Penentuan Kualitas Daya Untuk Kondisi Unbalanced dan Nonsinusoidal Pada Jaringan Distribusi Tenaga Listrik Dengan Metode Harmonic Load Flow 3 Fasa

Ardhean Hastomy Gunenda 2211 106 013

Penentuan Kualitas Daya Untuk

Kondisi Unbalanced dan Nonsinusoidal Pada Jaringan Distribusi Tenaga

Listrik Dengan Metode

Harmonic Load Flow 3 Fasa

Pembimbing :

1. Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D.

2. Ir. Teguh Yuwono

AGENDA

PENDAHULUAN

METODOLOGI ALIRAN DAYA HARMONISA

SIMULASI DAN ANALISA

KESIMPULAN

Latar Belakang

1. • Banyak peralatan elektronik di sisi pelanggan

2. • Penggunaan beban daya di waktu yang tak bersamaan

3.

• Timbulnya berbagai macam sumber harmonisa dan beban yang tak

seimbang

Permasalahan

 Bagaimana pengaruh harmonisa dan

ketidakseimbangan sistem terhadap

kualitas daya pada jaringan distribusi

tenaga listrik?

Batasan Masalah

 Studi aliran daya dilakukan pada

sistem distribusi 3 fasa tak seimbang.

 Sistem distribusi yang digunakan

pada tugas akhir ini yaitu pada sistem

distribusi jaringan menengah 20 kV.

Tujuan

Menentukan kualitas daya dan menganalisa

pengaruh peningkatan ketidakseimbagan

beban terhadap besarnya nilai distorsi

harmonisa pada sistem distribusi tenaga

listrik 3 fasa

Metodologi Aliran Daya Harmonisa

Pemodelan Sistem Tiga Fasa Tak Seimbang

 Impedansi Saluran

 Self dan Mutual Impedance yang merupakan

fungsi dari konduktor dan jarak antar konduktor

Metodologi Aliran Daya Harmonisa

Pemodelan Saluran 3 Fasa :

[Zabc] =

Metodologi Aliran Daya Harmonisa

Diperoleh hubungan antara tegangan bus dan

arus cabang :

Metodologi Aliran Daya Harmonisa

Topologi jaringan:

 Matrik BIBC (Bus Injection to Branch Current)

 Matrik BCBV (Branch Current to Bus

Voltage)

Metodologi Aliran Daya Harmonisa

Matrik BIBC

Metodologi Aliran Daya Harmonisa

Atau dapat disederhanakan menjadi:

[B] = [BIBC][I]

Metodologi Aliran Daya Harmonisa

Matrik BCBV

Di mana pada Vi merupakan tegangan pada

bus i, dan Zij adalah impedansi saluran

antara bus i dan bus j

Metodologi Aliran Daya Harmonisa

Selanjutnya dilakukan substitusi, misal pada tegangan di bus 4 maka:

Sehingga dapat dibentuk matrik BCBV

Yang dapat disederhanaan menjadi:

[∆V] = [BCBV][B]

Metodologi Aliran Daya Harmonisa

Dari persamaan sebelumnya, maka dapat dihitung nilai dop tegangan atau ∆V

[∆V] = [BCBV][BIBC][I]

[∆V] = [DLF][I]

Metodologi Aliran Daya Harmonisa

[I ^(h) ] = [Y ^(h) ] [V ^(h) ] Dimana:

 [Y ^(h) ]= matrik admitansi pada harmonisa orde h

 [V ^(h) ]= vektor tegangan bus pada harmonisa orde h

 [I ^(h) ]= vektor arus injeksi pada harmonisa orde h

Flowchart Metode Aliran Daya Harmonisa

Start

Memasukkan data saluran dan beban

Mendapatkan nilai BIBC dan BCBV

Setting tegangan awal

Menghitung arus pada cabang

Menentukan tegangan bus

Cek apakah konvergen

Menghitung nilai arus injeksi

Menghitung tegangan harmonisa orde ke-n pada

tiap bus

Cek apakah konvergen Y

N

Y

N

Menghitung THD

End

NEMA (National Electrical Manufactures Association)

