[145] Oriza Candra dkk - UNP_Power word.pdf
0 likes2 views
Dokumen ini membahas penggunaan perangkat lunak Power Word untuk membantu mahasiswa memahami analisis aliran daya dalam sistem tenaga listrik dengan lebih cepat. Dengan visualisasi model dan simulasi, Power Word memungkinkan penghitungan aliran daya yang kompleks secara efisien. Penelitian menunjukkan bahwa penggunaan perangkat lunak ini dapat meningkatkan pemahaman mahasiswa terhadap konsep dan perhitungan aliran daya.
[145] Oriza Candra dkk - UNP_Power word.pdf
- 1. SEMINAR INTERNASIONAL Revitalisasi Pendidikan Kejuruan dalam Pengembangan SDM Nasional 1185 Power Word Sebagai Alat Bantu Pembelajaran Untuk Perhitungan Aliran Daya Secara Cepat Oleh: Oriza Candra, Ali Basrah Pulungan, Ichwan Yelfianhar * ABSTRACT The electric power system is a complex system which consists of generation, transmission lines, and distribution system. The analysis of load flow in transmission lines and distribution system is importance to improve the reliability of the power system. However, the students often find it difficult and take a long time to finish the calculation of the load flow analysis manually. The advance development of software technology can be used to help the student to understand the load flow analysis with quick method. Power Word as one of the freeware developed to analyze the power system can be used to calculate the load flow analysis quickly. The real power system grid can be simulated through visual models and the flow of the load on the system can be demonstrated to the student. By creating power systems models and perform load flow analysis using this freeware, the student will be able to see and understand the load flow concept and calculation in a short time. Therefore using Power Word as a tool in learning process will improve the comprehension of the student in load flow analysis. Keywords: Load flow, simulation, power word. * Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang I. PERMASALAHAN Sistem tenaga listrik terdiri dari pembangkitan, sistem transmisi dan sistem Distribusi, sistem ini memerlukan investasi besar dan membutuh tenaga ahli untuk menganalisisnya. Analisis aliran daya diperlukan gunakan melihat parameter sistem sehingga dihasilkan suatu sistem yang mempunyai keandalan yang tinggi. Perhitungan aliran daya termasuk dalam mata kuliah sistem tenaga listrik. Selama ini mahasiswa sangat sulit memahami metode perhitungan aliran daya dan dalam menyelesaikan perhitungannya membutuhkan waktu yang lama, hal ini disebabkan rumusannya yang komplek. Guna mengatasi kendala tersebut di atas dapat dilakukan dengan kemajuan teknologi komputer seperti perangkat lunak dibidang sistem tenaga sangat membantu dalam perhitungan yang komplek. Salah satu perangkat lunak tersebut adalah power word. Power word merupakan perangkat lunak simulasi yang dapat digunakan untuk simulasi sistem tenaga, salah satunya untuk perhitungan aliran daya. Tampilan perangkat lunak ini dapat memperlihatkan arah aliran sehingga mahasiswa dapat lebih mengerti dan memahami metode perhitungan aliran daya sistem. II. KAJIAN TEORITIK 1. Pemodelan Aliran Daya Metode Newton-Raphson Tipe bus suatu jaringan sistem daya seperti diperlihatkan pada Gambar 1. Saluran transmisi dipresentasikan oleh model ekivalen dimana impedansi telah dikonversikan ke dalam bentuk per unit pada basis MVA. Gambar 1 Tipikal bus sistem daya I V V V V y y y y
