Analisis Under Voltage Load Shedding berdasarkan nilai Sensitivitas Bus dan Daya Reaktif pada PT PLN (Persero) APB DKI Jakarta & Banten

(1)

Analisis Under Voltage Load Shedding berdasarkan nilai Sensitivitas Bus dan

Daya Reaktif pada PT PLN (Persero) APB DKI Jakarta & Banten

Ir. Agus R. Utomo, M.T.; Dielita Anggitria Malau

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok, Indonesia 16424 Email : agus.utomo61@ui.ac.id ;dielita.anggitria@ui.ac.id

Abstrak

Skripsi ini membahas tentang analisis under voltage load

sheddingpada PT PLN (Persero) APB DKI Jakarta &

Banten. Pelepasan beban dilakukan dengan tujuan menaikkan tegangan sistem sampai batas toleransi nilai yang diizinkan yaitu +5 % dan -10 % (Aturan Jaringan, 2007) dari nilai tegangan nominalnya yaitu 150 kV. Simulasi pelepasan beban dilakukan pada bus yang memiliki nilai sensitivitas (dv/dQ Sensitivity) tertinggi dan pada beban yang memiliki nilai daya reaktif tertinggi dengan berbantuan perangkat lunak DIgSILENT PowerFactory. Dengan melakukan pelepasan beban

diharapkan tegangan dapat naik secara signifikan. Setelah melakukan simulasi maka di dapat, jumlah beban yang dilepas pada pelepasan beban yang dilakukan berdasarkan nilai sensitivitas bus tertinggi lebih sedikit dibandingkan dengan pada pelepasan beban yang dilakukan berdasarkan nilai daya reaktif tertinggi. Hal ini dapat dilihat pada salah satu hasil simulasi pada studi kasus di subsistem Balaraja dimana jumlah beban yang dilepas berdasarkan nilai sensitivitas bus sebesar 22.12 % sedangkan jumlah beban yang dilepa berdasarkan nilai daya reaktif sebesar 37.77 %.

Kata kunci : Under voltage, pelepasan beban, sensitivitas bus, daya reaktif

1 Pendahuluan

Seiring dengan meningkatnya kebutuhan energi listrik, sistem kelistrikan menjadi semakin kompleks dan rumit. Untuk itu perlu adanya sistem pengamanan yang

baik agar kestabilan tetap terjaga. Kestabilan tegangan yang terjadi dapat berupa penurunan tegangan (under

voltage). Untuk itu, perlu adanya sistem pengaman

terhadap kondisi ini. Dengan melakukan pelepasan beban (load shedding) diharapkan tegangan sistem dapat stabil kembali. Pelepasan beban dilakukan pada lokasi yang tepat akan menaikkan tegangan secara signifikan. Dimana dengan melepas beban seminim mungkin dapat menaikkan tegangan sampai batas nilai toleransi yang diizinkan yaitu +5% dan -10% dari tegangan nominalnya yaitu 150 kV dan 70 kV [4].

Simulasi pelepasan beban dilakukan pada studi kasus di subsistem Priok-Bekasi, Cawang dan Balaraja pada PT PLN (Persero) APB DKI Jakarta & Banten dengan menggunakan Load Flow Calculation dan Load

Flow sensitivities-Sensitivity Analysis pada perangkat

lunak DIgSILENT PowerFactory.

2 Hubugan Daya Reaktif dan Tegangan Daya reaktif adalah suatu besaran yang menunjukkan adanya fluktuasi daya di saluran transmisi akibat digunakannya peralatan listrik yang bersifat induktif (misalnya motor listrik, trafo, dan las listrik). Hubungan antara penurunan tegangan dan daya reaktif dapat ditunjukkan pada persamaan 1 berikut.

V

XQ

V

E

V









(1)

(2)

Dimana, jika penurunan tegangan bernilai besar, maka dapat disimpulkan adanya penyaluran daya reaktif yang cukup besar ke beban.

