TUGAS AKHIR
OPTIMALISASI PENEMPATAN KAPASITOR DAN DG ( DISTRIBUTED GENERATOR ) TERHADAP PERBAIKAN PROFIL TEGANGAN DAN
PENURUNAN LOSSES PADA SISTEM TENAGA IEEE 30 BUS
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro Pada Program Strata Satu (S-1)
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Disusun Oleh: Arief Kurniawan.
(20120120061)
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
i
PENURUNAN LOSSES PADA SISTEM TENAGA IEEE 30 BUS
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro Pada Program Strata Satu (S-1)
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Disusun Oleh: Arief Kurniawan.
(20120120061)
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
iv
HALAMAN PERNYATAAN
Yang betanda tangan di bawah ini:
NAMA : Arief Kurniawan NIM : 20120120061 Jurusan : Teknik Elektro
Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa naskah skripsi ini merupakan hasil karya tulis saya sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 15 Agustus 2016
v
saya percaya pada diri saya sendiri.”
“Semua orang tidak perlu menjadi malu karena pernah berbuat kesalahan, selama ia menjadi lebih bijak sana dari yang sebelumnya.”
“ Semua orang pernah patah hati, All you have to do is move on.”
“Teman sekaligus musuh terbesarmu adalah dirimu sendiri, takhlukan dan kau akan merasakan indahnya dunia ini secara bebas.”
Kesuksesan hanya dapat diraih dengan segala upaya dan usaha yang disertai dengan doa, karena sesungguhnya nasib seseorang manusia tidak akan berubah
vi
PERSEMBAHAN:
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan hidayahnya yang telah memberikan kekuatan, kesehatan, kenikmatan dan kesabaran untuk mengerjakan tugas akhir ini.
Terima kasihjuga buat kepada Orang tuaku, kakakku dan adikku yang telah menjadi motivasi juga inspirasi dan tiada henti memberikan dukungan lahir dan batin.
Terimakasih yang tak terhingga buat seluruh dosen-dosenku, terutama pembimbingku yang tak pernah lelah dan sabar memberikan bimbingan dan arahan kepadaku.
Terimakasih juga kepada para teman-teman yang senantiasa menjadi penyemangat dan menemani meraskan indahnya petualangan di bumi pertiwi ini. Terimakasih sudah mau menemaniku bermain dan berbagi pemikiran tentang bumi ini yang membuat aku ingin selalu mengalahkan diriku sendiri dan merasakan indahnya bumi yang besar dan indah ini.
Terimakasih juga buat kamu yang sudah membuatku tetap fokus untuk mengejar impianku. Kita akan terus bertengkar dan akan terus bertengkar untuk saling memahami namun kita memiliki suatu cara untuk menyelesaikannya tanpa mengucapkan maaf.
That’s our home, we’ll go home someday....with laugh
vii
Puji dan rasa syukur mendalam penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena berkat limpahan rahmat, hidayah, dan inayah-Nya maka skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. Salam dan salawat semoga selalu tercurah pada baginda Rasulullah Muhammad SAW.
Skripsi yang berjudul " Optimisasi penempatan Kapasitor dan DG (Distributed Generator) terhadap perbaikan profil tegangan dan penurunan losses pada sistem tenaga IEEE 30 bus " ini kami susun untuk memenuhi persyaratan kurikulum sarjana strata-1 (S-1) pada Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
Penulis mengucapkan rasa terimasih yang sebesar-besarnya atas semua bantuan yang telah diberikan, baik secara langsung maupun tidak langsung selama penyusunan tugas akhir ini hingga selesai. Secara khusus rasa terimakasih tersebut kami sampaikan kepada:
) Allah SWT ya g telah eli pahka rah at da hidayah-Nya, sehi gga
penulisan Tugas Akhir (Skripsi) ini dapat berjalan dengan lancar dan Tugas Akhir (Skripsi) ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya.
) Bapak Prof. Dr. Ba ba g Cipto, M.A. selaku Rektor U iversitas Muhammadiyah Yogyakarta.
viii
6) Bapak Karisma Trinanda Putra, S.T., M.T. sebagai Dosen Pembimbing II yang dengan sabar membimbing, membagi ilmunya dan mengarahkan penulis selama melaksanakan penelitian Tugas Akhir (Skripsi) hingga dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir (Skripsi) ini.
7) Segenap Dosen pengajar dan Staff Laboratorium di Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
8) Staf Tata Usaha Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
9) Teman–teman Trafo Konslet, Big Brother, Teknik Elektro kelas A dan angkatan 2011, Keceme Familia, Physioadventure, Alumni SMA Negeri 5 Metro angkatan 4, Azizah Nur Annis Arfani dan mbak Novi Prihatiningrum, 10)Serta semua pihak yang telah membantu penulis yang tidak bisa disebutkan
satu persatu. Terima Kasih.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir (Skripsi) ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk perbaikan dan pengembangan penelitian selanjutnya. Akhir kata semoga Tugas Akhir (Skripsi) ini dapat bermanfaat dan memberi tambahan ilmu bagi para pembaca. Semoga Allah SWT meridhoi kita semua. Amin ya Rabbal Alamin,
Wassalammu’alaikum Wr.Wb.
Yogyakarta, 15 Agustus 2016
ix
gangguan baik kecil maupun besar. Karena itu perlunya dilakukan sebuah
evaluasi kestabilan didalam sistem agar sistem tersebut dapat bertahan dan
kembali dalam keadaan kesetimbangan saat terjadinya gangguan maupun setelah
terjadinya gangguan.
Test System IEEE 30 bus modifikasi merupakan data sistem distribusi tenaga listrik yang paling banyak digunakan sebagai database, metode
Newton-Raphson, metode RCF ( Reactive Contibution Factor) dan prinsip dari metode
LSF (Loss Sensitivity Factor) merupakan metode metode yang sangat efektif digunakan dalam pengoptimalan suatu sistem distribusi.
Dalam pengoptimalan penempatan kapasitor ini berhasil memperbaiki nilai
profil tegangan dan menurunan total losses sebesar 1,21 % dengan injeksi total
sebesar 10 MVar pada bus 26 dan 30 pada sistem. Selain itu, Pemasangan
Distributed Generator ini dapat memurunkan losses sebesar 3,3 % dengan prinsip dari metode LSF dan 9,03 % dengan menggunakan skenario 1.
x ABSTRACT
The bigger a system power distribution make a many potential of disorder.
Therefore an evaluation stability on the system power distribution make the exiting
system can survive and back when distruption or after distruption.
The test system IEEE 30 buses modification represents data distribution system of electric power as database, a method of Newton-Raphson, a method of
RCF (Reactive Contribution Factor), and the principle of a method of LSF ( Loss Sensitivity Factor) is a effective methode for an optimalization in distribution
system.
On this optimization, an additional Capasitor can incress a voltage profil and reduce a total losses as much as 1,21 % with 10 Mvar injection on bus 26 and
30. Then an additional Distributed Generator the system reduce a losses as much as 3,3 % with a LSF methode and 9,03 % used scenario 1.
Key Word : Equilibrium, Newton-Raphson Method, RCF Method, LSF Method,
xi
HALAMAN PERNYATAAN ... iv
MOTTO ... v
LEMBAR PERSEMBAHAN ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
INTISARI... ix
ABSTRAK ... x
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1.
1.2. Rumusan Masalah ... 3.
1.3. Batasan Masalah ... 3.
1.4. Tujuan Penelitian ... 4.
1.5. Manfaat Penelitian ... 4.
1.6. Sistematika Penulisan ... 5.
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka ... 7.
2.2. Dasar Teori ... 8.
2.2.1. Studi Aliran Daya... 8.
xii
B. Metode Newton-Raphson ... 10.
2.2.2. Kompensasi Saluran Transmisi ... 17.
A. Kapasitor ... 17.
B. Reactive Contribution Factor (RCF) ... 19.
C. Distributed Generator (DG) ... 21.
D. Loss Sensitivity Factor (LSF) ... 22.
2.2.3. MATLAB ... 23.
BAB III. METODELOGI PENELITIAN 3.1. Alat dan Bahan Penelitian ... 25.