- 2. SEMINAR INTERNASIONAL Revitalisasi Pendidikan Kejuruan dalam Pengembangan SDM Nasional 1186 Dengan menerapkan Hukum Kirchoff tentang arus terhadap bus diperoleh hasil ) ( ... ) ( ) ( . 2 2 1 1 0 n i in i i i i i i V V y V V y V V y V y I - + + - + - + = n i i i i in i i i V y V y V y V y y y y 2 2 2 1 1 2 1 0 ... ) ... ( - - - - + + + + = atau 奪 奪 = = - = n j n j j ij ij i i V y y V I 0 1 j i . . . . . . . . .(1) Daya nyata dan daya reaktif pada bus i adalah * i i i i I V jQ P = + . . . . . . . . .(2) Atau * i i i i V jQ P I - = . . . . . . . . .(3) Substitusikan ke persamaan (2.16), akan diperoleh hasilnya 奪 奪 = = - = - n j n j j ij ij i i i i V y y V V jQ P 0 1 * j i . . .. .(4) Dari hubungan di atas, rumus matematika pada persoalan aliran daya dihasilkan dalam sistem persamaan yang mana harus dipecahkan melalui teknik iterasi. Sejumlah iterasi yang diperlukan untuk memperoleh pemecahan adalah independen pada ukuran sistem, tetapi evaluasi yang lebih fungsional diperlukan pada setiap iterasi. Karena dalam persoalan aliran daya nyata dan magnitude tegangan adalah yang ditetapkan untuk tegangan bus-bus yang terkontrol, persamaan aliran daya dirumuskan dalam bentuk polar. Untuk aliran daya dari tipe bus pada Gambar 1 besar arus masukan bus i sebesar pada persamaan 1. Persamaan dapat ditulis kembali dalam istilah admitansi bus seperti, 奪 = = n j j ij i V Y I 1 . . . . . . . .( (5 5) ) D Da al la am m p pe er rs sa am ma aa an n d di i a at ta as s, , j t te er rm ma as su uk k b bu us s i . . P Pe er rs sa am ma aa an n i in ni i b bi il la a d di in ny ya at ta ak ka an n d da al la am m b be en nt tu uk k p po ol la ar r, , d di ip pe er ro ol le eh h : : 奪 = + = n j j ij j ij i V Y I 1 d q . . . . ..( (6 6) ) D Da ay ya a p pa ad da a b bu us s i d da al la am m b be en nt tu uk k k ko om mp pl le ek ks s a ad da al la ah h i i i i I V jQ P * = - . . . . . . . . .( (7 7) ) S Su ub bs st ti it tu us si ik ka an n p pe er rs sa am ma aa an n ( (2 2. .2 21 1) ) k ke e p pe er rs sa am ma aa an n ( (7 7) ), , 奪 = + - = - n j j ij j ij i i i i V Y V jQ P 1 d q d . .(8) Bagian riil dipisahkan dengan bagian imajiner, 谷 短 ( ) 奪 = + - = n j j i ij ij j i i Y V V P 1 cos d d q . . . . . .(9) 谷 短 ( ) 奪 = + - - = n j j i ij ij j i i Y V V Q 1 sin d d q . . . (10) Persamaan (9) dan (10) sebagai dasar suatu pasangan persamaan aljabar nonlinier dalam istilah dari variabel independen, besaran tegangan dalam per unit, dan sudut fase dalam radian. Persamaan untuk setiap bus beban, diberikan oleh (9) dan (10), dan satu persamaan untuk setiap tegangan terkontrol bus, diberikan oleh (9). Pengembangan dari persamaan (9) dan (10) dalam Taylors series tentang perkiraan awal dan mengabaikan seluruh orde yang lebih tinggi menghasilkan satu set persamaan linier sebagai berikut. 