Pengaturan Batas Keamanan Sistem Aliran Daya Optimal DC Menggunakan Metode Quadratic Santi Triwijaya, Yuli Prasetyo.

## PENGATURAN BATAS KEAMANAN SISTEM ALIRAN DAYA OPTIMAL DC MENGGUNAKAN METODE QUADRATIC

## SETTING THE SECURITY CONSTRAINT OF DC OPTIMAL POWER FLOW SYSTEMS USING QUADRATIC METHOD
Santi Triwijaya 1 , Yuli Prasetyo 2
1 Politeknik Perkeretaapian Indonesia, Jalan Tirta Raya I, Nambangan Lor, Mangunharjo, Madiun, Jawa Timur, Indonesia.
2 Politeknik Negeri Madiun, Jl. Serayu No 84, Madiun, Jawa Timur, Indonesia.
E-mail: santi@ppi.ac.id
Diterima: 18/08/2020; Disetujui: 30/08/2020

## ABSTRAK
Gangguan  pada  sistem  saluran  transmisi  menjadi  masalah  yang  serius.  Masalah yang  ditimbulkan  dapat  menjadi  penyebab  kerusakan  bagi  saluran  transmisi  dan distribusi.  Gangguan  pada  sistem  transmisi  seperti  gangguan  hubung  singkat  atau kontingensi  saluran.  Oleh  karena  itu  perlu  upaya  untuk  menjaga  keandalan  sistem transmisi.  Pengaturan  batas  keamanan  sistem  pada  aliran  daya  DC  dapat  menjadi solusi  untuk  mengatasi  kontingensi  sistem.  Pengaturan  ini  menggunakan  metode quadratic  yang  mampu  melakukan  penjadwalan  pembangkit  secara  optimal ekonomi. Penyelesaian masalah ini menggunakan software Matlab dengan uji coba sistem  9  bus  IEEE.  Hasil  simulasi  menunjukkan  bahwa  metode  ini  mampu mengatasi kontingensi saluran tanpa melanggar parameter yang ditentukan.
Kata  Kunci: Kontingensi, Keamanan  Sistem,  Aliran  Daya  Optimal  DC,  Metode Quadratic .
Pengaturan Batas Keamanan Sistem Aliran Daya Optimal DC Menggunakan Metode Quadratic Santi Triwijaya, Yuli Prasetyo.

## ABSTRACT
Disruption in the transmission line system is a serious problem. The problems that arise can cause damage to transmission and distribution lines. Disturbances in transmission systems such as short circuit or line contingency. Therefore it needs efforts to maintain the  reliability  of  the  transmission  system.  Setting  the  system  safety  limit  on  DC  power flow  can  be  a  solution  to  overcome  system  contingencies.  This  arrangement  uses  the quadratic method which is able to perform economically optimal generator scheduling. Solving  this  problem  using  Matlab  software  with  IEEE  9  bus  system  trials.  The simulation  results  show  that  this  method  is  able  to  overcome  channel  contingency without violating the specified parameters.
Keywords: Contingency, Security Constrains, DC Optimal Power Flow, Quadratic Method.
Pengaturan Batas Keamanan Sistem Aliran Daya Optimal DC Menggunakan Metode Quadratic Santi Triwijaya, Yuli Prasetyo.

