Analisis Aliran Daya Pada Sistem Distribusi Radial 20KV PT. PLN (Persero) Ranting Rasau Jaya

Transkripsi

1 5 Analisis Aliran Daya Pada Sistem Distribusi Radial 0KV PT. PLN (Persero) Ranting Rasau Jaya Dedy Noverdy. R Program Studi Teknik Elektro Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Tanjungpura dedy_noverdy@rocketmail.com Abstrak- Analisis aliran daya sangat berguna untuk perencanaan dan perancangan ekspansi sistem tenaga. Sebagaimana diketahui karakteristik sistem distribusi adalah pada umumnya struktur jaringan radial, suatu metode penyelesaian aliran daya yang sederhana dengan penyusunan unsur-unsur jaringan sistem distribusi seperti cabang, dan bus ke dalam dua matrik yang dikembangkan yaitu matrik bus injeksi terhadap arus cabang (BIAC), matrik yang berisikan ada atau tidaknya jaringan yang menghubungkan tiap-tiap bus dan matrik arus cabang terhadap tegangan bus (ACTB), matrik yang berisikan nilai impedansi jaringan yang menghubungkan bus-bus tersebut. struktur radial adalah jaringan radial, hanya memiliki satu bus sebagai sumber daya, dan selanjutnya kita sebut sebagai bus sumber. Dan bus-bus lainnya didalam jaringan merupakan bus beban, berarti bahwa seluruh bus dalam sistem jaringan akan mempunyai arus injeksi. Untuk jaringan distribusi hantaran udara tegangan menengah (SUTM), pada umumnya saluran relatif pendek, dan efek kapasitansi saluran dapat diabaikan, sehingga saluran dapat direpresentasikan sebagai impedansi seri. B Bus 4 Bus 5 B4 Kata kunci : analisis aliran daya, sistem distribusi struktur radial, BIAC, ACTB Bus B Bus Bus B B5 I4 I5 Bus 6. Pendahuluan Sebagaimana diketahui karakteristik sistem distribusi adalah pada umumnya struktur jaringan radial, serta banyaknya jumlah cabang dan bus karena sistem distribusi menyalurkan daya listrik ke sejumlah beban. Dengan perbedaan tersebut maka metode aliran daya yang ada pada sistem transmisi bisa menjadi salah jika diterapkan pada sistem distribusi, karena pada umumnya jaringan sistem distribusi mempunyai rasio R/X yang tinggi akan menimbulkan kesulitan dalam mencari nilai yang konvergen dalam proses iterasi. Oleh karena itu diperlukan suatu metode untuk menganalisis aliran daya yang sesuai dengan karakteristik sistem distribusi. Suatu metode analisis aliran daya untuk analisis aliran daya pada sistem distribusi radial khasnya adalah algoritma sebagai metode baru tetapi klasik, yaitu metode penyelesaian yang sederhana dengan penyusunan unsurunsur jaringan sistem distribusi seperti cabang, dan bus ke dalam bentuk matrik. Input data algoritma hanyalah suatu orientasi bus data cabang biasa.[]. Dasar Teori Pada umumnya, hampir seluruh jaringan distribusi berstruktur radial. Dibandingkan dengan struktur jaringan yang lainnya, jaringan struktur radial memiliki kekhususan yang dapat dimanfaatkan untuk mempermudah pemecahan masalah-masalah dalam menganalisis jaringan radial. Kekhususan jaringan Sum ber I I I6 Gambar. Jaringan Distribusi Radial Sederhana [].. Pengertian Arus Injeksi Pada Jaringan Distribusi Radial Untuk sistem distribusi permodelan lebih mudah menggunakan berdasarkan arus injeksi []. Pada bus ke-i, beban komplek S i dinyatakan sebagai : S = P + Q i =,,, N () Ii Bus i S i = Pi + jq i Gambar. Permodelan Arus Injeksi Dan arus injeksi ekivalen pada iterasi ke-k dari solusi adalah : I () = P + Q V () dimana : S i = Beban komplek pada bus ke-i P i = Beban aktif pada bus ke-i Q i = Beban reaktif pada bus ke-i V i (k) = Tegangan bus ke-i pada iterasi ke-k () Jurnal ELKHA Vol.4, No,Oktober 0

