Apa itu Studi Aliran Daya
Defini studi aliran daya atau load flow study adalah analisis numerik aliran tenaga listrik dalam sebuah sistem kelistrikan. Studi aliran daya – kadang disebut juga studi aliran beban – juga merupakan analisa dan asesmen terhadap kondisi steady-state sistem listrik. Sasarannya adalah untuk mengetahui aliran tenaga, arus, tegangan, daya nyata (real power) dan daya reaktif (reactive power) dalam suatu sistem dalam kondisi beban apa pun. Studi aliran daya diperlukan selama fase desain proyek baru atau ketika mengevaluasi perubahan dan ekspansi sistem kelistrikan yang ada. Aliran tenaga listrik dalam setiap sistem kelistrikan disebut sebagai “Aliran Daya” –Omazaki Engineering adalah konsultan yang melayani studi dan analisis aliran daya. Jika Anda mencari konsultan analisa dan studi aliran tenaga (beban) listrik atau konsultan load flow study menggunaka software analisis seperti ETAP, SKM, DigSilent, EasyPower, dsb, silakan hubungi kami dengan mengirimkan email ke cs@omazaki.co.id atau dengan mengisi formulir pada kontak.
Studi aliran daya merupakan salah satu studi tersulit pada kelompok studi sistem tenaga. Studi ini mengevaluasi kemampuan sistem untuk memasok beban dengan memadai sambil tetap berada dalam rentang tegangan dan arus yang tepat. Laporan studi aliran daya akan menentukan tegangan dan faktor daya di semua bus, serta arus atau aliran daya di semua feeder.
———————————————
Pentingnya Studi Aliran Daya
Studi aliran daya sangat membantu saat pembuatan perencanaan masa depan dengan memperhitungkan serta menganalisis berbagai situasi hipotetis terkait kelistrikan. Misalnya, jika saluran transmisi akan dilepas dari sisten untuk pemeliharaan, apakah saluran yang tersisa mampu melayani beban tanpa melebihi nilai pengenalnya? Studi aliran daya akan menjawab hal ini.
Melalui analisa aliran beban kita dapat mendapat informasi tentang level tegangan (V) dan sudut fasa tegangan (δ) di setiap bus dalam kondisi steady-state. Ini penting karena besarnya tegangan bus harus dipertahankan dalam batas yang ditetapkan. Setelah sudut dan level tegangan bus dihitung menggunakan aliran daya, besar dan deviasi daya reaktif (Q) dan nyata (P) yang melalui setiap saluran dapat dihitung. Juga berdasarkan perbedaan antara aliran daya di ujung pengirim dan penerima, rugi-rugi di jalur tertentu juga dapat dihitung. Selain itu, kita juga dapat mengetahui status beban lebih dan kurang. Solusi aliran daya sangat penting untuk evaluasi berkelanjutan atas kinerja sistem tenaga sehingga tindakan pengendalian yang sesuai dapat diambil jika diperlukan.
Dalam studi aliran daya, seorang engineer dan konsultan studi aliran daya harus mampu menjawab ini:
- Berapa level tegangan di semua node sistem selama operasi?
- Apakah elemen sistem tenaga (transformator, generator, kabel, dll.) sudah memadai atau overload?
- Di mana titik terlemah dari sistem?
Analisis aliran daya sangat penting untuk pengoperasian sistem tenaga dalam kondisi operasi saat ini, up-grading maupun ekspansi kapasitas di masa mendatang.
———————————————
Maksud dan Tujuan Studi Aliran Daya
Tujuan dari perhitungan aliran beban adalah untuk menentukan karakteristik operasi kondisi-tunak dari sistem tenaga untuk suatu beban dan kondisi daya dan tegangan riil generator. Setelah informasi tersebut dimiliki, aliran daya nyata dan reaktif dapat dihitung dengan mudah di semua cabang. Sekaligus dapat diketahu besarnya rugi-rugi daya.
