SIMULASI DAN ANALISIS ALIRAN DAYA PADA SISTEM TENAGA .
SIMULASI DAN ANALISIS ALIRAN DAYA PADA SISTEM TENAGALISTRIK MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK ELECTRICALTRANSIENT ANALYSER PROGRAM(ETAP) VERSI 4.0Rudi Salman1) Mustamam2) Arwadi Sinuraya3)mustamam1965@gmail.comAbstrakPenelitian ini bertujuan untuk mengetahui kinerja (performance) sistem tenaga listrik yaitu alirandaya aktif maupun reaktif serta profil tegangan setiap bus dalam sistem. Simulasi aliran dayadilakukan menggunakan perangkat lunak Electrical Transient Analyser Program (ETAP) versi 4.0.Penelitian ini dilaksanakan di Jurusan Pendidikan Teknik Elektro dengan objek penelitian adalahSistem Tenaga Listrik di Sumatera Utara dan Aceh, yang memiliki 107 bus dan terdiri dari 1 busreferensi (Swing Bus), 12 bus generator (Voltage Regulator Bus) dan sisanya yaitu 94 bus adalah busbeban (Load Bus). Perhitungan aliran daya menggunakan metode Newton-Raphson.Hasil penelitian menunjukan bahwa aliran daya aktif terbesar mengalir dari bus Tebing Tinggi ke busSei Rotan sebesar 133,04 (31,52%) MW dan aliran daya reaktif terbesar mengalir dari bus Belawan(Swing/Reference bus) ke bus Sei Rotan sebesar 66,80 (25,7%) MVAR. Total aliran daya aktif danreaktif dalam sistem adalah 422,019 MW dan 259,93 MVAR. Sedangkan untuk profil tegangan bus,penurunan tegangan (Voltage drop) tertinggi terjadi pada bus 55 (bus beban Aek Knopan) sebesar3,035% (19,393 KV) dari tegangan normal (20 KV) dan sebesar 149,773 KV (0,151%) untuk sistem150 KV .Kata kunci : Simulasi Aliran Daya, Profil Tegangan, ETAP 4.0, Losses, Newton-RaphsonPendahuluanAnalisis aliran daya merupakananalisis yang digunakan untuk mengetahuikondisi sistem dalam keadaan normal,sehinggasangatdibutuhkandalamperencanaan sistem untuk masa yang akandatang dan merupakan bahan evaluasiterhadap sistem yang ada. (Stevenson,1996;Saadat,1999 dan Cekmas,2004). Analisisini meliputi penentuan besarnya nilaitegangan (V), daya aktif (P) dan reaktif (Q)dan sudut fasa (δ) setiap bus dalam sistem.Selanjutnya menurut Saadat (1999), busdalam sistem tenaga listrik dapatdikelompokkan 3 jenis, yaitu :1. Bus referensi (Swing atau Slack bus)Bus ini berfungsi untuk mensuplaikekurangan daya aktif (P) dan daya reaktif1)(Q) dalam sistem. Parameter atau besaranyang di tentukan adalah tegangan (V) dansudut fasa (δ). Setiap sistem tenaga listrikhanya terdapat 1 bus referensi, yaitu busyang didalamnya terdapat pembangkit ataugenerator yang memiliki kapasitas terbesardi antara pembangkit yang lain didalamsistem.2. Bus generator (Voltage Control Bus)Bus ini merupakan bus yangtegangannya dapat dikontrol melaluipengaturan daya reaktif agar tegangannnyatetap. Parameter atau besaran yangdiketahui adalah daya aktif (P) dantegangan (V). Bus ini dinamakan PV bus.3. Bus Beban (Load bus)Rudi Salman Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT UnimedMustamam Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed3)Arwadi Sinuraya Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed2)119
Simulasi dan Analisis Aliran Daya Pada Sistem Tenaga Listrik Menggunakan Perangkat Lunak ElectricalTransient Analyser Program(Etap) Versi 4.0Bus ini adalah bus yang terhubungdengan beban sistem. Parameter ataubesaran yang ditentukan adalah daya aktif(P) dan daya reaktif (Q), maka bus ini disebut juga PQ bus.Sebelum analisis aliran dayadilakukan, komponen sistem yang terdiridari pembangkit (generator), transformator,saluran transmisi dan beban harus direpresentasikan atau di modelkan melaluidiagram satu garis (oneline diagram)dengan menganggap sistem tiga fasa dalamkeadaan seimbang. Diagram ini dimaksudkan untuk memberikan gambaransecara ringkas suatu sistem tenaga listriksecara keseluruhan, dalam hal ini sistemtenaga listrik di Sumatera Utara. Untuk itudi butuhkan data-data