PENERAPAN METODA DECOUPLED BERBASIS ALIRAN DAYA OPTIMAL PADA SISTEM TENAGA

Transkripsi

1 Vol. I, No. 1 Aprl 015 ISSN PENERAPAN METODA DECOUPLED BERBASIS ALIRAN DAYA OPTIMAL PADA SISTEM TENAGA Orza Candra Elfzon Abstract Optmal power flow s large scale nonlnear programmng problem. It has taken anuals to develop effcent algorthms for ts soluton. Study and applcaton of Decoupled algorthm has been ncreasng and to be avable alternatve to solve ths problem. In ths paper, we descrbe an mplementaton of Decoupled algorthm to solve optmal power flow, usng combnaton of ac load flow and nteror pont based lnear programmng. The optmal power flow formulaton uses the total producton cost as the objectve functon to be mnmzed, whle generaton capablty, voltage lmts and lne flow capablty as the constrants that must be satsfed. The algorthm has been test cases ; Sumbar Rau load on system. Computatonal results show that ths algorthm s fast, accurate and robust. Keywords : Optmal power flow, Decoupled algorthm Pendahuluan Energ lstrk merupakan kebutuhan vtal yang memegang peranan pentng dalam mendukung aktvtas manusa saat n dan juga merupakan faktor pendukung produks dalam menngkatkan pertumbuhan ekonom. Oleh sebab tu pertumbuhan energ lstrk harus sejalan dengan pertumbuhan ekonom masyarakat. Tngkat pertumbuhan kebutuhan energ lstrk masyarakat saat n rata-rata 9 % per tahun (Edde W, 003). Untuk memenuh kebutuhan masyarakat akan lstrk PLN perlu menngkatkan kapastasnya, namun sejak krss moneter PLN tdak dapat menngkatkan kapastasnya, karena tu PLN perlu mengoptmalkan kapastas yang ada. Pengoptmalan kapastas dapat dlakukan dengan memnmsas baya yang dtmbulkan dar operas dan penyaluran sstem tenaga. Banyak peneltan yang telah dlakukan dalam memnmsas baya sstem tenaga, salah satunya adalah yang dlakukan Lucano 000 dengan metoda Newton. Menurut J.J. Granger,1994, metoda Newton tdak dapat dterapkan untuk perhtungan sstem yang besar. Dar masalah perhtungan tersebut, maka dalam peneltan n akan memberkan alternatf penyelesaan perhtungan optmas operas dan penyaluran sstem tenaga dengan metoda Decoupled berbass alran daya optmal pada sstem tenaga Peneltan mengena alran daya optmal sstem tenaga lstrk telah dlakukan dan djumpa pada makalah dengan bebaga macam metode: Sstem tenaga saat beban lebh atau berubah, metoda yang dusulkan adalah metoda optmsas Newton dengan pengaturan step length. Metoda newton dapat memberkan penyelesaan persamaan alran daya yang terbak. Keuntungan utama dar metoda n adalah kombnas yang sederhana persamaan alran daya sstem. Teknk n mengznkan Penerapan Metoda Decoupled Berbass Alran Daya Optmal Pada Sstem Tenaga ( Orza Candra & Elfzon ) 51