Ketidakseimbangan Tegangan

( ) Max[ Vab-Vavg . Vbc-Vavg .(Vca-Vavg)] ( ) ( )

LVUR % = ×100%

Vavg

Single Line Diagram

 Sistem Distribusi Radial IEEE 8 Bus

Single Line Diagram

 Sistem Distribusi Radial IEEE 20 Bus

Study Case Pemodelan

Sistem Distribusi 8 Bus dan 20 Bus

a. Case 1

Sistem tidak mengalami penambahan beban b. Case 2

Dimana pada fasa A terjadi penurunan beban sebesar 10% ,sedangkan untuk fasa B nilainya

konstan. Dan untuk fasa C diasumsikan beban naik sebesar 3 kali dari beban semula sehingga

diperoleh peningkatan nilai ketidakseimbangan.

c. Case 3

Beban fasa A dan fasa C diasumsikan naik sebesar 4 kali beban normal, fasa B beban turun sebesar 10 % sehingga diperoleh peningkatan nilai

ketidakseimbangan.

d. Case 4

Pada salah satu bus, beban dinaikkan hingga 5 kali lipat dari beban semula yaitu pada bus yang

mengalami pembebanan terbesar sehingga

diperoleh peningkatan nilai ketidakseimbangan.

Simulasi dan Analisa

 Hasil Simulasi Sistem Distribusi 8 Bus Pada Case 1

Bus Unbalance (%)

THD

Fasa A Fasa B Fasa C

2 0.1 1.3618 1.1948 1.1467

3 0.2 1.3736 1.2040 1.1588

4 0.14 1.6707 1.4565 1.4639

5 0.3 1.9700 1.7098 1.7709

6 0.7 2.2159 0 2.0414

7 0.1 1.3722 1.2040 1.1531

8 0.1 1.3776 1.2088 1.1564

Simulasi dan Analisa

Grafik Nilai Unbalanced dan THD Pada Case 1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2 3 4 5 6 7 8

%

Bus

Grafik Unbalanced dan THD

Fasa A Fasa B Fasa C Unbalanced

Simulasi dan Analisa

 Case 2

Bus Unbalance (%)

THD

Fasa A Fasa B Fasa C

2 0.1 1.2526 1.1948 3.2544

3 0.2 1.2634 1.2040 3.2950

4 0.32 1.5388 1.4565 4.1589

5 0.6 1.8161 1.7098 5.0344

6 1.11 2.0404 0 5.8799

7 0.1 1.2619 1.2040 3.2770

8 0.1 1.2668 1.2088 3.2887

Simulasi dan Analisa

 Grafik Nilai Unbalanced dan THD Pada Case 2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2 3 4 5 6 7 8

%

Bus

Grafik Unbalanced dan THD

Fasa A Fasa B Fasa C Unbalanced

Simulasi dan Analisa

 Case 3

Bus Unbalance (%)

THD

Fasa A Fasa B Fasa C

2 0.1 4.9071 1.1064 4.3297

3 0.4 4.9616 1.1150 4.3885

4 0.81 6.0028 1.3511 5.5471

5 1.22 7.0609 1.5881 6.7253

6 2.04 8.0441 0 7.8799

7 0.3 4.9609 1.1148 4.3627

8 0.34 4.9888 1.1191 4.3796

Simulasi dan Analisa

 Grafik Nilai Unbalanced dan THD Pada Case 3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2 3 4 5 6 7 8

%

Bus

Grafik Unbalanced dan THD

Fasa A Fasa B Fasa C Unbalanced

Case 4

Bus Unbalance (%)

THD

Fasa A Fasa B Fasa C

2 0.1 3.6132 2.8118 4.0815

3 0.54 3.6736 2.8450 4.1420

4 1.16 4.9188 3.7504 5.6832

5 1.84 6.1875 4.6590 7.2616

6 3.02 7.4189 0 8.8327

7 0.1 3.6257 2.8222 4.0899

8 0.1 3.6319 2.8274 4.0942

Simulasi dan Analisa

 Grafik Nilai Unbalanced dan THD Pada Case 4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2 3 4 5 6 7 8