2.1 Sensitivitas Bus

Sensitivitas bus yang dimaksudkan adalah V-Q

Sensitivity analysis, dimana nilai dV/dQ akan dijadikan

sebagai acuan dalam menentukan lokasi pelepasan beban. Nilai dV/dQ dapat dicari dengan penurunan rumus sebagai berikut. Kendala jaringan dapat direpresentasikan dalam bentuk linear sebagai berikut :

[ _{] [} ] [ ] (2) Dimana,

Dengan asumsi bahawa nilai maka didapat ( ) ( ) ₍₃₎ Dimana (4) Sehingga, ₍₅₎

Dapat dilihat dari persamaan 4, rumus untuk mencari nilai sensitivitas bus. Sensitivitas V-Q bernilai positif mengindikasikan kestabilan operasi, semakin kecil nilai sensitivitas maka semakin stabil sistem tersebut [3]. Nilai sensitivitas tersebut digunakan sebagai acuan pemilihan lokasi pelepasan beban. Bus yang memiliki nilai sensitivitas tertinggi pada sistem tersebut

dianggap sebagai bus terlemah. Maka pada bus tersebut akan dilakukan pelepasan beban. Semakin banyak jumlah beban [MW] yang dilepas, maka semakin baik pula kondisi tegangan sistem. Hal tersebut juga dapat dilihat dari nilai sensitivitasnya, semakin baik tegangan sistem maka semakin kecil pula nilai sensitivitas busnya.

2.2 Daya Reaktif

Hubungan antara tegangan dengan daya reaktif tersebut dapat dijelaskan menggunakan gambar rangkaian sistem sederhana di bawah. Gambar 1 merupakan representasi dari sistem transmisi.

Gambar 1. Rangkaian sistem sederhana [6]

Gambar 2. Diagram fasor [6]

Berdasarkan gambar rangakaian diatas, didapatkan persamaan 6 sebagai berikut

2 2 2

)

(

V

E











₍₆₎ 2 2

)

sin

cos

(

)

sin

cos

(

V



RI





XI





XI





RI





2 2 2

)

(

)

(

V

RQ

V

XP

V

XQ

V

RP

V

E







(7)

(3)

Dimana, [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

Maka di dapatkan penurunan tegangan pada sistem, yaitu

V

XQ

RP

V







(8) Dan

V

RQ

XP

V







(9) Jika

V









₍₁₀₎ Maka didapatkan 2 2

)

(

V

XQ

RP

V

E





(11)

V

XQ

RP

V

E











(12) Dengan demikian,

V

XQ

RP

V







(13) Jika R diabaikan, maka

V

XQ

V

E

V









(14) Dari persamaan tersebut kita dapat mengetahui, jika penurunan tegangan bernilai besar, maka dapat disimpulkan adanya penyaluran daya reaktif yang cukup besar ke beban. Untuk itu, agar penurunan tegangan pada saat transmisi daya dapat menurun, maka dilakukan pelepasan beban pada beban yang memiliki daya reaktif.

3 Simulasi dan Analisis

Pada skripsi ini dilakukan pelepasan beban (load shedding) dikarenakan tegangan sistem turun. Studi ini mengacu pada realisasi aliran daya (load flow) pada tanggal 23 April 2014 yang ada pada PT PLN (Persero) APB DKI Jakarta dan Banten. Penurunan tegangan yang dimaksud berada pada kurang dari 10% dari nilai tegangan nominal pada sistem tegangan 70 kV dan 150 kV. Pelepasan beban pada tiga subsistem yaitu, Subsistem Priok-Bekasi (IBT 1 & 2), Subsistem Cawang dan Subsistem Balaraja.

3.1 Subsistem Priok-Bekasi

Pertama, simulasi pelepasan beban dilakukan berdasarkan nilai sensitivitas bus. Berikut adalah beban yang dilepas berdasarkan nilai sensitivitas bus tertinggi.

