EFEK PENGINTEGRASIAN DAN PEMBANGKIT LISTRIK

(1)

Jurnal Nasional Teknik Elektro

1

EFEK PENGINTEGRASIAN PEMBANGKIT LISTRIK

TERSEBAR PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL

TERHADAP PERBAIKAN TEGANGAN

Eka Fitrianto

1

_{, Refdinal Nazir}

2

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Andalas email:fitrianto_eka@yahoo.com1_{, email: refdinalnazir@yahoo.co.id}2

Abstrak—Pada sistem distribusi radial 20 kV yang suplainya dipasok oleh Gardu Induk (GI) dalam jarak yang cukup jauh dari pusat beban akan menyebabkan terjadinya penurunan tegangan. Pengintegrasian pembangkit tersebar (Distributed Generation, DG) pada jaringan distribusi tersebut akan menjadi salah satu solusi untuk memperbaiki penurunan tegangan tersebut. Tulisan ini menganalisis pengintegrasian beberapa pembangkit listrik tersebar (DG) pada suatu jaringan distribusi radial terhadap perbaikan tegangan dengan program Matlab. Metoda analisis menggunakan arus injeksi dari beban dan DG pada setiap bus. Hasil analisis menunjukkan bahwa penetrasi DG pada jaringan distribusi akan memperbaiki tegangan bus terutama pada bus yang berdekatan dengan DG.

Kata Kunci : Pembangkit listrik tersebar(DG), distribusi radial, perosotan tegangan, Arus injeksi.

Abstract—Electrical systems supplied from a substation (GI) which is quite far away from the center of the furthest load will cause a voltage drop in radial distribution network. Integration of distributed generation (Distributed Generation, DG) on the distribution network will be one of the solutions to improve the voltage drop

.

This paper analyzes integrating several distributed generation (DG) in a radial distribution network to repair a voltage with Matlab program. Method using flow injection analysis of load and DG on each bus. The analysis showed that the penetration of DG on the distribution network will improve bus voltage, especially at bus adjacent to the DG.

Keywords: distributed generation (DG), radial distribution, voltage drop, integration.

1. PENDAHULUAN

Pembangkit listrik dengan kapasitas besar umumnya terletak jauh dari pusat beban, sehingga diperlukan saluran transmisi dan distribusi yang cukup panjang untuk mensuplai beban. Hal ini menimbulkan perosotan tegangan dan rugi-rugi daya yang cukup besar. Di sisi lain keterbatasan sumber daya bahan bakar fosil yang banyak bermasalah dengan lingkungan dan tingginya biaya transmisi dan distribusi pada

pembangkit besar ikut mendorong

pengembangan pembangkit listrik skala kecil yang dekat dengan beban dan terintegrasi ke sistem grid melalui jaringan distribusi yang dikenal dengan pembangkit listrik tersebar atau Distributed Generatio(DG)[1][2]. Pada umumnya DG memanfaatkan teknologi dari sumber-sumber energi terbarukan seperti; energi surya, energi angin, tenaga air skala kecil dan dapat juga menggunakan teknolgi ICE (Internal Combustion Engine), microturbine [3].

Pengoperasian pembangkit listrik tersebar pada jaringan distribusi berdampak positif dan

(2)

2 Jurnal Nasional Teknik Elektro

Beberapa manfaat teknis integrasi DG adalah perbaikan tegangan, pengurangan kehilangan daya, peningkatan kehandalan dan pengurangan dampak lingkungan[6]. Selain dampak positif, dampak negatif dari integrasi DG pada pengoperasian jaringan distribusi adalah terganggunya koordinasi antara sekering dan reclosers, menurunkan stabilitas sistem dan Islanding[5]. Koordinasi antara sekering dan reclosers dalam sistem distribusi dapat terganggu dengan penetrasi besar DG[7]. Pengintegrasian beberapa DG pada saluran distribusi primer dapat mengurangi rugi-rugi daya[8].

Tulisan ini akan menganalisis pengintegrasian pembangkit listrik tersebar dengan sistem jaringan distribusi 20 kV radial. Kajian difokuskan pada efek pengintegrasian DG terhadap perbaikan perosotan tegangan. Analisa dilakukan dengan cara sederhana menggunakan metoda arus injeksi.

2. ANALISIS PEROSOTAN TEGANGAN

TANPA DG

Sistem distribusi radial yang sederhana hanya memiliki satu bus sebagai sumber daya atau bus sumber dan bus-bus lainnya di dalam jaringan merupakan bus beban. Sehingga seluruh bus dalam sistem jaringan akan mempunyai arus injeksi[9].

