Studi & Analisa Aliran Daya Pada Sistem Sumatera Utara – Nangroe Aceh Darussalam Dengan Menggunakan Program Power System Simulation Engineering (PSS/E) Versi 31.0.0.

STUDI & ANALISA ALIRAN DAYA PADA SISTEM SUMATERA

UTARA – NANGROE ACEH DARUSSALAM DENGAN

MENGGUNAKAN PROGRAM POWER SYSTEM SIMULATION

ENGINEERING (PSS/E) VERSI 31.0.0

OLEH :

TITIN DESTIARINI

060422011

Tugas Akhir ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

STUDI & ANALISA ALIRAN DAYA PADA SISTEM SUMATERA

UTARA – NANGROE ACEH DARUSSALAM DENGAN

MENGGUNAKAN PROGRAM POWER SYSTEM SIMULATION

ENGINEERING (PSS/E) VERSI 31.0.0

OLEH :

TITIN DESTIARINI

060422011

Tugas akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2 0 0 9

Sidang pada tanggal 07 bulan November tahun 2009 di depan penguji :

1. Ir. Masykur Sj. : Ketua Penguji :____________

2. Ir. A. Rachman Hasibuan : Anggota Penguji :____________

3. Ir. Zulkarnaen Pane : Anggota Penguji :____________

Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir

Prof. Dr. Ir. Usman Baafai NIP. 19461022 197302 1 001

Diketahui Oleh : Pelaksana Harian

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

STUDI & ANALISA ALIRAN DAYA PADA SISTEM

SUMATERA UTARA – NANGROE ACEH DARUSSALAM

DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM POWER SYSTEM

SIMULATION ENGINEERING (PSS/E) VERSI 31.0.0

OLEH :

TITIN DESTIARINI

060422011

Tugas akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2 0 0 9

Sidang pada tanggal 07 bulan November tahun 2009 di depan penguji :

1. Ir. Masykur Sj. : Ketua Penguji

2. Ir. A. Rachman Hasibuan : Anggota Penguji

3. Ir. Zulkarnaen Pane : Anggota Penguji

Diketahui Oleh : Pelaksana Harian

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

Prof. Dr. Ir. Usman Baafai NIP. 19461022 197302 1 001

Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir

ABSTRAK

Pada sistem kelistrikan yang besar masalah aliran daya menjadi sangat

penting, karena hal ini menyangkut masalah operasi yang ekonomis, keandalan

dan susut jaringan. Perubahan struktur jaringan maupun pusat-pusat pembangkit

mutlak diperhatikan, karena bila salah satu komponen tersebut keluar dari

sistem, akan diikuti oleh perubahan aliran daya maupun profil tegangan.

Sehingga study aliran daya sangat diperlukan untuk menganalisa aliran daya

baik saat ini maupun untuk masa yang akan datang. PSS/E (Power System

Simulation Engineering), merupakan software yang dapat menampilkan secara

graphical interface dengan jumlah bus (rel) tidak terbatas.

Studi aliran daya pada sistem Interkoneksi Sumatera Utara-Aceh meliputi

wilayah Sumatera Utara dan Aceh yang dikelola oleh PT. PLN (Persero) P3B

Sumatera Unit Pengatur Beban Sumbagut. Kasus aliran daya yang ditinjau

adalah aliran daya pada saat sistem dalam keadaan normal, aliran daya pada

saat salah satu saluran transmisi keluar dari sistem, dan aliran daya pada saat

penambahan pembangkit baru. Studi aliran daya ditinjau dengan menggunakan

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur kepada Allah SWT, karena atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan Judul :

“STUDI & ANALISA ALIRAN DAYA PADA SISTEM SUMATERA

UTARA – NANGROE ACEH DARUSSALAM DENGAN

MENGGUNAKAN PROGRAM POWER SYSTEM SIMULATION

ENGINEERING (PSS/E) VERSI 31.0.0 ”

Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi di Program Pendidikan Sarjan Ekstensi Universitas Sumatera Utara, Guna memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro.

Penulis menyadari dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini banyak kendala-kendala yang dihadapi, namun atas saran, bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak akhirnya Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. Karena itu penulis tidak lupa mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara sekaligus dosen pembimbing dalam penyusunan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Panusur SML Tobing, selaku Dosen Wali Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Ir. Heru Cahyadi, selaku Manager PT PLN (Persero) P3B Sumatera

UPB Sumbagut.

4. Bapak Junaedi, ST, selaku Asisten Manager PT PLN (Persero) P3B Sumatera UPB Sumbagut.

5. Seluruh Staf, Karyawan dan Karyawati PT PLN (Persero) P3B Sumatera UPB Sumbagut.

6. Team partner Evaluasi dan Perencanaan Operasi ”Atikusuma Dwi Prawitasari dan Lucky Ginanjar Adhipurna”.

7. Teman-teman seperjuangan di jurusan Teknik Elektro Program Pendidikan Sarjana Ekstensi ’06.

Penulis juga mengucapkan terima kasih dan penghormatan yang setinggi-tingginya kepada keluarga besar Ayahanda H. Juli Nuryadi dan keluarga besar

Ayahanda SK Noer Rahman yang dengan cinta, kasih sayang, dorongan,

pengertian , kesabaran serta pengorbanan yang tidak akan pernah dapat terbalaskan. Tidak lupa juga terima kasih penulis buat suami tercinta Bakti

Mulyoso dan Adeba atas cinta, do’a, semangat dan dukungannya selama ini.

Semoga Allah SWT. memberikan kekuatan lahir dan batin serta membalas kebaikan kita semua, Amin.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna baik secara teknik maupun bahasa. Dalam hal ini penulis menerima setiap saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan mutu Tugas Akhir ini. Besar harapan saya tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca dan almamater.

Medan, 07 November 2009

DAFTAR ISI

HALAMAN

KATA PENGANTAR

DAFTAR ISI iii

DAFTAR GAMBAR v

DAFTAR TABEL vi

DAFTAR LAMPIRAN vii

BAB 1 PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Tujuan Penulisan 3

1.3 Batasan Masalah 4

1.4 Metodologi Penulisan 4

1.5 Sistematika Penulisan 5

BAB 2 DASAR TEORI ALIRAN DAYA 7

2.1 Umum 7

2.2 Studi Aliran Daya 7

2.3 Persamaan Aliran Daya 8

2.4 Klasifikasi Bus 13

2.5 Metode Aliran Daya 15

2.5.1 Metode Newton-Raphson

2.5.1.1 Metode Newton-Raphson dengan Koordinat Polar 17

BAB 3 SIMULASI PERHITUNGAN ALIRAN DAYA DENGAN

MENGGUNAKAN PROGRAM POWER SYSTEM

SIMULATION ENGINEERING (PSS/E) VERSI 31.0.0

3.1 Umum 26

3.2 Metode Aliran Daya Menggunakan PSSE 31.0.0 26

3.3 Data Aliran Daya 28

3.3.1 Rel Daya

3.3.2 Pembangkit 30

3.3.3 Power Plants Data 33

3.3.4 Beban 34

3.3.5 Transmisi 35

3.3.6 Transformator 36

3.3.7 Peralatan Kompensasi 37

BAB 4 HASIL STUDI ALIRAN DAYA SISTEM SUMBAGUT-NAD 38

4.1 Kondisi Sistem Keadaan Normal 38

4.2 Kondisi Pada Saat SUTT 150 kV Binjai-Pangkalan Brandan 1 keluar dari Sistem

4.3 Kondisi Pada Saat Pembangkit PLTG TTF 1x105 MW

Masuk Sistem Tahun 2010 43

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 47

5.1 Kesimpulan 47

5.2 Saran 48

DAFTAR PUSTAKA 49

DAFTAR GAMBAR

HALAMAN Gambar 2.1 Diagram satu garis sistem tenaga listrik 7

Gambar 2.2 Diagram satu garis sistem 2 rel 8

Gambar 2.3 Diagram impedansi sistem 2 rel 9

Gambar 2.4 Rel daya dengan transmisi model π untuk sistem 2 rel 9

Gambar 2.5 Aliran arus pada rangkaian ekivalen 10

Gambar 2.6.a Sistem n-rel 11

Gambar 2.6.b Model transmisi π untuk sistem n-rel 12

Gambar 2.7 Ilustrasi metode Newton-Raphson 17

Gambar 2.8 Ilustrasi aliran pada line dengan sistem 2 bus 25 Gambar 3.1 Diagram alir studi aliran daya menggunakan PSSE 31.0.0 27

