ANALISA ALIRAN DAYA DENGAN METODE INJEKSI ARUS PADA SISTEM DISTRIBUSI 20 KV

Transkripsi

1 ANALISA ALIRAN DAA DENGAN METODE INJEKSI ARUS PADA SISTEM DISTRIBUSI 0 K IBG Manuaba 1, Kade Amerta asa 1 Staff pengajar Teni Eletro Faultas Teni Universitas Udayana Kampus Buit Jimbaran, Bali, Staff pengajar Teni Eletro Politeni Negeri Bali Abstra Metode Injesi Arus (Current Injections Metod merupaan metode baru asil pengembangan dari metode yang digunaan untu menganalisa aliran daya. Metode Injesi Arus memilii strutur matris Jacobian yang di-update pada setiap iterasi seingga lebi cepat dalam melauan analisa aliran daya. Metode Newton dan metode Injesi Arus dibandingan dengan meliat asil analisanya. Penyulang Buit Jati, Tenganan, dan IP merupaan penyulang-penyulang yang digunaan sebagai obye analisa aliran daya. Penyulang Buit Jati, dan Penyulang Tenganan adala penyulang di Area Jaringan Bali Timur, sedangan Penyulang IP adala penyulang di Area Jaringan Bali Selatan. Dari asil analisa, metode Injesi Arus terbuti lebi cepat dan memerluan lebi sediit proses iterasi dibandingan metode. Untu asil tegangan bus, eduanya menunjuan asil yang tida berbeda jau. Dalam semua analisa yang dilauan, metode Injesi Arus lebi efisien daripada metode. Kata unci : Analisa aliran daya, metode injesi arus, jaobian. 1. PENDAHULUAN Aliran daya merupaan bagian penting dalam sistem distribusi. Sistem distribusi memilii arateristi sistem yang radial, ratio r/x yang tinggi dan beban yang tida seimbang. Hal tersebut mengaibatan onvergensi pada metode menjadi urang sempurna dan memerluan watu yang lebi lama untu iterasi arena matris Jacobian diitung empat ali di setiap bus untu setiap iterasi (Cen, Metode biasanya digunaan untu menganalisa aliran daya pada sistem transmisi. Berbeda dengan metode, metode injesi arus merupaan metode yang diembangan untu menganalisa aliran daya pada sistem distribusi. Metode Injesi Arus atau Current Injections Metod (CIM merupaan metode baru untu studi aliran daya dan merupaan pengembangan dari metode. Metode Injesi Arus memilii strutur matris Jacobian yang identi dengan matris admitansi bus dimana elemen diagonal matris tersebut di-update pada setiap iterasi dan elemen matris buan diagonalnya onstan pada setiap iterasi. Matris buan diagonal yang onstan menyebaban metode injesi arus lebi cepat dibandingan dengan metode Newton. Matris Jacobian pada metode injesi arus digunaan untu mengitung besarnya arus injesi dan rugi-rugi arus yang nantinya digunaan untu mengitung besarnya daya atif dan reatif pada masing-masing bus beserta rugi-ruginya dan juga nantinya digunaan untu mengitung tegangan pada setiap bus. Jia belum onvergen, maa tegangan asil peritungan sebelumnya digunaan embali untu mengitung matris Jacobian, arus injesi, daya atif maupun reatif dan rugi-rugi sampai onvergen (Garcia, 000. Dalam paper ini aan ditinjau bagaimana metode Injesi Arus digunaan untu menganalisa aliran daya pada beberapa penyulang 0 di Bali. Hasil analisa metode Injesi Arus ini aan dibandingan dengan asil analisa yang menggunaan metode.. DASAR TEORI.1 Aliran Daya Dengan Metode Injesi Arus ( Current Injection Metod /Cim Metode injesi arus adala metode baru asil pengembangan dari metode yang digunaan untu menyelesaian masala aliran daya pada saluran distribusi. Metode injesi arus beerja dengan cara menginjesi arus pada masing-masing bus dengan tujuan untu memperecil rugi-rugi daya pada saluran distribusi. Adapun proses injesi arus adala dengan menggunaan persamaan beriut (da Costa, 1999: I = E... (1 I = arus yang diinjesi pada setiap bus = matris Jacobian dari metode injesi arus E = Tegangan pada setiap bus Metode injesi arus memilii strutur matris Jacobian yang identi dengan matris admitansi bus dimana elemen diagonal matris tersebut di-update pada setiap iterasi dan elemen matris buan diagonalnya onstan pada setiap iterasi. Matris buan diagonal yang onstan menyebaban metode injesi arus lebi cepat dibandingan dengan metode. Beriut susunan matris Jacobian pada metode injesi arus (da Costa, 1999: Tenologi Eletro 46 ol. 8 No. 1 Januari - Juli 009