## PENDAHULUAN
Gangguan  adalah  masalah  serius  dalam penyaluran  sistem  tenaga  listrik.  Frekuensi terjadinya  gangguan  pada  saluran  transmisi yang  paling  sering  terjadi.  Gangguan  tersebut berupa gangguan hubung singkat atau kontingensi saluran. Maka perlu suatu perencanaan  pembangkitan  secara  optimal  saat sistem  mengalami  gangguan  untuk  menjaga keandalan  sistem.  Optimal  Power  Flow  (OPF) merupakan  bentuk  pengembangan  Economic Dispatch  (DE)  [1]  dengan  mempertimbangkan aliran  daya  pada  saluran  transmisi.  Fungsi  dari OPF adalah untuk menjadwalkan pembangkitan generator  pada  sistem  interkoneksi  dengan menggunakan  studi  aliran  daya  pada  saluran sehingga  didapat  biaya  pembangkitan  minimal dan tetap memperhatikan batasan atau konstrain yang ada. Batasan tersebut berasal dari  batasan daya pembangkitan maksimum-minimum generator, batasan transmisi, dan lain-lain. OPF konvensional hanya digunakan untuk menjadwalkan  pembangkitan  generator  dan tetap  memperhatikan  batasan  atau  konstrain yang  ada.  Namun  belum  mengatasi  masalah jika  ada  gangguan  atau  perubahan  kondisi, seperti  terbukanya  cabang  jaringan,  adanya perubahan  beban,  dan  lain-lain.  Efek  dari gangguan  akan  menyebabkan  perubahan  aliran daya pada cabang-cabang lain, perubahan besar tegangan  pada  bus-bus  lain  dan  mengurangi lifetime  pembangkit.  Aliran  daya  optimal  DC dengan  mempertimbangkan  batasan  keamanan
sistem  merupakan  pengembangan  dari  Optimal Power Flow konvensional dengan memperhitungkan  adanya  kontingensi  pada saluran  transmisi  dan  ramp  rate  dari  unit pembangkit[2]. Fungsi OPF dengan mempertimbangkan  batasan  keamanan  sistem dapat  memperhitungkan  adanya  kontingensi pada  saluran  transmisi  dan  memastikan  sistem tetap mengalirkan daya listrik dengan memperhatikan  batasan  keamanan  pada  sistem tenaga. Dalam OPF dengan mempertimbangkan batasan  keamanan  sistem,  analisis  kontingensi digabungkan dengan aliran daya optimal diikuti dengan  melakukan  beberapa  penyesuaian, sehingga  tidak  ada  perubahan  saat  terjadi gangguan.  Studi  aliran  daya  atau  load  flow merupakan  bagian  yang  sangat  penting  dalam analisis  sistem  tenaga[3].  Hasil  penjadwalan dengan economic dispatch tidak dapat diterapkan apabila hasil aliran daya pada sistem transmisi ada yang melanggar kapasitas saluran. Salah  satu  studi  aliran  daya  yang  telah  banyak digunakan untuk perencaan dan pengembangan studi  keamanan  sistem  tenaga  listrik  adalah aliran  daya  arus  searah  atau  DC  power  flow. Kelebihan DC power flow adalah di sisi waktu perhitungan  yang  jauh  lebih  cepat  bila dibandingkan  dengan  AC  power  flow  serta penyederhaan  parameter  untuk  mempermudah analisis  sistem.  Metode  yang  digunakan  untuk mengatasi  permasalahan  ini  adalah  metode qudratic programming.
Santi Triwijaya, Yuli Prasetyo.

## METODE

## 1.1. Batas  Keamanan  Sistem  Tenaga

## Listrik
Menjaga  keamanan  dalam  operasi sistem  tenaga  listrik  merupakan  hal  yang sangat  penting,  selain  itu  juga  perlu meminimalisasi  biaya operasi. Salah satu tindakan  pengamanan  sistem  tenaga adalah  menjaga  agar  saluran  transmisi tidak  ada  yang  mengalami  pembebanan lebih.  Pembebanan yang berlebihan mengakibat  jatuh  tegangan.  Akibatnya tegangan  pada  beberapa  bus  dalam sistem  tenaga  tersebut  menurun.  Salah satu  faktor  penting  dalam  operasi  sistem tenaga  listrik  adalah  keinginan  untuk mempertahankan keamanan system.
Keamanan sistem  meliputi  kegiatan  yang direncanakan untuk mempertahankan
operasi  sistem  apabila  terjadi  kegagalan komponen  sistem.  Kontingensi  adalah suatu  kejadian  yang  disebabkan  oleh kegagalan dari satu atau lebih pembangkit  dan/atau  saluran  transmisi. Untuk  mengevaluasi  unjuk  kerja  dan keandalan  sistem  tenaga  listrik  dapat dilakukan  dengan  menggunakan  analisis kontingensi[4].  Analisis  ini  dilakukan dengan  simulasi  gangguan  pada  suatu unit  pembangkit  atau  saluran  transmisi dan  menyelidiki  pengaruh  gangguan tersebut terhadap tegangan bus dan aliran daya aktif saluran.

