ANALISA ALIRAN DAYA PADA SISTEM TENAGA LISTRIK MENGGUNAKAN SOFTWARE ETAP 12.6 Ali Supriyadi *) Abstrak Studi alira daya merupaka peetua atau perhituga tegaga, arus, daya aktif maupu daya reaktif yag terdapat pada berbagai titik jariga listrik pada keadaa operasi ormal, baik yag sedag berjala maupu yag diharapka aka terjadi di masa yag aka datag. Dega studi alira daya dapat megetahui tegaga pada setiap bus yag ada dalam sistem, baik magitude maupu sudut fasa tegaga, daya aktif da daya reaktif yag megalir dalam setiap salura yag ada dalam system, kodisi dari semua peralata, apakah memeuhi batas batas yag ditetuka utuk meyalurka daya listrik yag diigika. Utuk meyelesaika studi alira daya, metode yag serig diguaka adalah metode Gauss-Seidel da metode Newto Raphso. Metode Newto Raphso lebih cepat mecapai ilai koverge sehigga proses iterasi yag berlagsug lebih sedikit. Dega megguaka ETAP dapat diketahui dega cepat tidaka apa yag harus diketahui, dari hasil aalisa utuk memperbaiki keadaa over excited pada geerator 2 dilakuka peambaha kapasitor pada bus yag terhubug lagsug dega geerator 2 sebesar 21 Mvar. I. PENDAHULUAN Studi alira daya merupaka peetua atau perhituga tegaga, arus, daya aktif maupu daya reaktif yag terdapat pada berbagai titik jariga listrik pada keadaa operasi ormal, baik yag sedag berjala maupu yag diharapka aka terjadi di masa yag aka datag. Dega studi alira daya dapat megetahui tegaga-tegaga pada setiap bus yag ada dalam sistem, baik magitude maupu sudut fasa tegaga, daya aktif da daya reaktif yag megalir dalam setiap salura yag ada dalam system, kodisi dari semua peralata, apakah memeuhi batasbatas yag ditetuka utuk meyalurka daya listrik yag diigika. 1.1 Bus Referesi (Swig atau Slack Bus) Bus ii berfugsi utuk mesuplai kekuraga daya aktif (P) da daya reaktif (Q) dalam sistem. Parameter atau besara yag di tetuka adalah tegaga (V) da sudut fasa (δ). Setiap sistem teaga listrik haya terdapat 1 bus referesi, yaitu bus yag didalamya terdapat pembagkit atau geerator yag memiliki kapasitas terbesar di atara pembagkit yag lai didalam sistem. 1.2 Bus Geerator (Voltage Cotrol Bus) Bus ii merupaka bus yag tegagaya dapat dikotrol melalui pegatura daya reaktif agar tegagaya tetap. Parameter atau besara yag diketahui adalah daya 56
aktif (P) da tegaga (V). Bus ii diamaka PV bus. 1.3 Bus Beba (Load Bus) Bus ii adalah bus yag terhubug dega beba sistem. Parameter atau besara yag ditetuka adalah daya aktif (P) da daya reaktif (Q), maka bus ii di sebut juga PQ bus. Sebelum aalisis alira daya dilakuka, kompoe sistem yag terdiri dari pembagkit (geerator), trasformator, salura trasmisi da beba harus di represetasika atau di modelka melalui diagram satu garis (oelie diagram) dega megaggap sistem tiga fasa dalam keadaa seimbag. Diagram ii di maksudka utuk memberika gambara secara rigkas suatu sistem teaga listrik secara keseluruha, dalam hal ii sistem teaga listrik di Sumatera Utara. Utuk itu di butuhka data-data yag terkait dega kompoe-kompoe tersebut. Meurut Steveso (1996), data-data yag dibutuhka utuk aalisis alira daya adalah sebagai berikut : a. Data pembagkit (geerator), yaitu