Penentuan Letak dan Kapasitas Bank Kapasitor Secara ...

Penentuan Letak dan Kapasitas

Bank Kapasitor Secara Optimal

Menggunakan Bee Colony Algorithm

Oleh :

Danang Sulistyo

2205100002

Dosen Pembimbing :

Prof. Imam Robandi

Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik

Elektro ITS

Kebutuhan energi listrik dan kebutuhan daya reaktif

Aliran daya reaktif pada saluran

Pemasangan kapasitor

drop tegangan, rugi saluran

Meminimalkan rugi saluran, meminimalkan drop tegangan

Latar Belakang

Tujuan:

Optimal kompensasi

Permasalahan:

Menentukan letak dan kapasitas kapasitor

Metode yang digunakan:

Artificial Bee Colony Algorithm

Pemasangan kapasitor

Latar Belakang

Batas Permasalahan

Faktor harmonisa diabaikan

Faktor ekonomi tidak diperhitungkan

Simulasi dilakukan dengan menggunakan MATLAB

Analisis dilakukan pada sistem transmisi Jawa Bali 500 kV

• Perkembangan sistem kelistrikan yang berkaitan

dengan penentuan lokasi dan kapasitas kapasitor

pada sistem tenaga listrik.

• Dapat menjadi referensi untuk penelitian lain yang

hendak mengambil masalah yang serupa ataupun

perluasan dalam penggunaan metode Artificial Bee

Colony (ABC)

Konstribusi

• ABC algorithm mengadopsi perilaku mencari makan (foraging behaviour) dari koloni lebah madu untuk menyelesaikan berbagai permasalahan optimisasi.

• Dikemukakan oleh Karaboga pada tahun 2005.

• Perilaku koloni lebah terdiri dari tiga komponen penting,

yaitu: – Sumber makanan

– Lebah pekerja (employed bees),

– Lebah unemployed

• lebah onlooker dan

• lebah scout.

• Jumlah nektar tiap sumber makanan mewakili kualitas(fitness).

• Posisi nektar mewakili solusi.

Artificial Bee Colony

(ABC)

• 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 persamaan,

• Tahap inisialisasi dilakukan melalui persamaan,

1

ii SN

ii

fitP

fit


(min) (max) (min)(0,1)*( )i j j jx x rand x x

(min) (max) (min)(0,1)*( )ij j j jx x rand x x


Inisialisasi letak

sumber makanan

Menghitung jumlah sumber makanan

Menentukan letak sumber makanan baru

untuk lebah pekerja

Menghitung jumlah sumber

makanan

Sudahkah lebah

onlooker tersebar

semua?

Memilih sebuah sumber makanan

untuk lebah onlooker

Menentukan letak sumber makanan

tetangga untuk lebah onlooker

Tidak

Ya

A

Start

B

Mengingat letak terbaik

Menemukan sumber makan yang

ditinggalkan

Menghasilkan posisi baru untuk

pengganti sumber makan yang

ditinggalkan

Apakah kriteria

terpenuhi?

(Cycle=MCN)

Letak sumber

makanan

AB

Stop

Tidak

Ya

Gambar 2

ABC AlgorithmOptimisasi kapasitor pada sistem

transmisi

Jumlah lebah pekerja atau

posisi sumber makanan

Kandidat bus sebagai posisi

kapasitor dan kandidat kapasitas

kapasitor yang akan dipasang

DimensiJumlah kapasitor yang akan

dipasang pada bus sistem transmisi

Fungsi obyektif Total rugi daya aktif saluran minimal

fitness

1

1 _F

fungsi objektif

Implementasi ABC

Batas tegangan harus memenuhi rentang sebagai berikut :

Vmin ≤ Vi ≤ Vmaks untuk i=1,2,3…….N

N = nomor bus

Vmin = 0.95 pu

Vmaks = 1.05 pu

Batas operasi aman generator, generator harus mensuplai daya reaktif

sebesar :

Qmin ≤ Qi ≤ Qmaks untuk i=1,2,3…….N

Fungsi obyektif yang digunakan untuk penempatan kapasitor adalah:

F = minΣPloss

2 2

1

[( ) 2 cos ]Nl

loss k k i j k i j ij

k

P g t V V t V V

Implementasi ABC

12

START

Analisis Aliran Daya:

Input data pembangkit, saluran dan beban sistem

Tentukan jumlah kapasitor pada sistem

Inisialisasi awal parameter kontrol ABC Algorithm dan

populasi sumber makanan (SN) sebagai kandidat solusi

Run load flow dan hitung fungsi obyektif

(nilai fitness) awal

Tentukan posisi sumber makanan (nilai letak dan

kapasitas kapasitor) baru untuk lebah pekerja

Run load flow dan hitung fungsi obyektif

(nilai fitness)

Sudahkah semua

lebah onlooker

terdistribusi ?

