PENENTUAN MVAR OPTIMAL SVC PADA SISTEM TRANSMISI JAWA BALI 500 KV MENGGUNAKAN ARTIFICIAL BEE COLONY ALGORITHM Oleh :
Fajar Galih Indarko (2207 100 521) Dosen Pembimbing :
Prof. Dr. Ir. Imam Robandi, MT. Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro ITS
PENDAHULUAN Latar belakang : - Permintaan tenaga listrik terus meningkat secara tetap, di sisi lain perluasan pembangkit tenaga listrik dan pembangunan saluran transmisi baru sudah sangat terbatas. - Pola pembangkitan tenaga listrik yang mengarah pada pembebanan saluran yang terlampau berat, mengakibatkan rugi-rugi saluran yang lebih tinggi. - Pemasangan SVC pada satu atau beberapa bus tertentu dalam jaring listrik. Permasalahan : - Menentukan kapasitas SVC dalam sistem, sehingga dapat diperoleh harga yang optimum. Metode yang diusulkan : Artificial Bee Colony (ABC) Algorithm
PENDAHULUAN 1. Menentukan lokasi pemasangan SVC
Mencari bus kandidat, yaitu bus-bus yang akan dipasang SVC 2. Menentukan besar kapasitas SVC yang akan diinjeksikan
STATIC VAR COMPENSATOR (SVC) • SVC = alat pembangkit atau penyerap daya reaktif statis yang dihubungkan paralel dan mempunyai keluaran (output) bervariasi untuk menjaga atau mengontrol parameter spesifik dari suatu sistem tenaga listrik. • Dalam bentuk yang paling sederhana, SVC terdiri dari komponen fixed capacitor (FC) yang terhubung paralel dengan thyristor-controlled reactor (TCR).
STATIC VAR COMPENSATOR (SVC) Konfigurasi SVC : a) Model firing angle SVC b) Model total susceptance SVC
Gambar 1
STATIC VAR COMPENSATOR (SVC) Diagram rangkaian SVC :
Gambar 2
Artificial Bee Colony (ABC) Algorithm • Artificial Bee Colony (ABC) Algorithm sebuah algoritma berdasarkan kecerdasan swarm yang mensimulasikan perilaku lebah madu dalam mencari makan untuk memecahkan permasalahan optimisasi. • Dalam model ABC algorithm, koloni lebah tiruan terdiri dari tiga kelompok lebah, yaitu: lebah pekerja (employed bees), lebah onlooker dan lebah scout. • Posisi sumber makanan mewakili solusi dari masalah yang dioptimisasi, dan jumlah nektar dari tiap sumber makanan mewakili kualitas (fitness) dari solusi yang didapat.
Inisialisasi posisi sumber makanan
Hitung jumlah nektar
Diagram Alir ABC Algorithm
Tentukan posisi sumber makanan baru untuk lebah pekerja
Hitung jumlah nektar Tentukan posisi sumber makanan „tetangga‟ untuk lebah onlooker Sudahkah semua lebah onlooker terdistribusi ?
Tidak
Pilih sumber makanan untuk lebah onlooker
Ya Catat posisi sumber makanan terbaik
Gambar 3 Tentukan sumber makanan yang harus ditinggalkan
Hasilkan posisi yang baru untuk pengganti sumber makanan yang ditinggalkan
Tidak
Apakah kriteria terpenuhi ? Ya Posisi sumber makanan terakhir
Persamaan ABC Algorithm • Tahap inisialisasi dilakukan melalui persamaan,
• Tiap lebah pekerja menghasilkan sebuah sumber makanan baru melalui rumusan, vij = xij + φij (xij - xkj ) • Lebah onlooker memilih sebuah sumber makanan dengan menggunakan perhitungan probabilitas,
• Pencarian acak lebah scout dengan memakai rumusan, xij = xj min + (xj max − xj min)*rand [0,1]