kapasitas daya aktif (P) dalam satua Megawatt (MW) da reaktif (Q) dalam satua Megavolt Ampere (MVA), tegaga termial (V) dalam satua Kilovolt (KV) da reaktasi sikro (X) dalam satua Ohm (Ω). b. Data Trasformator Daya, yaitu kapasitas tiap trafo dalam satua Megavolt Ampere (MVA), tegaga (V) dalam satua Kilovolt (KV) da reaktasi bocor (X) dalam satua Ohm (Ω). c. Data salura trasmisi, yaitu resistasi (R) dalam ohm (Ω) da reaktasi (X) dalam ohm (Ω). d. Data beba, yaitu daya aktif (P) dalam Megawatt (MW) da daya reaktif (Q) dalam satua Megavolt Ampere (MVA). II. DASAR TEORI 2.1 Studi Alira Daya Listrik Studi alira daya merupaka peetua atau perhituga tegaga, arus, daya aktif maupu daya reaktif yag terdapat pada berbagai titik jariga listrik pada keadaa operasi ormal, baik yag sedag berjala maupu yag diharapka aka terjadi di masa yag aka datag (Steveso,1996). Adapu tujua dari studi aalisa alira daya atara lai (Sulaso,1993): a. Utuk megetahui tegagategaga pada setiap bus yag ada dalam sistem, baik magitude maupu sudut fasa tegaga. b. Utuk megetahui daya aktif da daya reaktif yag megalir dalam setiap salura yag ada dalam sistem. c. Utuk megetahui kodisi dari semua peralata, apakah memeuhi batas batas yag ditetuka utuk meyalurka daya listrik yag diigika. d. Utuk memperoleh kodisi mula pada perecaaa sistem yag baru. e. Utuk memperoleh kodisi awal utuk studi-studi selajutya seperti studi hubug sigkat, stabilitas, da pembebaa ekoomis. 57
Beberapa hal di atas iilah yag sagat diperluka utuk megaalisa keadaa sekarag dari sistem gua perecaaa perluasa sistem yag aka datag. Persamaa umum utuk arus yag megalir meuju suatu bus adalah (Pai,1979) : I 1 = Y 11 V 1 + Y 12 V 2 + Y 13 V 3 + + Y 1 V I 2 = Y 21 V 1 + Y 22 V 2 + Y 23 V 3 + + Y 2 V I 3 = Y 31 V 1 + Y 32 V 2 + Y 33 V 3 + + Y 3 V,,,,,,,,,,,,,,, I = Y 1 V 1 + Y 2 V 2 + Y 3 V 3 + + Y V... (1) Atau dapat juga ditulis dega persamaa berikut : I P = Y pq V q ;p = 1,2,3,,. (2) Daya kompleks pada bus p tersebut adalah : S p = P p + jq p = V p I p *.. (3) dega memasukka Persamaa (2) ke Persamaa (3) aka meghasilka : P p + jq p = V p q =1 Y pq V q... (4) Apabila bagia real da imajier dari persamaa (4) dipisahka maka aka diperoleh : P p = Re V p Q p = Im V p Y pq V q Y pq V q.. (5). (6) Apabila impedasi diyataka dalam betuk siku siku maka : Y pq = G pq + jb pq Sehigga persamaa daya pada persamaa (5) da (6) aka mejadi : P p = V p V q G pq cos δ p δ q + B pq si δ p δ q.. (7) Q p = V p V q G pq si δ p δ q + B pq cos δ p δ q. (8) 2.2 Metode Newto Rapso Pada metode Newto Raphso, slack bus diabaika dari perhituga iterasi utuk meetuka tegagategaga, karea besar da sudut tegaga pada slack bus telah ditetuka. Sedagka pada geerator bus, dayaaktif da magitude tegaga berilai tetap, sehigga haya daya reaktif yag dihitug pada setiap iterasiya. Dalam aalisa alira daya, ada dua persamaa yag harus diselesaika pada tiap-tiap bus. Kedua persamaa itu adalah seperti pada Persamaa (7) da Persamaa (8). Dalam peyelesaia iterasi pada metode Newto Raphso, ilai dari daya aktif (Pp) da daya reaktif (Qp) yag telah dihitug harus dibadigka dega ilai yag ditetapka, dega persamaa berikut (Pai,1979) : P p = P p spec Pp calc spec P p = P p Vp V q G pq cos δ p δ q + B pq si δ p δ q. (9) p = 1, 2, 3, Q p = Q p spec Qp calc P p = Q p spec Vp V q 58
