3
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu
Penelitian ini disimulasikan pada jaringan distribusi 20 kV dari Gardu Induk Dolok Sanggul. Penelitian ini dilaksanakan selama 2 (dua) bulan.
3.2 Bahan dan Peralatan
Bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah data pembangkit dan penyaluran jaringan distribusi 20 kV yang terinterkoneksi. Peralatan yang akan digunakan untuk simulasi stability transient adalah perangkat lunak ETAP.
3.3 Pelaksanaan Penelitian
Dalam melaksanakan penelitian, dilakukan pengambilan data yang dibutuhkan terlebih dahulu. Data yang diperoleh selanjutnya diolah dan disimulasikan menggunakan perangkat lunak ETAP untuk mendapatkan grafik stabilitas transient. Data yang diterima dari hasil simulasi tersebut kemudian digunakan sebagai data untuk menentukan nilai-nilai stabilitas transiennya.
3.4 Variabel yang Diamati
Variabel yang diamati dalam penelitian ini adalah :
Beban pada jaringan Kapasitas DG
Rugi–rugi daya jaringan distribusi
Nilai Indeks Stabilitas Tegangan saat terhubung atau tidak terhubung dengan DG
3.5 Prosedur Penelitian
1. Pengumpulan Data
Melakukan pengumpulan data yang dibutuhkan dalam penelitian, yang meliputi:
a. Data generator b. Data beban
c. Data impedansi saluran
Data tersebut terlampir pada Lampiran A (halaman 78). 2. Membuat Diagram Satu Garis
Setelah data diperoleh, selanjutnya dibuat diagram satu garis dengan memilih editor “one-line diagrams“ pada perangkat lunak ETAP 12.6.0. Diagram satu garis dapat dilihat pada Lampiran A.
3. Memasukkan Data
Data-data yang telah dikumpulkan tersebut kemudian diolah dan dimasukkan untuk simulasi stability transient. Data-data yang dibutuhkan tersebut telah diuraikan pada poin”pengumpulan data” di atas.
4. Mengatur jumlah cabang (k)
Jumlah cabang awal yaituk= 1, dimana awal daya pembangkit terdistribusi, PDG= 0.
5. Menjalankan Simulasi
Sebelum melakukan simulasi studi aliran daya, terlebih dahulu menetapkan variabel kontrol untuk melakukan penyelesaian perhitungan studi aliran daya, yaitu melalui pilihan “study case editor”. Setelah diagram satu garis
perhitungan aliran daya dengan menggunakan metode Newton-Rhapson. Simulasi akan berhenti setelah data yang diperoleh konvergen.
6. Menampilkan Hasil Aliran Daya
Hasil yang diharapkan dari simulasi perhitungan aliran daya ini adalah besar tegangan, daya aktif, daya reaktif, pada setiap bus pada jaringan distribusi 20 KV saat atau tidak terinterkoneksi dengan DG. Hasil ini ditampilkan dengan memilih pilihan“report manager”dan “losses” padaperangkat lunakETAP.
7. Penentuan Indeks Stabilitas Tegangan
Perhitungan Indeks Stabilitas Tegangan dilakukan dengan menghitung indeks stabilitas tegangan (L) dengan Persamaan (2.66), dimana nilai dari L berada di antara 0,0 pada beban nol sampai di nilai kritis 1,0.
8. Penempatan pembangkit terdistribusi
Penempatan dilakukan pada bus yang memiliki nilai indeks stabilitas tegangan (L) yang nilainya paling besar. Nilai L paling besar menandakan bus merupakan lokasi yang paling rawan yang menyebabkan terjadinya sistem tidak stabil.
9. Penentuan kapasitas pembangkit terdistribusi
Penentuan kapasitas pembangkit terdistribusi dilakukan dengan menggunakan Persamaan (2.71).
10. Penambahan cabangk
Setelah menyimpan hasil kapasitas dan penempatan pembangkit terdistribusi, dihitung PDG(k + 1) – PDG(k) < ԑ, dimanaԑ adalah persentase error
11. Melakukan Analisis
Hasil yang diharapkan dari simulasi perhitungan aliran daya ini adalah besar tegangan, daya aktif, daya reaktif, pada setiap bus pada jaringan distribusi 20 KV saat telah interkoneksi dengan optimasi penempatan dan kapasitas DG atau belum interkoneksi dengan DG.