2 I I I I I I m1 r1 m r mn rn ( 11 1 n 1 ( 1 n r1 m1 1n r n r ( nn rn rn... ( Matris Jacobian untu metode injesi arus terleta pada elemen matris admitansi bus. Untu elemen matris buan diagonal, susunan matris Jacobian-nya adala (Garcia, 000 : B im Gim im... (3 Gim Bim Elemen matris buan diagonal tida mengalami perubaan selama proses iterasi. Strutur matris Jacobian untu elemen diagonal matris admitansi bus adala (Garcia, 000 : B ' G '... (4 G" B" Masing-masing elemen dari matris Jacobian untu elemen diagonal matris admitansi bus mengalami perubaan selama proses iterasi. Adapun perubaan tersebut diperliatan dari persamaan beriut (Garcia, 000 : B' B a... (5 G' G b... (6 G" G c... (7 B" B d... (8 Dengan nilai dari masing-masing a, b, c, dan d didapat dari persamaan beriut : ' ' Q ( r m r m P a... (9 4 ' ' P ( r m r m Q b... (10 c b 4... (11 d... (1 a Matris admitansi tersebut nantinya digunaan untu mengitung besarnya injesi arus yang arus diberian pada masing-masing bus (Garcia, Persamaan Untu Pq Bus Matris Jacobian pada metode injesi arus digunaan untu mengitung rugi-rugi arus pada setiap bus. Rugi-rugi arus pada bus diperliatan pada persamaan beriut (Garcia, 000 : P n jq I i Ei ( E * i1 0 (13 dengan : E P Q dengan : r P j g Q g P m l Q l ( P, ( Q - esifiasi daya atif dan reatif pada bus P g, Q g - daya atif dan reatif generator P l, i Q l i i - daya atif dan reatif beban G jb - elemen matri admitansi bus Persamaan (17 disederanaan menjadi : I ( I ( I r r r I m ( I m ( I m Seingga besarnya rugi-rugi daya atif dan reatif pada setiap bus sesuai dengan persamaan beriut : Q ( Q ( Q... (14 P ( P ( P... (15 Daya atif dan reatif yang diitung P didapat dari persamaan beriut : ( P ( I ( I (16 ( Q r r m m ( I ( I (17 r r Dari persamaan diatas, maa persamaan arus injesi bisa dirumusan sebagai beriut : r P m Q I r... (18 ( m ( r m P Q I... (19 Dengan nilai tegangan m m r ( r ( m r m.3. Koresi Tegangan Bus Koresi tegangan bus pada oordinat utub, dengan iterasi umum (+1 adala : 1 m Tenologi Eletro 47 ol. 8 No. 1 Januari - Juli 009

3 1 r r m r m m Persamaan di atas adala linearisasi dari : tan 1 m r Fitur penting pada formula Injesi Arus adala sebagian besar dari blo ( x matris Jacobian tanpa perubaan selama proses. Diagonal blo ( x, mempunyai esifi beban selain dari beban impedansi, arus di-update pada setiap iterasi (da Costa, m.4 Flowcart Metode Injesi Arus ini: Flow cart metode injesi arus seperti dibawa r 3. METODOLOGI Data-data yang digunaan bersumber dari PT PLN ( Persero Area Jaringan Bali Timur. Analisis data menggunaan program MATLAB ersi Komponen Penyulang Komponen penyulang merupaan bagian terpenting dalam melauan analisa aliran daya. Adapun omponen yang digunaan dalam melauan analisa aliran daya adala : 1. Single-line diagram penyulang. Data daya atif dan reatif pada bus beban 3. Kapasitas trafo distribusi 4. Data pengantar Bila data yang diperluan tida tersedia, maa diperluan asumsi-asumsi dengan memperatian ondisi yang ada. Tabel 1. Data Pengantar R X No Jenis Pengantar (om/m (om/m 1 Kabel tana XPLE 0,159 0,105 MTIC 150 mm 0,65 0,106 3 A3COC 150 mm 0,36 0,300 4 A3C 150 mm 0,36 0,300 5 A3C 95 mm 0,374 0,33 6 A3C 70 mm 0,503 0,341 Sumber : PT PLN (Persero Area Jaringan Bali Timur 3. Penyulang Tenganan Penyulang Tenganan adala penyulang dari Gardu Indu (GI Amlapura dengan apasitas trafo 0 MA, memilii 37 trafo distribusi dengan apasitas total 4465 A. Dengan daya atif (P = W dan daya reatif (Q = AR. Gambar 5.1 Single-line diagram penyulang Tenganan 3.3 Penyulang Buit Jati Penyulang Buit Jati adala penyulang dari Gardu Indu Gianyar trafo 0 MA, memilii 5 trafo distribusi dengan apasitas total 335 A. Dengan daya atif (P = W dan daya reatif (Q = AR. Tenologi Eletro 48 ol. 8 No. 1 Januari - Juli 009