yang terkait dengankomponen-komponen tersebut. MenurutStevenson(1996),data-datayangdibutuhkan untuk analisis aliran dayaadalah sebagai berikut :a. Data pembangkit (generator), yaitukapasitas daya aktif (P) dalam satuanMegawatt (MW) dan reaktif (Q) dalamsatuan Megavolt Ampere (MVA) , teganganterminal (V) dalam satuan Kilovolt (KV)dan reaktansi sinkron (X) dalam satuanOhm (Ω).b. DataTransformator Daya,yaitukapasitas tiap trafo dalam satuan MegavoltAmpere (MVA), tegangan (V) dalam satuanKilovolt (KV) dan reaktansi bocor (X)dalam satuan Ohm (Ω).c. Data saluran transmisi, yaitu resistansi(R) dalam ohm (Ω) dan reaktansi (X)dalam ohm (Ω).d. Data beban, yaitu daya aktif (P) dalamMegawatt (MW) dan daya reaktif (Q)dalam satuan Megavolt Ampere (MVA).1)Matrik Admitansi dan Impedansi BusUntuk menghitung dan menganalisisaliran daya, langkah awal yang dilakukanadalah membentuk matrik admitansi bussistem tenaga listrik. Gambar 2.1 berikut inimerupakan sebuah contoh sistem tenagalistrik sederhana, dimana impedansinyadinyatakan dalam perunit pada dasar MVAdanresistansidiabaikanuntukpenyederhanaan (Saadat,1999).Gambar 2.1. Diagram Impedansi PadaSistem Tenaga Listrik SederhanaBerdasarkan HukumArus Kirchoffimpedansi-impedansi pada gambar diatasdapat diubah ke bentuk admitansi-admitansidengan menggunakan persamaan, berikut :. (1)Selanjutnya gambar 2.1 tersebut di ubahmenjadi :Rudi Salman Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT UnimedMustamam Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed3)Arwadi Sinuraya Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed2)120
Simulasi dan Analisis Aliran Daya Pada Sistem Tenaga Listrik Menggunakan Perangkat Lunak ElectricalTransient Analyser Program(Etap) Versi 4.0. (20)Gambar 2.2. Diagram Admitansi PadaSistem Tenaga Listrik SederhanaDari gambar 2.2 dapat diturunkanpersamaan antara simpul-simpul akanmenghasilkan persamaan arus :. (21)Untuk sistem tenaga listrik denganjumlah n-bus, persamaan arus simpul dalambentuk matrik dapat ditulis :. (2). (3). (4). (5)Persamaan tersebut disusun kembali danakan di peroleh :(22)atauIbus Ybus Vbus . (23). (6). (7). (8). (9)dengan :. (10). (11). (12). (13)dengan Ibus adalah vektor arus bus yangdiinjeksikan. Arus positif jika menuju busdan negatif jika meninggalkan bus. Vbusadalah vektor tegangan bus yang diukurdari simpul referensi. Ybus adalah matrikadmitansi bus. Matrik ini di bentuk darielemen diagonal masing-masing simpul dandiagonal antara simpul-simpul. Jika arusbus diketahui, persamaan (23) dapatdiselesaikan untuk tegangan n-bus, yaitu :Vbus Ibus . (24). (14). (15). (16). (17)Sehingga persamaan arus pada simpulmenjadi :. (18). (19)1)adalah invers matrik admitansi busatau lebih dikenal sebagai matrik impedansibus (Zbus).Persamaan Aliran DayaJaringan sistem tenaga listrik sepertiyang ditunjukkan pada gambar 2.3 salurantransmisinya dapat digambarkan denganmodelyang impedansi-impedansinyasudah di ubah menjadi admitansi-admitansiperunit dengan dasar MVA. PenggunaanRudi Salman Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT UnimedMustamam Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed3)Arwadi Sinuraya Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed2)121
Simulasi dan Analisis Aliran Daya Pada Sistem Tenaga Listrik Menggunakan Perangkat Lunak ElectricalTransient Analyser Program(Etap) Versi 4.0Hukum Arus Kirchoff padadiberikan dalam persamaan :bus inidaya. Untuk sistem tenaga listrik yangberskala besar metode Newton-Raphsonlebih efisien dan praktis, dimana jumlahiterasi yang dibutuhkan untuk perhitungan(25)lebih sedikit jika dibandingkan dengan. 