Gambar 3.2 Format data rel daya 29

Gambar 3.3 Format data mesin pembangkit 33

Gambar 3.4 Format data power plants 34

Gambar 3.5 Format beban 34

Gambar 3.6 Format data transmisi 36

DAFTAR TABEL

HALAMAN

Tabel 2.1 Klasifikasi rel pada sistem tenaga 15

Tabel 3.1 Data rel daya gardu induk (150 KV) 29

Tabel 3.2 Data rel daya pembangkit 30

Tabel 3.3 Data Pembangkit Sistem Sumatera Utara-

Nangroe Aceh Darussalam 31

Tabel 3.4 Daya Terpasang Pembangkitan Inalum 32

Tabel 4.1 Kondisi tipikal neraca daya Sistem Sumbagut

pada saat WBP 39

Tabel 4.2 Kondisi tipikal neraca daya Sistem Sumbagut

pada saat beban puncak malam dengan pembangkit baru

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Single Line Diagram Sistem Sumut-Aceh

Lampiran 2 Data Rel Sistem Sumbagut-NAD

Lampiran 3 Data Pembangkit Sistem Sumbagut-NAD

Lampiran 4 Data Impedansi Generator Sistem Sumbagut-NAD Lampiran 5 Data Beban Sistem Sumbagut-NAD

Lampiran 6 Data Penghantar Sistem Sumbagut-NAD

Lampiran 7 Impedansi Transformator Pembangkit Sistem Sumbagut-NAD Lampiran 8 Hasil Studi Aliran Daya Sistem Sumbagut-NAD Pada Keadaan

Normal

Lampiran 9 Hasil Studi Aliran Daya Kondisi Pada Saat SUTT 150 kV Binjai-P.Brandan 1 Keluar Dari Sistem

Lampiran 10 Hasil Studi Aliran Daya Kondisi Pada Saat SUTT 150 kV Binjai-P.Brandan 1 Keluar Dari Sistem, dengan Melepas Beban di Gardu Induk Pangkalan Brandan dan Gardu Induk Langsa

ABSTRAK

Pada sistem kelistrikan yang besar masalah aliran daya menjadi sangat

penting, karena hal ini menyangkut masalah operasi yang ekonomis, keandalan

dan susut jaringan. Perubahan struktur jaringan maupun pusat-pusat pembangkit

mutlak diperhatikan, karena bila salah satu komponen tersebut keluar dari

sistem, akan diikuti oleh perubahan aliran daya maupun profil tegangan.

Sehingga study aliran daya sangat diperlukan untuk menganalisa aliran daya

baik saat ini maupun untuk masa yang akan datang. PSS/E (Power System

Simulation Engineering), merupakan software yang dapat menampilkan secara

graphical interface dengan jumlah bus (rel) tidak terbatas.

Studi aliran daya pada sistem Interkoneksi Sumatera Utara-Aceh meliputi

wilayah Sumatera Utara dan Aceh yang dikelola oleh PT. PLN (Persero) P3B

Sumatera Unit Pengatur Beban Sumbagut. Kasus aliran daya yang ditinjau

adalah aliran daya pada saat sistem dalam keadaan normal, aliran daya pada

saat salah satu saluran transmisi keluar dari sistem, dan aliran daya pada saat

penambahan pembangkit baru. Studi aliran daya ditinjau dengan menggunakan

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Load Flow atau studi aliran daya di dalam sistem tenaga merupakan studi yang mengungkapkan kinerja dan aliran daya (nyata dan reaktif) untuk keadaan

tertentu ketika sistem bekerja saat tunak (steady state). Studi aliran daya juga memberikan informasi mengenai beban saluran transmisi, losses, dan tegangan di setiap lokasi untuk evaluasi regulasi kinerja sistem tenaga. Oleh sebab itu studi aliran daya sangat diperlukan dalam perencanaan serta pengembangan sistem di masa yang akan datang. Karena operasi sistem tenaga listrik yang memuaskan adalah bergantung kepada pengenalan serta pengetahuan dari akibat adanya penambahan beban, unit pembangkit, dan saluran transmisi baru, sebelum semuanya dapat direalisasikan. Untuk metode penyelesaian yang digunakan pada studi aliran daya ini menggunakan metode Newton-Raphson dan Gauss Seidel.

Seiring dengan perkembangan teknologi, permintaan konsumen akan

kebutuhan energi listrik semakin meningkat. Sistem ketenagalistrikan semakin kompleks, mulai dari kebutuhan akan pembangkit energi listrik yang mempunyai kapasitas daya besar, multi-mesin, konfigurasi sistem dari radial menjadi konfigurasi loop, bertambahnya jumlah gardu induk dan transformator daya.

Program PSS/E (Power System Simulation Engineering) dapat digunakan untuk sistem tenaga listrik yang besar dan memerlukan perhitungan kompleks.

Sistem Interkoneksi Sumatera Utara-Nangroe Aceh Darussalam merupakan sistem tenaga listrik yang ter-integrasi antara sistem pembangkitan, transmisi dan distribusi yang melayani daerah Sumatera Utara dan Nangroe Aceh

Darussalam. Sistem Sumbagut juga terinterkoneksi dengan sistem tenaga listrik lain, yaitu Sistem 275 kV PT Inalum, terhubung melalui IBT 2×40 MVA GI Kuala Tanjung, yang beroperasi merealisasikan transfer export-import energi antara PLN-Inalum dengan skema net-zero balance (energy-swap).

Kapasitas daya terpasang di Sistem Sumbagut adalah 1.879,8 MW (dengan tambahan pembangkit baru PLTU Labuhan Angin Unit 1 dan 2 ), sedangkan daya mampu pasok sebesar 1233,2 MW (dengan transfer Inalum 45 MW pada saat WBP). Sedangkan demand pada saat beban puncak mencapai 1.353 MW. Faktor derating yang relatif besar antara kapasitas terpasang unit beroperasi dengan kemampuan pasoknya, sedikit-banyak berkorelasi dengan data

usia pembangkit terpasang, yang rata-rata sudah tua: 21-30 tahun sebesar 25%, 11-20 tahun sebesar 61%, dan 0-10 tahun sebesar 14% (dari daya terpasang).

1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan Adapun tujuan penulisan ini adalah untuk :

1. Mengetahui besarnya tegangan pada setiap bus (rel) dari suatu sistem tenaga listrik.

3. Mengetahui tegangan bus (dibawah Tegangan nominal) pada Interkoneksi Sumatera Utara - Nangroe Aceh Darussalam sesuai dengan gride code PLN.

4. Mengetahui losses sistem Interkoneksi Sumatera Utara-Nangroe Aceh Darussalam.

5. Mengetahui aliran daya sistem Interkoneksi Sumatera Utara-Nangroe Aceh Darussalam pada saat sistem dalam keadaan normal, aliran daya pada saat saluran transmisi keluar, dan aliran daya pada saat penambahan pembangkit baru.

6. Mengetahui tingkat pembebanan penghantar dan security (N-1)

7. Efek penataan kembali rangkaian-rangkaian dan penggabungan sirkit-sirkit baru pada pembebanan sistem.

1.3 Batasan Masalah

Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang maksimal, maka penulis perlu membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas

Akhir ini adalah :

1. Studi aliran daya pada sistem pembangkitan Sumatera Bagian Utara dengan menggunakan metode Newton Rapsón dan Gauss Seidel dengan bantuan software PSS/E (Power System Simulation Enggineering) versi 31.0.0.

2. Menggunakan data kompensasi (kapasitor) yang terpasang di Gardu Induk Banda Aceh sebesar 25 MVar.

1.4 Metodologi Penulisan

Adapun metodologi yang digunakan adalah :

1. Menggunakan Program (software) PSS/E Versi 31.0.0.

2. Data : data-data yang diambil adalah parameter-parameter yang dibutuhkan untuk menggunakan program PSSE. Data-data yang

dibutuhkan adalah parameter-parameter pada peralatan tenaga listrik seperti : generator, transfomator, transmisi, bus, dan sebagainya. Data-data ini diambil di PT. PLN (Persero) P3B Sumatera Unit Pengatur Beban Sumbagut.