GI

Bus 1 Bus 2 Bus n-1 Bus n

P2+jQ2 Pi+jQi Pn-1+jQn-1 Pn+jQn Bus i

IB2 IBi Ibn-1 IBn

IB1 Bus 0

P1+jQ1

a. Konfigurasi beban

GI

Bus 1 Bus 2 Bus n-1 Bus n

P1+jQ1 P2+jQ2 Pi+jQi Pn-1+jQn-1 Pn+jQn Bus i

L2 Li Ln-1 Ln

L1 Bus 0

Z01 Z12 Z2i Zi (n-1)

Z (n-1)n

b. Konfigurasi sistem impedansi

Gambar 1. Konfigurasi Sistem Distribusi Tanpa DG

Untuk sistem distribusi permodelan, lebih mudah menggunakan berdasarkan arus injeksi.

Pada bus ke-i, beban komplek S_i_dinyatakan sebagai:

S_i₌_Pi_{+ j}_Qi_i_{= 1,2,3...n (1)}

Bus1

P1+ jQ1

Sumber

IB1

Busi

Pi+ jQi

Ii

IBi

Gambar 2. Permodelan arus injeksi

sedangkan arus injeksi ekivalen pada iterasi ke-k adalah:

𝐼

_𝑖(𝑘)

= (

𝑃𝑖+ 𝑗𝑄𝑖

𝑉_𝑖(𝑘)

)

∗

(2)

dimana :

Si = Beban komplek pada bus ke-i. Pi = Beban aktif pada bus ke-i. Qi= Beban reaktif pada bus ke-i.

Vi(k)= Tegangan bus ke-i pada iterasi ke-k. Ii(k) = Arus bus ke-i pada iterasi ke-k.

Untuk mendefinisikan bus injeksi ke arus cabang, dapat digunakan gambar sistem distribusi radial yang ditunjukkan oleh gambar 1a. Injeksi daya pada setiap bus dapat dikonversikan ke bentuk injeksi arus ekivalen dengan bantuan persamaan (2). Hubungan antara injeksi arus bus dengan arus menuju ke bus i dapat diperoleh dengan bantuan hukum Kirchoff untuk arus (Kirchoff Current Law) pada jaringan distribusi[9].

Arus-arus cabang kemudian dapat diformulasikan sebagai suatu fungsi injeksi arus ekivalen seperti arus-arus cabang IB1, IB2, IBi, I

Bn-1 dan IBn dinyatakan dengan injeksi arus ekivalen sebagai berikut:

I_B1₌I₁₊I₂_{+ ..}₊I_i_{+ ..}₊I_n-1₊I_n

I_B2₌I₂_{+ ..}₊I_i_{+ ..}₊I_n-1₊I_n

.

I_Bi₌I_i_{+ ..}₊I_n-1₊I_n

.

I_Bn-1₌_I_n-1₊I_n

(3)

Jurnal Nasional Teknik Elektro

3

Hubungan antara arus injeksi dan arus cabang dapat dinyatakan oleh persamaaan berikut:

[ Atau persamaan-persamaan ini dapat disusun

sebagai berikut:

[IB] = [B] [I] (5)

Matrik konstanta [B] merupakan matriks yang hanya berisikan elemen segitiga bawahnya 0 dan elemen segitiga atasnya 1.

Untuk sistem distribusi radial seperti gambar 1, beda tegangan pada setiap bus dengan bus referensi (0) dapat dinyatakan dengan fungsi dari arus injeksi dan impedansi saluran, seperti ditunjukkan oleh persamaan berikut ini:

V₀–V₁₌I_B1Z₀₁ dalam bentuk matrik seperti persamaan di bawah ini: Atau persamaan di atas dapat ditulis menjadi:

[∆𝑉] = [𝑍]. [𝐼𝐵] (8)

Sehingga tegangan per bus dapat ditentukan dari persamaan berikut:

[𝑉] = [𝑉0] − [∆𝑉] (9)

3. ANALISIS PEROSOTAN TEGANGAN

DENGAN INTEGRASI DG

Jika jaringan distribusi pada Gambar 1 diintegrasikan dengan sebuah pembangkit tersebar pada bus ke-i, maka konfigurasi jaringan distribusi dapat dimodifikasi seperti Gambar 3.

Gambar 3. Konfigurasi Sistem Distribusi dengan Integrasi DG. menentukan perosotan tegangan melalui persamaan (8) dan tegangan per bus melalui persamaan (9).

4.