26)(26) metode yang lainnya. Dalam metode inipersamaan aliran daya dirumuskan dalamataubentuk polar. Dari gambar 2.3 dapat ditulispersamaan :. (27)Daya aktif dan reaktif pada bus ke-i adalah :. (28). (31)Persamaan diatas bila ditulis dalam bentukPolar akan diperoleh seperti berikut :atau. (32). (29)Substitusikan persamaan (29) ke persamaan(27), akan diperoleh :berikutnya daya komplek pada bus i dapatditulis :. (33). (30)Dengan mensubstitusikan persamaan (32)ke persamaan (33),akan diperolehpersamaan :(34)Bagian riil dan imajiner persamaan (34)kemudian dipisahkan didapatkan :Gambar 2.3. Model bus sistem tenagalistrik sederhana. (35)Metode Newton-Raphson untuk Perhitungan Aliran Daya. (36)Pada dasarnya ada 3 metode yangsering digunakan untuk perhitungan aliran1)Persamaan diatas dikembangkan dari deretTaylor seperti persamaan berikut ini :Rudi Salman Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT UnimedMustamam Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed3)Arwadi Sinuraya Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed2)122
Simulasi dan Analisis Aliran Daya Pada Sistem Tenaga Listrik Menggunakan Perangkat Lunak ElectricalTransient Analyser Program(Etap) Versi 4.0. (40)Elemen diagonal dan bukan diagonal untukJ2 adalah :.(37)(41)(37). (42)Dalam hal ini dimisalkan bus 1 adalah busreferensi (Swing bus). Maka matrikJacobian memberikan perbandingan linierantara perubahan pada sudut teganganΔΔ danbesarnyaElemen diagonal dan bukan diagonal untukJ3 adalah :tegangan. (43)dengan sedikit perubahan padadaya aktif (Δ) dan daya reaktif (Δ)dalam bentuk yang mudah atau singkatdapat ditulis :. (44)Elemen diagonal dan bukan diagonal untukJ4 adalah :. (38)Banyaknya elemen matrik Jacobianpersamaan (38) ditentukan dengan (2n-22m) x (2n-2-2m) dengan n adalahbanyaknya bus pada sistem dan m adalahbanyak bus pembangkit atau generator. J1diperoleh dari (n-1) x (n-1), J2 diperolehdari (n-1) x (n-1-m),J3 dipeoleh dari (n-1m)x(n-1-m) dan J4 di peroleh dari (n-1-m) x(n-1-m).Sehingga elemen diagonal dan bukandiagonal untuk J1 adalah :(45). (46)Harga dari Δdan Δberbeda antarayang terjadwal dengan nilai perhitungandan ini disebut sisa daya yang diberikandengan :. (39)1)Rudi Salman Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT UnimedMustamam Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed3)Arwadi Sinuraya Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed2). (47). (48)123
Simulasi dan Analisis Aliran Daya Pada Sistem Tenaga Listrik Menggunakan Perangkat Lunak ElectricalTransient Analyser Program(Etap) Versi 4.0Perhitungan untuk sudut fasa dan teganganbus yang baru adalah :. (49). (50)Langkah-langkah perhitungan aliran dayadengan metode Newton-Raphson adalahsebagai berikut :1. Pada bus berbeda dimanadanharganya ditentukan. Besarnya tegangandan sudut fasa disamakan dengan nilai busreferensi yaitu 1,0 dan 0,0, sehingga Penelitian ini akan dilaksanakandalam beberapa tahapan seperti berikut :1. Pemodelan Sistem sistem tenaga listrikmenggunakan Software ETAP 4.02. Menginputkan data, yaitu : datapembangkit, Trafo, Saluran transmisi,dan beban yang diperoleh dari UPBPT.PLN3. Menghitung aliran daya dengan metodeNewton-Raphson4. Mengevaluasi aliran daya dan teganganbus di setiap bus yang ada dalam sistem.Berikutadalah diagramalir(flowchart) perhitungan aliran dayamenggunakan metode Newton-Raphson.Mulai 1,0 dan 0,0. Untuk busPemodelan Sistem Tenagalistrikpembangkit dimanadandiatur,sedangkan sudut fasa disamakan dengansudut bus referensi, makaBaca DataBus,Saluran,Trafo 0.Bentuk Matrik Y bus2. Hitungdanpada bus bebanBaca nilai tegangan bus awalmenggunakan persamaan (35)(36), Δdan Δ(49)(50).Hitung Daya aktif dan Reaktifdihitung dengan persamaan3. Hitungdan Δpada buspembangkit dengan persamaan (35)(36).4. Hitung elemen-elemen matrik JacobianJ1, J2, J3 dan J4 dengan persamaan (39)sampai persamaan (46).Nilai Pi dan Qisesuai data?TidakKoreksi nilai Tegangan: Metode Penelitian1)Hitung Tegangan Bus baruIterasi iterasi 1dengansampaiGambar 3.1. Diagram alir perhitunganaliran daya menggunakan metodeNewton-RaphsonHasil PenelitianRudi Salman Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT UnimedMustamam Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed3)Arwadi Sinuraya Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed2)SelesaiHitung elemen-elemen Jacobian,J1,J2,J3 dan J45. Hitung nilai Δdan Δ menggunakan persamaan (38).6. Hitung nilai-nilai baru dari sudut fasadan tegangan,dan persamaan (49) dan (50).7. ProsesiniberlangsungYa124