G pq si δ p δ q + B pq cos δ p δq.(10) p = 1, 2, 3, dimaa superskrip spec berarti yag ditetapka (specified) da calc adalah yag dihitug (calculated). Proses iterasi ii aka berlagsug sampai perubaha daya aktif (ΔP p ) da perubaha daya reaktif (ΔQ p ) tersebut telah mecapai ilai koverge (ε ) yag telah ditetapka. Pada umumya ilai koverge atara 0,01 sampai 0,0001. (Sulaso,1993). Matrik Jacobia terdiri dari turua parsial dari P da Q terhadap masigmasig variabel, besar da sudut fasa tegaga, dalam Persamaa (7) da Persamaa (8). Besar da sudut fasa tegaga yag diasumsika serta daya aktif da daya reaktif yag dihitug diguaka utuk medapatka elemeeleme Jacobia. Setelah itu aka diperoleh harga dari perubaha besar tegaga v, da perubaha v sudut fasa tegaga, Δδ. Secara umum persamaa tersebut dapat ditulis sebagai berikut (Pai,1979) : P Q k = H N J K k δ V V k (11) Submatrik H, N, J, L meujukka turua parsial dari Persamaa (7) da (8) terhadap V da δ, dimaa matrik tersebut disebut matrik Jacobia. Nilai dari masig masig eleme Jacobia sebagai berikut (Pai,1979) : a. Utuk p q H pq = P p δ q = V p V q G pq si δ p δ q B pq cos δ p δ q P p N pq = V = V p V q G pq cos δ p δ q q + B pq si δ p δ q J pq = Q p δ q = V p V q G pq cos δ p δ q + B pq si δ p δ q K pq = Q p V q = V p V q G pq si δ p δ q B pq cos δ p δ q. (12) b. Utuk p = q H pp = P p δ p = Q p B pp V p 2 N pp = P p V p = P p + G pp V p 2 J pp = Q p δ p = P p + G pp V p 2 K pp = Q p V p = Q p B pp V p 2... (13) dega : P p = V p V q G pq cos δ p δ q + B pq si δ p δ q Q p = V p V q G pq si δ p δ q + B pq cos δ p δ q 59
III. ANALISA ALIRAN DAYA MENGGUNAKAN ETAP 3.1 Lagkah-lagkah mejalaka simulasi alira daya pada ETAP a. Meggambar sigle-lie diagram pada lembar kerja ETAP. b. Memasuka parameterparameter setiap kompoe - Power grid (rated kv, MVAsc, %V,Vagle, dll) - Bus (Nomial Kv) - Trasformator (Kv prim,kv sek, ratig MVA, %Z, X/R, dll) - Lie (pajag, R 0, X 0, Y 0, R 1,2, X 1,2,Y 1,2, dll) - Load (1 fasa/ 3 fasa, MVA, PF, Amps, rated KV, dll) c. Meggati mode load-flow dega cara klik load flow aalysis pada mode toolbar. d. Pilih metode alira daya dega cara klik load flow study case, disi terdapat beberapa piliha metode yaitu: ewtoraphso, gaus siedel, fast decouple. e. Ru load flow dega cara klik iko ru load flow pada load flow toolbar. f. Utuk melihat hasil secara komplit klik report maager. Disii terdapat beberapa piliha format dari hasil alira daya yaitu: pdf, Microsoft word, Microsoft excel, dll. 3.2 Sigle Lie Diagram Gambar 1. Sigle Lie Diagram Sistem Distribusi PF Teaga : 95% Listrik Geerator 2 3.3 Data Percobaa : a. Data Geerator Geerator 1 Mode : Swig Tegaga : 20 Kv Daya : 60 MW 60 Mode : Swig Tegaga : 20 Kv Daya : 90,3 MW PF : 95%
