Posted in Artikel

PERENCANAAN PERLUASAN KAPASITAS GARDU INDUK DENGAN MEMPERHATIKAN KEHANDALAN

Gardu induk memegang peranan yang sangat penting dalam sistem tenaga listrik, karena sebelum listrik dapat didistribusikan ke pelanggan, tegangannya harus diturunkan dahulu melalu gardu induk, oleh sebab itu rencana perluasan kapasitas gardu induk harus dapat direncanakan dengan sangat baik, sehingga kehandalan sistem dapat terjaga. Paper ini mengajukan sebuah metodologi untuk rencana pengembangan kapasitas trafo utama pada gardu induk dengan menggunakan indeks Loss of Load Expectation (LOLE). Untuk memeriksa kehandalan sistem distribusi, 6 area pelayanan Taipower di daerah Fengshan dipilih untuk menjadi sampel perhitungan. Peramalan beban puncak tahunan untuk tiap-tiap area dalam 20 tahun kedepan menggunakan data beban pada tahun-tahun sebelumnya (time series). Dengan menggunakan Forced Outage Rate (FOR) dari tiap-tiap trafo pada gardu induk, dapat diperoleh LOLE untuk masing-masing area. Rencana perluasan kapasitas trafo utama kemudian diperoleh dengan mengadakan trafo baru pada tahun dimana LOLE telah melewati kriteria yang telah ditentukan. Untuk meningkatkan kehandalan sistem lebih jauh, kemampuan kapasitas hantar dari trafo utama dengan kekangan dari kapasitas saluran hubung antar gardu induk juga dipertimbangkan. Ditemukan bahwa perencanaan perluasan dari trafo utama dengan menggunakan metode diatas dapat memberikan efektivitas yang lebih baik dari segi biaya atas investasi trafo untuk memuaskan kehandalan layanan.

Metode runtun waktu digunakan untuk peramalan beban di perusahaan distribusi listrik Taipower. Indeks reliability biasanya diperkirakan dengan menggunakan System Average Interruption Frequency Index (SAIFI) dan System Average Interruption Duration Index (SAIDI) [1]. Untuk mengumpulkan data ini diperlukan usaha yang besar, karena kita harus menghitung banyaknya dan lamanya kegagalan yang terjadi pada sistem di setiap area, belum lagi data tersebut tidak dapat menjelaskan hubungan antara kebutuhan beban dan kapasitas yang tersedia. Indeks SAIDI dan SAIFI dari sistem Taipower mulai dari tahun 1998 sampai 2003 ditunjukkan pada Tabel I dan tabel II.

 TABEL I : SAIDI dari Taipower (Menit/kostumer-tahun)

Kegagalan 1998 1999 2000 2001 2002 2003
Tak terjadwal 12.59 9.82 7.80 7.75 7.046 4.841
Terjadwal 95.91 83.63 73.18 71.20 58.04 34.89
Total 108.5 93.45 80.98 78.95 65.086 39.736

TABEL II :  SAIFI dari Taipower (Gangguan/kostumer-tahun)

Kegagalan 1998 1999 2000 2001 2002 2003
Tak terjadwal 0.269 0.212 0.192 0.215 0.188 0.166
Terjadwal 0.340 0.308 0.299 0.279 0.226 0.141
Total 0.609 0.520 0.491 0.494 0.414 0.307

Untuk meningkatkan kehandalan layanan, pembangunan saluran hubung baru dan memperbesar kapasitas trafo utama, dipergunakan di Taipower. Daerah Fengshan dibagi menjadi beberapa area layanan berdasarkan kondisi geografis. Beban puncak tahunan dari tiap trafo utama selama 5 tahun belakangan telah digunakan untuk memprediksi permintaan beban di10 tahun yang akan datang. Ketika beban puncak di suatu area telah mencapai 70% dari total kapsitas trafo, atau faktor pembebanan dari trafo lebih besar dari 90%, trafo baru perlu ditambahkan. Dengan metode ini, kemungkinan kegagalan (Probability Outage) dari trafo utama tidak dipertimbangkan dan indeks kehandalan sistem LOLE tidak tidak dapat disediakan.