Simulasi dan Analisis Aliran Daya Pada Sistem Tenaga Listrik Menggunakan Perangkat Lunak ElectricalTransient Analyser Program(Etap) Versi 4.0Hasilsimulasialirandayamenggunakan software ETAP 4.0 dapatdilihat bahwa :Aliran daya aktif terbesar mengalir dari busTebing Tinggi ke bus Sei Rotan sebesar133,04 MW dan daya reaktif sebesar 66,8MVAR mengalir dari bus Belawan ke busSei Rotan (Tabel .66225-98.3Bus4635.9823.7516683.5Tabel 4.1 Aliran Daya Aktif dan ReaktifSedangkan penurunan tegangan (voltagedrop) terbesar terjadi pada bus Aek Knopanyaitu sebesar 3,035 % (0,61 KV) daritegangan normal 20 KV menjadi 19,393KV, untuk sistem 150 KV terjadi pada busyang sama yaitu sebesar 0,151 % (0,23 KV)sehingga tegangan menjadi 149,773 KV.(Tabel 151Bus 552019,39396,97-23,035Tabel 4.2 Tegangan dan Sudut beban saatkeadaan normalKesimpulanBeberapa kesimpulan yang dapatdiambil dari simulasi aliran daya padaSistem Tenaga Listrik di Sumatera Utaradan Aceh menggunakan perangkat lunakETAP 4.0 sebagai berikut :1. Daya Aktif terbesar mengalir dari busTebing Tinggi ke bus Sei Rotan sebesar133,04 MW.2. Daya Reaktif terbesar mengalir dari busBelawan ke bus Sei Rotan sebesar 66,80MVAR.3. Penurunan tegangan (Voltage Drop)terbesar terjadi pada bus Aek Knopanyaitu sebesar 3,035% dari tegangannormal 20 KV (19,393 KV) untuk sistem20 KV.4. Sementara untuk sistem 150 KV,penurunan tegangan (Voltage Drop)sebesar 0,151% (149,773KV) terjadipada bus yang sama.Saran1. Untuk mendapatkan aliran daya yangoptimal maka hal yang perlu diperhatikan adalah profil tegangan setiapbus dalam sistem harus tetap beradadalam batas yang diizinkan yaitu denganmengalokasikan sumber-sumber dayareaktif yang sesuai. Sumber-sumber dayareaktif misalnya : Generator dantransformator.Rudi Salman Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT UnimedMustamam Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed3)Arwadi Sinuraya Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed2)125
Simulasi dan Analisis Aliran Daya Pada Sistem Tenaga Listrik Menggunakan Perangkat Lunak ElectricalTransient Analyser Program(Etap) Versi 4.02. Hasil simulasi aliran daya ini dapatdikembangkan untuk simulasi dananalisis yang lain, seperti :a. Analisa hubung singkat (Short CircuitAnalysis)b. AnalisaHarmonisa(HarmonicAnalysis)c. AnalisaStabilitasPeralihan(Transient-Stability Analysis)d. Analisa Aliran Daya Optimal(Optimal Load Flow Analysis)e. dan lain-lainUcapan Terima KasihUcapanterimakasihkamisampaikan kepada pihak pengelola PHKIBatch IV yang telah memberikan dukungandalam bentuk dana hibah, sehinggaterlaksananya penelitian ini.Daftar Pustaka[1] Amin,N., 2011, Perbandingan metodeGauss-Seidel dan metode NewtonRaphson dalam solusi Aliran Daya,Jurnal SMARTek, Vol.9, No.3, hal.212-222, Univ. Tadulako,Palu[2] Amirullah,2009, Analisis kontingensitegangan bus dan daya saluran padasistem Jamali 500 KV menggunakanmetode Performansi Indeks, ProsidingSENTIA, Malang1)[3]Cekmas,C, 2004, Sistem kanMATLAB, Penerbit Andi Yogyakarta[5] Hartoyo, 2006, Perbaikan keandalan(N-1) Sistem tenaga Listrik PLN JawaTengah dan DIY, FT UniversitasNegeri Yogyakarta, Yogyakarta[6] Hosea,E dan Tanoto,Y., 2004,Perbandingan Analisa aliran dayadenganmenggunakanmetodeAlgoritma Genetik dan MetodeNewton-Raphson,JurnalTeknikElektro, Vol.4,No.2, hal. 