1.1. Latar Belakang Masalah BAB I PENDAHULUAN Pertumbuhan kebutuhan energi listrik yang semakin meningkat menyebabkan perluasan sistem tenaga listrik semakin dibutuhkan. Perluasan sistem tenaga listrik tidak bisa dilakukan tanpa perancangan yang matang, perlu dilakukan simulasi sistem tenaga listrik terlebih dahulu untuk mengetahui apakah sistem tenaga listrik layak diperluas tanpa penambahan sumber tenaga baru atau tidak. Selain itu, simulasi sistem tenaga listrik juga dilakukan untuk mengetahui rugi-rugi daya, proteksi yang dibutuhkan, biaya pembangkitan, dan sebagainya. Simulasi sistem tenaga listrik belakangan ini semakin kompleks jika dipecahkan dengan hitungan manual. Namun, beberapa perangkat lunak seperti Matlab, Mathcad, Mathematica dan sebagainya sudah mulai digunakan untuk memecahkan masalah simulasi sistem tenaga listrik. Dari sekian banyak bahasa pemrograman, Matlab merupakan yang paling populer karena fitur dari bahasa pemrograman Matlab berorientasi pada matriks, kemampuan plotting dan graphical environment (Simulink), dan kontrol skema desain yang sangat sederhana Matlab memiliki beberapa toolbox khusus yang dibuat oleh lembaga non profit untuk edukasi dan penelitian non profit. Toolbox Matlab adalah kumpulan M-file yang mempunyai satu kesatuan fungsi untuk memecahkan masalah tertentu. Untuk pemecahan masalah simulasi sistem tenaga listrik seperti Optimal Power Flow (OPF), Matlab memiliki beberapa Toolbox yang paling dikenal diantaranya MatPower Toolbox (MPT), Power System Analysis Toolbox (PSAT) dan Voltage Stability Toolbox (VST) (Cartina, 2007). Secara umum aliran daya optimal atau dikenal sebagai Optimal Power Flow (OPF) merupakan operasi keadaan tunak pada sistem tenaga listrik yang meminimalisir biaya dari pemenuhan beban. Selain itu, OPF juga digunakan untuk menentukan batas biaya terendah dari sebuah sistem. Biaya terendah ini 1
2 dapat membantu untuk menentukan harga jual daya per MW dan biaya tambahan dari MVAr (Zimmerman, 2011). Inspirasi dalam melakukan Penelitian ini berasal dari beberapa penelitian lain yang terkait. OPF pertama kali diperkenalkan tahun 1968 oleh Hermann W. Dommel dan William F. Tinney dalam jurnal mereka yang berjudul Optimal Power Flow Solution. Dalam penelitian tersebut mereka menggunakan metode Newton dengan sedikit rumus tambahan (Dommel, 1968). Da Costa dari Department of Electrical Engineering, Escola de Engenharia de Sao Carlos, USP, Sao Carlos Brazil membuat penelitian mengenai OPF dengan judul Optimal Reactive Dispatch Through Primal-Dual Method, masih dengan rumus dasar Newton (Da Costa, 1997). Kemudian Da Costa kembali meneliti OPF dengan judul Comparative Studies of Optimization Methods for The Optimal Power Flow Problem. Beliau membandingkan beberapa metode optimasi OPF yang berdasar pada Newton (Da Costa, 2000). Gheorghe Cartina dan kawankawan membuat sebuah makalah yg dibahas di International Conference On Electromechanical And Power System ke-6 di Republik Moldova dengan judul Power System Analisys Using Matlab Toolboxes (Cartina, 2007). Ray Daniel Zimmerman membuat sebuah jurnal dengan judul MATPOWER: Steady-State Operations, Planning, and Analisys Tool for Power System Research and Education (Zimmerman, 2011). Pada tahun 2009, Buyung Baskoro dari Institut Teknologi Sepuluh November (ITS) juga meneliti studi aliran daya optimal namun metode yang digunakan berbeda dengan judul Analisis Aliran Daya Optimal Menggunakan Algoritma Genetika Pada Sistem Interkoneksi 500 Kv Jawa Bali (Baskoro, 2009) 1.2. Perumusan Masalah Studi aliran daya sangat penting dalam merencanakan perluasan sistem tenaga serta menentukan operasi terbaik dari sistem yang telah ada. Informasi yang diperoleh dari studi aliran daya meliputi besar tegangan pada setiap bus,