12. Menentukan Kesimpulan
4
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam penelitian ini, akan dibahas bagaimana pengaruh dari kapasitas dan penempatan optimum dari pembangkit terdistribusi terhadap kestabilan tegangan sistem. Penelitian dilakukan pada jaringan distribusi 20 kV pada rayon Dolok Sanggul, dimana terdapat 3 DG, yaitu PLTMH Aek Silang 750 kW, PLTMH Aek Sibundong 750 kW, dan PLTMH Parlilitan 7500 kW. Jumlah beban keseluruhan adalah 5058.54 kVA. Dengan menjalankan simulasi aliran daya dari gambar diagram satu garis jaringan distribusi 20 kV rayon Dolok Sanggul (pada Lampiran A) yang beroperasi saat ketiga pembangkit terdistribusi (DG) interkoneksi hasilnya dapat dilihat pada Lampiran B (halaman 90), profil tegangan lengkap dapat dilihat pada Lampiran C (halaman 109) dan ditunjukkan pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1Hasil Simulasi Aliran Daya Rayon Dolok Sanggul seluruh DG aktif
Rugi daya aktif (∑kW) 941
Rugi daya reaktif (∑kVAR) 628
Daya Aktif Gardu Induk DS (kW) -3834 Daya Reaktif Gardu Induk DS (kVAR) 2400
Daya Aktif Parlilitan (kW) 7500
Daya Reaktif Parlilitan (kVAR) 0
Daya Aktif Aek Silang (kW) 750
4.1 Penentuan Kapasitas Optimum Pembangkit Terdistribusi (DG) saat
Kondisi Normal (Seluruh DG Terhubung)
Kondisi tegangan normal yang dibutuhkan jaringan distribusi sesuai dengan peraturan di Indonesia adalah 0,90– 1,05 pu. Namun, kondisi tengangan yang masih di atas 1,05 pu pada jaringan distribusi rayon Dolok Sanggul dapat mengakibatkan ketidakstabilan pada jaringan itu sendiri. Maka dilakukan optimasi kapasitas DG untuk menurunkan tegangan maksimum pada jaringan distribusi. Dalam penentuan kapasitas optimum untuk 3 DG, dipilih DG yang berpengaruh besar untuk menurunkan profil tegangan pada jaringan distribusi, yaitu PLTMH Parlilitan 7500 kW, maka digunakan rumus seperti pada Persamaan (2.71) :
= 1
Gambar 4.1Sistem Distribusi dengan DG terhubung ke bus j
Gambar 4.1 menunjukkan penggambaran letak dari Persamaan (2.71) untuk mengetahui pemilihan nilai dari masing-masing variabel. Dari Persamaan (2.71) di atas, didapatkan bahwa :
PDGj : Kapasitas DG pada bus j (kW)
X : Reaktansi Saluran dari bus i ke bus j (Ω ) R : Resistansi dari bus i ke bus j (Ω )
PLj : Daya beban pada bus j (kW)
Pjk : Jumlah daya dari bus j ke bus selanjutnya (kW)
Qji : Daya reaktif dari bus j ke bus i (kVAR)
Gambar 4.2Aliran Daya untuk optimasi PLTMH Parlilitan
Contoh 4.1 : Untuk optimasi PLTMH Parlilitan, pada awalnya dianggap bahwa DG belum memiliki kapasitas daya, atau di dalam ETAP, DG dimatikan. Jika dari Gambar 4.2 ditentukan bahwa bus722 sebagai bus dari PLTMH Parlilitan, maka untuk mendapatkan variabel R dan X diambil dari line352, bus i adalah bus636, dan bus j adalah bus722. Karena letak dari bus PLTMH Parlilitan berada di ujung jaringan distribusi, maka nilai Pjk = 0. Berdasarkan gambar
tersebut, maka data-data yang dapat diperoleh yaitu : Diketahui :
R = 0,133Ω
X = 0,10323Ω
PLj = 0 kW
Pjk = 0 kW
Qji = 1 kVAR
Untuk perhitungan kapasitas optimum PLTMH Parlilitan digunakan dalam besaran pu, dengan Vbase= 20 kV dan Sbase= 10 Mva, maka diperoleh data setiap
besaran sebagai berikut.