Tabel 1. Data Beban dan Bus yang dilepas berdasarkan nilai Sensitivitas bus tertinggi pada subsistem

Priok-Bekasi

Nama Bus Bus dv/dQ

Sensitivity

Beban Daya yang

Dilepas [MW]

CSW I-5 0.00043768 1CSW5_TD3 29.24313 CSW II-5 0.00043768 1CSW5_TD2 38.57945 MARUNDA I-5 0.00039549 1MRNDA5_TD1 44.47189 MARUNDA I-5 0.00039549 1MRNDA5_TD3 36.42951 MARUNDA II-5 0.00039549 1MRNDA5_TD2 37.2656 KARET I-5 0.00038315 1KARET5_TD1 45.49707

Total Daya Aktif yang Dilepas 231.48665

Dengan melakukan pelepasan beban pada bus yang memiliki nilai sensitivitas tertinggi sebesar 231.48665 MW, maka tegangan terendah yang ada pada sistem yaitu sebesar 129.7817 kV yang ada pada Pondok Kelapa bus I-5 naik menjadi sebesar 135.7311 kV yang berada pada Pondok Kelapa Bus I-5 juga.

(4)

Kemudian pelepasan beban dilakukan berdasarkan nilai Daya Reaktif tertinggi yang ada pada beban.

Tabel 2. Data Beban dan Bus yang dilepas berdasarkan nilai Daya Reaktif tertinggi pada subsistem Priok-Bekasi

Nama Bus Bus Q

[Mvar]

Beban Daya yang

Dilepas [MW] PULOGADUNG GIS I-5 27.8541 1PGDNG5_TD9 47.40811 KARET I-5 27.0195 1KARET5_TD1 45.49707 P.KARANG I 25.1011 1PKRNG5_TDKTT 43.86838 PULOGADUNG GIS I-5 24.4337 1PGDNG5_TD5 42.80966 GISGAMBIR I-5 23.9919 1GISGB5_TD3 42.00341 PLUMPANG 40 kA IV-5 23.3045 1PLPNG5_TD4 41.45597 KANDANGSAPI I-5 23.0099 1KDSPI5_TD1 48.69212

Dengan melakukan pelepasan beban pada beban yang memiliki daya reaktif tertinggi sebesar 311.73472 MW, maka tegangan terendah yang ada pada sistem yaitu sebesar 129.7817 kV yang ada pada Pondok Kelapa bus I-5 naik menjadi sebesar 135.5575 kV yang berada pada Pondok Kelapa Bus I-5 juga.

Gambar 3. Grafik perbandingan hasil simulasi kedua metode pada subsistem Priok-Bekasi

Dapat dilihat perbandingan hasil simulasi kedua metode di atas. Pertama pelepasan beban berdasarkan nilai sensitivitas bus tertinggi, dengan melepas beban sebesar 231.48665 MW menjadikan tegangan terendah pada Pondok Kelapa bus I-5 menjadi sebesar 135.7311

kV. Sedangkan pada pelepasan beban berdasarkan nilai daya reaktif, dengan melepas 311.73472 MW menjadikan tegangan terendah pada Pondok Kelapa bus I-5 menjadi sebesar 135.5575 kV. Jumlah beban yang dilepas berdasarkan nilai sensitivitas pada bus lebih sedikit dibanding dengan jumlah beban yang dilepas berdasarkan nilai daya reaktif.

3.2 Subsistem Cawang

Tabel 3. Data Beban dan Bus yang dilepas berdasarkan nilai Sensitivitas bus tertinggi pada subsistem Cawang

Sens.

Beban Daya yang

Dilepas [MW] DEPOK I-4 0.00228441 1DEPOK4_TD1 17.59765 DEPOK I-4 0.00209135 1DEPOK4_TD3 22.7535 DEPOK II-4 0.00193213 1DEPOK4_TD2 15.47758 KEDUNGBADAK II-4 0.00135285 1KDBDK4_TD2 12.30241 KEDUNGBADAK II-4 0.00131905 1KDBDK4_TD4 24.58495 TAMANRASUNA I 0.00064642 1TMRSN5_TD2 27.07327 TAMANRASUNA II 0.00062361 1TMRSN5_TD1 36.62858 Abadi Guna Papan

I-5 0.00056496 1GNPPN5_TD1 38.05293 DANAYASA I 0.00053712 1DNYSA_TD1 34.87678 DANAYASA I 0.00052069 1DNYSA_TD3 16.70183 DUKUH ATAS I-5 0.00050727 1DKTAS5_TD1 27.10318