3. Studi literatur : mengambil bahan dari buku-buku referensi, jurnal, panduan PSSE Versi 31.0.0, dan sebagainya.

4. Studi bimbingan : diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen Teknik Elektro USU mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir berlangsung.

1.5 Sistematika Penulisan

Penulisan tugas akhir ini disusun secara sistematis sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bagian ini berisi mengenai latar belakang masalah, tujuan dan manfaat penulisan, pembatasan masalah, metodologi penulisan dan sistematika penulisan.

BAB II DASAR TEORI

Metode aliran daya yang dijelaskan adalah metode Newton-Raphson dan Gauss Seidel.

BAB III METODE ALIRAN DAYA SISTEM SUMBAGUT-NAD

DENGAN PSS/E

Bagian ini berisi tentang metode dan prosedur aliran daya

menggunakan PSS/E dalam bentuk flowchart, data aliran daya yang digunakan yaitu : konfigurasi sistem, nilai impedansi yang tergantung pada tipe dan panjang saluran transmisi, jumlah bus (rel), impedansi transformator, generator, dan daya reaktif . Disamping itu juga berisi tentang studi aliran daya dengan berbagai macam kasus.

BAB IV HASIL STUDI ALIRAN DAYA SISTEM SUMBAGUT-NAD

Bagian ini berisi tentang hasil studi aliran daya menggunakan program PSSE (output PSSE) pada sistem Interkoneksi Sumatera Utara-Nangroe Aceh Darussalam pada saat Kasus-1 : sistem dalam keadaan normal, Kasus-2 : aliran daya pada saat saluran transmisi keluar,

Kasus-3 : aliran daya pada saat penambahan pembangkit baru.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

BAB 2

DASAR TEORI ALIRAN DAYA

2.1 Umum (1,2,3,4)

Sistem tenaga listrik (Electric Power System) terdiri dari tiga komponen utama, yaitu : sistem pembangkitan tenaga listrik, sistem transmisi tenaga listrik,

dan sistem distribusi tenaga listrik .

Komponen dasar yang membentuk suatu sistem tenaga listrik adalah generator, transformator, saluran transmisi dan beban. Untuk keperluan analisis sistem tenaga, diperlukan suatu diagram yang dapat mewakili setiap komponen sistem tenaga listrik tersebut. Diagram yang sering digunakan adalah diagram satu garis dan diagram impedansi atau diagram reaktansi. Gambar 2.1 merupakan diagram satu garis sistem tenaga listrik yang sederhana.

Gambar 2.1 Diagram Satu Garis Sistem Tenaga Listrik

2.2 Studi Aliran Daya (1,2,3,4)

(reactive power) di berbagai titik pada sistem daya yang dalam keadaan berlangsung atau diharapkan untuk operasi normal.

Studi aliran daya merupakan studi yang penting dalam perencanaan dan desain perluasan sistem tenaga listrik dan menentukan operasi terbaik pada jaringan yang sudah ada. Studi aliran daya sangat diperlukan dalam perencanaan

serta pengembangan sistem di masa-masa yang akan datang. Karena seiring dengan bertambahnya konsumen akan kebutuhan tenaga listrik, maka akan selalu terjadi perubahan beban, perubahan unit-unit pembangkit, dan perubahan saluran transmisi.

2.3 Persamaan Aliran Daya (1)

Persamaan aliran daya secara sederhana dapat dilihat pada Gambar 2.2 dibawah, untuk sistem yang memiliki 2 rel. Pada setiap rel memiliki sebuah generator dan beban, walaupun pada kenyatannya tidak semua rel memiliki generator. Penghantar menghubungkan antara rel 1 dengan rel 2. Pada setiap rel memiliki 6 besaran elektris yang terdiri dari : PD, PG, QD, QG, V, dan δ.

1 1 V

1 1

1 G G

G P jQ

S  

1 1

1 D D

D P jQ

S  

2 2 V 2 2

2 G G

G P jQ

S  

2 2

2 D D

D P jQ

S  

Gambar 2.2 Diagram Satu Garis sistem 2 rel

memiliki reaktansi dan transmisi model π (phi). Beban diasumsikan memiliki impedansi konstan dan daya konstan pada diagram impedansi.

Gambar 2.3 Diagram impedansi sistem 2 rel Besar daya pada rel 1 dan rel 2 adalah



1 1

 

1 1



1 1

1 SG SD PG PD jQG QD

S       (2.1)



2 2

 

2 2



2 2

2 SG SD PG PD jQG QD

S       (2.2)

Pada Gambar 2.4 merupakan penyederhanaan dari Gambar 2.3 menjadi daya rel (rel daya) untuk masing-masing rel.

1

S

1

ˆ

I

S S

Z y  1

p

y

2

ˆ

I 1

ˆ

V _Vˆ₂

p

y

2

S

S

jX

S

R

Gambar 2.4 rel daya dengan transmisi model π untuk sistem 2 rel Besarnya arus yang diinjeksikan pada rel 1 dan rel 2 adalah :

1 1

1 ˆ ˆ

ˆ

D

G I

I

I   (2.3)

2 2

2 ˆ ˆ

ˆ

D

G I

I

Semua besaran adalah diasumsikan dalam sistem per-unit, sehingga :





1

* 1 1 1 1 1 * 1 1

1 VˆIˆ P jQ P jQ Vˆ Iˆ

S       (2.5)





2

* 2 2 2 2 2 * 2 2

2 VˆIˆ P jQ P jQ Vˆ Iˆ

S       (2.6)

1

ˆ

I S

S

Z y  1

p y 2 ˆ I 1 ˆ

V _Vˆ₂

p y S jX S R " ˆ 1 I ' ˆ 1 I " ˆ 2 I ' ˆ 2 I

Gambar 2.5 Aliran arus pada rangkaian ekivalen

Aliran arus dapat dilihat pada Gambar 2.5, dimana arus pada rel 1 adalah :

1 1

1 ˆ ˆ

ˆ _{I I}

I   





S

p V V y

y V

Iˆ₁  ˆ₁  ˆ₁ ˆ₂





1

 

2

1 ˆ ˆ

ˆ _{y y V y V}

I  _p _S   _S (2.7)

2 12 1 11

1 ˆ ˆ

ˆ _{Y V Y V}

I   (2.8)

Dimana :

Y11 adalah jumlah admitansi terhubung pada rel 1 = yP yS (2.9)

Y12 adalah admitansi negatif antara rel 1 dengan rel 2 = yS (2.10)

Untuk aliran arus pada rel 2 adalah :

2 2

2 ˆ ˆ

ˆ _{I I}

I    





S

p V V y

y V

Iˆ₂  ˆ₂  ˆ₂ ˆ₁

 

1





2

2 ˆ ˆ

ˆ _{y V y y V}

2 22 1 21

1 ˆ ˆ

ˆ _{Y V Y V}

I   (2.12)

Dimana :

Y22 adalah jumlah admitansi terhubung pada rel 2 = y_P y_S (2.13)

Y21 adalah admitansi negatif antara rel 2 dengan rel 1 = y_S Y₁₂ (2.14)

Dari Persamaan (2.8) dan (2.12) dapat dihasilkan Persamaan dalam bentuk matrik, yaitu :

        

     

2 1

22 21

12 11

2 1

ˆ ˆ

V V Y Y

Y Y

I I

(2.15)

Notasi matrik dari Persamaan (2.15) adalah ::

bus bus

bus Y V

I  (2.16)

Persamaan (2.5) hingga (2.16) yang diberikan untuk sistem 2 rel dapat dijadikan sebagai dasar untuk penyelesaian Persamaan aliran daya sistem n-rel.

Gambar 2.6.a menunjukan sistem dengan jumlah n-rel dimana rel 1 terhubung dengan rel lainya. Gambar 2.6.b menunjukan model transmisi untuk sistem n-rel.