Dengan menggunakan rumus pada Persamaan (2.71), maka diperoleh :
= 1
4.1.1 Profil Tegangan dan Rugi-rugi Pada Saat Penentuan Kapasitas
Optimum PLTMH Parlilitan
Penentuan optimasi kapasitas PLTMH Parlilitan menggunakan Persamaan (2.71), sehingga hasil dari perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4.2. Untuk profil tegangan dari hasil optimasi PLTMH Parlilitan yang telah disimulasikan pada perangkat lunak ETAP dapat dilihat pada Lampiran C pada Tabel C.2 (halaman 112).
Tabel 4.2Rugi-rugi Daya dan Profil Tegangan untuk Kapasitas Optimum PLTMH Parlilitan
Untuk melihat perbandingan rugi-rugi daya aktif dan daya reaktif dari hasil aliran daya normal dengan optimasi PLTMH Parlilitan, maka diperoleh grafik rugi-rugi daya aktif pada Gambar 4.3.
Rugi daya aktif (∑kW) 233 Rugi daya reaktif (∑kVAR) 455
Vmin(%) 95,47
Gambar 4.3Perbandingan rugi-rugi daya aktif dan reaktif kondisi normal terhadap kondisi optimasi Parlilitan
Dari Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa perbandingan rugi-rugi pada saat kapasitas DG normal (ketika seluruh DG dijalankan dengan daya maksimum) dengan pada saat DG (Parlilitan) dioptimumkan kapasitasnya. Terlihat bahwa total rugi-rugi berkurang setelah setiap DG secara bergantian dioptimasi kapasitasnya.
Ketika PLTMH Parlilitan kapasitasnya dioptimumkan dari 7500 kW menjadi 2234 kW, total rugi-rugi daya aktif berkurang 75,23% dari semula. Dari perbandingan rugi-rugi daya reaktif, total rugi-rugi daya reaktif berkurang 27,54% dari semula. Ini menunjukkan bahwa berkurangnya rugi-rugi dipengaruhi oleh jumlah dari kapasitas DG yang dioptimasikan. Karena pada jaringan distribusi Dolok Sanggul memiliki kapasitas DG yang berlebihan jika dibandingkan dengan jumlah beban yang ada, maka berkurangnya kapasitas DG yang paling besar sangat mempengaruhi berkurangnya rugi-rugi pada jaringan distribusi. Ini disebabkan karena jika kapasitas DG dari suatu jaringan distribusi
941
Rugi-rugi Daya Aktif (kW) Rugi-rugi Daya Reaktif (kVar)
berlebihan, justru akan menambah nilai profil tegangan dan rugi-rugi yang ada pada jaringan distribusi.
Gambar 4.4Perbandingan V maks dan V min kondisi normal terhadap optimasi kapasitas PLTMH Parlilitan
Dari Gambar 4.4, perbandingan tegangan maksimum dan tegangan minimum menghasilkan semakin baiknya profil tegangan dari kondisi normal ke kondisi optimasi PLTMH Parlilitan. Pada optimasi kapasitas PLTMH Parlilitan, tegangan maksimum turun sebesar 5,68% dan tegangan minimum naik sebesar 0,31%. Profil tegangan perbandingan di Gambar 4.4 dapat dilihat pada Lampran C.
4.2 Penentuan Lokasi dan Kapasitas DG-baru pada jaringan Distribusi
Dolok Sanggul
Untuk menentukan lokasi penempatan DG-baru pada rayon Dolok Sanggul, pada mulanya dilakukan ketika jaringan distribusi tidak interkoneksi dengan seluruh DG, yaitu PLTMH Aek Silang, PLTMH Aek Sibundong, dan PLTMH Parlilitan. Penempatan DG-baru dilakukan degan mencari nilai VSI
terhubung dengan DG, lalu akan dilakukan optimasi kapasitas DG yang baru dengan menggunakan Persamaan (2.71). Hasil dari penempatan dan kapasitas DG-baru akan dibandingkan dengan kondisi normal, yaitu ketika ketiga DG diinterkoneksi.