PERAMALAN BEBAN DI DAERAH LAYANAN

 Untuk meningkatkan efektivitas dari perencanaan sistem distribusi, permintaan beban untuk area pelayanan pada tahun-tahun yang akan datang harus bisa diprediksi. Dengan ini, kapasitas dari trafo yang akan ditambah dapat diketahui. Pada paper ini, peramalan dengan metode runtun waktu (time series) digunakan untuk memprediksi pertumbuhan beban dengan mempertimbangkan puncak pembebanan dari tiap trafo untuk beberapa tahun kedepan.

Untuk daerah Fengshan, keseluruhan layanan dibagi menjadi 5 area sesuai dengan kondisi geografis. Tabel III menunjukkan area-area tersebut dengan beban puncak tahunan selama tahun 1992 – 2002 [2]. Dengan melaksanakan peramalan beban dengan metode runtun waktu, permintaan beban pada tahun-tahun yang akan datang untuk tiap area pelayanan dapat diperoleh. Untuk melayani pelanggan, ada terdapat 5 gardu induk dengan 11 trafo utama yang telah terpasang di area pelayanan Fengshan.

 TABEL III: Beban Puncak Tahunan Untuk Masing-Masing Area (MW)

 capture

 Model permintaan beban pada masing-masing area telah diperoleh dengan analisis regresi linear berdasarkan data beban pada tahun-tahun sebelumnya untuk seluruh gardu induk. Tabel IV menunjukkan prediksi beban dan faktor  pembebanan trafo utama dari 2003-2022. Dari tabel tersebut, diperoleh bahwa faktor pembebanan dari area Fengshan telah melewati 70%, yang mengharuskan  pengadaan trafo utama sesuai dengan kriteria perencanaan Taipower. Berdasarkan peramalan beban tahunan dan kapasitas dari trafo, indeks LOLE dapat diperoleh dengan menggunakan faktor ketersediaan (availability) untuk tiap tiap unit trafo.

  LOSS OF LOAD EXPECTATION (LOLE)

 Data kapasitas dari trafo utama dapat digabungkan dengan data pembebanan puncak untuk menghasilkan indeks LOLE untuk tiap-tiap area layanan. Dalam paper ini, kehandalan sistem distribusi, LOLE, digunakan untuk merepresentasikan banyaknya hari pada satu tahun yang mana beban puncak harian akan melewati kapasitas yang tersedia. LOLE dapat dihitung dengan persamaan (1).

 capture

Dimana Ci = Kapasitas tersedia dari trafo pada hari ke-i
Li= Ramalan beban puncak pada hari ke-i
Pi(Ci-Li)= Kemungkinan kehilangan beban pada hari ke-i

 TABEL IV : Ramalan beban puncak tahunan pada area Fengshan dan faktor penggunaan trafo utama

capture

Gambar 1 menunjukkan hubungan dari beban puncak dengan kapasitas trafo dalam 365 hari. Indeks LOLE

 capture

Gambar 1. Hubungan antara permintaan beban, kapasitas dan cadangan

 1. Analisis Kehandalan dari Area Fengshan

Di area Fengshan, terpasang 5×60 MVA trafo dan 2×25 MVA trafo untuk melayani pelanggan di daerah layanannya. Ketersediaan dan FOR dari trafo utama ditentukan dengan nilai kegagalan harapan  (Expected Failure Rate) dan nilai perbaikan [3].

capture

Tabel V menunjukkan besarnya kegagalan dari 11 trafo utama dan kemungkinan yang yang terjadi pada are pelayanan Fengshan. Kemungkinan individual dari tak tersedianya daya 25 MW adalah 0.07867 dan kemungkinan kumulatif untuk tak tersedianya daya lebih dari 25 MW adalah 0.1560

 TABEL V : KAPASITAS DAYA TAK TERSEDIA PADA TRAFO DAN KEMUNGKINAN DI DAERAH FENGSHAN

 capture

 Untuk mengetahui dampak dari perluasan kapasitas trafo dan pertumbuhan beban sistem terhadap indeks LOLE, beberapa unit berbeda dari trafo utama dengan kapasitas 60 MVA dipertimbangkan pada paper ini. Tabel VI dan Gambar 2 menunjukkan banyaknya hari harapan pada beban puncak harian yang akan melewati kapasitas yang tersedia.

