,7 $/h.08,.,7.99,8 MW,,,7 Berdasarkan Tabel, pola operas ekonoms pada beban puncak, baya pembangktannya lebh rendah dbandngkan pola operas yang telah dlaksanakan oleh PLN dan pola operas optmal untuk pola operas yang telah dlaksanakan phak PLN. Dtnjau dar rug saluran, pada operas optmal rug saluran terendah, dbandngkan dengan pola yang lan. Rug saluran n tdak bsa dgunakan sebaga pembandng baya operas karena rug saluran sudah termasuk Teknolog Elektro Vol. No. Januar Jun 00 7 PDF created wth pdffactory Pro tral verson

5 Optmas Operas Sstem Kelstrkan Ar Nrartha, Agung BM No dalam baya pembangktan, sehngga optmas operas hanya dtentukan oleh baya pembangktan. Penghematan yang dapat dperoleh dengan menggunakan optmsas operas pola ekonoms yatu sebesar Rp..9.7,- per jam atau sebesar,7 % dar pada pola operas yang telah dlaksanakan phak PLN. Besar perbakan kualtas tegangan untuk bus dengan tegangan terendah sebesar 0.09 pu atau 7.% dar tegangan 0.90 pu menjad pu pada. Terjad penurunan rug daya dar. % menjad.77 % atau sebesar. %. Baya operas pada beban rendah Optmsas operas pada beban rendah yatu pada beban bulan Jul 00 sebesar, MW. Hasl optmsas operas dan pola operas yang telah dlaksanakan phak PLN pada beban rendah tersebut dapat dtabelkan pada Tabel berkut : Tabel Hasl smulas pada beban rendah Varabel Daya total pembangktan Baya total pembangktan Rug total saluran Rug total saluran Tegangan beban maksmum Tegangan beban mnmum MW $/h MW % Pola PLN Ekonoms PF OPF OPF,,9, 9., 8.9, ,7,9,07 bus bus Sepert pada beban puncak, pada beban rendah optmsas operas pada pola ekonoms juga menunjukkan baya operas yang palng murah dbandngan dengan pola operas yang lan. Besar penghematan yang dapat dperoleh dengan dengan optmsas operas pola ekonoms Sstem Kelstrkan Lombok adalah sebesar Rp ,- per jam atau 0,89 % dbandngkan dengan pola operas yang telah dlaksanakan oleh phak PLN pada beban yang sama. Besar perbakan kualtas tegangan untuk bus dengan tegangan terendah sebesar 0.0 pu atau.8 % dar tegangan 0.9 pu menjad 0.9 pu pada. Terjad penurunan rug daya dar.9 % menjad 0.9 % atau sebesar 0.8 %. 7. KESIMPULAN Berdasarkan optmas operas sstem kelstrkan Lombok dengan alran daya optmal metode MINOPF dapat dsmpulkan :. Optmas menghaslkan rata-rata penghematan baya operas untuk beban puncak dan beban rendah sebesar Rp. 7.9.,- perjam atau 7.79 %.. Perbakan rata-rata kualtas tegangan pada bus dengan tegangan terendah yatu adalah sebesar 0.09 pu atau.7 %.. Penurunan rata-rata rug daya sebesar.7 %. 8. DAFTAR PUSTAKA []. Beng, G.H. and Tjng, L.T, 99, Energy Management System, School of Elctrcal & Electronc Engneerng Nanyang Technolog Unversty Nanyang Avenue, Sngapure. []. Hanselmen, D. & Lttlefeld,B., 997, MATLAB Bahasa Komputas Tekns, And, Yogyakarta. []. Kelompok Pembakuan Bdang Dstrbus, 98, Kemampuan Hantar Arus Konduktor, SPLN 8, PT. PLN ( Persero) Kelstrkan Negara, Jakarta. []. Kelompok Pembakuan Bdang Transms, 99, Tegangan-Tegangan Standart, SPLN, PT. PLN ( Persero) Kelstrkan Negara, Jakarta. []. Saadat, H., 999, Power System Analyss, WCB McGraw-Hll, Mlwaukee School of Engnnerng, Sngapore. []. Sheblé, G.B.and Anwar, D., 99 Aplcaton Of Optmal Power Flow To Interchabe Brokerage Transactons, Departement of Electrcal Engneerng, Iowa State Unversty, Ames LA, USA [7]. Stevensen, W. D. Jr., 99, Analsa Sstem Tenaga Lstrk, Erlangga, Jakarta. [8]. Weber, J. D., 99, Implementaton of a Newton- Based Optmal Power Flow Into a Power System Smulaton Envronment, B.S., Unversty of Wsconsn Plattevlle. [9]. Zmmerman, R.D., Murll-Sanchez, C.E., dan Gan, D., 00, MATPOWER A MATLABTM Power System Smulaton Package User s Manual, Verson.0.0, PSERC, School of Electrcal Engneerng, Cornell Unversty, Ithaca, New York. Teknolog Elektro Vol. No. Januar Jun 00 8 PDF created wth pdffactory Pro tral verson