2 54 I i (k) = Arus busi ke-i pada iterasi ke-k.. Bus Injeksi ke Arus Cabang (BIAC) Untuk mendefinisikan bus injeksi ke arus cabang, dapat digunakan gambar jaringan distribusi radial sederhana yang ditunjukkan oleh gambar, Injeksi daya pada setiap bus dapat dikonversikan ke bentuk injeksi arus ekivalen dengan bantuan persamaan () dan hubungan di antara injeksi arus bus dan arus cabang dapat diperoleh dengan bantuan hukum Kirchoff untuk arus (Kirchoff Current Law) pada jaringan distribusi.[] Arus-arus cabang dapat kemudian diformulasikan sebagai suatu fungsi injeksi arus ekuivalen seperti arus-arus cabang B, B, B, B 4 dan B 5 dinyatakan dengan injeksi arus ekivalen sebagai berikut : B = I + I + I + I + I B = I + I + I + I B = I + I B = I B = I () Dengan demikian hubungan di antara arus injeksi dan arus cabang dinyatakan seperti : B I B 0 I (4) B I4 B I5 B I6 Atau persamaan-persamaan ini dapat disusun sebagai berikut: [B] = [BIAC][I] (5) Matrik konstan [BIAC] adalah suatu matriks yang hanya berisikan elemen 0 dan saja... Arus Cabang ke Tegangan Bus (ACTB) Untuk sistem distribusi pada gambar., di atas tegangan pada setiap bus dapat dinyatakan dengan fungsi dari arus cabang, parameter saluran dan tegangan sumber atau gardu induk sebagai berikut : V V B V V B 4 V V B 5 V V B B B B B V V6 B B B5 56 Persamaan (6) tersebut di atas dapat dituliskan dalam bentuk lain seperti di bawah ini V V B V V B (7) V V B V V B4 V V B5 B 4 4 B 4 45 (6) Persamaan (.0) dapat ditulis dalam bentuk umum sebagai berikut : [ V] = [ACTB][B] (8).4. Metodologi Penyelesaian Aliran Daya Sistem Distribusi Radial Matrik-matrik BIAC dan ACTB dibentuk berdasarkan struktur topologi sistem distribusi. Matrik BIAC menyatakan hubungan antara arus injeksi bus dan arus cabang. Menyatakan variasi-variasi pada arus cabang yang didapatkan dari variasi-variasi arus injeksi bus dapat dihitung secara langsung oleh matrik BIAC. Matrik ACTB menyatakan hubungan antara arus cabang dan tegangan bus. Menyatakan variasi-variasi pada tegangan bus yang diperoleh dengan variasi-variasi pada arus cabang dapat ditentukan secara langsung oleh matrik ACTB []. Penggabungan persamaan (5) dan persamaan (8) akan diperoleh hubungan antara arus injeksi bus dan tegangan bus sebagai berikut : [ALD] = [ACTB][BIAC] (9) [ V] = [ACTB][BIAC][I] [ V] = [ALD][I] (0) Matrik [ V] merupakan matrik yang menerangkan jatuh tegangan dari bus sumber ke bus beban dalam sistem. Dan penyelesaian aliran daya sistem distribusi radial dapat diperoleh dengan prosedur perhitungan secara iteratif sebagai berikut : [ALD] = [ACTB][BIAC] [ V] = [ALD][I] V () = [V ] V () () Aliran daya aktif dan daya reaktif diperoleh sebagai berikut : P = realv (V V )y () Q = imagv (V V )y () Total rugi-rugi daya aktif yang terjadi pada jaringan dinyatakan : P = realv V V y, PD (4) dimana : ALD = Simbol perkalian matrik BIAC dan ACTB BIAC = Bus Injeksi ke Arus Cabang ACTB = Arus Cabang ke Tegangan Bus S ij = Daya komplek yang mengalir dari bus ke-i ke bus ke-j (k) V i = Tegangan bus ke-i pada iterasi ke-k V i = Tegangan bus ke-i V = Tegangan bus sumber V j = Tegangan bus ke-j y ij = Admitansi P loss = Total rugi-rugi aktif pada jaringan V ss = Tegangan bus sumber (Gardu Hubung) PD j = Beban aktif pada bus ke-j N = Jumlah bus = Total rugi daya aktif P Loss I ( k ) i Pi V ( k ) i * j Q i