4.2.1 Lokasi Optimum DG yang Akan Ditempatkan
Penentuan lokasi DG yang optimum dilakukan dengan menghitung nilai indeks stabilitas tegangan (Voltage Stability Index), dimana nilai indeks stabilitas harus lebih kecil dari nol. Nilai VSI dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.66), seperti berikut.
= 1 [( − ) + + ]
Gambar 4.5Penghantar Jaringan distribusi terhubung 2 bus
Untuk menggambarkan Persamaan (2.66), maka pada gambar 4.4 dijelaskan letak dari setiap variable dari persamaan. Variabel-variabel Persamaan (2.66) terlihat seperti di bawah.
Lj = Indeks Stabilitas Tegangan (VSI) pada bus j
Vi = Tegangan pada bus i (kV)
Pi = Daya aktif pada bus i (kW)
Qi = Daya reaktif pada bus i (kVAR)
X = Reaktansi pada penghantar (Ω ) Pj = Daya aktif menuju bus j (kW)
Qj = Daya reaktif menuju bus j (kVAR)
Gambar 4.6Aliran daya untuk pada ETAP untuk menghitung VSI
Pi = 2702 kW
Untuk perhitungan nilai VSI digunakan dalam besaran pu, dengan Vbase=
20 kV dan Sbase= 10 Mva, maka diperoleh data setiap besaran sebagai berikut.
Vi = 0,96 pu
Dengan menggunakan rumus seperti Persamaan (2.66), maka hasil perhitungan sebagai berikut.
= 1
0,96 [( 0,2702) ( 0,0201562) − ( 0,1496) ( 0,05405) )
+ ( 0,96 ) ( 0,2685 ∗0,05405 + 0,1477 ∗0,0201562) ]
= 0,019169709
Dimana untuk Lj< 1. Ketika Ljmendekati 1,0, maka dalam kondisi seperti
dalam contoh ini bus j adalah bus373, merupakan bus yang paling lemah atau bus dimana tegangan runtuh (voltage collapse) dimulai dari bus373.Margin dari nilai Ljadalah 0,0 pada beban nol sampai 1,0 pada system mengalami tegangan runtuh.
Maka hasil perhitungan dengan nilai Lj paling besar menjadi posisi
ditempatkannya DG-baru.
4.2.2 Perhitungan Nilai VSI, Rugi-Rugi, dan Proil Tegangan Sebelum
Interkoneksi DG-baru
Gambar 4.7Nilai VSI pada rayon Dolok Sanggul sebelum interkoneksi DG-baru
Untuk hasil aliran daya saat jaringan distribusi 20 kV rayon Dolok Sanggul belum interkoneksi dengan DG terlihat seperti Tabel 4.3 berikut.
Tabel 4.3Rugi-rugi Daya dan Profil Tegangan sebelum Interkoneksi DG-baru
4.2.3 Perhitungan Kapasitas DG-baru
Untuk perhitungan kapasitas DG-baru digunakan dalam besaran pu, dengan Vbase = 20 kV dan Sbase = 10 Mva, maka diperoleh data setiap besaran
Dengan menggunakan rumus pada Persamaan (2.71), maka diperoleh :
= 1 Rugi daya reaktif (∑kVAR) 218
Vmin(%) 89,51
= 1
2( 0,0201562 ) ( 0,0540577) ( 18,258) + 2( 0,0201562) ( 0,0008 + 0,2679) − 2( 0,0001) ( 0,0540577) ( 0,0201562 ) = 0,060624 10000
= 606,24
Karena untuk menghitung kapasitas optimum DG-baru hanya memiliki satu cabang, maka perhitungan dilakukan hanya sekali. Sehingga diperoleh sesuai Persamaan (2.71) besar kapasitas optimum dari DG-baru adalah 606,24 kW.