3.2. Langkah – langkah Penyusunan Tugas Akhir ... 28.
3.3. Diagram Alir Aliran Daya Newton-Raphson ... 30.
3.4. Diagram Alir Penempatan Kapasitor ... 32.
3.5. Gambar User Interface Perhitungan ... 33.
BAB IV. HASIL DAN ANALISA 4.1. Komputasi dan Hasil Perhitungan Penempatan Kapasitor ... 37.
4.2. Pengaruh Penambahan Kapasitor Terhadap Profil Tegangan dan Losses ... 44.
4.3. Pengaruh Penempatan Distributed Generator (DG) ... 50.
BAB V. PENUTUP 5.1. Kesimpulan ... 62.
5.2. Saran... 63.
DAFTAR PUSTAKA
xiii
Tabel 4.1. Profil tegangan bus dalam sistem IEEE 30 bus ... 39.
Tabel 4.2. Bus dengan tegangan < 0.95... 39.
Tabel 4.3. Hasil RCF tahap 1 ... 41.
Tabel 4.4. Hasil RCF tahap 2 ... 43.
Tabel 4.5. Lokasi dan besaran kapasitor ... 43.
Tabel 4.6. Efek penempatan kapasitor pada bus 30 ... 45.
Tabel 4.7. Perbandingan tegangan sebelum dan sesudah diinjeksi ... 48.
Tabel 4.8. Perbandingan besar losses dan drop tegangan dari setiap Tahapan ... 50.
Tabel 4.9. Daya nyata pembebanan pada bus ... 51.
Tabel 4.10. Losses pada jaringan ... 53.
Tabel 4.11. Skenario pembanding ... 54.
Tabel 4.12 Perbandingan nilai losses sebelum dan DG skenario 1 ... 56.
Tabel 4.13. Perbandingan nilai losses ... 57.
Tabel 4.14. Perbandingan nilai losses sebelum dan DG skenario 1 dan 2 ... 58.
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Single-line diagram dari sistem transmisi tanpa kompensasi
dan diagram fasornya ... 18.
Gambar 2.2. single-line diagram dari sistem transmisi yang dikompensasi dengan kapasitor shunt dan diagram fasornya ... 19.
Gambar 2.3. Pengaruh penambahan DG terhadap losses dalam sistem tenaga listrik ... 22.
Gambar 2.4. Kurva losses nonlinier ... 23.
Gambar 3.1. Flowchart metodologi penelitian ... 28.
Gambar 3.2. Flowchart Aliran Daya Newton-Raphson ... 30.
Gambar 3.3. Flowchart penelitian penempatan kapasitor ... 32.
Gambar 3.4 User interface analisa aliran daya sistem IEEE 30 bus ... 34.
Gambar 4.1. Kondisi awal profil tegangan sistem IEEE 30 bus ... 38.
Gambar 4.2. Pencarian Reactive Contribution Factor tahap 1 ... 40.
Gambar 4.3. Pencarian Reactive Contribution Factor tahap 2 ... 42.
Gambar 4.4. Kondisi profil tegangan setelah penambahan kapasitor tahap 1 ... 44.
Gambar 4.5. Tegangan sebelum dan sesudah diberikan 2 kapasitor ... 47.
Gambar 4.6. Grafik pembebanan sistem IEEE 30 bus ... 51.
Gambar 4.7. Grafik losses pada jaringan sistem IEEE 30 bus ... 52.
Gambar 4.8. Perbandingan losses sebelum dan sesudah penambahan DG dengan skenario 1... 55.
x
Therefore an evaluation stability on the system power distribution make the exiting
system can survive and back when distruption or after distruption.
The test system IEEE 30 buses modification represents data distribution
system of electric power as database, a method of Newton-Raphson, a method of
RCF (Reactive Contribution Factor), and the principle of a method of LSF ( Loss
Sensitivity Factor) is a effective methode for an optimalization in distribution
system.
On this optimization, an additional Capasitor can incress a voltage profil
and reduce a total losses as much as 1,21 % with 10 Mvar injection on bus 26 and
30. Then an additional Distributed Generator the system reduce a losses as much
as 3,3 % with a LSF methode and 9,03 % used scenario 1.
Key Word : Equilibrium, Newton-Raphson Method, RCF Method, LSF Method,
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Energi listrik merupakan suatu element penting dalam masyarakat
modern saat ini. Pemanfaatannya yang secara tepat guna adalah salah
satu cara ampuh untuk dapat mendongkrak pertumbuhan perekonomian
dan pertumbuhan insfrastruktur dalam kehidupan bermasyarakat.
Berdasarkan uraian tersebut, kita dapat menyimpulkan bahwa untuk
menopang pertumbuhan suatu negara yang kian pesat diperlukan juga
kebutuhan energi listrik yang besar dan ekonomis.
Suatu sistem tenaga listrik biasanya terdiri atas banyak generator,
transformator, elemen beban aktif dan pasif serta peralatan lainnya yang
terinterkoneksi dalam jaringan transmisi. Semakin besar suatu sistem
maka akan mengakibatkan banyaknya potensi gangguan baik kecil
maupun besar. Karena itu perlunya dilakukan sebuah evaluasi
kestabilan didalam sistem agar sistem tersebut dapat bertahan dan
kembali dalam keadaan kesetimbangan saat terjadinya gangguan
maupun setelah terjadinya gangguan.
Masalah yang sering terjadi adalah pada ketidaksetabilan yang
diakibatkan oleh besarnya permintaan daya reaktif yang dapat membuat
penurunan tegangan yang tidak terkendali secara progresif sehingga
menjadi salah satu penyebab adanya kegagalan beruntun yang membuat
diharapkan merupakan sebuah sistem yang ekonomis, berkualitas dan
memiliki tingkat kehandalan yang tinggi secara berkesinambungan.
Dalam suatu penelitian dijelaskan bahwasannya Pengaturan slack
bus dengan rugi-rugi daya paling kecil dengan menggunakan metode
Newton Rapshon pada sistem tenaga IEEE 30 bus pada aplikasi Matlab
7.0, adalah 10,9924 MW, dan setelah menambahkan kapasitor pada bus
5 dan bus 26, ternyatadiketahui rugi-rugi dayanya menjadi lebih kecil,
yaitu 10,6637 MW. Dan untuk pengaturan besaran tegangan (volt
magnitude), terjadi drop tegangan pada bus 26, 29, dan 30, tapi setelah
menambahkan kapasitor pada bus 5 dan bus 26, besaran tegangannya
(volt magnitude) optimal [1].
Selain itu, dari salah satu penelitian juga menjelaskan bahwasannya
daya nyata paling optimal terhadap kondisi awal sistem distribusi radial
33-bus standart IEEE melalui penggabungan pemasangan DG dan
kapasitor bank serta rekonfigurasi jaringan adalah sebesar 94,92% [2].
Berdasarkan latar belakang diatas, muncul gagasan untuk
melakukan pengembangan berupa "Optimalisasi penempatan
Kapasitor dan DG (Distributed Generator) terhadap perbaikan profil tegangan dan penurunan losses pada test system IEEE
3
1.2. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut maka dapat diperoleh rumusan
masalah sebagai berikut :
1. Bagaimana menentukan bus yang kritis dan lemah sebagai lokasi
penempatan peralatan kompensasi daya reaktif untuk
mengkompensasi tegangan jatuh dalam sistem.
2. Bagaimana perbandingan pengaruh dari peralatan kompensasi daya
reaktif terhadap profil tegangan dan losses.
3. Bagaimana perbandingan pengaruh dari penempatan Distributed
Generator (DG) terhadap losses pada sistem.