Tidak

Ya

Pilih sumber makanan

(nilai output) untuk

lebah onlooker

Tentukan posisi sumber makanan

(letak dan kapasitas) „tetangga‟

untuk lebah onlooker

Implementasi ABC

Gambar 3

Tidak

1

Catat solusi terbaik (mekanisme

greedy selection)

Tentukan solusi yang harus ditinggalkan (parameter

kontrol “limit”)

Hasilkan letak dan kapasitaskapsitor yang baru untuk

pengganti solusi yang ditinggalkan

Run load flow dan hitung fungsi obyektif (nilai fitness)

Apakah kriteria

terpenuhi ?

(cycle = MCN)

Letak dan kapasitas kapsitor terbaik

STOP

Ya

2

Implementasi ABC

Gambar 4

Paiton

Grati

Surabaya Barat

Gresik

Tanjung jati

Ungaran

Kediri

Pedan

Mandiracan

Saguling

Tasikmalaya

Cirata

Cibatu

Muaratawar

Bekasi

Bandung

Depok

Gandul

Cilegon

Suralaya

Kembangan

Cawang

Cibinong

1

2

3

45

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

Sistem Transmisi Jawa

Bali 500kV

Gambar 5

8 bus pembangkit

15 bus beban

SIMULASI

4 percobaan

Percobaan 1 dan 2=> letak ditentukan, optimisasi kapasitas kapasitor

Percobaan 3 dan 4=> optimisasi letak dan kapasitas kapasitor

Tanpa kompensasi

No.

Bus

Tegangan

(pu)

Sudut

(derajat)

Beban Pembangkitan

MW MVar MW MVar

1 1.020 0.000 135 40 2915.539 1080.034

2 1.016 -0.475 620 200 0 0

3 0.972 -5.889 670 230 0 0

4 0.977 -5.226 480 160 0 0

5 0.978 -5.772 615 190 0 0

6 0.978 -7.665 670 160 0 0

7 0.975 -7.520 570 150 0 0

8 1.000 -6.001 0 0 1082 1403.445

9 0.980 -6.756 726 280 0 0

10 0.970 -6.405 600 216 189 -101.907

11 0.970 -5.888 0 0 300 421.832

12 0.956 -5.490 520 310 0 0

13 0.939 -2.091 350 120 0 0

14 0.942 7.440 290 320 0 0

15 1.000 13.996 0 0 672 372.356

16 0.992 15.525 760 280 0 0

17 1.000 15.962 185 80 802 583.135

18 0.976 -5.058 0 0 0 0

19 0.949 -0.990 244 15 0 0

20 0.931 6.399 462 215 0 0

21 0.945 13.340 316 182 0 0

22 1.000 21.921 740 240 3244 610.706

23 1.000 18.379 115 170 0 411.430

Total 9068 3558 9204.539 4781.030

No.

Bus

Tegangan

(pu)

Sudut

(derajat)

Beban Pembangkitan

MW MVar MW MVar

Percobaan 1

Pada percobaan ini dipilih bus kritis yang merupakan lokasi

shunt capacitor.

Colony size : 50

Maximum cycle : 300

Dimensi : 5

Percobaan 1

13 0.939 -2.091 0.990 -2.546 400

14 0.942 7.440 0.995 5.967 400

19 0.949 -0.990 1.012 -1.421 248.245

20 0.931 6.399 1.006 5.043 400

21 0.945 13.340 1.006 11.352 400

No.

Bus

Tanpa kompensasi Dengan kompensasi ABC

Tegangan

(p.u)

Sudut

(derajat)

Tegangan

(p.u)

Sudut

(derajat)

MVar

terpasang

Total kapasitor 1848.245 MVar

Kerugian Daya

Tanpa Kompensasi

Kerugian Daya

Setelah kompensasi ABC

Aktif

(MW

Reaktif

(MVar)

Aktif

(MW)

Reaktif

(MVar)

136.539 1223.030 120.666 1043.621

Prosentase penurunan 11.63% 14.67%

Grafik perbandingan tegangan masing-masing bus sebelum dan

sesudah penempatan kapasitor

Percobaan 1

0.88

0.9

0.92

0.94

0.96

0.98

1

1.02

1.04

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23no Bus

teg

an

gan

(p

.u)

tanpa kompensasi setelah kompensasi

Gambar 6

Grafik perbandingan rugi daya aktif pada sistem sebelum dan


Percobaan 1

0

5

10

15

20

25

1-2 1-4 2-5 3-4 4-5 4-18 5-7 5-8 5-11 6-7 6-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 14-16 14-20 15-16 16-17 16-23 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23

saluran transmisi

keru

gia

n d

aya a

kti

f (M

W)

sebelum kompensasi setelah kompensasi

Gambar 7

Grafik konvergensi optimisasi ABC pada percobaan 1

Percobaan 1

Gambar 8

Percobaan 2

Pada pecobaan ini semua bus (kecuali bus generator) merupakan lokasi

shunt capacitor.