## 1.2. Aliran Daya Optimal DC
Aliran Daya Optimal dengan mempertimbangkan batas keamanan sistem  meminimalkan  fungsi  objektif berupa total biaya pembangkitan generator yang dinyatakan dalam persamaan :
(1)
(2)
T  adalah  jumlah  level  beban,  N  adalah jumlah  generator,  Pi  adalah  daya  keluaran dari  unit  i  dan  a,  b  dan  c  adalah  cost coefficient unit generator ke i.
Fungsi  Objektif  ini  diminimalkan  melalui batasan – batasan sebagai berikut :
1. Active Power Balance Constraint
(3)
(4)
P D ,  P G ,  P IN adalah  daya  beban,  daya generator  dan  daya  saluran.  X  ij  adalah reaktansi  saluran  ij.  θ  merupakan  sudut tegangan.
2. Active Power Flow Constraint
(5)
F ij merupakan kapasitas saluran ij (MVA)
3. Capacity Constraint dan Voltage Angle Constraint
(6) (7)
, merupakan  kapasitas  pembangkit minimum dan maksimum dari generator
Pengaturan Batas Keamanan Sistem Aliran Daya Optimal DC Menggunakan Metode Quadratic Santi Triwijaya, Yuli Prasetyo.
Kapasitas Saluran Beban Kondisi 2 Ramp rate Kapasitas Saluran Beban Kondisi 1
1.3. Quadratic Programming [4]
Metode  quadratic  digunakan  untuk mengatasi  permasalahan  aliran  daya optimal.  Variabel  permasalahan  aliran daya optimal adalah x.
(8)
Fungsi objektif :
(9)
Constraint sistem linier :
(10) (11)
G, H, dan A merupakan matrik, lb, ub, x min , x mak dan x adalah vektor.
(12)
P adalah daya aktif pembangkit dan D adalah ramp rate.
Pembentukan vector lb da nub sebagai batas dari constraint sebagai berikut:

## HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Pada  tahap  hasil  dan  pembahasan dilakukan  pengujian  pada  sistem  untuk memperoleh  data.  Analisis  kontingensi  dari sistem IEEE 9 bus digunakan untuk mengetahui  saluran  yang  memiliki  dampak terbesar  dalam  sistem.  Hasil  pengaruh kontingensi  pada  system  IEEE  9  bus  dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1.
Dampak kontingensi di Sistem IEEE 9 Bus
Urutan  Saluran From Bus Ke Bus Biaya ($) 1 7 8 2 15242,16 2 9 9 4 13463,53 3 1 1 4 13463,53 4 4 3 6 13463,53 5 3 5 6 13463,53 6 2 4 5 13463,53 7 5 6 7 13463,53 8 6 7 8 13463,53 9 8 8 9 13463,53