4 Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Gambar 5. Single-line diagram penyulang Buit Jati 3.4 Penyulang IP Penyulang IP adala penyulang dari Gardu Indu Sanur dengan apasitas trafo 60 MA, dan memilii 19 trafo distribusi dengan apasitas total 9530 A. Dengan daya atif (P = W dan daya reatif (Q = AR. Gambar 5.3 Single-line diagram penyulang IP 4. ANALISA ALIRAN DAA PADA PENULANG 0 K DI BALI 4.1 Penyulang Tenganan Dengan menggunaan simulasi program. Tabel. Perbandingan Hasil Analisa Tegangan Penyulang Tenganan Bus Injesi Arus ( ( Swing bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Berdasaran tabel, dapat diliat bawa asil tegangan pada metode Injesi Arus lebi stabil dibandingan dengan asil tegangan pada metode. Metode Injesi Arus memilii tegangan terecil pada bus 1 dengan besar tegangan , dengan penurunan tegangan=,687 %. Sedangan tegangan terecil dengan metode terleta pada bus 1 dengan besar tegangan , sedangan penurunan tegangannya = 6,1 %. Untu sistem radial drop tegangan yang diijinan adala sebesar 5 % dari tegangan erja (SPLN 7, Hal ini berarti drop tegangan arus lebi ecil atau sama dengan 1 ilo volt, dan tegangan yang sesuai standar adala sama dengan atau lebi dari 19 ilo volt. Berdasaran tabel 4.11 diatas, maa tegangan pada bus 1, bus 13, bus 14, bus 15, bus 16, bus 17, bus 18, bus 19, bus 0, bus 1, bus 30, bus 31, bus 3, bus 33, bus 34, dan bus 35 pada asil analisa dengan metode berada dibawa standar yang diijinan PLN. 4. Penyulang Buit Jati Dengan menggunaan simulasi program. Hasil analisa dapat diliat pada tabel 3 beriut : Tenologi Eletro 49 ol. 8 No. 1 Januari - Juli 009

5 Tabel 3. Perbandingan Hasil Analisa Tegangan Penyulang Buit Jati 4.3 Penyulang IP Hasil analisa dapat diliat pada tabel 4 Bus Injesi Arus ( ( Tabel 4. Perbandingan Hasil Analisa Tegangan Penyulang Buit Jati Swing bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Berdasaran tabel 3, dapat bawa asil tegangan pada metode Injesi Arus lebi stabil dibandingan dengan asil tegangan pada metode. Metode Injesi Arus memilii tegangan terecil pada bus 0 dengan besar tegangan 19,677, dengan penurunan tegangan= 1.61 %. Sedangan tegangan terecil dengan metode terleta pada bus 0 dengan besar tegangan , sedangan penurunan tegangannya = %. Bus Injesi Arus ( ( Swing bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Bus Berdasaran tabel 4, dapat disimpulan bawa asil tegangan pada metode Injesi Arus lebi tinggi pada setiap bus-nya dibandingan dengan asil tegangan pada metode. Metode Injesi Arus memilii tegangan terecil pada bus 19 dengan besar tegangan , dengan penurunan tegangan= 1.3 %. Sedangan tegangan terecil dengan metode terleta pada bus 19 dengan besar tegangan , sedangan penurunan tegangannya =.67 %. 4.4 Perbandingan Hasil Analisa Pada Masing- Masing Penyulang Berdasaran asil analisa dari masing-masing penyulang, maa dapat dibandingan ecepatan dan jumla iterasi yang dilauan metode Injesi Arus dan metode untu melauan analisa. Tenologi Eletro 50 ol. 8 No. 1 Januari - Juli 009