1.3. Batasan Masalah
Agar dalam penulisan skripsi ini dapat mencapai sasaran dan tujuan
yang diharapkan, maka dalam pembahasan penilitian ini dibatasi sebagi
berikut :
1. Sistem yang akan diteliti adalah sistem IEEE 30 bus dengan
modifikasi yaitu penambahan sebesar 2 MW beban aktif dan 1 MW
beban reaktif terhadap beban dalam sistem.
2. Analisis aliran daya akan dilakukan dengan metode Newton -
Raphson menggunakan aplikasi MATLAB.
3. Analisa yang dilakukan meliputi perbaikan kestabilan tegangan serta
4. Metode penempatan peralatan kompensasi daya reaktif dilakukan
dengan menggunakan perhitungan reactive contribution factor
(RCF).
5. Metode penentuan penempatan Distributed Generator (DG)
dilakukan dengan 2 cara yaitu dengan metode Loss Sensitivity
Factor (LSF) dan pemilihan secara acak.
6. Pengujian dilakukan hanya dengan pemodelan sistem atau simulasi
dengan menggunakan MATLAB dan Ms.Exel.
1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Untuk menentukan bus kritis dan lemah sebagai lokasi penempatan
peralatan kompensasi daya reaktif dalam menjaga kestabilan
tegangan.
2. Untuk menganalisa pengaruh dari peralatan kompenasasi daya
reaktif terhadap profil tegangan dan losses.
3. Untuk menganalisa pengaruh dari penempatan Distributed
Generation (DG) untuk mengkompensasi losses pada sistem.
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dan diharapkan dari penelitian ini adalah
5
1. Penulisan tugas akhir ini diharapkan dapat memberikan wawasan
serta gambaran tentang suatu studi aliran daya untuk pengoptimalan
distribusi energi listrik pada suatu sistem jaringan.
2. Menjadi kajian dalam pengoperasian dan pengembangan serta
peningkatan kualitas dalam suatu jaringan transmisi.
3. Menjadi informasi, dan bahan referensi akademis ataupun
keinsyinyuran dalam perencanaan penempatan dan pemasangan
peralatan kompenasasi daya reaktif (Kapasitor) serta Distributed
Generation (DG) dalam sistem jaringan transmisi tenaga listrik.
1.6. SISTEMATIKA PENULISAN
Untuk memudahkan dalam penulisan dan pembahasan studi kasus,
maka penulis menyusun tugas akhir ini dalam 5 bab berdasarkan sistematika
sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Berisi mengenai latar belakang, tujuan penulisan, perumusan masalah,
pembatasan masalah, manfaat penulisan, dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Berisi mengeanai teori-teori yang mendukung dari masing-masing bagian
BAB III METODE PENELITIAN
Berisi mengenai metodologi penelitian yang akan dilakukan meliputi studi
literatur, alat dan bahan penelitian, serta diagram alir metode penelitian.
BAB IV HASIL DAN ANALISA
Berisi mengenai hasil simulasi yang telah dibuat, dan menganalisis stabilitas
tegangan dan losses pada jaringan.
BAB V PENUTUP
7 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Tinjauan Pustaka
Semakin pesatnya pertumbuhan suatu wilayah menuntut adanya jaminan ketersediaannya energi listrik serta perbaikan kualitas dari energi listrik, menuntut para cendikiawan untuk memikirkan cara pengoptimalan suatu jaringan yang dapat mendistribusikan energi listrik dengan lebih efisien dan baik. Berdasarkan paparan diatas maka beberapa refrensi dari penelitian-penelitian ini diharapkan dapat membantu penyelesaian tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
1. “ Pengaturan Slack Bus dalam mengoptimalkan Aliran Daya pada kasus IEEE 30 Bus menggunakan metode NEWTON-RAPHSON pada aplikasi MATLAB 7.0“, penelitian ini bertujuan untuk menentukan Slack Bus serta besaran tegangan ( Volt Magnitude )
dengan rugi-rugi daya paling kecil dengan menggunakan metode
Newton-Raphson pada sistem tenaga IEEE 30 bus pada aplikasi Matlab [1].
2. “Penentuan lokasi DG dan Kapasitor bank dengan rekonfigurasi jaringan untuk memperoleh rugi daya minimal pada sistem distribusi radial menggunakan algoritma Genetika“, menjelaskan bahwasannya daya nyata paling optimal terhadap kondisi awal sistem distribusi radial 33-bus standart IEEE melalui penggabungan pemasangan DG dan kapasitor bank serta rekonfigurasi jaringan adalah sebesar 94,92% [2].
3. “Optimalisasi penempatan kapasitor menggunakan faktor kontribusi daya reaktif dari invers matriks jakobian tereduksi“,
4. “Optimasi penempatan pembangkit terdistribusi pada IEEE 30 bus system menggunakan algoritma genetika”, menjelaskan bahwasannya berbagai kombinasi lokasi dan kapasitas pembangkit terdistribusi dengan mengunakan algoritma genetika berhasil menurunkan rugi-rugi daya secara signifikat [4].
5. “Penempatan dan Penentuan Kapasitas Optimal Distributed Generator (DG) menggunakan Artificial Bee Colony (ABC)“,
menjelaskan bahwasannya Distributed Generator (DG) merupakan pembangkit berkapasitas kecil yang terletak pada sistem distribusi tenaga listrik dan biasanya ditempatkan pada bus-bus yang terhubung langsung pada beban [5].
2.2.Dasar Teori
2.2.1. Studi Aliran Daya A.) Aliran Daya
Studi aliran beban atau load flow study sering kali juga disebut studi
aliran daya adalah suatu studi yang mempelajari aliran daya pada suatu
sistem kelistrikan dari suatu titik ke titik lain dan tegangan pada bus-bus
yang berada pada sistem tersebut. Studi aliran beban merupakan penentuan
atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif, faktor daya dan daya reaktif
yang terdapat pada berbagai titik dalam suatu jaringan sistem tenaga listrik
pada keadaan pengoperasian normal, baik yang sedang berjalan maupun
yang diharapkan akan terjadi di masa yang akan datang (William D.
Stevenson, Jr., 1994:6). Studi analisis aliran beban dapat dihitung secara
9
Tujuan dari studi aliran daya, yaitu:
a) Untuk mengetahui komponen jaringan sistem tenaga listrik pada
umumnya.
b) Mengetahui besarnya tegangan pada setiap bus (rel) dari suatu
sistem tenaga listrik.
c) Menghitung aliran-aliran daya, baik daya nyata maupun daya
reaktif yang mengalir dalam setiap saluran.
d) Kerugian-kerugian sistem yang optimal.
e) Perbaikan dan pergantian ukuran konduktor dan tegangan sistem.
Dalam Studi Aliran Daya dikenal berbagai Bus, yaitu :
1. Bus referensi (slack bus atau swing bus)
Slack bus berfungsi untuk mencatu rugi-rugi dan kekurangan daya
aktif dan reaktif pada jaringan. Karena itu bus yang biasa digunakan adalah
bus yang berdaya besar, dimana tegangan dan sudut fasanya diketahui.
a) Terhubung dengan generator.
b) V dan sudut fasa dari generator diketahui dan tetap.
c) P dan Q dihitung.
2. Generator bus (bus pembangkitan) atau (P-V bus)
Generator bus atau Voltage Generator bus berfungsi tidak hanya
untuk pengontrol tegangan akan tetapi juga dapat menambah daya dalam
a) Terhubung dengan generator.
b) P dan V dari generator diketahui dan tetap.
c) Sudut fasa dan Q dari daya reaktif generator dihitung.
3. Bus pembebanan (P-Q bus)
Bus pembebanan atau yang biasa juga disebut sebagai Load bus
adalah bus beban yang memiliki besaran nilai daya aktif (P) dan daya reaktif
(Q) yang diketahui. Pada bus ini tidak ada generator yang terkoneksi
melainkan hanya terkoneksi dengan beban saja.
a) Terhubung dengan beban.
b) P dan Q dari beban diketahui dan tetap.
c) V dan sudut fasa tegangan di hitung.