1 ˆ

I

1

ˆI

12

p

y y_p21

12

s

y y_s21

13

p

y yp31

13

s

y ys31

1 pn y n p y1 n s

y₁ y_sn1

Gambar 2.6.b model transmisi π untuk sistem n-rel Persamaan yang dihasilkan dari Gambar 2.6.b adalah :

   

S S

 

n Sn

n P P

P Vy Vy V V y V V y V V y

y V

Iˆ₁ ˆ_{1 12}ˆ_{1 13}... ˆ_{1 1}  ˆ₁ˆ_{2 12} ˆ₁ ˆ_{3 13}... ˆ₁ˆ ₁



yP yP yPn yS yS ySn



Vn yS V yS V ySnVn

Iˆ₁ ₁₂ ₁₃... ₁  ₁₂ ₁₃... ₁ ˆ  ₁₂ˆ₂ ₁₃ˆ₃... ₁ ˆ (2.17)

n nV Y V Y V Y V Y

Iˆ₁  ₁₁ˆ₁ ₁₂ˆ₂  ₁₃ˆ₃ ... ₁ ˆ (2.18)

Dimana : n S S S n P P

P y y y y y

y

Y₁₁ ₁₂ ₁₃... ₁  ₁₂  ₁₃... ₁ (2.19)

= jumlah semua admitansi yang dihubungkan dengan rel 1

n S n S

S Y y Y y

y

Y₁₂ ₁₂; ₁₃ ₁₃; ₁  ₁ (2.20)

Persamaan (2.21) dapat disubtitusikan ke Persamaan (2.5) menjadi Persamaan (2.22), yaitu :



_  n j j ijV Y I 1 1 ˆ ˆ _(2.21)



_    n j j jV Y V I V jQ P 1 1 * 1 1 * 1 1



_   n j j ij i i

i jQ V YV

P

1

* _ˆ

ˆ _{i1,2,...,n (2.23)}

Persamaan (2.23) merupakan representasi persamaan aliran daya yang

nonlinear. Untuk sistem n-rel, seperti Persamaan (2.15) dapat dihasilkan

Persamaan (2.24), yaitu :

                                         n nn n n n n n V V V Y Y Y Y Y Y Y Y Y I I I ˆ : ˆ ˆ ... : ... : : ... ... ˆ : ˆ ˆ 2 1 2 1 2 22 21 1 12 11 2 1 (2.24)

Notasi matrik dari Persamaan (2.24) adalah :

bus bus

bus Y V

I  (2.25)

Dimana :               nn n n n n bus Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y ... : ... : : ... ... 2 1 2 22 21 1 12 11

matrik rel admitansi (2.26)

2.4 Klasifikasi Rel (4)

Jenis rel pada sistem tenaga, yaitu : 1. Rel Beban

2. Rel Generator

Rel Generator dapat disebut dengan voltage controlled bus karena tegangan pada

rel ini dibuat selalu konstan atau rel dimana terdapat generator. Pembangkitan daya aktif dapat dikendalikan dengan mengatur penggerak mula (prime mover) dan nilai tegangan dikendalikan dengan mengatur eksitasi generator. Sehingga rel

ini sering juga disebut dengan PV rel. Besaran yang dapat dihitung dari rel ini adalah Q dan δ (sudut beban).

3. Slack Bus

Slack Bus sering juga disebut dengan swing bus atau rel berayun. Adapun besaran

yang diketahui dari rel ini adalah tegangan (V) dan sudut beban (δ). Suatu sistem tenaga biasanya didesign memiliki rel ini yang dijadikan sebagai referensi yaitu besaran δ = 00. Besaran yang dapat dihitung dari rel ini adalah daya aktif dan reaktif.

Secara singkat klasifikasi rel pada sistem tenaga terdapat pada Tabel 2.1 yaitu besaran yang dapat diketahui dan tidak diketahui pada rel tersebut.

Tabel 2.1 Klasifikasi Rel Pada Sistem Tenaga Jenis rel Besaran yang

diketahui

Besaran yang tidak diketahui Rel beban (atau rel PQ) P, Q V , 

Rel generator atau rel dikontrol tegangan (atau rel PV)

P , V Q, 

Rel pedoman atau rel slack atau rel swing

2.5 Metode Aliran Daya

Pada sistem multi-rel, penyelesaian aliran daya dengan metode Persamaan aliran daya. Metode yang digunakan pada umumnya dalam penyelesaian aliran daya, yaitu metode : Newton-Raphson, Gauss-Seidel, dan Fast Decoupled. Tetapi

metode yang dibahas pada Tugas Akhir ini adalah metode Newton-Raphson dan

metode Gauss-Seidel.

2.5.1 Metode Newton-Raphson (2,3)

Dalam metode Newton-Raphson secara luas digunakan untuk permasalahan Persamaan non-linear. Penyelesaian Persamaan ini menggunakan permasalahan yang linear dengan solusi pendekatan. Metode ini dapat diaplikasikan untuk satu Persamaan atau beberapa Persamaan dengan beberapa variabel yang tidak diketahui.

Untuk Persamaan non-linear yang diasumsikan memiliki sebuah variabel seperti Persamaan (2.27).

) (x

f

y (2.27)

Persamaan (2.27) dapat diselesaikan dengan membuat Persamaan menjadi Persamaan (2.28).

0 ) (x 

f (2.28)

Menggunakan deret taylor Persamaan (2.28) dapat dijabarkan menjadi Persamaan (2.29).

 

  

  

... !

2 1 !

1 1 )

( ₂0 ₀ 2

2

0 0

0     

 x x

dx x df x

x dx

x df x

f x f

  

0 !

1

0

0  

 n

n n

x x dx

x df

Turunan pertama dari Persamaan (2.29) diabaikan, pendekatan linear menghasilkan Persamaan (2.30)

 

  

0 )

( 0 ₀

0   

 x x

dx x df x f x

f (2.30)

Dari :

 

 

x dx df x f x x 0 0 0

1  (2.31)

Bagaimana pun, untuk mengatasi kesalahan notasi, maka Persamaan (2.31) dapat diulang seperti Persamaan (2.32).

 

 

x dx

df x f x

x ₍₀₎

) 0 ( ) 0 ( ) 1 (   (2.32)

Dimana : x(0) = Pendekatan perkiraan X(1) = pendekatan pertama

Oleh karena itu, rumus dapat dikembangkan sampai iterasi terakhir (k+1), menjadi Persamaan (2.33).

 

 

x dx

df x f x x _k k k k ) ( ) ( ) ( ) 1 (    (2.33)

 

 

( ) ) ( ) ( ) 1 ( ' k k k k x f x f x

x    (2.34)

Jadi,

 

 

( ) ) ( ' k k x f x f x

 (2.35)

) ( ) 1

(k k

x x

x 

  _(2.36)

Gambar 2.8 Ilustrasi metode Newton-Raphson

Pada Gambar 2.8 dapat dilihat kurva garis melengkung diasumsikan grafik

Persamaan yF( x). Nilai x₀ pada garis x merupakan nilai perkiraan awal

kemudian dilakukan dengan nilai perkiraan kedua hingga perkiraan ketiga.

2.5.1.1 Metode Newton-Raphson dengan koordinat polar

Besaran-besaran listrik yang digunakan untuk koordinat polar, pada umumnya seperti Persamaan (2.37)

i i

i V

V   ; V_j  V_j_j ; dan Y_ij  Y_ij_ij (2.37)

Persamaan arus (2.21) pada Persamaan sebelumnya dapat diubah kedalam Persamaan polar (2.38).



_

 n

j j ij

i Y V

I

1

j ij n

j

j ij

i Y V

I 



 

1

(2.38)

Persamaan (2.38) dapat disubtitusikan kedalam Persamaan daya (2.22) pada Persamaan sebelumnya menjadi Persamaan (2.39).

i i i

i jQ V I

P   *

i i

i V

j ij n j j ij i i i

i jQ V Y V

P   



 

1 j i ij n j j ij i i

i jQ V Y V

P  



  

1 (2.39) Dimana :  









j i ij j i ij j j Cos

e ij i j

           _{     } sin (2.40)

Persamaan (2.39) dan (2.40) dapat diketahui Persamaan daya aktif (2.41) dan Persamaan daya reaktif (2.42).