b. Data Beba Beba 1 V P Q Beba 2 V P Q. Bebab 3 V P Q : 20 Kv : 20,13 MW : 12,08 Mvar : 20 Kv : 54,4 MW : 32,64 Mvar : 20 Kv : 25,01 MW : 15,23 Mvar c. Data Salura Cable 1 (bus 1 2) Heesug XLPE 3/C Pajag : 150 km Cable 2 (bus 4 5) Heesug XLPE 3/C Pajag : 60 km Cable 3 (bus 2 5) Heesug XLPE 3/C Pajag : 40 km Cable 4 (bus 2 4) Heesug XLPE 3/C Pajag : 50 km Cable 5 (bus 4 3) Heesug XLPE 3/C Pajag : 50 km Cable 6 (bus 2 3) Heesug XLPE 3/C Pajag : 130 km Cable 7 (bus 1 3) Heesug XLPE 3/C Pajag : 20 km 3.4 Hasil Simulasi a. Simulasi alira daya ETAP Gambar 2. Model Sistem Distribusi Teaga Listrik setelah di simulasi alira daya ETAP 12.6 61
b. Alert View Gambar 3. Alert View c. Load Flow Aalysis Gambar 4. Load flow Report 62
Gambar 5. Losses Report 3.5 Aalisa Dari hasil simulasi alira daya megguaka software ETAP 12.6 di atas dapat dilihat daya yag megalir pada tiap bus. Besarya daya yag megalir tergatug pada beba yag terpasag pada bus tersebut. Bus 4 diketahui pada kodisi uder voltage (margial) da pada geerator 2 megalami over excited (critical) karea settig margial 95%. Utuk memperbaiki keadaa bus 4 yag uder voltage dilakuka dega memperbaiki impedasi dega memperbesar luas peampag pada kabel 4. Sedag utuk memperbaiki keadaa geerator 2 yag megalami over excited, dilakuka dega memasag kapasitor Gambar 6. Model Sistem Distribusi Teaga Listrik setelah di simulasi alira daya ETAP 12.6 (Setelah melakuaka koreksi luas peampag kabel da peambaha kapasitor) 63
Besarya kapasitor yag harus dipasag dapat diketahui dari alert view. Pada alert view ditujukka bahwa ratig/limitya adalah sebesar 29,688 Mvar sedagka pada keyataaya beroperasi (operatig) sebesar 48,197 Mvar. Besar ilai kapasitor yag harus ditambahka adalah Mvar operatig 95 % Mvar ratig. C = 48,197 (0,95 x 29,688) C = 20 Mvar Karea settig margial 95% (artiya aka megalami keadaa margial apabila beroperasi 95%) jadi ilai kapasitor harus lebih besar dari 20 Mvar agar operatigya kurag dari 95%. Utuk itu diambil ilai kapasitor sebesar 21 Mvar / 21000 kvar. Gambar 7. Alert View (Setelah melakuaka koreksi luas peampag kabel da peambaha kapasitor) Gambar 8. Load flow Report (Setelah melakuaka koreksi luas peampag kabel da peambaha kapasito) 64
Gambar 9. Losses Report (Setelah melakuaka koreksi luas peampag kabel da peambaha kapasito) IV. KESIMPULAN 1. Aalisa alira daya merupaka suatu aalisa alira daya aktip (P) da daya reaktif (Q) dari suatu sistem pembagkit melalui suatu salura higga ke beba. 2. Besarya daya yag megalir tergatug pada besarya beba yag terpasag pada bus. 3. Dega megguaka ETAP dapat diketahui dega cepat tidaka apa yag harus diketahui. Pada aalisa di atas, utuk memperbaiki keadaa over excited pada geerator dilakuka peambaha kapasitor pada bus yag terhubug lagsug dega geerator. Utuk memperbaiki keadaa bus 4 yag uder voltage dilakuka dega memperbaiki impedasi dega memperbesar luas peampag pada kabel 4, da sekaligus memperbaiki losses. DAFTAR PUSTAKA 1. Joh J. Graiger, William D. Steveso, Jr., Power System Aalysis, McGraw- Hill Ic, 1994 2. Hadi Saadat, Power System Aalysis, McGraw-Hill Ic, 1999 3. Tura Goe, Moder Power System Aalysis, Joh Wiley & Sos, 1988 4. Sulaso, Ir. Aalisis Sistem teaga,semarag: Bada Peerbit Uiversitas Dipoegoro, 1993 5. Sulaso, Ir. Sistem Distribusi Teaga Listrik,Semarag: Satya Wacaa, 1993 *) Ali Supriyadi adalah pejabat fugsioal Widyaiswara 65