DUKUH ATAS II-5

0.00051515 1DKTAS5_TD3 27.78997

MAMPANG DUA II-5

0.00049304 1MPBRU5_TD1 44.4719

Dengan melepas beban yang ada pada bus bus I-4 dan II-4 Depok, bus II-4 Kedung Badak, bus I dan II Tamanrasuna, bus I-5 Abadi Guna Papan, bus I

(5)

Danayasa, bus I-5 dan II-5 Dukuh Atas, dan bus II-5 Mampang Dua dengan jumlah daya yang dilepas sebesar 345.41453MW, maka kondisi tegangan terendah ada pada CSW bus II-5 sebesar 135.3916 kV dan pada Kedung Badak bus II-4 sebesar 67.47326 kV. Nilai tegangan tersebut sudah berada pada nilai tegangan yang diizinkan.

Tabel 4. Data Beban dan Bus yang dilepas berdasarkan nilai Daya Reaktif tertinggi pada subsistem Cawang

[Mvar] Beban Daya yang Dilepas [MW] KARET I-5 27.0195 1KARET5_TD1 45.49707 MAMPANGDUA II-5 23.0427 1MPBRU5_TD2 42.95894 Abadi G Papan I-5 21.5621 1GNPPN5_TD1 38.05293 DANAYASA II 19.7368 1DNYSA_TD2 38.24103 MAMPANGDUA II-5 19.5077 1MPBRU5_TD1 44.4719 SETIABUDI II-5 18.984 1STBDI5_TD2 34.83697 KARET I-5 18.9676 1KARET5_TD2 43.21774 TOSAN I 18.353 1TOSAN1_TDKTT2 32.08356 CSW II-5 18.133 1CSW5_TD2 38.57945 SETIABUDI I-5 17.8057 1STBDI5_TD3 31.89073

Dengan melepas beban pada 1KARET5_TD1 dan 1KARET5_TD2 yang terdapat pada bus I-5 Karet, 1MPBRU5_TD21 dan 1MPBRU5_TD2 yang terdapat pada bus II-5 Mampang Dua, 1STBDI5_TD2 yang terdapat pada bus II-5 Setia Budi, 1STBDI5_TD3 yang terdapat pada bus I-5 Setia Budi, 1GNPPN5_TD1 yang

terdapat pada bus I-5 Abadi Guna Papan, 1DNYSA_TD2 yang terdapat pada bus II Danayasa, 1TOSAN1_TDKTT2 yang terdapat pada bus I Tosan dan 1CSW5_TD2 yang terdapat pada bus II-5 CSW dengan jumlah daya yang dilepas sebesar 389.83032 MW, maka kondisi tegangan terendah ada pada Dukuh Atas Bus II-5 sebesar 135.2629 kV dan pada Depok bus II-4 sebesar 65.12254 kV. Nilai tegangan tersebut sudah berada pada nilai tegangan yang diizinkan.

Gambar 4. Grafik perbandingan hasil simulasi kedua metode pada subsistem Cawang

Dengan melepas beban sebesar 345.41453 MW berdasarkan nilai sensitivitas bus tertinggi menjadikan tegangan terendah pada CSW Bus II-5 sebesar 135.3916 kV dan pada Kedung Badak bus II-4 sebesar 67.47326 kV. Sedangkan pada pelepasan beban berdasarkan nilai daya reaktif, dengan melepas 389.83032 MW menjadikan tegangan terendah pada Dukuh Atas Bus II-5 sebesar 13II-5.2629 kV dan pada Depok bus II-4 sebesar 65.12254 kV. Perbandingan hasil tersebut dapat dilihat pada gambar 4. Jumlah beban yang dilepas berdasarkan nilai sensitivitas pada bus lebih sedikit dibanding dengan jumlah beban yang dilepas berdasarkan nilai daya reaktif.

3.3 Subsistem Balaraja

(6)

Dengan melepas beban yang ada pada bus bus I-5Serpong dengan jumlah daya yang dilepas sebesar 123.03423MW, maka kondisi tegangan terendah ada pada Lengkong bus II-5 sebesar 136.7135 kV. Nilai tegangan tersebut sudah berada pada nilai tegangan yang diizinkan.