%

Bus

Grafik Unbalanced dan THD

Fasa A Fasa B Fasa C Unbalanced

Simulasi dan Analisa

Hasil Simulasi Sistem Distribusi 20 Bus Pada Case 1

Bus % unbalance

THD

Fasa A Fasa B Fasa C

2 0.13 1.4578 1.1227 0.7501

3 0.2 1.4732 1.1337 0.7561

4 0.2 1.8245 1.4023 0.8874

5 0.13 2.1800 1.6732 1.0201

6 0.4 2.4758 1.9433 1.1530

7 0.3 2.4922 1.9561 1.1600

8 0.3 2.5088 1.9691 1.1672

9 0.45 2.5258 1.9825 1.1746

10 1.59 2.5421 0 1.1817

11 0.2 1.4684 1.1311 0.7570

12 0.13 1.4745 1.1358 0.7604

13 0.2 1.7284 1.3290 0.8985

14 0.3 1.6408 1.2666 0.9194

15 0.3 1.6439 1.2695 0.9209

16 0.8 1.8112 1.4004 0

17 0.2 2.1838 1.6744 1.0206

18 0.2 2.1876 1.6756 1.0210

19 0.2 2.1883 1.6762 1.0213

20 0.2 2.1908 1.6762 1.0213

Simulasi dan Analisa

Grafik Nilai Unbalanced dan THD

0 2 4 6 8 10 12

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

%

Bus Grafik Nilai Unbalanced dan THD

Fasa A Fasa B Fasa C Unbalanced

 Hasil Simulasi Sistem Distribusi 20 Bus Pada Case 2

Bus % unbalance THD

Fasa A Fasa B Fasa C

2 0.14 1.6912 2.9456 0.7046

3 0.23 1.7101 2.9778 0.7127

4 0.42 2.1564 3.7794 0.8379

5 0.71 2.6076 4.5878 0.9659

6 0.98 2.8777 5.3941 1.0939

7 0.89 2.8931 5.4328 1.1036

8 1.09 2.9086 5.4720 1.1135

9 1.38 2.9244 5.5124 1.1236

10 2.6 2.9394 0 1.1329

11 0.2 1.7018 2.9639 0.7125

12 0.14 1.7079 2.9775 0.7161

13 0.23 1.9616 3.5452 0.8446

14 0.3 1.8743 3.0940 0.8777

15 0.3 1.8776 3.1009 0.8814

16 0.8 2.0446 3.2181 0

17 0.2 2.6168 4.5910 0.9673

18 0.2 2.6260 4.5942 0.9687

19 0.2 2.6267 4.5958 0.9694

20 0.2 2.6347 4.5958 0.9694

Simulasi dan Analisa

 Grafik Nilai Unbalanced dan THD

0 2 4 6 8 10 12

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

%

Bus Grafik Nilai Unbalanced dan THD

Fasa A Fasa B Fasa C Unbalanced

Simulasi dan Analisa

 Hasil Simulasi Sistem Distribusi 20 Bus Pada Case 3

Bus % unbalance THD

Fasa A Fasa B Fasa C

2 0.21 4.0174 4.4944 2.2189

3 0.64 4.1039 4.5380 2.2533

4 1.43 5.5969 5.6237 2.7891

5 2.17 7.1406 6.7184 3.3400

6 2.82 8.4411 7.8099 3.8935

7 0.89 8.5534 7.8614 3.9388

8 3.57 8.6665 7.9136 3.9852

9 3.9 8.7828 7.9673 4.0329

10 5.37 8.8874 0 4.0762

11 0.21 4.0459 4.5266 2.2407

12 0.45 4.0585 4.5450 2.2561

13 0.72 4.3166 5.3039 2.8059

14 0.7 4.2449 5.0614 2.4019

15 0.92 4.2730 5.0718 2.4154

16 1.42 4.4188 5.5897 0

17 2.28 7.1693 6.7226 3.3465

18 2.4 7.1983 6.7268 3.3531

19 2.5 7.2072 6.7289 3.3563

20 2.5 7.2186 6.7289 3.3563

Simulasi dan Analisa

 Grafik Nilai Unbalanced dan THD

0 2 4 6 8 10 12

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

%