SIMULASI KOMPUTER

(4)

4 Jurnal Nasional Teknik Elektro

GI

G G G G

Bus 1

PLTM 1 PLTM 2

Bus 2 Bus 3 Bus 4 Bus 5 Bus 6

PLTM 3 PLTM 4

Swing

Bus _{P1+jQ1 P2+jQ2} _P3+jQ3

P4+jQ4 P5+jQ5 P6+jQ6

L2 L3 L4 L5 L6

Bus 0 L1

Z01 Z12 Z23 Z34 Z45 Z56

Gambar 4. Konfigurasi Sistem Distribusi dengan Integrasi DG

Diagram Alir untuk menyelesaikan permasalahan dalam paper ini diperlihatkan oleh gambar (5):

Baca: Panjang Saluran: Lij,

Daya Beban : Pi+Qi

Daya DG : PiDG+QiDG

Kondisi Awal Set : V(i) = 20+j0, i=0:6

k=k+1

i, Vi & IBi

tidak

ya MULAI

Hitung Impendasi Saluran :

Zij=Lij*z

Hitung Arus Injeksi Ii

Gunakan Pers. (10)

SET JUMLAH ITERASI:k k=1

Hitung Arus Masuk Ke Bus-i Gunakan Pers. (5)

Hitung Drop Tegangan: DVi

Gunakan Pers. (8)

Hitung Tegangan bus Iterasi ke-k: Vik

Gunakan Pers. (9)

max   

 

 

k+1 k

i i

V - V

k i

V

STOP

Gambar 5. Diagram alir perhitungan efek DG terhadap drop tegangan pada bus.

Berikut adalah data-data yang diperlukan dalam menyelesaikan diagram alir di atas:

Tabel 1.Data Saluran dan daya beban

i Panjang saluran

(km)

Beban Bus ke-i (Pi+jQi)

(kVA)

1 30 602,48+373,4

2 22 1.363,4+845

3 15 2.979,08+1.846,352

4 10 3.665,2+2.271,592

5 15 1.598,68+990,816

6 20 1.780,24+1.103,334

Data dari tabel 1 dapat kita lihat bahwa panjang saluran pada masing-masing bus yang total panjang salurannya 112 km. Sementara menurut SPLN bahwa jarak saluran distribusi ±20 km.

Tabel 2.Data daya DG

DG Daya (KW) Bus -Penetrasi

PLTM 1 4,5 3

PLTM 2 1,4 3

PLTM 3 1 4

PLTM 4 1,2 5

Data dari tabel 2 terlihat bahwa pada bus 3 ada 2 PLTM dengan total daya 5,9 KW, sedangkan pada bus 4 dan bus 5 masing-masing 1 PLTM. Total daya PLTM keseluruhan adalah 8,1 KW.

5. HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1. Tegangan dan Arus menuju ke Bus Sebelum Penambahan DG

Tegangan pada setiap bus sebelum pengintegrasian DG dapat dilihat pada tabel 3.

Tabel 3. Tegangan pada setiap bus tanpa pengintegrasian DG (hasil program Matlab).

i kV

Sudut-kV

Amp. Sudut Amp.

0 20,000 0,000 - -

(5)

Jurnal Nasional Teknik Elektro

5

Data dari tabel 3 terlihat terjadi penurunan tegangan pada masing-masing bus, bus yang paling banyak mengalami penurunan tegangan adalah bus 6 yaitu 15,183 kV atau 24,085 %. Pada bus 1 telah terjadi penurunan tegangan yang cukup besar yaitu 17,671 kv atau 11,645 %, sementara standar tegangan minimum distribusi primer PLN yaitu maksimum 5 % dan minimum 10 %.

5.2. Tegangan dan Arus Menuju Bus Setelah Penambahan DG

Sedangkan tegangan pada saluran distribusi radial setelah pengintegrasian DG dapat dilihat pada tabel 4.

Tabel 4. Tegangan penyulang dengan pengintegrasian DG(hasil program Matlab).

i kV

Sudut-kV

Amp. Sudut Amp.

0 20,000 0,000 - -

1 18,830 -1,110 104,519 -40,179 2 18,075 -1,864 92,086 -41,169 3 17,041 -3,268 190,098 -37,283 4 16,502 -4,055 149,186 -37,887 5 16,058 -4,784 83,388 -36,859 6 15,743 -5,320 44,345 -37,110

Data dari tabel 3 dan 4 terlihat terjadi

perbaikan tegangan pada masing-masing

bus, pada bus 1 terjadi perbaikan tegangan

sebesar 1,159 kV, bus 2 sebesar 1,744 kV,

bus 3 sebesar 1,358 kV, bus 4 sebesar 1,071

kV, bus 5 sebesar 0,78 kV dan bus 6 sebesar

0,56 kV.