Implementasi ABC Algorithm Tabel representasi ABC Algorithm untuk optimisasi SVC ABC Algorithm
Optimisasi SVC pada sistem transmisi Jawa Bali 500 kV
Jumlah lebah pekerja atau posisi sumber makanan
Nilai kapasitas SVC yang akan dipasang pada tiap bus dalam range yang telah ditentukan
Dimensi
Jumlah kandidat bus pada sistem transmisi Jawa Bali 500 kV yang akan dipasang SVC
Jumlah nektar sumber makanan (fitness)
Fungsi obyektif : min F = Ploss
Diagram Alir Implementasi ABC Algorithm Pada Sistem START
Analisis Aliran Daya: Input data pembangkit, saluran dan beban sistem transmisi Jawa Bali 500 kV
Tentukan jumlah bus pada sistem yang akan dipasang SVC
Inisialisasi awal parameter kontrol ABC Algorithm dan populasi sumber makanan (SN) sebagai kandidat solusi
Gambar 4
Run load flow dan hitung fungsi obyektif (nilai fitness) awal
Tentukan posisi sumber makanan (nilai kapasitas SVC) baru untuk lebah pekerja
Run load flow dan hitung fungsi obyektif (nilai fitness)
Sudahkah semua lebah onlooker terdistribusi ? Ya 2
1
Tentukan posisi sumber makanan (nilai kapasitas SVC) „tetangga‟ untuk lebah onlooker
Tidak
Pilih sumber makanan (nilai kapasitas SVC) untuk lebah onlooker
Diagram Alir Implementasi ABC Algorithm Pada Sistem 1
2
Catat solusi terbaik (mekanisme greedy selection)
Tentukan solusi yang harus ditinggalkan (parameter kontrol “limit”)
Hasilkan nilai kapasitas SVC yang baru untuk pengganti solusi yang ditinggalkan
Run load flow dan hitung fungsi obyektif (nilai fitness)
Tidak
Apakah kriteria terpenuhi ? (cycle = MCN)
Ya Nilai kapasitas SVC yang terbaik
STOP
Analisis Data Suralaya
1
Data sistem transmisi Jawa Bali 500 kV, terdiri dari 23 bus, 28 saluran, dan 8 pusat pembangkit.
Cilegon
2 Kembangan
5
Cibinong
3
4 Gandul
18
8 6
Muaratawar
Cawang
19 Tasikmalaya
7 10
Cirata
Depok
Bekasi Mandiracan
13
9
20 Pedan
Cibatu Saguling
11 12
Bandung Kediri
21
14 Ungaran 15
Tanjung jati
22
16
23
Grati
Paiton
Surabaya Barat
17
Gresik
Gambar 5
Analisis Data Penyelesaian analisis aliran daya dengan menggunakan metode Newton-Raphson didasarkan pada: • Base tegangan = 500 kV • Base daya = 1000 MVA • Akurasi = 0.0001 • Akselerasi = 1.1 • Maksimum iterasi = 50 Percobaan simulasi dilakukan dengan asumsi bahwa semua bus generator tidak akan dipasang SVC karena bus generator dianggap sudah mampu memenuhi kebutuhan daya reaktifnya sendiri. Total ukuran SVC yang dipasang pada sistem tidak dibatasi dan harga SVC tidak dipertimbangkan.
Analisis Data Percobaan dibagi menjadi dua kategori: • Percobaan 1: Penempatan SVC diimplementasikan pada bus-bus yang terkena tegangan kritis, yakni tegangan yang nilainya di luar batasan tegangan normal (di bawah tegangan normal). Ukuran SVC maksimal yang dipasang pada tiap-tiap bus adalah 300 Mvar. • Percobaan 2: Penempatan SVC dilakukan pada semua bus beban, yaitu bus 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 12, 13, 14, 16, 18, 19, 20, and 21. Ukuran SVC maksimal yang dipasang pada tiap-tiap bus adalah 200 Mvar.