2 memlh bus untuk njeks daya dan dapat mereduks alran beban total pada bus yang dplh (Lucano, 000). Kompensas daya reaktf dalam sstem tenaga basanya merupakan stud masalah optmsas sngle-objectve pareto yang mana fungs obyek adalah kombnas lnear dar berbaga faktor, nvestas, dan rug-rug transms. Paper n menggunakan pendekatan algortma optmsas evolutonary multyobjectve yang mengelompokan 4 fungs obyek melput, nvestas fungs kompensas daya reaktf, rug-rug daya aktf, rata-rata penympangan tegangan, dan penympangan tegangan maksmum. Haslnya memberkan suatu cara dan hasl yang lebh bak dar sngleobjectve pareto, (Benyamn Baran, 001). Sangahm.,dalam makalahnya membahas penerapan dar teknk optmsas kekangan stabltas tegangan. Kekangan tegangan yang aman dalam penyelesaan alran daya optmal untuk daya aktv dengan tetap menjamn level tegangan aman pada sstem tenaga. Penyelesa dengan cara n memberkan suatu menmsas baya generator dan menjamn level tegangan aman. Sstem tenaga saat beban lebh atau berubah, metoda yang dusulkan adalah metoda optmsas Newton dengan pengaturan step length. Metoda newton dapat memberkan penyelesaan persamaan alran daya yang terbak. Keuntungan utama dar metoda n adalah kombnas yang sederhana persamaan alran daya sstem. Teknk n mengznkan memlh bus untuk njeks daya dan dapat mereduks alran beban total pada bus yang dplh (Lucano, 000). Tetap, menurut J.J. Granger dalam bukunya, penggunaan prosedur Newton-Raphson, untuk sstem yang besar perhtungan Jacoban dan pengukuran untuk masng-masng teras memaka faktor LU. Cara Jacoban serngkal mengulang masng-masng teras n menyebabkan penyelesaan yang lambat, daya dan tegangan bus yang dznkan tdak tercapa sehngga terjad penympangan dalam perhtungannya. Kompensas daya reaktf dalam sstem tenaga basanya merupakan stud masalah optmsas sngle-objectve pareto yang mana fungs obyek adalah kombnas lnear dar berbaga faktor, nvestas, dan rug-rug 5 transms. Paper n menggunakan pendekatan algortma optmsas evolutonary multyobjectve yang mengelompokan 4 fungs obyek melput, nvestas fungs kompensas daya reaktf, rug-rug daya aktf, rata-rata penympangan tegangan, dan penympangan tegangan maksmum. Haslnya memberkan suatu cara dan hasl yang lebh bak dar sngleobjectve pareto, (Benyamn Baran, 001). Sangahm.,dalam makalahnya membahas penerapan dar teknk optmsas kekangan stabltas tegangan. Kekangan tegangan yang aman dalam penyelesaan alran daya optmal untuk daya aktf dengan tetap menjamn level tegangan aman pada sstem tenaga. Penyelesan dengan cara n memberkan suatu menmsas baya generator dan menjamn level tegangan aman. Metoda Interor Pont Prma-Dual mempunya nla numerk sebaga batas kekangan tegangan untuk penyelesaan masalah optmsas dalam sstem tenaga. Peneltan n menerapkan algortma Largest-Step Central- Path dalam menganalss alran daya optmal, ddasarkan pada suatu ttk guna mencapa optmal. Algortma n melhat jarak, memberkan suatu kemungknan penambahan robustness (kekuatan). Metoda n memberkan teras yang lebh kecl dan waktu yang sngkat (Edgardo, 000). J.J. Granger dalam bukunya, penggunaan prosedur Newton-Raphson, perhtungan Jacoban dan pengukuran untuk masng-masng teras memaka faktor LU. Cara Jacoban serngkal mengulang masng-masng teras n menyebabkan penyelesaan yang lambat, daya dan tegangan bus yang dznkan tdak tercapa. Untuk penyelesaan sstem tenaga lstrk skala besar, strateg alternatf untuk perbakan efsens perhtungan dan guna mereduks penympangan dapat dgunakan metoda Decoupled yang dhaslkan dar pendekatan metoda Newton-Raphson. Dalam peneltan n akan mengkaj sampa sejauh mana metoda Decoupled untuk mengoptmsas alran daya aktf dan daya reaktf. Peneltan n juga untuk memnmsas rug-rug yang terjad d saluran transms. Dharapkan peneltan n memberkan suatu alternatf cara dalam operas ekonoms sstem tenaga lstrk. JTEV (Jurnal Teknk Elektro dan Vokasonal), Vol. I, No. 1 Aprl 015

3 Vol. I, No. 1 Aprl 015 ISSN Landasan Teor Metoda Decoupled merupakan cara yang basa dalam penyelesaan alran daya sstem tenaga lstrk. Menurut Granger (1994), dalam penyelesaan sstem tenaga transms skala besar, strateg alternatf untuk perbakan efsens perhtungan dan guna mereduks penympangan dapat dgunakan metoda Decoupled yang dhaslkan dar pendekatan metoda Newton-Raphson. Ada dua pendekatan dasar dalam penyelesaan alran daya Decoupled : a. Merubah sudut tegangan pada bus prmer akbat dar alran daya aktf P saluran transms dan mengabakan daya reaktf Q yang relatf tdak berubah. b. Merubah magntud tegangan V pada bus prmer akbat dar alran daya reaktf Q saluran transms dan mengabakan daya aktf P yang relatf tdak berubah. Konds Optmal Formula umum tentang masalah alran daya optmal dapat dnyatakan sebaga berkut : Mnmum f(x) Dcar h(x) = 0 dan g(x) 0 dengan varabel x dalam dmens vektor. Konds d atas dar bentuk fungs langrange, Alran Daya Metoda Decoupled Bentuk matrk Jacoban untuk alran V V V metoda decoupled : daya mn max P H 0 V Q 0 L V dar matrk datas ddapat dua persamaan berkut : P H V dan Q L V dengan elemen dar Jacoban untuk H dan L adalah : P H L VV G sn B cos j j j j j j j j Elemen dagonal O adalah : H P n VV jyj sn j j j j1 j V B Q Q V L V Y sn VV Y sn n j j j j V j1 j V B Q Fungs Obyektf Fungs objektf dar alran daya optmal pada generator guna memnmsas baya dengan persamaan baya dar daya yang dhaslkan generator : C a b P c P Pg g g dmana P G merupakan daya keluaran pada generator ke, sehngga fungs objek adalah penjumlahan baya dar masng-masng generator yang dapat dtuls sebaga berkut : f (x) (a b P c P ) G G Persamaan Kekangan Persamaan alran daya Granger dan Stevenson dengan daya aktf dan reaktf pada masng-masng bus ; j P 0 VV B cos G sn P P j j j j j g d Q V 0 VV B cos G sn Q Q j j j j j j g d Vj dengan persamaan kekangan tegangan : V G-V G set = 0 Pertdaksamaan Kekangan Daya maksmum dan mnmum generator ke bus : P P P gmn g gmaks Qgmn Qg Qgmaks Perbandngan tap maksmum dan mnmum dar perubahan tap transformator yang dngnkan dan perubahan phasa transformator mempunya Penerapan Metoda Decoupled Berbass Alran Daya Optmal Pada Sstem Tenaga ( Orza Candra & Elfzon ) 53