Sehingga studi aliran beban biasa digunakan untuk menyelidiki:
- Pembebanan komponen atau jaringan (sirkuit)
- Profil tegangan bus (besaran, sudut fasa, dll)
- Aliran daya nyata dan daya reaktif
- Rugi-rugi sistem tenaga
- Pengaturan tap trafo yang tepat
Melakukan studi aliran beban dengan menggunakan beberapa skenario membantu memastikan bahwa sistem kelistrikan dirancang dengan tepat untuk memenuhi kriteria kinerja teknis yang diinginkan dengan biaya investasi dan biaya operasional paling ekonomis.
———————————————
Bagaimana Cara Melakukan Studi Aliran Daya?
Langkah-langkah dalam Studi Arus Daya
Studi analisa aliran daya meliputi tiga langkah besar berikut:
- Pemodelan komponen sistem tenaga dan jaringan
- Pembuatan persamaan aliran daya
- Memecahkan persamaan aliran beban menggunakan teknik numerik
Metode dalam Analisis Aliran Daya
Ada tiga metode untuk menghitung dan mengolah data dari sistem tenaga:
- Sistem Gauss-Seidel
Sistem Gauss-Seidel adalah salah satu jenis analisis yang paling umum. Keunggulan dari sistem ini adalah kesederhanaannya dalam pengoperasian, daya komputasi yang diperlukan terbatas, dan waktu penyelesaian yang lebih sedikit. Namun, tingkat konvergensinya yang lambat menghasilkan banyak iterasi. Jumlah bus yang lebih banyak meningkatkan iterasi ini. - Metode Newton–Raphson
Metode Newton-Raphson adalah metode yang lebih canggih, menggunakan konvergensi kuadrat, dan dapat digunakan untuk situasi yang lebih kompleks. Metode ini membutuhkan lebih sedikit iterasi untuk mencapai konvergensi, dan oleh karena itu juga membutuhkan lebih sedikit waktu komputer. Ini juga lebih akurat karena kurang sensitif terhadap faktor-faktor rumit seperti pemilihan bus kendur atau transformator regulasi. Salah satu kelemahannya adalah pemrograman bisa jadi rumit dan membutuhkan memori komputer yang besar.
- Metode Fast Decoupled
Keuntungan utama dari metode ini adalah menggunakan lebih sedikit memori komputer. Kecepatan kalkulasi 5x lebih cepat daripada metode Newton – Raphson, menjadikannya pilihan populer untuk manajemen jaringan listrik secara real-time. Namun, ini bisa menjadi kurang akurat karena asumsi digunakan untuk mendapatkan penghitungan cepat. Karena lebih sulit untuk mengubah program komputer ini untuk mencari masalah lain seperti keamanan atau aliran sistem daya, cakupannya menjadi terbatas.
Teknik Analisis Aliran Daya
Ada dua cara atau teknik untuk melakukan studi aliran daya
- Analisis Matematiks
- Analisis Perangkat Lunak (Software)
Analisis Matematis
Ada beberapa langkah yang harus dilakukan saat menganalisa aliran beban secara matematis, yaitu:
- Langkah 1 – Buat pemodelan sistem dengan diagram garis tunggal (single-line diagram)
- Langkah 2 – Ubah semua kuantitas menjadi per unit
- Langkah 3 – Gambarkan diagram impedansi
- Langkah 4 – Dapatkan matriks Ybus
- Langkah 5 – Klasifikasikan bus (swing bus, atau generator bus, atau load bus)
- Langkah 6 – Mulailah menjawab variabel yang hilang, dengan asumsi (kecuali jika ditentukan lain).
- Langkah 7 – Tentukan estimasi untuk daya nyata dan reaktif yang diberikan, menggunakan nilai yang diasumsikan dan diberikan untuk tegangan/sudut/admitansi.
- Langkah 8 – Tulis Matriks Jacobian untuk iterasi pertama metode Newton Raphson.
- Langkah 9 – Selesaikan perbedaan yang tidak diketahui, gunakan Cramers Rule.
- Langkah 10 – Ulangi langkah 7 – 9 secara berulang hingga kami memperoleh nilai yang akurat.