3 55.5. Diagram Alir Analisis Aliran Daya Sistem Distribusi Radial Diagram alir dari perhitungan iterasi aliran daya sistem distribusi radial sebagai berikut : Tidak MULAI Set : MVAdasar, KVdasar, akurasi, iterasi maksimum Data impedansi tiap cabang (saluran) Data beban aktif dan reaktif bus Bentuk matrik [BIAC], [ACTB] Hitung : [ALD] = [BIAC].[ACTB] Set iterasi k =, V = pu, Vi (k) = pu Hitung arus injeksi : : Ii (k) = [ Pi + Qi ]/ Vi (k) Set iterasi k = k+, V = pu, Hitung jatuh tegangan : [Vi (k+) ] = [ALD][ Ii (k) ] Update tegangan terbaru : [Vi (k+) ] = [V] - [Vi (k+) ] Hitung arus injeksi dengan tegangan bus baru : Ii (k+) = [ Pi + Qi ]/ Vi (k+) Test konvergen pada busimaks Ii (k+) - Ii (k) ε Dengan menggunakan tegangan bus terbaru : Hitung aliran daya aktif dan reaktif : P = realv (V V )y Q = imagv (V V )y Hitung Total rugi-rugi daya aktif : P = real V V V y, PD Gambar. Diagram Alir Perhitungan Aliran Daya. Analisis Aliran Daya Pada Penyulang 0KV PT. PLN (Persero) Ranting Rasau Jaya Cetak : Tegangan Bus, Aliran Daya Total rugi aktif pada jaringan, Grafik STOP Ya Analisis aliran daya dilakukan pada penyulang Durian dan penyulang Durian. Data-data yang digunakan bersumber dari PT. PLN (Persero) Ranting Rasau Jaya dan perhitungan menggunakan alat bantu perangkat lunak (software) matlab Hasil Analisis Aliran Daya Penyulang Durian Dengan menggunakan nilai tegangan dasar 0 KV, daya dasar MVA, dan akurasi Tegangan setiap bus dari hasil eksekusi dari program perhitungan analisis aliran daya pada penyulang Durian ditampilkan ke Tabel. Tegangan Bus Penyulang Durian == No Tegangan Sudut Pload Qload Jatuh Teg Bus [p.u] [Degree] [pu] [pu] [%] ==

4 56 Aliran daya pada penyulang Durian ditampilkan ke Tabel. Aliran Daya Penyulang Durian Tabel. Aliran Daya Penyulang Durian (lanjutan) Hasil Analisis Aliran Daya Penyulang Durian Dengan menggunakan nilai tegangan dasar 0 KV, daya dasar MVA, dan akurasi Tegangan setiap bus dari hasil eksekusi dari program perhitungan analisis aliran daya pada penyulang Durian ditampilkan ke Tabel. Tegangan Bus Penyulang Durian == No Tegangan Sudut Pload Qload Jatuh Teg Bus [p.u] [Degree] [pu] [pu] [%] == Tabel. Tegangan Bus Penyulang Durian (lanjutan) == No Tegangan Sudut Pload Qload Jatuh Teg Bus [p.u] [Degree] [pu] [pu] [%] ==

5 Aliran daya pada penyulang Durian ditampilkan ke Tabel 4. Aliran Daya Penyulang Durian Tabel 4. Aliran Daya Penyulang Durian (lanjutan) Diskusi Hasil Perhitungan Jika mengacu pada [6], dimana jatuh tegangan yang diijinkan untuk jaringan tegangan menengah sistem distribusi radial yang diijinkan tidak melebihi 5% atau kurang dari 0.95 pu dari tegangan sumber. Maka pada penyulang Durian masih terdapat tegangan bus yang kurang dari ketentuan diatas, seperti yang ditampilkan pada tabel dibawah ini : Tabel 5. Jatuh Tegangan Bus Lebih Dari 5% Pada Penyulang Durian No Bus Tegangan Jatuh Tegangan (pu) (%) Pada bus beban penyulang Durian yang tegangannya dibawah standar yang diijinkan sebaiknya dilakukan rekonfigurasi jaringan atau pemasangannya