Analisis Data Performansi aliran daya sistem yang optimal diusahakan memenuhi batasan-batasan berikut : 1. Batas tegangan harus memenuhi nilai range : Vmin Vi Vmax dengan i = 1,……n i = nomor bus Vmin = 0.95 pu Vmax = 1.05 pu
2. Batasan operasi aman generator, untuk itu generator harus mensuplai daya reaktif sebesar : Qi > 0 dengan i = 1,........n i = jumlah generator 3. Fungsi obyektif yang digunakan untuk penempatan SVC adalah : min F = Ploss dengan, Ploss : Total kerugian daya aktif (MW)
Hasil Percobaan Aliran daya sistem transmisi Jawa Bali 500 kV sebelum pemasangan SVC No. Bus
Tegangan (pu)
Sudut (derajat)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
1.020 1.016 0.972 0.977 0.978 0.978 0.975 1.000 0.980 0.970 0.970 0.956 0.939 0.942 1.000 0.992 1.000 0.976 0.949 0.931 0.945 1.000 1.000
0.000 -0.475 -5.889 -5.226 -5.772 -7.665 -7.520 -6.001 -6.756 -6.405 -5.888 -5.490 -2.091 7.440 13.996 15.525 15.962 -5.058 -0.990 6.399 13.340 21.921 18.379
Beban MW MVar 135 40 620 200 670 230 480 160 615 190 670 160 570 150 0 0 726 280 600 216 0 0 520 310 350 120 290 320 0 0 760 280 185 80 0 0 244 15 462 215 316 182 740 240 115 170
Pembangkitan MW MVar 2915.539 1080.034 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1082 1403.445 0 0 189 -101.907 300 421.832 0 0 0 0 0 0 672 372.356 0 0 802 583.135 0 0 0 0 0 0 0 0 3244 610.706 0 411.430
Hasil Percobaan Rugi-rugi daya saluran transmisi Jawa Bali 500 kV sebelum pemasangan SVC Saluran
No. Saluran
Dari
Ke
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
1 1 2 3 4 4 5 5 5 6 6 8 9 10 11 12 13 14 14 14 15 16 16 18 19 20 21 22
2 4 5 4 5 18 7 8 11 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 20 16 17 23 19 20 21 22 23 Total rugi-rugi
Rugi-rugi Daya Aktif Reaktif (MW) (MVar) 1.084 12.122 16.637 147.884 5.991 60 0.803 8.987 0.755 7.255 0.147 1.408 2.163 20.783 0.838 8.048 0.141
-6.812
0.082 2.462 2.182 0.521 0.556 1.009 5.268 19.433 9.167 14.315 0.503 0.218 0.884 5.010 3.057 7.761 10.078 18.645 6.828
0.783 23.655 20.968 5.007 5.344 11.293 39.076 164.765 95.688 130.727 4.834 -15.036 8.493 56.043 6.196 57.746 93.286 187.640 66.847
136.539
1223.030
Hasil Percobaan 1 Aliran daya sistem transmisi Jawa Bali 500 kV setelah pemasangan SVC Beban
Pembangkitan
No. Bus
Tegangan (pu)
Sudut (derajat)
MW
MVar
MW
MVar
Injeksi SVC
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
1.000 0.997 0.972 0.977 0.979 0.979 0.976 1.000 0.985 0.980 0.980 0.972 0.975 0.974 1.000 0.994 1.000 0.978 0.994 0.976 0.985 1.000 1.000
0.000 -0.498 -6.084 -5.421 -5.970 -7.856 -7.712 -6.187 -6.963 -6.643 -6.135 -5.778 -2.671 6.226 12.685 14.080 14.528 -5.262 -1.532 5.269 11.789 20.368 16.885
135 620 670 480 615 670 570 0 726 600 0 520 350 290 0 760 185 0 244 462 316 740 115
40 200 230 160 190 160 150 0 280 216 0 310 120 320 0 280 80 0 15 215 182 240 170
2902.521 0 0 0 0 0 0 1082 0 189 300 0 0 0 672 0 802 0 0 0 0 3244 0
612.281 0 0 0 0 0 0 1198.038 0 76.698 335.326 0 0 0 157.048 0 434.526 0 0 0 0 259.657 364.572
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 287 186 0 0 0 0 259 174 293 0 0
Hasil Percobaan 1 Rugi-rugi daya saluran transmisi Jawa Bali 500 kV setelah pemasangan SVC Saluran
No. Saluran
Dari
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
1 1 2 3 4 4 5 5 5 6 6 8 9 10 11 12 13 14 14 14 15 16 16 18 19 20 21 22
Ke 2 4 5 4 5 18 7 8 11 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 20 16 17 23 19 20 21 22 23 Total rugi-rugi
Rugi-rugi Daya Aktif Reaktif (MW) (MVar) 1.058 11.833 15.228 134.592 5.569 55.406 0.803 8.985 0.778 7.470 0.123 1.178 2.154 20.699 0.784 7.532 0.017 -8.292 0.077 0.740 2.444 23.485 1.543 14.828 0.215 2.063 0.549 5.276 0.398 4.453 4.280 28.934 18.167 151.002 7.636 78.334 12.610 114.111 0.320 3.077 0.177 -15.462 0.706 6.785 4.800 53.704 2.459 -1.880 7.226 48.895 9.653 86.701 17.147 170.012 6.600 64.291 123.521 1078.753
Hasil Percobaan 1 Grafik perbandingan tegangan masing-masing bus sebelum dan sesudah penempatan SVC 1.04
Tegangan (pu)
1.02 1 0.98 0.96 0.94 0.92 0.9 0.88 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 No. Bus