4.2.4 Profil Tegangan, Rugi-rugi dan VSI setelah DG-baru Interkoneksi
dengan Jaringan Distrubusi rayon Dolok Sanggul
Gambar 4.8Grafik VSI setelah Interkoneksi DG-baru
DG-Gambar 4.9Perbandingan Nilai VSI sebelum dan sesudah Interkoneksi DG-baru
Untuk hasil aliran daya saat jaringan distribusi 20 kV rayon Dolok Sanggul interkoneksi dengan DG-baru terlihat seperti Tabel 4.4 berikut.
Tabel 4.4Rugi-rugi Daya dan Profil Tegangan setelah Interkoneksi DG-baru
4.2.5 Perbandingan Rugi-rugi dan Profil Tegangan saat Interkoneksi
DG-baru dan saat Keadaan Normal (Seluruh DG Aktif)
Analisis penempatan DG-baru pada subbab sebelumnya bertujuan untuk dibandingkan dengan kondisi aliran daya saat kondisi normal atau saat keseluruhan DG dijalankan dengan daya maksimum, yaitu PLTMH Aek Silang, PLTMH Aek Sibundong, dan PLTMH Parlilitan. Hasil perbandingan dari kedua kondisi ini dapat dilihat pada grafik berikut.
Gambar 4.10Grafik perbandingan rugi-rugi daya aktif dan rekatif saat kondisi normal dan interkoneksi DG-baru
941
Rugi-rugi Daya Aktif (kW) Rugi-rugi Daya Reaktif (kVar)
R
Rugi daya reaktif (∑kVAR) 289
Vmin(%) 91,33
Dari Gambar 4.10 di atas, terlihat bahwa rugi-rugi saat kondisi normal lebih besar dibandingkan dengan saat ditempatkannya DG-baru. Penurunan rugi-rugi daya aktif dari keadaan normal ke setelah ditempatkannya DG-baru sebesar 75,02%, dan penurunan rugi-rugi daya reaktif adalah sebesar 53.98%. Ini menandakan bahwa penempatan DG-baru memiliki andil untuk penurunan rugi-rugi pada sistem distribusi.
Gambar 4.11Grafik perbandingan profil tegangan saat kondisi normal dan sesudah interkoneksi DG-baru
Dari Gambar 4.11 dapat dilihat bahwa profil tegangan saat setelah interkoneksi DG-baru menurun menjadi nilai yang lebih baik dibanding dengan saat keadaan normal. Profil tegangan maksimum dari rayon Dolok Sanggul turun sebesar 9,56% dan tegangan minimum dari rayon Dolok Sanggul turun sebesar 3.83%. Sehingga dapat diartikan bahwa jika DG ditempatkan pada kapasitas yang optimum pada rayon Dolok Sanggul maka semakin baik pula profil tegangan pada daerah tersebut. Profil tengangan dari Gambar 4.11 dapat dilihat pada Lampiran C (halaman 109 dan halaman 118).
5
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, dapat disimpulkan : 1. Optimasi kapasitas pada PLTMH Parlilitan dilakukan karena tegangan masih
di luar batas aturan di Indonesia yaitu +5%/-10% (Vmaks = 108,93%, Vmin = 95,16%). Kapasitas optimum dari PLTMH Parlilitan adalah 2234,079 kW. 2. Saat PLTMH Parlilitan dioperasikan pada kapasitas optimumnya, rugi-rugi
daya aktif sistem turun 75,23%, yaitu dari 941 kW menjadi 233 kW, dan rugi-rugi daya reaktif turun 27,54%, yaitu dari 628 kVar menjadi 455 kVar. Tegangan maksimum turun sebesar 5,68%, yaitu dari 108,93% menjadi 103,25% dan tegangan minimum naik sebesar 0,31%, yaitu dari 95,16% menjadi 95,47%.
3. Proses penempatan DG-baru dilakukan saat jaringan belum interkoneksi DG. Penempatan DG-baru dilakukan pada bus yang paling sensitif mengalami keruntuhan tegangan yaitu bus373 dengan nilai VSI paling besar yaitu 0,019169709. Kapasitas optimum DG-baru adalah 606,24 kW.
5.2 Saran
Saran dari penulis agar skripsi ini dapat dikembangkan lagi ke depannya dengan :
1. Melakukan penelitian pengaruh optimasi penempatan dan kapasitas DG dengan metode lain.