棚 棚 棚 棚 棚 棚 棚 棚 棚 棚 棚 棚 谷 辿 其 其 其 其 其 其 其 其 其 其 其 其 其 其 其 其 = 炭 炭 炭 炭 炭 炭 炭 炭 短 湛 棚 棚 棚 棚 棚 棚 棚 棚 谷 辿 D D D D n k n k n n k n k n k n k n n k k k k k n k Q Q Q Q P P P P Q Q P P d d d d d d d d ) ( 2 ) ( ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( ) ( 2 2 ) ( 2 2 2 2 L M O M L L M O M L M M 炭 炭 炭 炭 炭 炭 炭 炭 炭 炭 炭 炭 短 湛 其 其 其 其 其 其 其 其 其 其 其 其 其 其 其 其 n k n k n n k k n k n k n n k k V Q V Q V Q V Q V P V P V P V P ) ( 2 ) ( ) ( 2 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( ) ( 2 2 ) ( 2 L M O M L L M O M L 炭 炭 炭 炭 炭 炭 炭 炭 炭 短 湛 棚 棚 棚 棚 棚 棚 棚 棚 棚 谷 辿 D D D D ) ( ) ( 2 ) ( ) ( 2 k n k k n k V V M M d d Dalam persamaan di atas, bus 1 diasumsikan sebagai slack bus. Matriks Jacobian memberikan hubungan linierisasi antara perubahan kecil dalam sudut tegangan ) (k i d D dan besaran tegangan ) (k i V D dengan perubahan kecil dalam daya nyata ) (k i P D dan daya reaktif ) (k i Q D . Unsur-unsur matriks Jacobian adalah derevatif parsial pada persamaan (9) dan (10), yang dievaluasi pada ) (k i d D dan
- 3. SEMINAR INTERNASIONAL Revitalisasi Pendidikan Kejuruan dalam Pengembangan SDM Nasional 1187 ) (k i V D . Dalam bentuk sederhana dapat ditulis sebagai berikut: 炭 短 湛 棚 谷 辿 D D 炭 短 湛 棚 谷 辿 = 炭 短 湛 棚 谷 辿 D D V J J J J Q P d 4 3 2 1 . . . . . . . . .(11) Tegangan yang terkontrol pada bus-bus, besaran tegangan diketahui. Oleh karena itu, jika bus pada system m pada sistem adalah tegangan yang terkontrol, persamaan m mengandung Q D dan V D dan kolom yang bersesuain pada matriks Jacobian dieliminasi. Maka kekangan daya nyata 1 - n dan kekangan daya reaktif m n - -1 dan matriks Jacobian adalah orde ( ) ( ) m n m n - - 卒 - - 2 2 2 2 . 1 J adalah orde ( ) ( ) 1 1 - 卒 - n n , 2 J adalah orde ( ) ( ) m n n - - 卒 - 1 1 , 3 J adalah orde ( ) ( ) 1 1 - 卒 - - n m n , 4 J adalah orde ( ) ( ) m n m n - - 卒 - - 1 1 . Unsur-unsur diagonal dan Off diagonal dari 1 J adalah Unsur-unsur diagonal dan Off diagonal dari 1 J adalah ( ) 奪 孫 + - = 其 其 1 sin j j i ij ij j i i i Y V V P d d q d . . . ....(12) - = 其 其 i i P d ( ) j i ij ij j i Y V V d d q + - sin i j 孫 ...( 13) Unsur-unsur diagonal dan Off diagonal dari 2 J adalah ( ) j i ij i j j ii ii i i i Yij V Y V V P d d q q + - + = 其 其 奪 孫 cos cos 2 ....( 14) ( ) j i ij ij i j Y V V P d d q + - = 其 其 cos 1 i j 孫 .......... (15) Unsur-unsur diagonal dan Off diagonal dari 3 J adalah ( ) 奪 孫 + - = 其 其 i j j i ij ij j i i i Y V V Q d d q d cos .......... (16) ( ) j i ij ij j i j i Y V V Q d d q d + - - = 其 其 cos i j 孫 ...( 17) Unsur-unsur diagonal dan Off diagonal dari 4 J adalah ( ) 奪 孫 + - - - = 其 其 i j j i ij ij j ii ij i i i Y V Q Y V V Q d d q sin sin ....( 18) ( ) j i ij ij i j i Y V V Q d d q d + - - = 其 sin i j 孫 ........ (19) Istilah ) (k i P D dan ) (k i Q D adalah perbedaan antara penjadualan dan nilai perhitungan, dikenal sebagai daya sisa (power residuals), diberikan oleh ) ( ) ( k i sch i k i P P P - = D ..... . . . . . . . . ..................(20) ) ( ) ( k i sch i k i Q Q Q - = D .............. . . . . . . . .......(21) Estimasi baru untuk tegangan bus adalah ) ( ) ( ) 1 ( k i k i k i d d d D + = + . . . . . . . . .................(22) k i k i k i V V V D + = + ) ( ) 1 ( . . . . . . . . ................(23) Prosedur untuk pemecahan aliran daya dengan metode Newton-Raphson sebagai berikut : a) Untuk beban bus, dimana sch i P dan sch i Q yang ditetapkan, besaran tegangan dan sudut fase di buat sama dengan nilai slack bus. Untuk tegangan regulasi bus, dimana i V dan sch i P adalah yang ditetapkan, sudut fase dibuat sama dengan sudut slack bus. b) Untuk beban bus, ) (k i P dan ) (k i Q dihitung dari persamaan (9) dan (10) serta ) (k i P D dan ) (k i Q D dihitung dari persamaan (20) dan (21). c) Untuk tegangan bus yang terkontrol, ) (k i P dan ) (k i P D dihitung dari persamaan (9) dan (20) secara berturut-turut. d) Unsur-unsur matriks Jacobian ( ) 4 3 2 1 , , , danJ J J J dihitung dari persamaan (22) (19). e) Persamaan linier simultan (11) dipecahkan langsung melalui