Sebelum penempatan SVC
Gambar 6
Sesudah penempatan SVC
Hasil Percobaan 1 Grafik perbandingan rugi-rugi daya sistem sebelum dan sesudah penempatan SVC
Rugi Daya Aktif (MW)
25 20 15 10 5 0 1 2 3
4 5 6
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 No. Saluran Sebelum penempatan SVC
Sesudah penempatan SVC
Gambar 7
Hasil Percobaan 2 Aliran daya sistem transmisi Jawa Bali 500 kV setelah pemasangan SVC No. Bus
Tegangan (pu)
Sudut (derajat)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
1.020 1.018 1.000 1.002 1.000 0.994 0.995 1.000 0.998 1.000 1.000 0.993 0.985 0.978 1.000 0.996 1.000 1.003 1.001 0.978 0.980 1.000 1.000
0.000 -0.482 -5.849 -5.204 -5.708 -7.498 -7.374 -5.775 -6.615 -6.348 -5.860 -5.518 -2.449 6.363 12.821 14.212 14.672 -5.053 -1.358 5.401 11.956 20.526 17.032
Beban MW 135 620 670 480 615 670 570 0 726 600 0 520 350 290 0 760 185 0 244 462 316 740 115
MVar 40 200 230 160 190 160 150 0 280 216 0 310 120 320 0 280 80 0 15 215 182 240 170
Pembangkitan MW 2898.666 0 0 0 0 0 0 1082 0 189 300 0 0 0 672 0 802 0 0 0 0 3244 0
MVar 409.346 0 0 0 0 0 0 89.697 0 354.206 298.342 0 0 0 126.837 0 280.020 0 0 0 0 306.920 318.702
Injeksi SVC 0 131 185 156 147 123 102 0 178 0 0 152 200 183 0 195 0 106 181 191 181 0 0
Hasil Percobaan 2 Rugi-rugi daya saluran transmisi Jawa Bali 500 kV setelah pemasangan SVC Saluran
No. Saluran
Dari
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
1 1 2 3 4 4 5 5 5 6 6 8 9 10 11 12 13 14 14 14 15 16 16 18 19 20 21 22
Ke 2 4 5 4 5 18 7 8 11 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 20 16 17 23 19 20 21 22 23 Total rugi-rugi
Rugi-rugi Daya Aktif Reaktif (MW) (MVar) 0.975 10.907 14.400 126.103 5.303 52.140 0.682 7.632 0.694 6.664 0.116 1.119 2.105 20.226 0.002 0.024 0.014 -8.691 0.025 0.245 1.773 17.036 0.836 8.032 0.108 1.034 0.528 5.074 0.367 4.102 4.380 29.504 18.133 150.328 7.558 77.431 12.625 114.212 0.320 3.076 0.171 -15.555 0.587 5.637 4.824 53.967 2.354 -4.011 7.317 49.598 9.657 86.821 17.168 170.369 6.643 64.779 119.666 1037.801
Hasil Percobaan 2 Grafik perbandingan tegangan masing-masing bus sebelum dan sesudah penempatan SVC 1.04
Tegangan (pu)
1.02 1 0.98 0.96 0.94 0.92 0.9 0.88 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 No. Bus
Sebelum penempatan SVC
Gambar 8
Sesudah penempatan SVC
Hasil Percobaan 2 Grafik perbandingan rugi-rugi daya sistem sebelum dan sesudah penempatan SVC
Rugi Daya Aktif (MW)
25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 No. Saluran Sebelum penempatan SVC
Sesudah penempatan SVC
Gambar 9
Perbandingan Percobaan 1 dan 2 Percobaan 1
Percobaan 2
Total SVC (MVAR)
Total rugi daya aktif (MW)
Total SVC (MVAR)
Total rugi daya aktif (MW)
1199
123.521
2411
119.666
Kesimpulan Dari hasil simulasi penempatan optimal SVC pada sistem transmisi 500 kV Jawa Bali menggunakan Artificial Bee Colony (ABC) Algorithm dapat ditarik kesimpulan, 1. Proses komputasi pada penentuan Mvar optimal SVC sebagai kontrol tegangan menunjukkan peningkatan hasil yang memuaskan. Pada kondisi sebelum optimisasi, profil tegangan terendah yang terdapat pada bus 20 adalah sebesar 0.931 pu, sedangkan setelah optimisasi, profil tegangan terendah pada percobaan 1 terdapat pada bus 3 sebesar 0.972 pu dan pada percobaan 2 terdapat pada bus 14 dan 20 sebesar 0.978 pu. 2. Pada percoban 1, penentuan Mvar optimal SVC menggunakan metode ABC dapat menurunkan rugi-rugi daya sebesar 13.018 + j144.277 MVA, yaitu dari 136.539 + j1223.030 MVA menjadi 123.521 + j1078.753 MVA, dengan SVC dipasang pada bus 13,14, 19, 20, dan 21. 3. Pada percobaan 2, penentuan Mvar optimal SVC menggunakan metode ABC dapat menurunkan rugi-rugi daya sebesar 16.873 + j185.229 MVA, yaitu dari 136.539 + j1223.030 MVA menjadi 119.666 + j1037.801 MVA, dengan SVC dipasang pada bus 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 12, 13, 14, 16, 18, 19, 20, dan 21. 4. Hasil analisis menunjukkan bahwa percobaan 2 dapat menurunkan rugi-rugi daya aktif lebih besar dibandingkan percobaan 1, namun pada percobaan 2 memerlukan jumlah total SVC yang lebih besar.