Besaran di setiap bus dalam studi aliran daya yaitu :
a) Daya real atau dya aktif / P (watt)
b) Daya reaktif / Q (var)
c) Tegangan / V (volt)
d) Sudut fasa tegangan
B.) Metode Newton -Raphson
Dalam analisis numerik, metode Newton (juga dikenal sebagai
metode Newton-Raphson), yang mendapat nama dari Isaac Newton dan
11
hampiran terhadap akar fungsi riil. Metode Newton secara umum lebih
banyak digunakan dalam program-program aliran daya karena untuk
mencapai titik konvergen hanya dibutuhkan waktu komputasi yang pendek,
tidak terpengaruh oleh kondisi sistem yang tidak sehat dan jumlah iterasi
tidak bergantung pada besarnya sistem. Oleh karena itu untuk solusi aliran
daya pad sistem besar maka Newton - Raphson lebih efisien dan praktis.
Untuk mendapatkan persamaan tegangan di setiap titik pada suatu
sistem maka satuan MVA base sistem dinyatakan dalam satuan per unit (p.u). Berdasarkan hukum kirchoff untuk mendapatkan nilai admitansi
maka dapat dilakukan dengan mengkonversikan nilai impedansi kedalam
nilai admitansi.
(2.1)
Dimana :
n : jumlah total bus
Yii : elemen diagonal matriks admitansi
Yi j : elemen diluar diagonal matriks admitansi
Vi : tegangan pada bus i
Ii : arus yang mengalir kedalam jaringan pada bus i
Atau
I
bus= Y
bus*V
bus (2.3)Atau
(2.4)
Dimana :
1. Daya nyata injection vector (S)
2. Daya aktif Generator pada bus i ( Pgi )
3. Daya aktif beban pada bus i ( Pdi )
4. Daya reaktif Generator pada bus i ( Qgi )
13
Subtitusi persamaan (2.1) sampai (2.4), maka hasilnya adalah
(2.5)
Didalam analisis aliran daya, nilai permintaan beban diketahui sebagai
variabel.
Pi (V, ) = Pgi - Pdi (2.6)
Qi (V, ) = Qgi - Qdi (2.7)
Bentuk umum persamaan aliran daya dari subtitusi persamaan (2.5) adalah
(2.8)
Atau
(2.9)
Jika tegangan pada bus dalam persamaan (2.9) dinyatakan dalam
bentuk polar, maka tegangan kompleks, daya reaktif dan aktif dapat ditulis
sebagai :
= + (2.10)
= − (2.12)
≤ ≤ (2.13)
≤ , ≤ (2.14)
≤ , ≤ (2.15)
Dimana = − , yang merupakan perbedaan sudut antara bus
i dan bus j. Dan untuk setiap bus PV atau PQ, persamaan untuk
mismatch aliran dayanya adalah:
Persamaan daya aktif
(2.16)
Persamaan daya reaktif
(2.17)
Dimana, Pis adalah nilai injeksi daya aktif bus dan Qis adalah nilai
injeksi daya reaktif bus. Persamaan (2.16) dan (2.17) ini kemudian
15
(2.18)
Dalam hal ini bus 1 diumpamakan sebagai slack bus. Matriks Jacobian memberikan perbandingan linear antara perubahan pada sudut
tegangan ∆ ∂ dan besarnya tegangan ∆|V | dengan sedikit perubahan
pada daya aktif (∆ dan daya reaktif (∆ . Dalam bentuk singkat
dapat ditulis sebagai :
(2.19)
Atau
Dimana
(2.21)
(2.22)
(2.23)
(2.24)
(2.25)
H (Jacobian 1 / J1) adalah matriks dari (n-1) x (n-1), N (Jacobian 2 / J2)
adalah matriks dari (n-1) x m, K (Jacobian 3 / J3) adalah matriks dari m x
(n-1), dan L (Jacobian 4 / J4) adalah matriks dari m x m.
17
= ∆ = − − (2.26)
= ∆ = − − (2.27)
= ∆ = − (2.28)
= ∆ = − − (2.29)
Jika i = j, maka element Jacobian matriksnya adalah:
= + (2.30)
= − − (2.31)
= − (2.32)
= − (2.33)
2.2.2. Kompensasi Saluran Transmisi A.) Kapasitor
Kapasitor merupakan salah satu alat kompenasasi yang relatif murah
dan tidak kompleks dibandingkan dengan SVC (Static Var Compensator)
ataupun UPFC (Unified Power Flow Controller). Kompensasi yang terdiri
dari suatu "bank" kapasitor yang dihubungkan secara seri terhadap
masing-masing fasa pada saluran dapat memperkecil impedansi seri dari
tegangan jatuh (Drop Voltage) dan meruppakan faktor terpenting dalam
penentuan daya maksimum yang dapat dikirimkan oleh suatu jaringan.
Untuk mengatasi peningkatan daya reaktif pada bus, maka pada bus
tesebut dapat diinjeksikan kapasitor shunt (dalam susunan parallel) untuk
mengatasi beban lagging. Kapasitor ini tersusun dalam jumlah yang
banyak (capasitor bank) yang dapat menyuplai sebagian ataupun secara
penuh beban reaktif sehingga dapat mengurangi arus untuk penyuplai
beban. Tegangan jatuh antara pengirim (sending end) dan beban dapat
berkurang, sedangkan faktor daya dan daya aktif akan meningkat dari sisi
pengirim.
Gambar 2.1. Single-line diagram dari sistem transmisi tanpa kompensasi
dan diagram fasornya
Tegangan jatuh di transmisi dengan faktor daya yang lagging :
19
Gambar 2.2. single-line diagram dari sistem transmisi yang dikompensasi
dengan kapasitor shunt dan diagram fasornya
Tegangan jatuh dapat dihitung dengan :
VD = + − (2.35)
Perbedaan antara tegangan jatuh adalah kenaikan tegangan
sehubungan dengan instalasi dari kapasitor dan dapat dinyatakan dengan
VR =
B.) Reactive Contribution Factor (RCF)
Reactive Contribution Factor atau yang lebih sering disebut sebagai
metode RCF adalah sebuah metode baru untuk menentukan bus-bus yang
sesuai dengan injeksi daya rektif. Bus-bus ini dipilih dengan
mempertimbangkan faktor kontribusi terbesar dalam suatu sistem,
sehingga diperoleh titik-titik yang tepat untuk memberikan injeksi daya
reaktif kedalam sistem. Persamaan yang menggambarkan kontribusi daya
(2.35)
Dimana :
∆V = Perubahan Tegangan
∆Q = Perubahan daya reaktif
Faktor kontribusi daya reaktif
Setiap perubahan titik ∆ dipengaruhi oleh perkalian dari ∆ dan
faktor kontribusi merupakan variabel injeksi daya reaktif yang
dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan kestabilan tegangan pada titik
yang berhubungan dengan dan sekitarnya.
Untuk memilih bus yang paling tepat diantara beberapa bus yang
lemaah maka invers matriks jacobian ini dijumlahkan dengan
memasukkan titik-titik bus yang lemah.
21
Dimana :
RCF = Reactive Contribution Factor
RCF ini merupakan faktor yang berkontribusi terhadap perubahan
tegangan pada sistem.
C.) Distributed Generator (DG)
Distributed Generator atau yang lebih sering disebut sebagai DG
adalah sebuah pendekatan yang menggunakan teknologi skala kecil untuk
membantu menyuplai kedalam sebuah sistem jaringan listrik.
Distributed Generator juga sering disebut sebagai sebuah pembangkit
listrik skala kecil. Saat ini, belum ada kesepakatan yg dibuat untuk
mendefinisikan Distributed Generatorsecara pasti.