4 nla maksmum dan mnmum dengan pertdaksamaan kekangan : t t t kmmn km kmmax kmmn km kmmax Guna mempertahan kualtas pelayanan lstrk dan keamanan sstem, tegangan bus mempunya besaran maksmum. Batas dar pertdaksamaan kekangan adalah : Vmn V Vmax. Metode Peneltan Peneltan n menggunakan model sstem tenaga, dmana sudah terdapat data-data yang perlukan untuk perhtungan. Peneltan n akan menentukan operas ekonoms sstem tenaga 3 bus, dengan tahapan sebaga berkut : Membentuk persamaan perhtungan metoda Decoupled berbass alran daya optmal dar daya aktf dan daya reaktf sstem tenaga. Kemudan mnmsas rug-rug saluran transms. Adapun varabel yang akan dcar dalam peneltan n adalah : Optmsas daya aktf Optmsas daya reaktf Mnmsas rug-rug saluran transms. Hasl dan Pembahasan A. Data Saluran Transms dan Beban Hasl peneltan n berupa hasl runnng smulas dar model sstem pada peneltan Penerapan Metoda Decoupled Berbass Alran Daya Optmal pada Sstem Tenaga Lstrk Sumbar Rau. Data pusat beban dan data saluran dtamplkan pada tabel 1 dan. Tabel 1. Data Pusat Beban No RUTE IMPEDANSI Y/ P(Km) DARI KE R1 JX1 R0 JX0 (PU) 1 Ombln Indarung 63,951 7,544 7,114 39, ,0690 0,01746 Ombln Salak,417 0,86 1,06 1,558 4,3750 0, Salak Solok 7,480 3,66 1,851 17,09 49,8760 0, Solok Indarung 34,054 4,019 14,851 19,850 6,3790 0, Indarung Pauh Lmo 6,660 0,738 14,369 4,369 1,013 0,006 7 Pauh Lmo Spang Haru 7,000 0,80,83 4,364 1,610 0, Pauh Lmo LB Alung 33,700 3,975,968 0,961 61,1655 0, Pauh Lmo PI Padang 0,000,000 14,88 11,660 36,6400 0, PI Padang LB Alung 13,700 1,666 8,480 7,987 5, LB Alung Sngkarak 1,000 1,00 5,808 6,660 1,8760 0, LB Alung Mannjau 56,700 6,600 4,980 33, ,8744 0, Mannjau Pdg Luar 4,000 1,00 4,040 13,818 5,4580 0, Pdg Luar Payakumbuh 3,000 6,609 17,136 10,58 39,9680 0, Payakumbuh Btg Agam 15,000 4,950 13,056 9,955 34,6310 0, Payakumbuh Koto Pnjang 85,100 3,770 4,931 46,97 155,7330 0, Ombln Batusangkar 3,610,30 35,061 10,04 40,670 0, Batusangkar Payakumbuh 6,110 7,66 1,911 8,040 3,580 0, Bengknang Grd Sakt 46,800,775 18,860 8,407 83,959 0,18650 Grd Sakt Dur Duma 117,00 13,800 49,140 65,403 05,5690 0, Grd Sakt Tlk Lembu 3,000 1,540 9,69 13,984 41,60 0, Ombln Klranjao 154,00 3,55,968 0,961 61,1655 0, JTEV (Jurnal Teknk Elektro dan Vokasonal), Vol. I, No. 1 Aprl 015