Tabel 5. Data Beban dan Bus yang dilepas berdasarkan nilai Sensitivitas bus tertinggi pada subsistem Balaraja

Sensitivity

Dilepas [MW]

SERPONG I-5 0.00060719 1SPONG5_TD1 41.08772

Tabel 6. Data Beban dan Bus yang dilepas berdasarkan nilai Daya Reaktif tertinggi pada subsistem Balaraja

[Mvar]

Dilepas [MW]

NEW BALARAJA5

I-5 31.7276 1NBLRJ5_TD1 48.12476

BALARAJA I-5 24.2097 1BLRJA5_TD1 40.76922

CITRA HABITAT I-5 23.7484 1CITRA5_TD3 41.26688 CITRA HABITAT II-5 20.2884 1CITRA5_TD1 42.93905

Dengan melepas beban pada 1NBLRJ5_TD1 pada bus I-5 New Balaraja 5, 1SPONG5_TD2 pada bus I-5 Serpong, 1BLRJA5_TD1 pada bus I-5 Balaraja, 1CITRA5_TD3 pada bus I-5 Citra Habitat, dan 1CITRA5_TD1 pada bus II-5 Citra Habitat dengan jumlah daya yang dilepas sebesar 210.0669 MW, maka kondisi tegangan terendah ada pada Serpong bus I-5

sebesar 136.7676 kV. Nilai tegangan tersebut sudah berada pada nilai tegangan yang diizinkan.

Gambar 5. Grafik perbandingan hasil simulasi kedua metode pada subsistem Balaraja

Dengan melepas beban berdasarkan nilai sensitivitas bus sebesar 123.02423 MW menjadikan tegangan terendah pada Lengkong bus II-5 sebesar 136.7135kV. Sedangkan pada pelepasan beban berdasarkan nilai daya reaktif, dengan melepas 210.0669 MW menjadikan tegangan terendah pada Serpong bus I-5 sebesar 136.7676 kV. Jumlah beban yang dilepas berdasarkan nilai sensitivitas pada bus lebih sedikit dibanding dengan jumlah beban yang dilepas berdasarkan nilai daya reaktif.

4 Kesimpulan

Setelah melakukan simulasi dan analisis pelepasan beban pada pembahasan ini, maka dapat diambil beberapa kesimpulan, yaitu :

1. Pelepasan beban berdasarkan nilai sensitivitas bus lebih baik daripada pelepasan beban berdasarkan nilai daya reaktif yang ada pada beban karena dengan metode nilai sensitivitas bus, jumlah daya aktif yang harus dilepas lebih sedikit.

2. Perbandingan hasil simulasi pelepasan beban berdasarkan nilai sensitivitas bus dengan berdasarkan nilai daya reaktif, dapat disimpulkan pada tabel di bawah.

(7)

3. Subsistem P1 [MW] Berdasarkan nilai Sensitivtas Bus Berdasarkan nilai Daya Reaktif Pshedd [MW] Pshedd [%] Pshedd [MW] Pshedd [%] Priok-Bekasi 1877.71561 231.4867 12.3280996 311.7347 16.6018069 Cawang 1245.90628 345.4145 27.7239578 389.8303 31.2888961 Balaraja 556.03537 123.0242 22.1252526 210.0669 37.7794132

Dengan P1 = jumlah daya aktif sebelum pelepasan beban [MW]

P2shedd = jumlah daya aktif yang dilepas berdasarkan

nilai sensitivitas bus [MW]

P3shedd = jumlah daya aktif yang dilepas berdasarkan

nilai daya reaktif [MW]

DAFTAR ACUAN

[1] Pramono, Joko., Buwono, Montario Candra., Zamrudi. 2010. Transmission of Electrical Energy

(Transmisi Tenaga Listrik). Depok : Universitas

Indonesia.

[2]Kundur, Prabha., Paserba, John., dkk, Definition and

Clasification of Power System Stability, IEEE Transaction on Power System, Vol.19, No. 2, Mei 2004,

1387-1401.