6 Tabel 5. Perbandingan Hasil Analisa Pada Masing-Masing Penyulang Metode Analisa Daya Dari tabel 5, dapat diliat bawa metode Injesi Arus lebi cepat dalam melauan analisa aliran daya dibandingan dengan metode. Sedangan jumla iterasi yang dilauan untu mencapai onvergen, metode Injesi Arus lebi bai dibandingan metode arena pada penyulang IP, metode melauan iterasi untu mencapai nilai yang onvergen sedangan metode Injesi Arus memerluan 1 iterasi untu mencapai onvergen. 5. SIMPULAN Watu Penyulang Tenganan Jumla Iterasi Injesi Arus deti deti 1 Penyulang Buit Jati Injesi Arus Injesi Arus deti deti 1 Penyulang IP deti deti Berdasaran analisa yang dilauan, maa dapat disimpulan bawa : 1. Hasil analisa tegangan dengan metode injesi arus pada masing-masing penyulang memilii asil yang lebi tinggi dibandingan dengan asil analisa dengan metode. Hal ini dapat diliat dari nilai tegangan terecil dari masing-masing penyulang. Hasil analisa metode injesi arus pada penyulang Tenganan tegangan terecil terdapat pada bus 1 yaitu , sedangan dengan metode tegangan terecil juga terdapat pada bus 1 yaitu Pada penyulang Buit Jati, tegangan terecil asil metode injesi arus terdapat pada bus 0 yaitu 19,677, sedangan pada metode tegangan terecil terdapat pada bus 0 yaitu Pada penyulang IP, tegangan terecil asil metode injesi arus terdapat pada bus 19 yaitu , sedangan pada metode tegangan terecil terdapat pada bus 19 yaitu Metode Injesi Arus memerluan watu yang lebi sediit untu melauan iterasi dibandingan dengan metode. 3. Pada ondisi sistem radial yang linier (tida bercabang yaitu pada penyulang IP, metode Injesi Arus lebi efisien dibandingan metode. Hal ini terbuti dengan jumla iterasi yang dilauan untu mencapai onvergen. Dengan metode Injesi Arus, proses iterasi yang diperluan sebanya 1 ali sedangan dengan metode proses iterasi sebanya ali untu mencapai nilai onvergen. 6. DAFTAR PUSTAKA [1]. Beaty, H.W Handboo of Electric Power Calculations Tird Edition. New or : McGraw-Hill. []. Cen, T.H, Cen, M.S, Hwang, K.J, Kotas, P, Cebli, E.A Distribution System Power Flow Analysis A Rigid Approac. IEEE Transactions on Power Delivery, ol. 6, No. 3. [4]. Da Costa,.M, Martins, N, Pereira, J.L.R Developments in te Power Flow Formulation Based on Current Injections. IEEE Transactions on Power Systems, ol. 14, No. 4. [5]. Davis, C.E IEEE Recommended Practice for Industrial and Commercial Power Systems Analysis Capter 6. Load Flow Studies. New or, USA : Te Institute of Electrical and Electronics Engineering, Inc. [6]. Garcia, P.A.N, Pereira, J.L.R, Caneiro, S.Jr, da Costa,.M, Martins, N Tree-Pase Power Flow Calculations Using Te Current Injection Metod. IEEE Transactions On Power System, vol. 15, No.. [7]. Kodr, H.M New Load Flow Metod S-E Oriented For Large Radial Distribution Networs. IEEE PES Transmission and Distribution Conference and Exposition Latin America, enezuela [8]. Stevenson,Jr. dan William, D Analisis Sistem Tenaga Listri. Bandung : Erlangga. [9]. enates, B.003 Data structure for radial distribution system load flow analysis. IEEE Proc. Gener. Trans. Distrib. ol 150. no 1. [10]. Zimmerman, R.D Networ Reconfi guration For Loss Reduction In Tree-Pase Power Distribution Systems. New or : Cornell University. [11] SPLN 7 : Spesifiasi Desain Untu Jaringan Tegangan Menenga (JTM dan Jaringan Tegangan Renda. Jaarta : Departemen Pertambangan dan Energi Perusaaan Umum Listri Negara. Tenologi Eletro 51 ol. 8 No. 1 Januari - Juli 009