Didapatkan bahwa indeks LOLE sistem meningkat seiring dengan pertumbuhan beban puncak. Sebaliknya, LOLE dari sistem akan berkurang ketika ditambahkan unit-unit trafo baru dengan tingkat pembebanan puncak yang sama. Singkatnya, LOLE didapatkan 4.84 hari/tahun jika 11 unit trafo utama yang ada sebesar 450 MVA digunakan untuk melayani sistem dengan beban puncak 450 MW. Dengan menambahkan satu trafo utama untuk menyediakan kapasitas cadangan sebesar 60 MVA, LOLE berkurang menjadi 0.42 hari/tahun.

TABEL VI : Indeks LOLE dari area Fengshan untuk beberapa kapasitas trafo utama

 capture

 Pada gambar 2, kita dapat menentukan dengan mudah kapan waktu yang tepat untuk membangun unit transformer baru untuk mempertahankan kehandalan sistem. Sebagai contoh, dengan beban puncak yang diramalkan pada tabel III, tambahan unit trafo 60 MVA akan dibutuhkan pada tahun 2003, 2006, 2011, 2016 dan 2023 agar indeks LOLE sistem dapat tetap dibawah 0.001 hari/tahun seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.

capture Gambar 2 Indeks LOLE dari area Fengshan

 Gambar 3 menunjukkan indeks LOLE dari area layanan Siagong untuk beberapa kapasitas trafo yang berbeda pada beban puncak yang beragam. Kapasitas total dari trafo utama pada area ini adalah 460 MVA. Kapasitas tak tersedianya dan nilai kemungkinan yang berkaitan dicari berdasarkan nilai FOR dari trafo dan ditunjukkan pada tabel VII. Indeks LOLE dari trafo yang sudah ada untuk melayani beban puncak 450 MW didapatkan sebesar 4.9949 hari/tahun. Dengan menambahkan satu unit trafo 60 MVA, indeks LOLE akan berkurang menjadi 0.0769 hari/tahun. Untuk menjaga indeks LOLE dalam kriteria 0.001 hari/tahun, 5 unit trafo harus dipasang pada tahun 2018, 2025, 2031, 2038 dan 2044 berturut-turut, yang telah diilustrasikan pada gambar 3.

 capture

 Gambar 3. Indeks LOLE dari area Siaogang untuk kapasitas trafo yang berbeda.

 TABEL VII : Indeks LOLE dari beberapa kapasitas trafo di daerah Siaogang

 capture

 IV. KEHANDALAN LAYANAN PADA AREA YANG TERINKONEKSI

Untuk meningkatkan keuntungan pada sisi biaya  dari perencanaan perluasan trafo utama, kapasitas cadangan yang disediakan oleh area tetangga harus dipertimbangkan. Dengan cara ini, area yang berdekatan yang terinterkoneksi dapat direpresentasikan sebagai unit trafo yang setara. Kapasitas dari trafo yang setara tersebut ditentukan oleh batas cadangan dan kekangan kapasitas tie line. Disamping itu,nilai kemungkinan dari unit yang setara tersebut didapatkan dari FOR unit trafo yang tersedia. Dengan memperhatikan kemampuan batas cadangan dari area yang berdekatan, waktu untuk menambah unit trafo baru untuk mempertahankan kehandalan sistem dapat ditunda dan faktor pembebanan dari seluruh trafo utama dapat ditingkatkan.