Institute of Electrical and electronics engineers (IEEE),
mendefinisikan bahwasannya Distributed Generation adalah sebuh
pembangkit energi listrik yang dilakukan oleh peralatan yang lebih kecil
dari pembangkit listrik pusat sehingga dimungkinkan terjadinya
interkoneksi dihampir semua titik pada sistem tenaga listrik. Sedangkan
International Council on large Electricity System (CIGRE)
mendefinisikan bahwasannya Distributed Generation sebagai setiap unit
pembangkit dengan kapasitas maksimum 50MW sampai 100MW.
Distributed Generator (DG) dapat dikalasifikasikan menjadi 4 jenis
1.) DG yang hanya mampu menginjeksikan P (daya aktif ).
Contoh : Pembangkit listrik tenaga surya, dan air.
2.) DG yang hanya mampu menginjeksikan Q (daya reaktif ).
Contoh : Pembangkit listrik tenaga gas.
3.) DG yang mampu menginjeksikan P dan Q (daya aktif dan reaktif).
Contoh : pembangkit yang menggunakan mesin sinkron.
4.) DG yang dapat menginjeksikan P tetapi digunakan oleh Q.
Contoh : Pembangkit listrik tenaga angin.
D.) Loss Sensitivity Factor (LSF)
Pengoptimalan penempatan dan pemilihan besaran DG memiliki
pengaruh terhadap meminimalkan nilai losses yang akan didapatkan dalam
suatu sistem.
Gambar 2.3. Pengaruh penambahan DG terhadap losses dalam sistem
23
Loss Sensitivity Factor atau yang lebih dikenal sebagai metode LSF adalah
sebuh metode yang didasarkan oleh prinsip linierisasi dari penyelesaian
persamaan nonliniear. Metode ini mengevaluasi losses pada setiap bus dari
sistem. Bus-bus ini dipilih dengan mempertimbangkan losses terbesar
dalam suatu sistem, sehingga diperoleh titik-titik yang tepat untuk lokasi
penambahan DG kedalam sistem.
Gambar 2.4. Kurva losses nonlinier
Untuk setiap bus yang diprioritaskan, banyaknya unit DG
ditempatkan dan memiliki ukuran yang bervariasi dari minimum ke nilai
yang lebih tinggi sampai hilangnya sistem minimum yang telah ditentukan
untuk setiap unit DG.
2.2.3. MATLAB
MATLAB (matemathics laboratory atau matrix laboratory) adalah
sebuah program untuk analisis dan komputasi numerik, merupakan suatu
bahasa pemrograman matematika lanjutan yang dibentuk dengan dasar
MATLAB didefinisikan sebagai bahasa pemrograman yang digunakan
untuk mengerjakan operasi matematika atau operasi aljabar matrix.
MATLAB yang merupakan bahasa pemrograman tingkat berbasis
pada matrix sering digunakan untuk teknik komputasi numerik, digunakan
untuk menyelesaikian masalah – masalah yang melibatkan operasi
matematika elemen, matriks, optimasi, aproksimasi, dan lain – lain.
MATLAB banyak digunakan untuk :
a. Matematika dan komputasi
b. Pengembangan dan algoritma
c. Pemrograman modeling, simulasi, dan pembuatan prototipe.
d. Analisa data, eksplorasi , dan visualisasi.
e. Analisa numerik dan statistik
25 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Alat dan Bahan Penelitian
Adapun alat dan bahan yang digunakan untuk penelitian ini, yaitu :
1. Laptop dan Software MATLAB
Laptop digunakan untuk melakukan simulasi pemodelan serta
melakukan analisis hasil simulasi. Dan perhitungan Optimal Power Flow
(OPF) menggunakan software Matlab.
2. Data
Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data test sistem
IEEE 30 bus yang sudah dimodifikasi.
Tabel 3.1. Modifikasi bus data input sistem IEEE 30 bus
No. Bus Ko
de B us
Tabel 3.1. Modifikasi bus data input sistem IEEE 30 bus
Bus Voltage Generator Beban (Load) Reactive Power Limit
Tabel 3.2. Line data input sistem IEEE 30 bus
27
Tabel 3.2. Line data input sistem IEEE 30 bus
3.2. Langkah – langkah penyusunan Tugas Akhir
Gambar 3.1. Flowchart metodologi penelitian
Gambar 3.1. Menjelaskan tentang langkah-langkah penulisan yang dilakukan. Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas maka dibawah ini
diberikan penjelasan yang lebih menyeluruh dari setiap langkah - langkah
penulisan karya tulis:
1. Persiapan Penelitian
Pada tahap ini, peneliti mempersiapakan segala keperluan yang
29
2. Studi Aliran Daya
Studi Aliran adalah studi pustakan dengan mencari sumber literatur
sebagai tujuan mengetahui informasi – informasi mengenai metode yang
akan digunakan.
3. Studi sistem Tenaga IEEE 30 bus
Setelah diadakan studi aliran daya, permasalahan Optimal Power
Flow (OPF) pada sistem tenaga IEEE 30 bus dapat diidentifikasi. Kemudian
permasalahan yang diangkat menjadi topik adalah analisis tentang
perbandingan metodelogi yang digunakan.
4. Perhitungan menggunakan MATLAB
Tahap selanjutnya, setelah mendapatkan data-data yang akan
digunakan. Peneliti memodelkan dan melakukan perhitungan dengan
software MATLAB.
5. Data hasil perhitungan
Setelah melakukan perhitungan menggunakan MATLAB, peneliti
akan mendapatkan sebuah data yang diperlukan. Data yang diharapkan hasil
perhitungan meliputi: Besar Volt Magnitude, total Losses, penempatan
6. Analisa Data
Setelah mendapatkan data hasil dari perhitungan kemudian
dilakukan analisa meliputi : analisa perbandingan dan perhitungan sistem
teroptimal.
3.3. Diagram Alir Aliran Daya Newton-Raphson
Gambar 3.2. Flowchart Aliran Daya Newton-Raphson
Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas maka dibawah ini
diberikan penjelasan yang lebih menyeluruh dari setiap langkah - langkah
31
1. Memasukkan (input) data dari sistem tenaga IEEE 30 bus yang sudah
dimodifikasi.
2. Bentuk persamaan matriks bus admittance (2.2)
3. Tentukan tegangan pada setiap bus.
4. Hitung power mismatch dari persamaan (2.16) dan (2.17). Periksa
apakah kondisi konvergensi memenuhi syarat :
(3.1)
Jika persamaan (3.1) terpenuhi, maka iterasi selesai dan lanjut untuk
menghitung aliran daya pada slack bus. Jika tidak, lanjut ke langkah
selanjutnya.
5. Hitung element matriks Jacobian dari persamaan (2.26) sampai (2.33).
6. Hitung besar tegangan dan sudut tegangan baru dari persamaan (2.19).
Kemudian hitung tegangan dan sudut dengan persamaan:
(3.2)
3.4. Diagram Alir Penempatan Kapasitor
Gambar 3.3. Flowchart penelitian penempatan kapasitor
Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas maka dibawah ini
diberikan penjelasan yang lebih menyeluruh dari setiap langkah - langkah
Flowchart penelitian penempatan kapasitor :
1. Memasukkan (input) data dari sistem tenaga IEEE 30 bus yang
33
2. Menghitung aliran daya dalam sistem menggunakan metode Newton
-Raphson.
3. Mengidentifikasi tegangan jatuh ( Drop Tegangan ) pada setiap bus
dalam sistem. Sistem akan dianggap stabil apabila tegangan berada
paada voltage stability limit 0.95≤V≤1.05 pu.
4. Melakukan analisis menggunakan RCF (Reactive Contribution
Faktor) berdasarkan faktor kontribusi terbesar untuk meningkatkan
tegangan dan mengurangi tegangan jatuh pada sistem.
5. Memasang alat kompensasi ( Kapasitor ) berukuran 5Mvar pada bus
dengan RCF tertinggi.