3 daya nyata dan daya reaktif yang mengalir pada setiap saluran, serta keterangan lainnya yang diberikan oleh hasil penyelesaian dengan program komputer. Berdasarkan latar belakang diatas rumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana metode Newton yang dimodifikasi dengan metode optimasi primal-dual untuk memecahan masalah aliran daya optimal menggunakan Matpower Toolbox Matlab. Seperti yang telah dijelaskan diatas, maka perumusan masalah pada studi ini sebagai berikut : 1. Bagaimana kinerja metode Newton yang dimodifikasi dengan metode optimasi primal-dual dalam penyelesaian aliran daya optimal? 2. Bagaimana kondisi tegangan sistem pada setiap bus? 3. Berapa besarnya rugi-rugi daya (losess) pada tiap saluran? 4. Berapa total daya yang harus dibangkitkan oleh unit pembangkit? 5. Berapa total biaya pemenuhan beban seluruh system? 6. Bagaimana kinerja waktu komputasi metode tersebut dalam mencapai kovergensi? 1.3. Pembatasan Masalah Jaringan listrik yang luas memiliki cakupan permasalahan yang sangat besar dan kompleks, maka penelitian ini akan dibatasi pada : 1. Sumber data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data standar IEEE 14 bus, 30 bus dan sistem interkoneksi 500KV Jawa Bali (Pernbebanan tanggal 17 Maret 2009 Pukul 19.30 W1B) 2. Data yang digunakan bekerja dalam keadaan normal 3. Proteksi dan sistem kontrol dari sistem diabaikan 4. Dalam penyelesaian masalah hanya menggunakan MatPower Toolbox (MPT) 5. Penyelesaian kasus menggunakan Metode Newton dengan optimasi Primal Dual sementara metode Algoritma Genetika hanya digunakan sebagai pembanding
4 6. Software pendukung untuk merancang program mengunakan Matlab ver. R2010a dari The MathWorks, Inc. 1.4. Tujuan Penelitian Tujuan dari studi aliran daya ini, antara lain : 1. Mengetahui kinerja metode Newton yang dimodifikasi dengan metode optimasi primal-dual dalam penyelesaian aliran daya optimal 2. Mengetahui kondisi tegangan sistem pada setiap bus 3. Mengetahui rugi-rugi daya (losess) pada tiap saluran 4. Mengetahui total daya yang harus dibangkitkan oleh unit pembangkit 5. Mengetahui biaya pemenuhan beban seluruh system 6. Membuktikan waktu komputasi metode tersebut dalam mencapai kovergensi lebih cepat dari metode lain. 1.5. Manfaat Penelitian 1. Memberikan kontribusi yang positif pada dunia pendidikan dalam pengembangan ilmu pengetahuan terutama pada bidang kelistrikan yang berbasis komputasi 2. Diharapkan dapat menjadi salah satu masukan bagi PLN bahwa metode aliran daya optimal berbasis komputasi MatPower Toolbox Matlab merupakan metode aliran daya optimal yang dapat dipertimbangkan untuk digunakan pada sistem tenaga listrik 3. Memberikan pengetahuan, pemahaman, dan keterampilan bagi penulis dalam mengaplikasikan teori-teori kelistrikan pada sistem tenaga listrik terutama dalam hal mengatasi masalah aliran daya optimal. 1.6. Struktur Organisasi Skripsi Skripsi ini ditulis dalam lima bab dimulai dengan pendahuluan, kajian pustaka, metode penelitian, hasil dan pembahasan serta kesimpulan dan saran. Bab pendahuluan memaparkan latar belakang penelitian, rumusan masalah
5 pembatasan masalah, tujuan penulisan, manfaat tugas akhir, dan sistematika penulisan. Bab kajian pustaka menjelaskan konsep analisis aliran daya optimal dengan metode primal-dual. Bab metode penelitian menjelaskan penjabaran model aliran daya optimal dengan metode Newton yang dimodifikasi dengan metode optimasi primal-dual. Bab hasil dan pembahasan berisi hasil model aliran daya optimal dengan metode Newton yang dimodifikasi dengan metode optimasi primal-dual disimulasikan dalam MatPower Toolbox dengan beberapa input data berbeda. Bab terakhir yaitu kesimpulan dan saran berisi kesimpulan dari hasil studi dan saran-saran yang didasarkan pada hasil studi yang diperoleh.