Daftar Pustaka [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]
[10] [11] [12] [13]
[14] [15]
[16] [17] [18] [19]
Haque, M. H., “Best Location of SVC to Improve First Swing Stability Limit of A Power System”, Electric Power Systems Research 77:1402–1409, 2007. Grünbaum, R., Halvarsson, B., Wilk-Wilczynski, A., “FACTS and HVDC Light For Power System Interconnections”, ABB Power Systems, Power Delivery Conference, Madrid, Spain, September 1999. Karaboga, D., “An Idea Based On Honey Bee Swarm For Numerical Optimization”, Technical Report-TR06, Erciyes University, Engineering Faculty, Computer Engineering Department, 2005. Karaboga, D., Basturk, B., “On The Performance of Artificial Bee Colony (ABC) Algorithm”, Applied Soft Computing, 8(1):687–697, 2008. Stahlkopf, K., Wilhelm, M., “Tighter controls for busier systems”, IEEE Spectrum, 34(4), 48–52, 1997. Grünbaum, R., Petersson, Å., Thorvaldsson, B., “FACTS, improving the performance of electrical grids”, ABB Rev., 11–18, March 2003. Bonnard, G., “The problems posed by electrical power supply to industrial installations”, Proc. IEE Proceedings, vol. 132, Part B, 335–340, November 1985. Grigsby, Leonard L., “Electric Power Engineering Handbook: Power Systems”, CRC Press, Taylor & Francis Group, USA, 2007. Grudinin, N., Roytelman, I., “Heading off emergencies in large electric grids”, IEEE Spectrum, 34(4), 43–47, April 1997. Dixon, J., Morán, L., Rodríguez, J., Domke, R., “Reactive Power Compensation Technologies: State-of-theArt Review”, Proceedings of the IEEE, vol. 93, no. 12, December 2005. Acha, E., Agelidis, V.G., Anaya-Lara, O., Miller, T.J.E., “Power Electronic Control in Electrical Systems”, MPG Books Ltd., Great Britain, 2002. Kundur, P., “Power Systems Stability and Control”, McGraw-Hill, New York, 1994. Alves, R., Montilla, M., Mora, E., “Increase of Voltage Stability and Power Limits Using a Static Var Compensator”, International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ „03), Vigo, Spain, April 9-11, 2003. De Castro, L.N., Von Zuben, F.J., “Artificial Immune Systems. Part I. Basic Theory and Applications”, Technical Report TR-DCA 01/99, Fee/Unicamp, December 1999. Tereshko, V., “Reaction-diffusion model of a honeybee colony‟s foraging behaviour”, M. Schoenauer, et al, Eds., Parallel Problem Solving from Nature VI”, Lecture Notes in Computer Science, vol. 1917, SpringerVerlag: Berlin, p. 807-816, 2000. Tereshko, V., Loengarov, A., “Collective Decision-Making in Honey Bee Foraging Dynamics”, Computing and Information Systems Journal, ISSN 1352-9404, vol. 9, No. 3, October 2005. Karaboga, D., Basturk, B., “A powerful and efficient algorithm for numerical function optimization: artificial bee colony (ABC) algorithm”, Journal of Global Optimization 39: 459–471, 2007. Karaboga, D., Akay, B., “A comparative study of artificial bee colony algorithm”, Applied Mathematics and Computation, vol. 214, pp. 108-132, 2009. Umar, ”Optimasi Penempatan TCSC dan SVC pada Sistem 500 kV Jawa-Madura-Bali Menggunakan Breeder Algoritma Genetika”, Tesis, Jurusan Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 2008.
TERIMA KASIH