6. Melakukan analisis aliran daya kembali setelah pemasangan
kapasitor. Sistem akan dianggap stabil apabila tegangan berada
paada voltage stability limit 0.95≤V≤1.05 pu.
7. Jika salah satu bus masih terdapat tegangan jatuh yang bernilai
dibawah 0.95 pu maka kembali pada langkah 4.
3.5. Gambar user interface perhitungan
Untuk mempermudah dalam mengamati hasil perhitungan aliran
daya yang akan dilakukan, maka penulis beinisiatif membuat sebuah user
Gambar 3.4 User interface analisa aliran daya sistem IEEE 30 bus
Keterangan :
Tombol tanpa kapasitor
Merupakan tombol untuk menampilkan grafik profil
tegangan saat sebelum ditambahkannya kapasitor pada sistem.
Tombol dengan 1 kapasitor
Merupakan tombol untuk menampilkan grafik profil
tegangan saat 1 unit kapasitor telah ditambahkan pada sistem.
Tombol dengan 2 kapasitor
Merupakan tombol untuk menampilkan grafik profil
tegangan saat 2 unit kapasitor telah ditambahkan pada sistem.
Tombol tanpa DG
Merupakan tombol untuk menampilkan grafik profil
tegangan saat 2 unit kapasitor telah ditambahkan namun DG belum
35
Tombol DG SK 1 (skenario 1)
Merupakan tombol untuk menampilkan grafik profil
tegangan saat 2 unit kapasitor telah ditambahkan dan DG
dipasangkan dengan skenario 1 pada sistem.
Tombol DG SK 2 (skenario 2)
Merupakan tombol untuk menampilkan grafik profil
tegangan saat 2 unit kapasitor telah ditambahkan dan DG
dipasangkan dengan skenario 2 pada sistem.
Tombol RCF
Merupakan tombol untuk menampilkan grafik faktor
kontribusi reaktif saat unit kapasitor belum ditambahkan pada
sistem.
Tombol RCF 1
Merupakan tombol untuk menampilkan grafik faktor
kontribusi reaktif saat 1 unit kapasitor belum ditambahkan pada
sistem.
Tombol RCF 2
Merupakan tombol untuk menampilkan grafik faktor
kontribusi reaktif saat 2 unit kapasitor belum ditambahkan pada
Tombol kapasitor (perbandingan tegangan )
Merupakan tombol untuk menampilkan grafik perbandingan
tegangan dari sebelum ditambahkannya kapasitor sampai
ditambahkannya 2 unit kapasitor pada sistem.
Tombol DG (perbandingan tegangan)
Merupakan tombol untuk menampilkan grafik perbandingan
tegangan sebelum ditambahkannya DG (distributed generator),
pada skenario 1 dan skenario 2 pada sistem.
Tombol kapasitor (perbandingan losses)
Merupakan tombol untuk menampilkan grafik perbandingan
losses dari sebelum ditambahkannya kapasitor sampai
ditambahkannya 2 unit kapasitor pada sistem.
Tombol DG (perbandingan losses)
Merupakan tombol untuk menampilkan grafik perbandingan
losses sebelum ditambahkannya DG (distributed generator),
37 BAB IV
HASIL DAN ANALISA
Pada penelitian ini metode RCF ( Reactive Contribution Factor )
dan LSF ( Loss Sensitivity Factor ) akan diujikan pada sebuah test sistem
IEEE 30 bus yang telah dimodifikasi. Sistem IEEE 30 bus ini terdiri 30 bus,
4 transformator, dan 6 buah generator pembangkit. Dari 30 bus yang ada
dikategorikan menjadi 3 buah tipe bus yaitu 5 bus generator (PV bus), 24
bus beban (PQ bus) dan satu slack bus. Pada dasarnya Sistem IEEE 30 bus
adalah sistem yang sudah stabil, karena itu dilakukan modifikasi dengan
meningkatkan faktor pembebanan pada daya reaktif dan aktif pada bus
beban sehingga diperoleh kondisi yang diinginkan untuk dilakukan uji
metode. Daya reaktif pada bus beban masing-masing ditambahkansebesar
1 MVar untuk daya reaktif dan daya aktifnya ditambah sebesar 2 MW.
4.1. Komputasi dan hasil perhitungan penempatan kapasitor
Kapasitor merupakan suatu alat yang dapat digunakan untuk
mereduksi losses yang terjadi maupun memperbaiki nilai profil tegangan
dalam suatu sistem jaringan. Pada penelitian ini untuk mencari penempatan
letak kapasitor yang ideal digunakan sebuah metode RCF (Reactive
Contribution Factor). Reactive Contribution Factor atau yang lebih sering
disebut sebagai metode RCF adalah sebuah metode baru untuk menentukan
mempertimbangkan faktor kontribusi terbesar dalam suatu sistem, sehingga
diperoleh titik-titik yang tepat untuk memberikan injeksi daya reaktif
kedalam sistem. Setelah dilakukan perhitungan aliran daya dengan
menggunakan metode Newton-Raphson, maka didapatkan sebuah kondisi
awal untuk profil tegangan sistem IEEE 30 bus yang diperlihatkan seperti
gambar dibawah :
Gambar 4.1. Kondisi awal profil tegangan sistem IEEE 30 bus
Keterangan :
--- Batas maksimal tegangan ideal
---Batas minumal tegangan ideal
39
Tabel 4.1. Profil tegangan bus dalam sistem IEEE 30 bus
Tabel 4.2. Bus dengan tegangan < 0,95
Dari tabel diatas kita dapat melihat bahwasannya terdapat 6 buah
bus yang memiliki tegangan yang kurang dari batas ideal tegangan pada
sistem ini. Untuk menentukan lokasi penempatan alat kompensasi daya
reaktif (Kapasitor) maka selanjutnya dilakukan perhitungan RCF dengan
menggunakan bus dengan nilai RCF tertinggi sebagai kandidat pemasangan
kapasitor. Perhitungan RCF ini akan dilakukan dalam beberapa tahap agar
nantinya didapatkan profil tegangan yang termasuk didalam voltage stability
limit (Tegangan ideal) pada setiap busnya.
41
Tabel 4.3. Hasil RCF tahap 1
No
bus RCF bus No RCF bus No RCF bus No RCF
1 0 9 0,0133 17 0,3127 25 0,5999
2 0,2076 10 0,2725 18 0,468 26 0,9025
3 0,077 11 0,3113 19 0,5276 27 0,4438
4 0,2244 12 -0,089 20 0,4834 28 0,3304
5 0,3113 13 0,3113 21 0,434 29 0,7804
6 0,2608 14 0,1688 22 0,4303 30 0,9253
7 0,3326 15 0,2607 23 0,4772
8 0,3113 16 0,1734 24 0,6137
Pada tahap pertama (Gambar 4.2) terlihat pada grafik RCF
bahwasannya bus 30 memiliki faktor kontribusi terbesar dengan nilai
0,9253 (Tabel 4.3) maka, bus 30 tersebut kemudian dipilih sebagai tempat
pertama pemasangan kapasitor. Setelah kapasitor pertama terpasang,
kemudian masuk ketahap kedua dimana kembali dilakukan perhitungan
aliran daya namun dengan penambahan kapasitor pada bus 22 (penambahan
Gambar 4.3. Pencarian Reactive Contribution Factor tahap 2
Dari grafik diatas kita dapat melihat bahwasannya setelah
pemasangan kapasitor nilai RCF pada bus 30 sudah tidak setinggi saat awal
sebelum dipasangkannya kapasitor, karena itu pada tahap kedua bus 26
yang memiliki nilai Reactif Contribution Factor Reactif Contribution
Factor yang terendah dengan nilai 0,7372 (Tabel 4.4) dipilih sebagai
kandidat kedua penempatan kapasitor untuk membuat profil tegangan
masuk dalam rentang Voltage Stability limit. Dibawah ini merupakan tabel
nilai dari hasil pencarian RCF setelah ditambahkannya kapasitor pada bus
43
Tabel 4.5. Lokasi dan besaran kapasitor
4.2. Pengaruh penambahan kapasitor terhadap profil tegangan dan losses.
Pada setiap penambahan injeksi kapasitor pada sistem, maka akan
terjadi suatu peningkatan tegangan di area sekitar bus yang mengalami
penambahan injeksi. Untuk tahap pertama setelah penambahan kapasitor
sebesar 5 MVar diinjeksikan pada bus 30 maka terjadi perubahan profil
tegangan hampir pada setiap bus .