Bus Grafik Nilai Unbalanced dan THD

Fasa A Fasa B Fasa C Unbalanced

Simulasi dan Analisa

 Hasil Simulasi Sistem Distribusi 20 Bus Pada Case 4

_Bus % unbalance THD

Fasa A Fasa B Fasa C

2 0.2 4.2728 3.7662 0.7521

3 0.6 4.3552 3.8196 0.7612

4 0.91 5.9122 5.1645 0.8997

5 1.54 9.0750 6.5211 1.0415

6 2.07 9.2001 7.8755 1.1855

7 2.5 9.3285 7.9418 1.1980

8 2.82 9.4609 8.0094 1.2107

9 3.25 2.9244 8.0794 1.2238

10 4.7 9.5934 0 1.2368

11 0.2 4.2868 3.7783 0.7590

12 0.2 4.2941 3.7843 0.7623

13 0.23 4.5527 3.9828 0.9009

14 0.5 4.4677 3.9261 0.9216

15 0.8 4.4763 3.9348 0.9231

16 0.82 4.6411 4.0661 0

17 1.44 7.5181 6.5256 1.0420

18 1.44 7.5254 6.5302 1.0425

19 1.44 7.5277 6.5324 1.0428

20 1.44 7.5305 6.5324 1.0428

Simulasi dan Analisa

 Grafik Nilai Unbalanced dan THD

0 2 4 6 8 10 12

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

%

Bus Grafik Nilai Unbalanced dan THD

Fasa A Fasa B Fasa C Unbalanced

KESIMPULAN

 Metode harmonic load flow 3 fasa mampu menangani studi aliran daya harmonisa untuk sistem tiga fasa tidak seimbang.

 Dengan menambah beban pada salah satu fasa dalam sebuah sistem distribusi, maka

% unbalanced juga meningkat.

 Peningkatan THD ikut mempengaruhi

peningkatan persentase ketidakseimbangan

Terima Kasih

• Penjelasan efek/dampak dari harmonisa - menambah rugi-rugi saluran

disebabkan oleh adanya arus harmonisa pada saluran

- Menyebabkan panas pada transformator

- Pengaruh pada rele pengaman

• Menentukan arus injeksi harmonisa

Arus injeksi harmonisa didapatkan dari

perkalian antara arus fundamental dengan

spektrum harmonisa dari beban nonlinier

(%magnitud, sudut fasa)

• Perbedaan power flow dengan harmonic power flow

Power flow berdasarkan frekuensi fundamental (50Hz).

Harmonic power flow nilai frekuensi akan berubah sesuai dengan orde

harmonisanya

• Kualitas Daya Listrik (Power Quality) adalah Tingkat Kualitasdari jaringan listrik dan Tingkat Efisiensidari

penggunaan energi.

• Va=Vawal*cos(0*pi/180)+(Vawal*sin(0*pi/180))*i;

• Vb=Vawal*cos(120*pi/180)+(Vawal*sin(120*pi/180))*i;

• Vc=Vawal*cos(-120*pi/180)+(Vawal*sin(-120*pi/180))*i;

• Input data berupa data saluran dan beban.

• Membangun matrik BIBC.

• Membangun matrik BCBV.

• Membangun matrik DLF

• Iterasi mulai dari k=0.

• Iterasi berlanjut untuk k=k+1.

• Perhitungan aliran daya dengan persamaan (3.22) dan (3.23)

= [∆V ^k ] = [DLF][I ^k ]

• Memperbarui nilai tegangan berdasarkan iterasi dengan persamaan (3.24)

• V ^k = V ₀ - ∆V ^k

• Perhitungan nilai error dengan toleransi yang telah ditentukan.

• Selesai.