( ) ( )



1 ) ( ) ( ) (

cos _{ij i}k _jk

n j k j ij k i k

i V Y V

P 



  

 (2.41)



( ) ( )



1 ) ( ) ( ) (

sin _{ij i}k _jk

n j k j ij k i k

i V Y V

Q 



  



(2.42)

Persamaan (2.41) dan (2.42) merupakan langkah awal perhitungan aliran daya menggunakan metode Newton-Raphson. Penyelesaian aliran daya menggunakan proses iterasi (k+1). Untuk iterasi pertama (1) nilai k = 0, merupakan nilai perkiraan awal (initial estimate) yang ditetapkan sebelum dimulai perhitungan aliran daya.

Hasil perhitungan aliran daya menggunakan Persamaan (2.41) dan (2.42)

dengan nilai ( k)

i

P dan (k)

i

Q . Hasil nilai ini digunakan untuk menghitung nilai

) (k

i P

 dan ( k)

i Q

 .

Menghitung nilai P_i( k) dan Q_i(k) menggunakan Persamaan (2.43) dan

(2.44).

   k calc i spec i k

i p P

P  _,  _,

 (2.43)

   k calc i spec i k

i Q Q

Q  ,  ,

Hasil perhitungan Pi( k) dan

) (k

i Q

 digunakan untuk matrik Jacobian pada

Persamaan (2.45).                                                                                                             ) ( ) ( ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( ) ( 2 ) ( ) ( 2 2 ) ( 2 ) ( 2 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( ) ( 2 ) ( ) ( 2 2 ) ( 2 ) ( 2 2 ) ( 2 ) ( ) ( 2 ) ( ) ( 2 : : ... ... : : : : : : ... ... ... ... : : : : : : ... ... : : k n k n k k n k n k n n k n k n n k k n k k n k n k n n k n k n n k k n k k k n k k n k V V V Q V Q Q Q V Q V Q Q Q V P V P P P V P V P P P Q Q P P           (2.45)

Persamaan (2.45) dapat dilihat bahwa perubahan daya berhubungan dengan perubahan besar tegangan dan sudut phasa.

Secara umum Persamaan (2.45) dapat disederhanakan menjadi Persamaan (2.46).                     ( ) ) ( 4 3 2 1 ) ( ) ( k k k k V J J J J Q P  (2.46)

Besaran elemen matriks Jacobian Persamaan (2.46) adalah :

 J1







_  



 j i

k j k i ij ij k j k i k i

i _{V V Y}

P ( ) ( ) ( ) ( )

) (

sin  

 (2.47)



( ) ( )



) ( ) ( ) (

sin jk

k i ij ij k j k i k j i Y V V P       

 ji (2.48)

 J2



( ) ( )



) ( ) ( ) ( cos cos

2 _{ij i}k _jk

i j ij k j ii ii k i k i

i _{V Y V Y}



( ) ( )



) ( ) ( cos k j k i ij ij k i k j

i _{V Y}

V P       

 _{ji (2.50)}

 J3







_      i j k j k i ij ij k j k i k i i Y V V

Q ( ) _{( ) ( ) ( ) ( )}

cos  

 (2.51)



( ) ( )



) ( ) ( ) (

cos _{ij i}k _jk

ij k j k i k j

i _{V V Y}

Q        

 _{ji (2.52)}

 J4







_  

 



 j i

k j k i ij ij k j ii ii k i k i

i _{V Y V Y}

V

Q ( ) _{( ) ( ) ( ) ( )}

sin sin

2     (2.53)



( ) ( )



) ( ) ( sin k j k i ij ij k i k j

i _{V Y}

V Q        

 _{ji (2.54)}

Setelah nilai matrik Jacobian dimasukan kedalam Persamaan (2.46) maka

nilai (k)

i 

 dan ( k)

i V

 dapat dicari dengan menginverskan matrik Jacobian

seperti Persamaan (2.55).

                       ) ( ) ( 1 4 3 2 1 ) ( ) ( k k k k Q P J J J J V  (2.55)

Setelah nilai _i(k) dan V ( k_i ) diketahui nilainya maka nilai _i(k1) dan

) 1

( 

 k

i

V dapat dicari dengan menggunakan nilai _i(k) dan V ( k_i )ke dalam

Persamaan (2.56) dan (2.57).

     k i k i k

i  

 1  

(2.56)

     k i k

i k

i V V

Nilai _i(k1) dan V (_ik1) hasil perhitungan dari Persamaan (2.56) dan (2.57)

merupakan perhitungan pada iterasi pertama. Nilai ini digunakan kembali untuk perhitungan iterasi ke-2 dengan cara memasukan nilai ini ke dalam Persamaan (2.41) dan (2.42) sebagai langkah awal perhitungan aliran daya.

Perhitungan aliran daya pada iterasi ke-2 mempunyai nilai k = 1. Iterasi perhitungan aliran daya dapat dilakukan sampai iterasi ke-n. Perhitungan selesai

apabila nilai ( k)

i P

 dan (k)

i Q

 mencapai nilai 2,5.10-4.

Perhitungan aliran daya menggunakan metode Newton-Raphson 1. Membentuk matrik admitansi Yrel sistem

2. Menentukan nilai awal V(0), δ(0), Pspec, Qspec

3. Menghitung daya aktif dan daya reaktif berdasarkan Persamaan (2.41) dan (2.42)

4. Menghitung nilai (k)

i P

 dan ( k)

i Q

 beradasarkan Persamaan (2.43) dan

(2.44)

5. Membuat matrik Jacobian berdasarkan Persamaan (2.46) sampai Persamaan (2.54)

6. Menghitung nilai (k1) _dan (k1)

V berdasarkan Persamaan (2.56) dan

(2.57)

7. Hasil nilai (k1) _{dan V}(k1) _{dimasukan kedalam Persamaan (2.41) dan}

(2.42) untuk mencari nilai P dan Q. Perhitungan akan konvergensi

jika nilai P dan Q≤ 10-4.

2.5.2 Metode Gauss-Seidel (1)

Persamaan aliran daya (2.23) yang telah dituliskan sebelumnya, yaitu :



_   n j j ij i i

i jQ V YV

P

1

* _ˆ

ˆ _{i1,2,...,n}



_     n i j j j ij i i ii i i

i jQ V YV V YV

P

, 1

*

* _{ˆ ˆ ˆ}

ˆ _(2.58)







     n i j j j ij i i i i ii

iY V P jQ V Y V

V

, 1

*

* _{ˆ ˆ ˆ}

ˆ _(2.59)







     n i j j j ij i i i i

ii Y V

V jQ P V Y , 1 * ˆ ˆ ˆ _(2.60)

Sehingga Persamaan (2.60) menjadi :





ii n i j j j ij i i i i Y V Y V jQ P

V 





 

 * 1,

ˆ ˆ ˆ _(2.61)





         _ 



  n i j j j ij i i i ii

i Y V

V jQ P Y V , 1 * ˆ ˆ 1

ˆ _(2.62)

Dari Persamaan (2.58) juga didapatkan :

      _ 



  n i j j j ij i i ii i

i V YV V Y V

P , 1 * * _{ˆ ˆ ˆ} ˆ Re (2.63)       _  



  n i j j j ij i i ii i

i ag V YV V YV

Q , 1 * * _{ˆ ˆ ˆ} ˆ Im (2.64)

Langkah-langkah perhitungan algoritma dengan menggunakan metode

Gauss-Seidel adalah sebagai berikut :

1. Perhitungan matrik admitansi bus (Ybus) dalam per unit.

 

V 1.0,  0

3.a Untuk bus beban (load bus), tentukan Vˆ_i dari Persamaan (2.62)





         _ 



   n i j j k j ij k i i i ii k

i Y V

V jQ P Y V , 1 ) *( ) 1 ( _ˆ ˆ 1 ˆ

dimana k = jumlah iterasi

Untuk bus generator (voltage controlled), menentukan Vˆ_i dengan

menggunakan Persamaan (2.64) dan (2.62) secara bersama. Sehingga besar daya reaktif yang diketahui terlebih dahulu, yaitu :

            _  



   n i j j k j ij ii k i k i k

i ag V V Y YV

Q , 1 ) ( ) ( ) ( * ) 1 ( _{ˆ ˆ ˆ} Im

Kemudian setelah itu, hitung Vˆ_i dengan :





          



   n i j j k j ij k i i i ii k

i Y V

V jQ P Y V , 1 ) *( ) 1 ( _ˆ ˆ 1 ˆ

Bagaimanapun, Vˆ_i telah ditetapkan untuk bus generator. Sehingga,

) 1 ( , , ) 1 (

ˆ  _{ } k

calc i spec i k i V

V  .