Analisis Perangkat Lunak (Software)
Software atau perangkat lunak studi aliran daya adalah alat bantu yang sangat baik untuk mempelajari sistem tenaga, tetapi tidak boleh digunakan sebagai pengganti pengetahuan dan pengalaman. Ada banyak software analisis yang tersedia untuk membantu analisa aliran daya dengan software seperti ETAP, SKM, EasyPower, PSS, Neplan, dan lain-lain. Penggunaan perangkat lunak menyederhanakan pelaksanaan studi aliran beban. Namun, pemilihan data masukan yang diperlukan, tingkat kerincian model, verifikasi dan interpretasi keluaran dan pemanfaatannya untuk mencapai desain yang dibutuhkan masih memerlukan masukan dari seorang engineer terampil dan berpengalaman.
Perangkat lunak digunakan di sebagian besar kondisi real-time karena lebih mudah. Dalam melakukan ini, insinyur kelistrikan membangun jaringan node yang saling berhubungan dengan admitansi (impedansi).
Kemampuan Perangkat Lunak Arus Beban
- Secara otomatis menyesuaikan tap trafo & LTC/pengaturan regulator tegangan
- Parameter konvergensi penghitungan aliran beban yang dikontrol pengguna
- Bandingkan & analisis beberapa laporan menggunakan penganalisis hasil aliran beban
- Sertakan efek transformator pemindah fase
- Lihat hasil aliran daya secara grafis
- Evaluasi pelanggaran batas kritis & marjinal
- Selesaikan aliran beban sistem tiga fase & fase tunggal secara bersamaan
- Pemodelan sumber fase tunggal terisolasi
Setiap node sistem memiliki empat parameter kunci:
- Daya aktif (P)
- Daya reaktif (Q)
- Besarnya tegangan (V)
- Sudut fase tegangan (δ)
Dalam mendefinisikan node dalam model perangkat lunak, engineer biasanya mempertimbangkan tiga jenis:
- Load Bus [Bus P-Q], bus yang daya nyata dan reaktifnya ditentukan.
- Generator Bus [P-V bus], merupakan bus yang diketahui tegangan dan pembangkit listriknya.
- Slack Bus (Bus ayun), dimana diasumsikan besaran tegangan dan fasa diketahui.
Dalam sebuah studi aliran daya, kebanyakan node adalah tipe bus beban. Jenis bus generator adalah semua node yang memiliki generator terhubung. Sementara lebih dari satu bus kendur dapat didefinisikan, biasanya hanya memiliki satu bus, dan ini dipilih sebagai titik koneksi ke suplai jaringan utama.
Insinyur atau konsultan studi aliran daya akan membangun mock-up jaringan dengan mengatur busbar, koneksi jaringan, interkoneksi, generator, dan item utama peralatan. Perangkat lunak kemudian akan melakukan penghitungan yang diperlukan
———————————————
Hubungi Omazaki Engineering jika Anda membutuhkan konsultan studi analisis aliran daya atau beban (load flow study) untuk proyek kelistrikan Anda.
———————————————
Artikel Terkait
- Studi & Analisis Sistem Tenaga Listrik – Gambaran Umum
- Studi & Analisis Hubung Singkat
- Studi Koordinasi Proteksi
- Studi dan Analisis Pengasutan (Starting) Motor
- Studi Stabilitas Transien Sistem Tenaga
- Studi & Analisis Harmonik
- Studi & Asesmen Arc Flash
- Studi & Asesmen Kualitas Daya Listrik
- Studi & Analisis Jatuh Tegangan
Referensi
- ETAP – Load Flow Software
- Load Flow Analysis – https://www.bice-eeconsulting.com/services/load-flow-analysis/
- Load Flow Study & Analysis – https://3phtechservices.com/load-flow-study-analysis/
- Power Flow Study – https://en.wikipedia.org/wiki/Power-flow_study
- Load Flow Study and Analysys – https://carelabz.com/load-flow-analysis/