5.3. Perbandingan Tegangan Sebelum dan Setelah Penambahan DG

Grafik tegangan distribusi radial 20 kV pada masing-masing bus sebelum dan setelah pengintegasian DG dapat dilihat pada gambar 6.

Gambar 6. Grafik tegangan distribusi radial 20 kV pada masing-masing bus sebelum dan

setelah pengintegrasian DG.

5.4. Analisa Hasil

Dari hasil perhitungan program sederhana, tegangan penyulang pada tabel 3 dan 4 terlihat bahwa pengintegrasian DG pada jaringan distribusi radial dapat memberikan perbaikan tegangan yang cukup signifikan pada tiap bus. Perbaikan tegangan yang cukup besar terjadi pada bus 2 yaitu 1,744 kV (8,72 %) dan bus 1 yaitu 1,159 kV (5,795 %), bus 3 yaitu 1,358 kV (6,79 %), bus 4 yaitu 1,071 kV (5,355 %), bus 5 yaitu 0,78 kV (3,9 %), bus 6 yaitu 0,56 kV (2,8 %). Dari hasil ini dapat disimpulkan bahwa jumlah daya beban dan panjang saluran pada masing-masing bus merupakan faktor yang sangat menentukan dalam perbaikan tegangan.

6. KESIMPULAN

Kegiatan ini telah berhasil menghitung efek penetrasi DG terhadap penurunan tegangan pada jaringan distribusi radial. Metoda analisis ini dapat digunakan untuk menganalisis secara sederhana dan cepat efek pengintegrasian DG, namun relatif kurang detail dan akurat untuk menganalisis secara detail sampai ke bagian jaringan beban pada setiap bus, disarankan menggunakan software ETAP.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Ackermann Thomas, Andersson Goran,

Soder Lennart, “Distributed generation: a

definition” Electric Power Systems

Research 57 (2001) 195–204.

0 5 10 15 20 25

0 Bus 1

Bus 2

Bus 3

Bus 4

Bus 5

Bus 6

Teg

anga

n

(kV)

Bus

Denga n DG

(6)

6 Jurnal Nasional Teknik Elektro

[2] Rujula Bayod A.A, Armada Mur J, Agustin Bernal J.L, Loyo Justa J.M, Navarro Dominguez, “Definitions for

Distributed Generation: a revision”

Centro Politécnico Superior, University of Zaragoza C/ María de Luna, 3, 50018, Zaragoza (Spain).

[3] Thornton Alexander, Monroy Rodriguez

Carlos” Distributed power generation in

the United States” Department of Business Administration, School oflndustrial Engineering, Universidad Politécnica de Madrid, José Gutiérrez Abascal, 2 28006.

[4] Nazir Refdinal, Topan Ahmad “Analisis

Manfaat Teknis Pengintegrasian PLTM Tersebar pada Sistem Distribusi (Studi kasus pada perencanaan Pembangunan PLTM Muaro Sako di Wilayah Kerja PLN Ranting Balai Selasa, Kabupaten Pesisir

Selatan Sumatera Barat)”, Proceeding

APTECS, ISSN 2086-1931 ITS Surabaya 2009.

[5] Naik S Gopiya, Khatod D.K, and Sharma

M.P.” Distribusi Generation Impact on

Distribution Networks: A Review”

International Journal of Electrical and Electronics Engineering (IJEEE) ISSN (PRINT): 2231 – 5284, Vol-2, Iss-1, 2012.

[6] Chiradeja Pathomthat,” An Approach to

Quantify the Technical Benefits of Distributed Generation” IEEE Transactions On Energy Conversion, Vol. 19, NO. 4, Desember 2004.

[7] Fereidauni Reza Ali,Nafisi Hamed,

Garmrudi, Dezaki Hashemi Hamed” The

Effect of Distributed Generation in Distribution Network on Coordination of Protective Devices” International Review on Modelling and Simulations (I.RE.MO.S.), Vol. 4, N. 4 August 2011. [8] Hung Quoc Duong, Mithulananthan

Nadarajah,” Multiple Distributed

Generator Placement in Primary Distribution Networks for Loss

Reduction” IEEE Transactions on

Industrial Electronics, Vol. 60, No.4, April 2013.

[9] Thakur, T. And Dhiman Jaswanti, 2006. A new Approach to Load Flow Solutions. For Radial Distribution System. IEEE PES Transmission and Distribution

Conferense and Exposition Latin America. Venezuela.

Biodata Penulis