3.bUntuk konvergensi yang cepat, menggunakan faktor akselerasi untuk bus beban ) ( , ) ( ) ( , ) 1 ( , ( ˆ k acc i k i k acc i k acc

i V V V

V     (2.65)

dimana α = faktor akselarasi (biasanya = 1,6)

4. Konvergensi besaran nilai

   

( 1)  _ˆ( ) 

Re ˆ

Re ik

k

i V

Hal ini adalah perbedaan nilai absolut bagian nyata tegangan dengan hasil iterasi yang berturut-turut harus lebih kecil dari nilai toleransi ε. Biasanya ≤ 10-4, dan juga :

   

( 1)  _ˆ( ) 

Im ˆ

Im ik

k

i V

V (2.67)

Hal ini adalah nilai absolut bagian imaginer tegangan yang dihasilkan iterasi secara berturut seharusnya lebih kecil dari nilai toleransi ε.

Apabila perbedaannya lebih besar dari toleransi maka kembali ke langkah 3, dan apabila perbedaan lebih kecil dari toleransinya maka hasil solusinya sudah konvergensi dan lanjutkan langkah 6.

5. Menentukan daya PG dan QG dari Persamaan (2.23) 6. Menentukan aliran arus pada jaringan.

i

Vˆ Vˆj

s

Iˆ

ij

Iˆ Iˆpi Iˆpj Iˆji

pi

[image:35.612.211.444.371.493.2]

y ypj

Gambar 2.7 Ilustrasi aliran pada line dengan sistem 2 bus

Perhitungan besaran arus pada jaringan (line) merupakan langkah terakhir dari perhitungan aliran daya setelah diketahui hasil perhitungan tegangan pada masing-masing bus. Ilustrasi perhitungan arus jaringan dapat dilihat

dari gambar 2.7 yang merupakan sistem dengan 2 bus. Arus jaringan, Iˆ_ij,

pada bus i didefinisikan sebagai positif karena mengalir dari i menuju j.

 

i j s i pi pi

s

ij I I V V y Vy

Sehingga besaran daya Sij dan Sji bernilai positif pada bus i dan j secara

berturut-turut.



* *



* 2 *

* _{ˆ ˆ ˆ}

ˆ ˆ

pi i s j i i ij i ij ij

ij P Q VI V V V y V y

S       (2.69)



* *



* 2 *

* _{ˆ ˆ ˆ}

ˆ ˆ

pj j s i j j ji j ji ji

ji P Q V I V V V y V y

S       (2.70)

Rugi-rugi daya pada jaringan (i-j) adalah penjumlahan daya yang telah dihitung pada Persamaan (2.69) dan (2.70) yang kemudian dijumlahkan ke dalam Persamaan (2.71).

ji ij

Lij S S

BAB 3

SIMULASI PERHITUNGAN ALIRAN DAYA DENGAN

MENGGUNAKAN PROGRAM POWER SYSTEM SIMULATION

ENGINEERING (PSS/E) VERSI 31.0.0

3.1 Umum

PSSE (Power System Simulation Engineering) merupakan suatu program yang menampilkan secara GUI (Graphical User Interface) tentang analisa sistem tenaga listrik. Tujuan program PSSE dibuat adalah untuk mempermudah perhitungan dan analisa sistem tenaga pada sistem yang besar, dengan jumlah bus tidak terbatas.

Sistem Sumatera Bagian Utara (Sumbagut) yang mengatur antara pembangkit, penyalur dan beban di wilayah Sumatera Bagian Utara-Nangroe Aceh Darussalam merupakan sistem yang besar, oleh karena itu program PSSE dapat digunakan untuk studi aliran daya pada sistem Sumbagut.

3.2 Metode Aliran Daya Menggunakan PSSE

[image:38.612.214.459.74.434.2]

Gambar 3.1. Diagram alir studi aliran daya menggunakan PSSE Proses metode aliran daya adalah sebagai berikut :

1. Membuat diagram satu garis sistem Sumatera Utara-Nangroe Aceh Darussalam.

Diagram satu garis sistem Sumatera Bagian Utara-Nangroe Aceh Darussalam secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 1.

2. Memasukkan data-data yang diperlukan : generator, transformator, transmisi, dan rel daya Sistem Sumatera Bagian Utara-Nangroe Aceh Darussalam.

4. Menjalankan program PSS/E dengan memilih icon Power

Flow-Solutions-Solve pada toolbar.

5. Keluaran hasil studi aliran daya dapat diketahui setelah program dapat dijalankan. Untuk melihat hasil keluaran aliran daya dengan memilih icon

Power Flow-Reports yang terdapat pada toolbar.

3.3 Data Aliran Daya

Sistem Sumatera Bagian Utara meliputi sistem pembangkit dan penyalur Sumatera Utara dan Nangroe Aceh Darussalam. Data dimasukan setelah diagram satu garis sistem Sumatera Bagian Utara direpresentasikan ke dalam program PSSE. Data yang dibutuhkan adalah data untuk generator, rel daya, penghantar, transformator dan beban sistem Sumbagut. Data diambil di PT. PLN (Persero) Pembangkit Sumatera Utara dan PT. PLN (Persero) P3B Sumatera Unit Pengaturan Beban Sumbagut.

3.3.1 Rel Daya

Data rel daya merepresentasi data gardu induk (GI). Informasi yang

dibutuhkan adalah Nomor Gardu Induk, Nama Gardu Induk, Tegangan nominal Gardu Induk, Kode Gardu Induk (1= GI beban, 2= GI Pembangkit, 3=GI Slack bus, 4=GI yang tidak operasi). Disamping data lainnya berupa area operasi, zone, kepemilikan dan lain-lain. Secara lengkap untuk pengisian rel daya menggunakan PSSE adalah :

I Bus Number 1

Name Bus Name ‘ ‘

BASKV Base kV 0

Type 1 = PQ Bus (Load)

Type 2 = PV Bus (Generator)

Type 3 = System Swing Bus

Type 4 = Isolated

GL Shunt MW 0

BL Shunt MVAR 0

Area Control Area Number 1

Zone Zone Number 1

VM Voltage Magnitude (pu) 1

VA Voltage Angle 0

OWNER Owner Number 1

BL harus bernilai negative untuk digunakan sebagai reaktor. Untuk data rel daya Sistem Sumatera Utara-Nangroe Aceh Darussalam dapat dilihat pada data dibawah ini:

1. Untuk Data Rel Gardu Induk (150 KV) :

GIS Listrik - GSLIK GI Kuala Tanjung - KTJNG GI Sipan - SPAN1 GI Belawan PLTGU - BLWCC GI P.Siantar - PSTAR GI Pangkalan Brandan - PBDAN GI Belawan PLTU - BLWTU GI Gunung Para - GPARA GI Langsa - LNGSA GI Paya Pasir - PPASR GI Berastagi - BTAGI GI Idie - GIDIE

GI Sei Rotan - SROTN GI Sidikalang - SDKLG GI Lhokseumawe - LSMWE GI KIM - GIKIM GI Renun - RENUN GI Tualang Cut - TLCUT GI Mabar - MABAR GI Tele - GTELE GI Bireun - BIRUN GI Paya Geli - PGELI GI Porsea - PORSA GI Tamora - TMORA

GI Binjai - BNJAI GI Tarutung - TRTUG GI Medan Denai - MDNAI GI Labuhan - LBHAN GI Kisaran - KSRAN GI Sigli - SIGLI GI Lamhotma - LHTMA GI Rantau Prapat - RTPAT GI Banda Aceh - BACEH GI Titi Kuning - TTKNG GI AekKanopan - AKNPN GI Kuala Tanjung A - KTJNG A GI Namorambe - NRMBE GI Padang Sidempuan - PSDEM GI Sibolga - SBOGA U GI Glugur - GLUGR GI Gunung Tua - GNTUA GI Kota Pinang - KTPNG GI Tebing Tinggi - TBING GI Sibolga - SBOGA