63-69[7]Saadat,H.,1999,PowerSystemAnalysis, WCB McGraw-Hill Series InElectricalandComputerEngineering,Milwaukee School ofEngineering, New-york[8] Stagg, G.W. and El-Abiad, A.H., 1968,Computer Methods in Power SystemAnalysis, Mc.Graw-Hill, New-york[9] Stevenson,Jr.,W.D., 1996, Analisissistem tenaga listrik, edisi ke-4.Terjemahan Kamal Idris, PenerbitErlangga, Jakarta[10] Syamsurijal, 2008, Aplikasi PowerWorld Simulator pada Analisiskontingensi Sistem Tenaga Listrik,Media Elektrik, Vol.3,No.2.Rudi Salman Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT UnimedMustamam Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed3)Arwadi Sinuraya Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed2)126
Simulasi dan Analisis Aliran Daya Pada Sistem Tenaga Listrik Menggunakan Perangkat Lunak Electrical Transient Analyser Program(Etap) Versi 4.0 1)Rudi Salman Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed 2)Mustamam Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed 3)Arwadi Sinuraya Dosen Pendidikan Teknik Elektro FT Unimed 121 Gambar 2.2. Diagram Admitansi Pada
Analisis aliran daya dibutuhkan untuk menentukan kondisi operasi sistem tenaga dalam keadaan mantap, melalui pemecahan persamaan aliran daya pada jaringan. Tujuan utama studi aliran daya adalah untuk menentukan magnitudo tegangan, sudut tegangan, aliran daya aktif dan dayareaktif pada saluran, serta
dengan analisis aliran daya menggunakan metode Newton Raphson nilai presisi 0,0001 dan analisis gangguan hubung singkat 3 fasa terhadap bus sistem 20 KV. Simulasi dilakukan pada tiga skenario pembangkitan, yaitu: 1) Operasi 1 mesin PLTMG, 2) Operasi 2 mesin PLTMG, 3) Operasi seluruh mesin PLTMG. Ketiga skenario dilakukan pada kondisi operasi .
parameter di setiap Bus Sistem yang meliputi tegangan, daya, arus dan besarnya sudut fasa. Metoda yang dipakai dalam menyelesaikan perhitungan aliran daya antara lain adalah metoda Gauss-Seidel dan metoda Newton-Raphson. 1.2. Perumusan Masalah Dalam analisis sistem tenaga listrik ada berbagai macam metoda untuk menganalisa aliran daya.
simulasi untuk membantu dan mengevaluasi perilaku transien aliran daya dalam sistem. Investigasi telah dikhususkan untuk mempelajari perilaku dinamis dalam perubahan beban normal dan langkah dalam kondisi berbeban. Oleh karena itu, osilasi dalam daya dan frekuensi terjadi dengan periode yang ditimbulkan oleh sumber dengan konstanta waktu terbesar.
Melakukan analisis aliran daya pada kondisi sebelum dan setelah pengaturan tap trafo. Melakukan simulasi pengaturan tap trafo untuk mendapatkan alokasi daya reaktif yang optimal pada saluran transmisi. Melakukan simulasi perbaikan faktor daya pada sisi beban 2. Transformator Tenaga (Power Transformer)
Analisis simulasi : teknik pemodelan deskriptif, karena itu tidak ada formulasi permasalahan dan langkah penyelesaian eksplisit yang merupakan bagian integral dari model optimasi. Elemen simulasi: Formulasi permasalahan Pengumpulan dan analisis data Pengembangan model Verifikasi dan validasi model Percobaan dan optimasi model
Simulasi aliran beban tahap 1 diterapkan pada jaringan sistem tenaga listrik pusat penampung produksi Menggung pertamina asset IV field Cepu yang sesuai dengan data masukan daftar beban dan . single line diagram. Simulasi tahap 1 bertujuan untuk mengetahui keadaan rugi-rugi daya dan profil tegangan sebelum ada perbaikan. Gambar 3 adalah hasil .
Alex Rider: Never say Die by Anthony Horowitz Below are the complete reviews, written by the Lovereading4kids members. George Hutton - Dormston Secondary School Alex Rider receives a suspicious email from who could be Jack Starbright who was kidnapped on his previous mission. However, whilst trying to locate Jack, he accidentally manages to get tangled up in another MI6 Mission which could put .