5 Vol. I, No. 1 Aprl 015 ISSN Tabel. Data Beban Terpasang NO PUSAT BEBAN BEBAN MW 1 Mannjau 14,00 Lubuk Alung 17,50 3 Pauh Lmo 3,0 4 Smpang Haru 56,60 5 PIP 18,90 6 Indarung 59,00 7 Solok 16,100 8 Salak 9,50 9 Batusangkar 7,70 10 Payakumbuh 15,80 11 Koto panjang 10,80 1 Bengknang 1,50 13 Garuda sakt 56,70 14 Teluk lembu 45,0 15 Dur /Duma 43,0 16 Klranjao 16,40 17 Padang Luar 8,10 Jumlah 451,0 Berdasarkan penyelesaan smulas alran daya dengan metoda Decoupled dperoleh hasl alran daya sebaga berkut : Tabel 3. Alran daya dan rug daya saluran dengan metoda Decoupled Bus Rug- Rug Daya Aktf (kw) dar ke Tegangan (kv) Alran Daya Saluran (MW) Payakumbuh Batusangkar Koto Panjang Padang Luar Mannjau Padang Luar Lubuk Alung Ombln Indarung Klranjao Salak Batusangkar Penerapan Metoda Decoupled Berbass Alran Daya Optmal Pada Sstem Tenaga ( Orza Candra & Elfzon ) 55

6 Lubuk Alung Pauh Lmo PI. Padang Pauh Lmo PI. Padang Smpang Haru Indarung Koto Panjang Bengknang Garuda Sakt Solok Indarung Salak Sngkarak Batusangkar Garuda Sakt Bengknang Dur Teluk Lembu Total Rug Daya 6,635 Penerapan algortma menggunakan sstem tenaga Sumbar Rau yang terdr dar 4 bus dan 17 pusat beban. Tabel 3. Menunjukkan suatu hasl smulas yang konvergen dengan menggunakan metode Decoupled pada perhtungan alran daya sstem dan tegangan sstem berada pada kendala yang dtetapkan. Nla Pembangktan yang doperaskan pada settng yang dtetapkan dan rug rug daya yang dhaslkan sebesar 1,5 % dar total beban yang dlayan. Smpulan Kesmpulan yang ddapat dar hasl smulas adalah : 1. Alran daya yang dhasl menunjukkan hasl yang optmal pada kekangan sstem.. Rug-rug daya pembangktan menunjukkan hasl yang sangat kecl. 3. Tegangan sstem berada pada settng yang dtetapkan 56 DAFTAR PUSTAKA [1] Benjamn Baran, Jose Vallejos, Rodrgo Ramos and Ubaldo Fernandez, 001, Multobjectve Reactve Power Compensaton, IEEE Transacton on Power System,.. [] Edde Wdono, 003, Konds Kelstrkan Nasonal dan Pengembangannya, Semnar Pengembangan Energ, UGM Yogyakarta. [3] Edgardo D. castronuovo, Jorge M. campagnolo, and Roberto Salgado, Desember 000, A Largest-Step Central- Path Algorthm Appled to the Optmal Power Flow Problem, SBA Controle & Automacaou, Vol. 11 No. 3, pp [4] Edgardo D. castronuovo, Jorge M. campagnolo, and Roberto Salgado,.., New Versons of Interor Pont Method Appled to the Optmal Power Flow Problem, JTEV (Jurnal Teknk Elektro dan Vokasonal), Vol. I, No. 1 Aprl 015

7 Vol. I, No. 1 Aprl 015 ISSN [5] Had Saadat, 1999, Power System Analyss, McGraw-Hll, Inc, Sngapore. [6] James A. Momoh, 001, Electrc Power System Applcatons of Optomzaton, Marcel Dekker, Inc, New York. [7] James D. W, 1997, Implementaton of a Newton-Based Optmal Power Flow Into a Power System Smulaton Envroment, Thess, Unversty of Illnos at Urbana- Champagn. [8] J. J. Granger and W. D. Stevenson, 1994, Power System Analyss, McGraw-Hll, Inc, New York. [9] Kundur, P., 1993, Power System Stablty and Control, McGraw-Hll, Inc., Toronto, U.S.A. [10] Lucano V. Barboza, Roberto Salgado, Desember 000, Correctve Solutons of Stedy State Power System Va Newton Optmas Method, SBA Controle & Automacao, Vol. 11, No. 3, pp Penerapan Metoda Decoupled Berbass Alran Daya Optmal Pada Sstem Tenaga ( Orza Candra & Elfzon ) 57