Gambar 4.4. Kondisi profil tegangan setelah penambahan kapasitor tahap 1
Keterangan :
--- Batas maksimal tegangan ideal
---Batas minumal tegangan ideal
--- Kondisi tegangan sebelum ditambahkannya kapasitor
45
Dari gambar 4.4 diatas kita dapat melihat bahwasannya masih
terdapat 1 buah bus yang memiliki profil tegangan kurang dari batas ideal
tegangan setelah ditambahkannya kapasitor pada sistem. Dibawah ini
adalah tabel profil tegangan setelah ditambahkannya kapasitor pada bus 30.
Tabel 4.6. Efek penempatan kapasitor pada bus 30
No. Bus Profil Tegangan (pu)
Tabel 4.6. Efek penempatan kapasitor pada bus 30
No. Bus Profil Tegangan (pu)
Awal Tahap 1
Jika dilihat dari tabel 4.6 diatas maka kita simpulkan bahwasannya
setelah menambahkan kapasitor pada bus 30 terjadi perbaikan profil
tegangan hampir pada setiap bus. Pada bus 19 yang semula memiliki nilai
profil tegangan yang dalam keadaan drop terjadi peningkatan nilai tegangan
47
peningkatan sebesar 0,0106 pu, kemudian pada bus 25 juga terjadi
peningkatan sebesar 0,0162 pu, dan pada bus 26 juga terjadi peningkatan
sebesar 0,0167 pu, serta pada bus 29 dan pada bus 30 terjadi peningkatan
masing masing sebesar 0,0292 pu dan 0,0395 pu.
Pada tahapan RCF kedua (Gambar 4.3) setelah bus 30 dan bus 26
diinjeksikan dengan kapasitor masing-masing sebesar 5 MVar maka profil
tegangan seluruhnya telah berada pada rentang Voltage Stability limit
dengan nilai profil tegangan paling rendah terdapat pada bus.
Gambar 4.5. Tegangan sebelum dan sesudah diberikan 2 kapasitor
Keterangan :
---Batas maksimal tegangan ideal
---Batas minumal tegangan ideal
---Kondisi awal tegangan
---Kondisi tegangan setelah penambahan 1 kapasitor
49
Tabel 4.7. Perbandingan profil tegangan sebelum dan sesudah diinjeksi
No.
Dari gambar diatas (Gambar 4.5) kita dapat melihat bahwa tegangan
pada bus-bus yang sebelumnya berada dibawah Voltage Stability limit
meningkat dengan nilai minimum 0,9620 pu pada bus 24 (Secara detail
hasil perbandingan tegangan dapat dilihat pada tabel 4.7).
Dapat dilihat bahwasannya penambahan kompensasi daya reaktif
(Kapasitor) dengan metode RCF ini memiliki efisiensi dalam komputasi
dan penurunan losses (Tabel 4.8) pada sistem IEEE 30 bus ini. Losses yang
dihasilkan dari kedua percobaan ini dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 4.8. Perbandingan besar losses dan drop tegangan dari setiap tahapan
Tahapan Total losses Drop
Tegangan
MW MVar
Awal 25,386 101,686 6 buah bus
Tahap 1 25,182 100,861 1 buah bus
Tahap 2 25,003 100,471 -
Dari tabel diatas (tabel 4.8) didapatkan bahwasannya pemasangan kapasitor pada sistem ini selain dapat memperbaiki profil tegangan juga dapat mengkompensasi dari total losses dari sistem ini dengan penurunan sebesar 1,21 % .
4.3. Pengaruh penempatan Distributed Generation (DG)
Setelah dilakukan perhitungan aliran daya dengan menggunakan
metode Newton-Raphson dan pengoptimalan profil tegangan dengan
menambahkan kapasitor dengan metode RCF, maka kini dapat
melanjutkan ketahapan selanjutnya untuk pengoptimalan penempatan DG.
Untuk menguji kemampuan metode LSF maka dibuat metode tambahan
sebagai pembanding dengan total 15 MW DG pada setiap percobaan.
Penentuan penempatan DG ini menggunakan 2 cara, cara pertama
menggunakan prinsip dari metode LSF (Loss Sensitivity Factor) dimana
51
besar dan cara yang kedua sebagai pembanding metode yaitu penentuan
penempatan DG ditentukan secara acak.
Gambar 4.6. Grafik pembebanan sistem IEEE 30 bus
Tabel 4.9. Daya nyata pembebanan pada bus
Gambar 4.7. Grafik losses pada jaringan sistem IEEE 30 bus
Grafik diatas (Gambar 4.7) merupakan grafik losses yang
didapatkan menggunakan metode Newton-Raphson. Dari pengamatan
grafik diatas terlihat bahwasannya sistem ini memiliki losses terbesar pada
jaringan bus 1 ke bus 2 dengan nilai 22,658 MW (Tabel 4.10).
Tabel 4.10. Losses pada jaringan
53
Tabel 4.10. Losses pada jaringan
Dari bus ke bus Losses (MW) Dari bus ke
dipasangkan dengan total daya maksimal 15 MW untuk setiap percobaan.
Pada tahap awal pemilihan lokasi pemasangan DG akan didasarkan dari
terdapat pada jaringan bus 1 ke bus 2, Sedangkan pada skenario
pembanding 1 pemilihan lokasi pemasangan DG akan dipilih secara acak
yaitu pada bus 10, bus 12 dan bus 28.
Tabel 4.11. Skenario pembanding
No bus Kapasitas DG (MW)
Metode LSF Skenario 1
2 15 -
10 - 2,5
12 - 6,27
28 - 5,23
Percobaan optimisasi penempatan DG ini dilakukan dengan cara
memasangkan DG pada sisi injeksi daya aktif (DG tipe 1) sehingga
diharapkan didapatkan nilai losses yang minimal pada sistem ini.
Metode LSF
Dalam tes pertama ini lokasi penempatan DG 15 MW akan
dipasangkan pada bus berdasarkan prinsip dari metode Loss Sensitivity
Factor yaitu bus 2 dengan DG sebesar 15 MW. Pada tabel 4.12
memperlihatkan tegangan untuk seluruh bus apabila 15 MW DG
ditempatkan pada bus 2 dan dibandingkan dengan tegangan sebelum
55
Gambar 4.8. Perbandingan losses sebelum dan sesudah penambahan DG
dengan skenario 1
Keterangan :
--- Losses awal jaringan
---Losses setelah penambahan DG dengan skenario 1
Dari gambar 4.8 diatas terlihat bahwa penempatan DG pada bus 2
banyak mempengaruhi penurunan nilai losses yang terjadi pada jaringan
(lihat tabel 4.12) dengan penurunan losses sebesar 3,3 %.