GI Perbaungan - PBUNG GI Sipan - SPAN2

2. Data Rel Pembangkit:

PLTU Belawan U.1 - U1 11.5 KV PLTA Sipansihaporas - SPANA1 11.5 KV PLTU Belawan U.2 - U2 11.5 KV PLTA Lau Renun - RENUN1 11.5 KV PLTU Belawan U.3 - U3 11.5 KV PLTA Lau Renun - RENUN2 11.5 KV PLTU Belawan U.4 - U4 11.5 KV PLTU Labuhan Angin 1 - SBOGA U1 11 KV PLTGU Belawan GT 1.1 - GT11 11.5 KV PLTU Labuhan Angin 2 - SBOGA U2 11 KV PLTGU Belawan GT 1.2 - GT12 11.5 KV PLTMH Aek Raisan I - RAISN 0.4 KV PLTGU Belawan ST 1.0 - ST10 11.5 KV PLTMH Batang Gadis - BTGDS 0.4 KV PLTGU Belawan GT 2.1 - GT21 11.5 KV PLTMH Aek Sibundong - AEK SBDNG0.4 KV PLTGU Belawan GT 2.2 - GT22 11.5 KV PLTMH Boho - BOHO 0.4 KV PLTGU Belawan ST 2.0 - ST20 11.5 KV PLTMH Kombih - KOMBIH 0.4 KV PLTD Ake Belawan - PLTGAKE 11.5 KV PLTD Sewa Leung Bata - SEWA LBAT6 KV PLTG Glugur GGL.1 - AEG 11.5 KV PLTD Leung Bata - DLBATA 6 KV PLTG Glugur GGL.2 - JBE 11.5 KV PLTD P.Pisang - PISANG 11 KV PLTG Glugur GGL.3 - GGL3 11.5 KV PLTD Ctrueng - C.TROENG 11 KV PLTG Paya Pasir GPP.1 - WCH1 11.5 KV PLTA Tangga A1 - TNGGA A1 11 KV PLTG Paya Pasir GPP.2 - WCH2 11.5 KV PLTA Tangga A2 - TNGGA A2 11 KV PLTG Paya Pasir GPP.3 - WCH3 11.5 KV PLTA Tangga A3 - TNGGA A3 11 KV PLTG Paya Pasir GPP.4 - ALS4 11.5 KV PLTA Tangga A4 - TNGGA A4 11 KV PLTG Paya Pasir GPP.5 - ALS5 11.5 KV PLTA Sigura-Gura A1 - SGURA A1 11 KV PLTD Paya Pasir 6 - PPSR 6 11 KV PLTA Sigura-Gura A2 - SGURA A2 11 KV PLTG Paya Pasir 7 - PPSR 7 11 KV PLTA Sigura-Gura A3 - SGURA A3 11 KV PLTD Titi Kuning - TTKNG 20 11.5 KV PLTA Sigura-Gura A4 - SGURA A4 11 KV PLTA Sipansihaporas - SPANA2 11.5 KV

NAMA REL PEMBANGKIT NAMA REL PEMBANGKIT

Data rel di Sistem Sumatera Bagian Utara-Nangroe Aceh Darussalam secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 2.

3.3.2 Pembangkit

Data yang dibutuhkan adalah Nomor Gardu Induk , Nama Gardu Induk, Nomor Unit Pembangkit, Daya Maximum-Pmax (MW), Daya Minimum-Pmin (MW), Daya Reaktif Maximum-Qmax (MVAr), Daya Reaktif Minimum-Qmin (MVAr), MVA pembangkit dan impedansi generator dalam base MVA pembangkit.

[image:42.612.133.528.101.720.2]

Tabel 3.1. Data Pembangkit Sistem Sumatera Utara-Nangroe Aceh Darussalam

NO. PEMBANGKIT UNIT Manufacture Serial Number Tahun Operasi Daya Terpasang Mbase

(MW) (MVA)

I Sektor Pembangkitan Belawan

1 PLTU BELAWAN U.1 ABB-German 1251 1984 65 81

U.2 ABB-German 1252 1984 65 81

U.3 ABB-Swiss 1-334211 1989 65 81

U.4 ABB-Swiss 1-334212 1989 65 81

2 PLTGU BELAWAN GT11 Siemens KWU 800112 1993 117.5 150

GT12 Siemens KWU 800175 1988 128.8 163

ST10 Siemens KWU 117521 1995 149 186

GT21 Siemens KWU 800217 1995 130 186

GT22 Siemens KWU 800227 1994 130 186

ST20 Siemens KWU 117638 1994 162.5 203

3 PLTD SEWA AKE BL 1 2008 40 120.0

BL 2 2008 40 120.0

II Sektor Pembangkitan Medan

4 PLTG PAYA PASIR 1 Wescan 166S6027 1976 14.5 18

2 Wescan 166S6027 1976 14.5 18

3 Alsthom 224550 1978 20.1 18

4 Alsthom 224812 1978 20.1 50

5 Alsthom 91-300897P1 1983 21.4 27

6/ TM 2500 GE (TM 2500) - 2008 24.6 25

7/ TM 2500 GE (TM 2500) - 2008 34 50

5 PLTD SEWA ARTI DUTA 1 - - 2008 18 37

6 PLTG GLUGUR 1 JBE 226371 1975 19.9 16

2 AEG 147881 1967 12.9 16

TM 2.1 Turbo Mach - 2008 18.1 25

7 PLTD TITI KUNING 1 Enterprise 74004/ 2597 1976 4.1 5

2 Enterprise 74005/ 2598 1976 4.1 5

3 Enterprise 74006/ 2599 1976 4.1 5

4 Enterprise 74007/ 2600 1976 4.1 5

5 Enterprise 74008/ 2601 1976 4.1 5

6 Enterprise 74009/ 2602 1976 4.1 5

III Sektor Pembangkitan Pandan

8 PLTMH Batang Gadis 1 Chong Qing 92-37 1994 0.45 5.00

PLTMH Batang Gadis 2 Chong Qing 92-38 1994 0.45 5.00

PLTMH Tonduhan 1 W.K.V. GmBH - 1987 0.2 5.00

PLTMH Tonduhan 2 W.K.V. GmBH - 1988 0.2 5.00

PLTMH Kombih I 1 AS-Fadum NS-8 1987 0.75 5.00

PLTMH Kombih I 2 AS-Fadum NS-7 1988 0.75 5.00

PLTMH Kombih II 1 AS-Fadum NS-5 1987 0.75 5.00

PLTMH Kombih II 2 AS-Fadum NS-3 1988 0.75 5.00

PLTMH Boho 1 W.K.V. GmBH - 1989 0.2 5.00

PLTMH Aek Raisan 1 AS-Fadum NS-1 1989 0.75 5.00

PLTMH Aek Raisan 2 AS-Fadum NS-2 1987 0.75 5.00

PLTMH Aek Silang 1 AS-Fadum NS-4 1988 0.75 5.00

PLTMH Aek Sibundong 1 AS-Fadum 400 1987 0.75 5.00

9 PLTA SIPAN 1 Toshiba M211071-CR1101 2004 33 20

2 Toshiba M211071-CR1101 2003 17 39.0

10 PLTA RENUN 1 Kvaerner - 2006 41 48

2 Kvaerner - 2005 41 48

IV Sektor Pembangkitan Labuhan Angin

11 PLTU LABUHAN ANGIN 1 CEMC 2009 115 186.3

2 CEMC 2009 115 186.3

V Sektor Pembangkitan Lueng Bata

12 PLTD COT TRUENG 1 Sulzer 1978 4.7 6

2 Sulzer 1978 4.7 6

13 PLTD PULO PISANG Sulzer 1987 5 10

14 PLTD SEWA LEUNG BATA Sulzer 2002 23.5 15

PLTD LEUNG BATA Sulzer 1977 60.7 17

VI IPP

15 PLTP SIBAYAK P1 2008 5.6 8

Sistem Sumbagut juga terinterkoneksi dengan sistem tenaga listrik lain, yaitu Sistem 275 kV PT Inalum, terhubung melalui IBT 2×40 MVA GI Kuala Tanjung, yang beroperasi merealisasikan transfer export-import energi antara PLN-Inalum dengan skema net-zero balance (energy-swap). Di Sub Sistem Inalum terdiri dari 8 unit PLTA ( 4 unit PLTA Sigura-gura dan 4 unit PLTA