- 4. SEMINAR INTERNASIONAL Revitalisasi Pendidikan Kejuruan dalam Pengembangan SDM Nasional 1188 optimalisasi faktorisasi orde tiga dan eliminasi Gaussian. f) Besaran tegangan baru dan sudut fase adalah dihitung dari persamaan (22) dan (23). g) Proses diteruskan sampai tersisa ) (k i P D dan ) (k i Q D lebih kecil dari akurasi yang ditetapkan, e 贈 D ) (k i P e 贈 D ) (k i Q . . . . . . . . ...................................(24) III. METODOLOGI Penggunaan simulasi power word dimulai dengan membuat gambar sistem dan kemudian memasukkan data sistem yang diperlukan yaitu generator, saluran transmisi dan beban. Setelah gambar dan data sistem dimasukkan maka simulasi dengan power word akan memberi tampilan besaran parameter yang dibutuhkan untuk perhitungan aliran daya, serta menampilakan visual arah aliran daya sistem. IV. HASIL DAN PEMBASAN 1. Skenario Power Word a. Pilih pembuka simulasi power word b. Membuat Gambar Sistem Tenaga untuk simulasi c. Memasukkan data Generator yaitu daya aktif dan daya reaktif d. Memasukkan data saturan transmisi yaitu panjang saluran, reaktansi saluran dan admitansi saluran. e. Memasukkan data beban yaitu daya aktif dan daya reaktif f. Kemudian lakukan running simulasi 2. Hasil Simulasi a. Visual Power Word Setelah dilakukan running simulasi maka pada visual akan memperlihatkan besaran aliran daya dan arah aliran daya seperti gambar 2 dan 3 di bawah : Gambar 2 Tampilan awal power word (a) (b) Gambar 3 Simulasi dengan power word Visual dari simulasi dengan power word ini ditunjukkan pada gambar 3 a dan 3 b. Gambar tersebut dapat menunjukkan besar dan arah jalan aliran daya. Penggunakan simualsi ini sangat menarik digunakan karena generator dan aliran daya saluran transmisi divisualisaikan secara bergerak. b. Data Hasil Simulasi Data hasil simulasi gambar 3.a ditunjukkan pada tabel 1 dan 2 di bawah :
- 5. SEMINAR INTERNASIONAL Revitalisasi Pendidikan Kejuruan dalam Pengembangan SDM Nasional 1189 Tabel 1 Hasil simulasi aliran daya NO BUS DAYA AKTIF (MW) DAYA REAKTIF MVAR 1 1 2 214 -35 2 2 1 210 40 3 1 3 136 - 35 4 3 1 133 45 5 2 3 68 22 6 3 2 69 -19 Tabel 2 Pembebanan Generator dan data beban PEMBEBANAN DAYA AKTIF (MW) DAYA REAKTIF MVAR Generator 1 450 - 66 Generator 2 150 290 Generator 3 150 133 Beban 1 100 - Beban 2 355 183 Beban 3 214 107 V. KESIMPULAN Simulasi power word dapat digunakan sebagai media pada pengajaran analisa sistem tenaga listrik dan digunakan oleh mahasiswa sebagai alat penghitung aliran daya secara cepat. VI. REFERENCE Grainger, J.J. dan Stevenson, W. D., 1994, Power System Analysis, McGraw Hill, Inc, New York. Manual Power Word Momoh, J.A., 2001, Electric Power System Applications of Optomization, Marcel Dekker, Inc, New York. Murty, PSR., 1984, Power System Operation and Control, McGraw-Hill, New Delhi. Saadat, H., 1999, Power System Analysis, McGraw-Hill, Inc, Singapore. Wood, A.J. dan Wollenberg, B.F., W., 1996, Power Generation, Operation, and Control, John Wiley & Sons, Inc, New York