, , , , , ,
lo
ss
es
57
Tabel 4.13. Perbandingan nilai losses
Tahapan Total losses
MW MVar
Awal 25,003 100,471
Skenario 1 23,958 97,225
Skenario 1
Pada skenario 1 ini lokasi penempatan DG total 15 MW akan
kembali dipasangkan namun pada bus yang dipilih secara acak dalam
sistem yaitu bus 10 dengan DG sebesar 2.5 MW, bus 12 dengan DG
sebesar 6.27 MW dan bus 28 dengan DG sebesar 5.23 MW (lihat tabel
4.11). Bila sistem dipasangkan DG secara acak dengan kapasitas total 15
MW maka :
Gambar 4.9. Perbandingan losses sebelum dan DG skenario 2
Keterangan :
--- losses awal jaringan
---losses jaringan setelah penambahan DG dengan metode LSF
---losses jaringan setelah penambahan DG skenario 1
Dari hasil percobaan kedua dengan penempatan DG secara acak
dalam sistem IEEE 30 bus diperoleh nilai losses pada jaringan seperti
pada tabel dibawah :
Tabel 4.14. Perbandingan nilai losses sebelum dan DG metode LSF dan
59
Tabel 4.14. Perbandingan nilai losses sebelum dan DG metode LSF dan
skenario 1
Losses yang dihasilkan dari kedua percobaan ini dapat dilihat pada
tabel berikut :
Tabel 4.15. Perbandingan losses
Tahapan Total losses
MW MVar
Awal 25,003 100,471
Metode LSF 23,958 97,225
Dari hasil simulasi perbandingan penempatan DG 15 MW dengan
skenario1 tidak banyak memperbaiki nilai losses pada jaringan. Pada
skenari 1 masih ada 11 titik jaringan yang memiliki losses lebih besar
dibandingkan dengan sebelum dipasangkannya DG pada sistem, yaitu
jaringan bus 5ke bus 7, jaringan bus 6ke bus 7, jaringan bus 12ke bus
14, jaringan bus 12ke bus 15, jaringan bus 14ke bus 15, jaringan bus 16
ke bus 17, jaringan bus 18ke bus 18, jaringan bus 18ke bus 19, jaringan
bus 15ke bus 23, dan jaringan bus 23ke bus 24. Jika penempatan DG 15
MW dilakukan berdasarkan metode LSF maka hampir semua jaringan
mengalami penurunan nilai losses dan hanya menyisakan 9 titik jaringan
yang memiliki losses yang lebih besar dibandingkan dengan sebelum
dipasangkannya DG pada sistem, yaitu jaringan bus 2ke bus 4, jaringan
bus 2ke bus 5, jaringan bus 2ke bus 6, jaringan bus 6ke bus 9, jaringan
bus 6ke bus 10, jaringan bus 9ke bus 10, jaringan bus 10ke bus 20, bus
24ke bus 25, dan bus 28ke bus 27.
Perbedan pada titik penempatan DG memberikan perbedaan pada
nilai losses pada jaringan dalam sistem IEEE 30 bus. Pada dasarnya
penempatan DG menggunakan metode LSF dan skenario 1 telah
menurunkan nilai losses setelah diinjeksikan pada daya aktif dalam sistem.
Namun jika melihat perbandingan nilai output total losses maka skenario
1 lebih unggul dari metdoe LSF (lihat Tabel 4.15). Ini berarti penempatan
pembangkit terdistribusi (DG) berhasil meminimalkan losses pada sistem
61
digunakan pada kedua percobaan ini dirasa sudah cukup untuk
mengurangi losses pada sistem, walaupun setelah ditambahkannya DG
pada sistem terdapat beberapa jaringan yang memiliki nilai losses lebih
62 5.1 KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil :
1. Sistem IEEE 30 bus modifikasi yang dipakai untuk melakukan pengoptimalan
penempatan kapasitor ini berhasil memetakan 2 buah bus lemah yang bisa
digunakan yaitu pada bus 26 dan 30. Dengan injeksi total sebesar 10 MVar pada
daya reaktif maka profil tegangan yang didapatkan dapat terjaga pada keadaan
Voltage stability limit yaitu pada kisaran 0.95 < V < 1.05 pu.
2. Metode RCF (Reactive Contribution Factor) yang diterapkan dalam penelitian
ini memiliki efisiensi dalam komputansi untuk mengatasi masalah kestabilan
tegangan dalam suatu sistem.
3. Pemasangan 15 MW unit generator terdistribusi (DG) ini sangatlah berpengaruh
pada losses total dalam suatu sistem. Dimana dari hasil penelitian ini DG dapat
meminimalisasikan losses pada sistem IEEE 30 bus modifikasi sebesar 3,3 %
dengan prinsip dari metode LSF dan 9,03 % dengan menggunakan skenario 1.
4. Penggunaan prinsip dari metode LSF (Loss Sensitivity Factor) untuk
mengurangi losses pada sistem dirasa masih kurang memuasakan karena jika
dilihat keseluruhan total losses yang didapatkan penempatan paling optimal
utnuk mengurangi losses pada sistem adalah pada area bus yang dipilih secara
acak pada sistem.
5. Penempatan serta penentuan besaran suatu DG sangat berpengaruh pada
63
5.2 SARAN
1. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan dapat dilakukan analisis ekonomis
untuk penggunaan kapasitor dan DG ini agar diperoleh pembiayaan yang lebih
efisien untuk memperaiki suatu sistem.
2. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan dapat dilakukan analisis kembali untuk
mengurangi kelebihan profil tegangan dari Voltage Stability Limit dengan
metode lainnya.
3. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan dapat dilakukan suatu analisi
penempatan dan besaran dari suatu DG dengan metode yang lebih praktis
sehingga tidak diperlukannya beberapa tahapan dalam penempatan dan
penentuan besaran suatu DG.
4. Diharapkan suatu saat akan dibuatkannya suatu desain DG yang lengkap dengan
tipe, harga dan cara pemasangannya serta kapasitas maksimal dari sebuah DG
Daya pada kasus IEEE 30 Bus menggunakan metode Newton-Raphson pada
aplikasi MATLAB 7.0“, Jurnal Universitas Ichsan Gorontalo, Gorontalo
[2] Fuaddi, dkk. 2016, “Penentuan Lokasi DG dan Kapasitor Bank dengan
Rekonfigurasi Jaringan unutk memperoleh rugi daya minimal pada Sistem
Distribusi Radial menggunakan Algoritma Genetika”, Jurnal Teknik ITS Vol 5,
No. 1 (2016) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print), Surabaya
[3] Antamil. 2015, “Optimalisasi penempatan kapasitor menggunakan faktor
kontribusi daya reaktif dari invers Matriks Jakobian tereduksi“, Jurnal Program
Pascasarjana Universitas Hasanuddin Makasar, Makasar
[4] Sabilla, N. H. dkk, 2012. “Optimasi penempatan Pembangkit Terdistribusi
pada IEEE 30 Bus system menggunakan Algoritma Genentika”, Jurnal Jurusan
Teknik Elektro, Universitas Diponegoro Semarang, Semarang
[5] Zakaria, A. H. dkk, 2012. “ Penempatan dan Penentuan Kapasitas Optimal
Distributed Generator (DG) menggunakan Artificial Bee Colony (ABC)”,
Jurnal Teknik ITS Vol. 1, No. 1, (Sept.2012) ISSN : 2301-9271
[6] Zhu, Jizhong. 2015, Buku “Optimization of Power System Operation”, Second
Edition, Penerbit John Wiley dan Sons, Inc., Hoboken, New Jersey
[7] Zobaa, A. F. Dan Ramesh Bansal, 2011, Buku “ Handbook of Renewable
Energy Technology “, Penerbit World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.,
[8] Seifi, Hossein dan Mohammad Sadegh Sepasian, 2011, Buku “Electrical Power
System Planing. Issues, Algorithms and Solutions”, Penerbit Springer-Verlag
Berlin, Heidelberg
[9] Paliwal, Priyanka dan N.P. Patidar. 2010, “Distributed Generator Placement
for Loss Reductiom and Improvement in Reliability”, International Journal of
Electrical, Computer, Energetic, Electronic and Communication Engineering
Vol:4. No:9
[10] Momoh, J. A. dkk, 1999 “ A Review of Selected Optimal Power Flow Literature
to 1993 Part II: Newton, Linear Programing and Interior Point Methods”, IEEE