6 58 kapasitor untuk meningkatkan tegangan bus dan meminimalisasi rugi-rugi yang terjadi pada jaringan. Kemampuan kuat hantar arus pada penyulang Durian dan Durian, jika mengacu pada jenis penghantar yang digunakan yaitu : AAAC 50 mm, dan AAAC 5 mm berdasarkan [7], ditunjukkan pada tabel dibawah ini : Tabel 6. Kuat Hantar Arus Penghantar AAAC Luas Penampang (mm ) KHA terus-menerus (Ampere) (7 kawat) 0 50 (9 kawat) Tabel 6. Kuat Hantar Arus Penghantar AAAC (lanjutan) Luas Penampang (mm ) KHA terus-menerus (Ampere) Arus yang mengalir pada penyulang Durian dan Durian dibandingkan dengan nilai KHA nya masih relatif kecil, sehingga pada penyulang-penyulang tersebut masih layak untuk pengembangan jaringan dan penambahan beban yang akan datang. Daya yang dibangkitkan oleh gardu hubung (GH) untuk melayani penyulang Durian adalah daya aktif sebesar KW dan daya reaktif sebesar KVAr. Sedangkan untuk penyulang Durian daya aktif yang dibangkitkan gardu hubung sebesar KW dan daya reaktif sebesar KVAr. Total daya aktif beban yang terdapat pada penyulang Durian sebesar 7.7 KW, dan daya reaktif sebesar KVAr. Sedangkan total daya aktif beban yang terdapat pada penyulang Durian sebesar 49. KW, dan daya reaktif sebesar KVAr. Total rugi-rugi daya aktif yang terjadi pada penyulang Durian sebesar.6 KW dan total rugi-rugi daya aktif yang terjadi pada penyulang Durian sebesar 0.8 KW. Dari penjelasan diatas, rekapitulasi hasil aliran daya dan total rugi daya aktif penyulang Durian dan penyulang Durian, ditampilkan pada tabel dibawah ini : Tabel 7. Rekapitulasi Aliran Daya Penyulang Daya Dibangkitan Beban Total Rugi [KW] [KVAr] [KW] [KVAr] [KW] Teg.Bus Min (pu) Durian V0 = Durian V0 = Kesimpulan Berdasarkan analisis aliran daya penyulang Durian dan Durian PT. PLN (Persero) Ranting Rasau Jaya, maka dapat disimpulkan :. Perhitungan analisa aliran daya dilakukan dengan metode yang kokoh dan efisien serta memerlukan memori yang kecil dan proses perhitungan yang cepat.. Metode penyelesaian aliran daya dengan penyusunan unsur-unsur jaringan sistem distribusi seperti cabang, dan bus ke dalam bentuk dua matrik yaitu matrik bus injeksi terhadap arus cabang (BIAC), matrik yang berisikan ada atau tidaknya jaringan yang menghubungkan tiap-tiap bus dan matrik arus cabang terhadap tegangan bus (ACTB), matrik yang berisikan nilai impedansi jaringan yang menghubungkan bus-bus tersebut.. Metode yang digunakan selain diterapkan untuk perhitungan analisis aliran daya sistem distribusi radial, dapat juga untuk sistem distribusi struktural tertutup (weakly meshed networks). Referensi [] Teng, Jen-Hao. A Direct Approach for Distribution System Load Flow Solutions.IEEE Trans. Power Del, Vol.8, no., pp July, 00. [] Thakur, T. and Dhiman Jaswanti, 006.A New Approach to Load Flow Solutions for Radial Distribution System.IEEE

7 59 PES Transmission and Distribution Conferense and Exposition Latin America. Venezuela. [] Venkatest. B, Rakesh Ranjan, H.B Gooi. Optimal Reconfiguration of Radial Distribution Systems To Maximize Loadability. IEEE Transactions On Power Systems Vol. 9 no., February, 004 [4] Saadat, Hadi. Power System Analysis. New York : McGraw- Hill Book Company, 999. [5] Gonen, Turan. Modern Power System Analysis. Canada : Jhon Wiley and Sons, 988. [6] SPLN No Spesifikasi Desain Untuk Jaringan Tegangan Menengah (JTM) dan Jaringan Tegangan Rendah (JTR). Jakarta : Perusahaan Umum Listrik Negara. [7] Puil Persyaratan Umum Instalasi Listrik. Jakarta : Badan Standarisasi Nasional. Biography Dedy Noverdy. R, lahir di Pontianak pada tanggal 4 Nopember 980. Menempuh Pendidikan Program Strata I (S) di Fakultas Teknik Universitas Tanjungpura sejak tahun 008. Penelitian ini diajukan sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro konsentrasi Teknik Tenaga Listrik Fakultas Teknik Universitas Tanjungpura.