## Tabel 2.

## Daya Pembangkit Tanpa Ramp-rate
Unit Pembangkit Ramp- rate Tanpa Ramp- rate OPF Kondisi 1 (MW) Kondisi 2 (MW) 1-2 Ket 1 20 155,64 185,53 29.89 Tdk sesuai 2 25 223,77 115,2 108.5 Tdk sesuai 3 40 156,09 234,77 78.68 Tdk sesuai Pengujian ini untuk mengetahui pengaruh dari metode quadratic programming yang  akan  digunakan  untuk  analisa  aliran daya  optimal.  Ada  2  kondisi  pada  pengujian ini  yaitu  Kondisi  1  (saat  Normal),  Kondisi  2 (saat  terjadi  kontingensi  pada  saluran  bus  8
Santi Triwijaya, Yuli Prasetyo.
ke  bus  2).  Tabel  2  menunjukkan  hasil  daya pembangkit  yang  digunakan  tanpa  adanya batasan ramp-rate.
Tabel 3.
Daya Pembangkit Dengan Ramp-rate
Unit
Pembangkit Ramp- rate Dengan Ramp- rate OPF Kondisi 1 (MW) Kondisi 2 (MW) 1-2 Ket 1 20 195,5 194,88 9.31  sesuai 2 25 150 125 1.86  sesuai 3 40 190 215,62 7.45  sesuai
Tabel  3  menjelaskan  hasil  dari  daya pembangkit yang menggunakan batasan Ramp-rate. Analisa aliran daya tanpa constraint ramp rate terjadi pelanggaran batas ramp  rate  pada  semua  unit.  Analisa  aliran daya dengan constraint ramp rate menghasilkan  semua  batasan  ramp  rate terpenuhi  dan  tidak  ada  pelanggaran.  Hal  ini membuktikan  bahwa  aliran  daya  optimal dapat digunakan untuk membuat pembangkitan  yang  optimal  tanpa  melewati batasan ramp rate walaupun terjadi kontingensi.

## KESIMPULAN
Dari hasil simulasi diperoleh kesimpulan program optimal power flow arus searah  dengan  mempertimbangkan  batasan keamanan  sistem (SCDC OPF)  menggunakan quadratic  programming  dapat  melakukan perhitungan penjadwalan pembangkitan dalam rentang waktu tertentu tanpa melanggar  batasan  berupa  ramp  constraint dan  kapasitas  saluran.  Batasan  kapasitas saluran berpengaruh pada pengaturan pembangkitan generator menjadi lebih komplek  untuk  menjaga  agar  saluran  tidak mengalami kerusakan akibat aliran daya yang berlebih. Batasan ramp constraint berpengaruh  pada  pengaturan  pembangkitan generator menjadi lebih komplek. Kontingensi  saluran  menyebabkan  perubahan penjadwalan  dalam  optimal  power  flow  dan menghasilkan biaya pembangkitan yang lebih mahal  jika  dibandingkan  dengan  kondisi normal.
Pengaturan Batas Keamanan Sistem Aliran Daya Optimal DC Menggunakan Metode Quadratic Santi Triwijaya, Yuli Prasetyo.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  V. H. Kumar, P. S. Varma, T. B. Kumar, and E. Sreelatha, “Economic and Emission Dispatch Problem using Particle Swarm Optimization,” vol. 8, no. 6, p. 6, 2019.
[2]  S. Triwijaya, N. Sugiantoro, Y. Prasetyo, Firdaus, R. S. Wibowo, and O. Penangsang, “Security Constrained Optimal Power Flow Considering Dynamic Line Rating,” in 2018 10th International Conference on Information Technology and Electrical Engineering (ICITEE) , Kuta, Jul. 2018, pp. 46– 51, doi: 10.1109/ICITEED.2018.8534755.
[3]  Y. Prasetyo, A. C. Arifin, and T. Multazam, “Analisis Rekonfigurasi Dan Penempatan Kapasitor Untuk Meminimalkan Deviasi Tegangan Pada Sistem Distribusi,” vol. 01, no. 02, p. 10, 2018.
[4]  N. A. Taghi-Nezhad and F. Taleshian, “A Solution Approach for Solving Fully Fuzzy Quadratic Programming Problems,” J. Appl. Res. Ind. Eng. , vol. 5, no. 1, Jun. 2018, doi: 10.22105/jarie.2018.111797.1028.