 A. Modifikasi perencanaan perluasan dari area Fengshan

Untuk mengetahui dampak dari batas cadangan dari trafo di area terinterkoneksi terhadap indeks LOLE pada area Fengshan, 2 area lain yang berdekatan, Renwu dan Siaogang diikutkan dalam simulasi. Total kapasitas yang tersedia pada trafo utama di Renwu dan Siaogang adalah 200 MVA dan 460 MVA berturut-turut. Dengan menjumlahkan kapasitas dari tie line antara Fenshan dan area lainnya, kapasitas cadangan yang bisa disediakan oleh Renwu dan Siaogang adalah 25 MVA untuk masing-masingnya. Dengan memasukkan kapasitas trafo yang setara dan mempertimbangkan nilai kemungkinan yang berkaitan dari area-are yang berdekatan, nilai LOLE dari area Fenshan telah dimodifikasi seperti yang diilustrasikan pada gambar 4 dan tabel VIII. Untuk menjaga kehandalan layanan yang sama dengan LOLE 0.001 hari/tahun dengan nilai beban puncak ramalan, unit trafi 60 MVA yang baru harus dibangun pada tahun 2009, 2112, 2117, 2121 berturut-turut. Dengan membandingkan gambar 4 dan gambar 2, dapat ditemukan bahwa investasi biaya trafo baru dapat ditunda jika kapasitas cadangan dari area yang berdekatan dipertimbangkan dalam evaluasi kehandalan sistem.

 capture

 Gambar 4. Nilai LOLE yang dimodifikasi pada area Fengshan untuk beberapa nilai kapasitas trafo.

 TABEL VIII : Nilai LOLE yang dimodifikasi pada area Fengshan
capture

 Gambar 5 menunjukkan nilai LOLE yang direvisi pada area Fengshan setelah diikutkan kapasitas cadamgam 50 MVA yang disediakan oleh area yang berdekatan. Untuk melayani beban puncak sebesar 425 MW dengan kapasitas 450 MVA yang tersedia, nilai LOLE diperoleh sebesar 1.5246 hari/tahun seperti yang ditunjukkan pada tabel VI. Akan tetapi LOLE berkurang menjadi 0.1131 hari/tahun jika kapasitas cadangan 50 MVA diiktkan pada analisis.

 capture

 Gambar 5. Nilai LOLE pada daerah Fengshan

  V.            KESIMPULAN

 Untuk memperoleh rencana perluasan kapasitas trafo yang optimal seiring dengan pertumbuhan beban pada sistem distribusi, data permintaan beban puncak pada tahun-tahun sebelumnya harus dikumpulkan. Dengan melaksanakan analisis regresi, model runtun waktu untuk peremalan data dapat diperoleh. Menurut nilai FOR dari trafo utama, nilai LOLE dapat dievaluasi. Rencana perluasan dari trafo utama untuk menjaga kehandalan sistem dapat diperoleh. Untuk peningkatan lebih jauh dalam kepentingan biaya dari perencanaan perluasan trafo, kapasitas cadangan trafo area yang berdekatan dapat dipertimbangkan dan direpresentasikan sebagai unit trafo yang setara dengan nilai kemungkinan yang sesuai. Kehandalan layanan pada sistem distribusi dapat ditingkatkan secara efektif dengan kapasitas cadangan yang disediakan oleh area yang berdekatan. Disamping itu, perngadaan trafo baru dapat ditunda dan faktor pembebanan dari trafo yang sudah ada dapat ditingkatkan dengan strategi perluasan yang diajukan tersebut.

  VI.            REFERENSI

 [1]   G. J. Luo, Service reliability of distribution system, Taiwan Power Company training center, 1987.

 [2]  “Distribution annual reports,” Taiwan Power Company, 2002.

[3] Roy Billinton and Ronald N. Allan, “Reliability Evaluation of Power Systems,” Second Edition, 1996.

 [4]  IEEE Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems, IEEE Standard 493-1997.

Oleh : Beny Septian Pardede (Magatrika 2011)

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s