[image:43.612.133.503.254.376.2]

Tangga), masing daya terpasang seperti tabel-4 dibawah ini:

Tabel 4.2 Daya Terpasang Pembangkitan Inalum

NO. PEMBA NGKIT UNIT Manufacture Daya Terpasang

(MW)

Pembangkitan Inalum

1 PLTA SGP.1 Thosiba 71,5

SIGURA GURA SGP.2 Thosiba 71,5

SGP.3 Thosiba 71,5

SGP.4 Thosiba 71,5

2 PLTA TNG.1 Mitsubishi 79,2

TA NGGA TNG.2 Mitsubishi 79,2

TNG.3 Mitsubishi 79,2

TNG.4 Mitsubishi 79,2

Data pembangkit existing di Sistem Sumatera Bagian Utara-Nangroe Aceh Darussalam secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 3, dan untuk data impedansi generator dapat dilihat pada Lampiran 3-1. Secara lengkap untuk pengisian generator menggunakan PSSE adalah :

I Bus Number N

ID Machine Number 1

PG MW Output 0

QG MVAR Output 0

QT Upper MVAR Reactive Limit 9999

QB Lower MVAR Reactive Limit -9999

VS Scheduled Voltage (pu) 1

MBASE Machine MVA base SBASE

ZR,ZX Machine Impedance (p.u. on MBASE) 0,1

RT,XT Transformer Impedance (p.u. on MBASE) 0,0

GTAP Transformer Tap Ratio (pu) 1

STAT Machine Status 1

RMPCT Remote MVAR % 100

PT Maximum MW 9999

PB Minimum MW -9999

Oi Owner Number O1=Machine Owner

O2, O3, O4 are zero

Fi Ownership Fraction 1

3.3.3 Beban

Data yang dibutuhkan adalah Nomor Gardu Induk, beban Daya Aktif-P (MW), beban Daya Reaktif-Q (MVAR). Secara lengkap untuk pengisian beban menggunakan PSSE adalah :

I Bus Number N

ID Load ID ‘1 ‘

Status Load Status 1

Area Area Number Bus Area

Zone Zone Number Bus Zone

PL Constant MVA Load (MW) 0

QL Constant MVA Load (MVAR) 0

IQ Constant I Load (MVAR) 0

YP Constant Y Load (MW) 0

YQ Constant Y Load (MVAR) 0

OWNER Owner Number Load Owner

Data beban di Sistem Sumatera Bagian Utara-Nangroe Aceh Darussalam secara

lengkap dapat dilihat pada Lampiran 4.

3.3.4 Transmisi

Data yang dibutuhkan adalah impedansi transmisi (R,X,Y) baik dalam per unit (pu) maupun dalam besaran phisik (Ohm), nomor sirkit penghantar, batas kemampuan pembebanan saluran (MVA), panjang dan kepemilikan transmisi. Secara lengkap untuk pengisian transmisi menggunakan PSSE adalah :

I ”From” Bus Number N

J ”To” Bus Number N

CKT Circuit ID 1

R Resistance (pu) 0

X Reactance (pu) 0

B Charging (pu) 0

RATEA Ratings (MVA) 0

RATEB Ratings (MVA) 0

RATEC Ratings (MVA) 0

GI,BI Line Shunt Admittance at Bus I (pu) 0

GJ,BJ Line Shunt Admittance at Bus J (pu) 0

ST Status 1

Oi Owner Number O1=Branch Owner O2, O3,O4 are Zero

Fi Ownership Fraction 1

Data transmisi di Sistem Sumatera Bagian Utara-Nangroe Aceh Darussalam secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 5.

3.3.5 Transformator

Pada program PSS/E (Power System Simulation Engiineering) terdapat 2 jenis data transformator yang dapat disimulasikan pada PSS/E yaitu transformator 2 belitan dan transformator 3 belitan. Data yang dibutuhkan antara lain Nomor Gardu Induk yang diatur, metode pengaturan (tegangan, daya aktif atau daya reaktif), jumlah tap, Kode I/O belitan (rasio belitan pu atau tegangan belitan kV), Kode Impedans I/O ( Zpu dalam base sistem, Zpu dalam base belitan atau dalam rugi-rugi (watt) dan Z; biasanya input berupa Zpu dalam base sistem atau base belitan), Kode I/O Admitans (Ypu base sistem atau Rugi-rugi tanpa beban (Watt) dan arus medan dalam pu), Kapasitas trafo (MVA), dan kode hubungan belitan (1

= Ytanah-Ytanah, 2 = Ytanah-delta, 3=delta-Ytanah, 4= Y-delta atau delta-Y, 5 = Ytanah-delta dan 6 = delta-Ytanah). Untuk kode hubungan belitan dalam transformator ini penting saat menghitung arus hubung singkat tidak seimbang). Secara lengkap untuk pengisian transformator menggunakan PSSE adalah :

I ”From” Bus Name N

J ”To” Bus Number N

K ”To” Bus Name N

CKT Circuit ID 1

CZ Winding Impedance 1

CM Magnetizing Admittance 1

MAG1,MAG2 Magnetizing Conductance and Susceptance 1

NMETR Code 0

NAME Transformator Name ” ”

STAT Transformator Status 1

Oi Owner Number O1=Transformator Owner

O2, O3,O4 are Zero

Fi Ownership Fraction 1

Data impedansi transformator pembangkit di Sistem Sumatera Bagian Utara-Nangroe Aceh Darussalam secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 6.

3.3.6 Peralatan Kompensasi

Untuk menjaga tegangan GI pada batas operasi, digunakan peralatan kompensasi berupa kapasitor shunt. Untuk memasukkan data kapasitor besaran dalam MVAr dimasukkan dengan tanda + atau tanpa tanda. Pada Sistem Sumatera

BAB 4

HASIL STUDI ALIRAN DAYA SUMBAGUT

Tinjauan dari hasil studi aliran daya Sistem Sumatera Utara-Nangroe Aceh Darussalam pada saat :

4.1. KONDISI SISTEM KEADAAN NORMAL

Sistem Sumatera Bagian Utara adalah sistem interkoneksi 150 kV dalam kendali operasi Unit Pengatur Beban Sumatera Bagian Utara sebagai operator sistem di bawah PLN Penyaluran dan Pusat Pengatur Beban Sumatera, meliputi 5 Sektor Pembangkitan PLN Pembangkitan Sumatera Bagian Utara (Belawan, Medan, Pandan, Lueng Bata, dan Labuhan Angin), serta 3 Unit Pelayanan Transmisi PLN Penyaluran dan Pusat Pengatur Beban Sumatera (Medan, Pematang Siantar dan Banda Aceh) yang melayani distribusi PLN Wilayah Sumatera Utara dan Wilayah Nanggroe Aceh Darussalam.

Sistem Sumbagut juga terinterkoneksi dengan sistem tenaga listrik lain, yaitu Sistem 275 kV PT Inalum, terhubung melalui IBT 2×40 MVA GI Kuala

Tanjung, yang beroperasi merealisasikan transfer export-import energi antara PLN-Inalum dengan skema net-zero balance (energy-swap).

[image:49.612.134.508.181.695.2]

Untuk data pembangkit yang beroperasi pada kondisi tersebut diatas dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.2 Kondisi tipikal neraca daya Sistem Sumbagut pada saat beban puncak

malam (22 Mei 2009; pembangkit tidak siap operasi:PPASR G5, GLUGR G1-G2, TTKNG D3-D5, SPAN A1, Labuhan Angin U1, PSANG D1, SBYAK P2)

NO. PEMBANGKIT UNIT Manufacture Serial Number Tahun Operasi Daya Terpasang Daya Mampu (MW) (MW)

I Sektor Pembangkitan Belawan

1 PLTU BELA WA N U.1 A BB-German 1251 1984 65 42 U.2 A BB-German 1252 1984 65 33 U.3 ABB-Swiss 1-334211 1989 65 49 U.4 ABB-Swiss 1-334212 1989 65 55 2 PLTGU BELAWAN GT11 Siemens KWU 800112 1993 117.5 78 GT12 Siemens KWU 800175 1988 128.8 108 ST10 Siemens KWU 117521 1995 149 74 GT21 Siemens KWU 800217 1995 130 123 GT22 Siemens KWU 8002