Colony size : 50

Maximum cycle : 300

Dimensi : 15

Percobaan 2

No.

Bus

Tanpa kompensasi Dengan kompensasi ABC

Tegangan

(p.u)

Sudut

(derajat)

Tegangan

(p.u)

Sudut

(derajat)

MVar

terpasang

2 1.016 -0.475 1.019 -0.487 274.589

3 0.972 -5.889 1.006 -5.842 236.731

4 0.977 -5.226 1.007 -5.200 171.664

5 0.978 -5.772 1.005 -5.697 276.086

6 0.978 -7.665 1.000 -7.477 182.250

7 0.975 -7.520 1.001 -7.358 173.497

9 0.980 -6.756 0.999 -6.584 289.051

12 0.956 -5.490 0.997 -5.507 247.509

13 0.939 -2.091 0.998 -2.539 300

14 0.942 7.440 0.992 6.022 300

16 0.992 15.525 0.998 13.772 296.539

18 0.976 -5.058 1.008 -5.057 100.405

19 0.949 -0.990 1.014 -1.452 197.122

20 0.931 6.399 0.997 5.280 300

21 0.945 13.340 0.997 11.850 300

Total Kapasitor 3645.443 MVar

Kerugian Daya

Tanpa Kompensasi

Kerugian Daya


Aktif

(MW

Reaktif

(MVar)

Aktif

(MW)

Reaktif

(MVar)

136.539 1223.030 116.989 1006.091


Percobaan 2

Percobaan 2



0.88

0.9

0.92

0.94

0.96

0.98

1

1.02

1.04

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23no bus

teg

an

gan

(p

.u)

sebelum setelah kompensasi

Gambar 9

Percobaan 2

Grafik perbandingan rugi daya aktif pada sistem sebelum dan


0

5

10

15

20

25

1-2 1-4 2-5 3-4 4-5 4-18 5-7 5-8 5-11 6-7 6-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 14-16 14-20 15-16 16-17 16-23 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23

saluran transmisi

rug

i d

aya a

kti

f (M

W)


Gambar 10

Percobaan 2


Gambar 11

Percobaan 3

Pada pecobaan ini memasang 5 unit shunt capacitor dengan semua bus

(kecuali bus generator) merupakan kandidat lokasi shunt capacitor.

Colony size : 50

Maximum cycle : 300

Dimensi : 5

Percobaan 3

12 0.956 -5.490 0.992 -5.563 364.050

13 0.939 -2.091 1.000 -2.593 400

14 0.942 7.440 0.996 5.982 400

19 0.949 -0.990 0.988 -1.317 -

20 0.931 6.399 1.000 5.129 400

21 0.945 13.340 1.003 11.448 400

No.

Bus

Tanpa kompensasi Dengan optimal location

Tegangan

(p.u)

Sudut

(derajat)

Tegangan

(p.u)

Sudut

(derajat)

MVar

terpasang


Kerugian Daya

Tanpa Kompensasi

Kerugian Daya


Aktif

(MW

Reaktif

(MVar)

Aktif

(MW)

Reaktif

(MVar)

136.539 1223.030 119.576 1033.322


Percobaan 3



0.88

0.9

0.92

0.94

0.96

0.98

1

1.02

1.04

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23no bus

teg

an

gan

(p

.u)


Gambar 12

Percobaan 3

Grafik perbandingan rugi daya aktif pada sistem sebelum dan sesudah

penempatan kapasitor

0

5

10

15

20

25

1-2 1-4 2-5 3-4 4-5 4-18 5-7 5-8 5-11 6-7 6-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 14-16 14-20 15-16 16-17 16-23 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23

saluran transmisi

rug

i d

aya a

kti

f (M

W)


Gambar 13

Percobaan 3


Gambar 14

Percobaan 4

Pada pecobaan ini memasang 10 unit shunt capacitor dengan semua bus

(kecuali bus generator) merupakan kandidat lokasi shunt capacitor.

Colony size : 70

Maximum cycle : 500

Dimensi : 10

Percobaan 4

3 0.972 -5.889 1.006 -5.854 300

4 0.977 -5.226 1.006 -5.206 300

7 0.975 -7.520 0.999 -7.370 300

9 0.980 -6.756 0.999 -6.602 300

12 0.956 -5.490 0.998 -5.529 300

13 0.939 -2.091 0.998 -2.564 300

14 0.942 7.440 0.991 6.000 300

19 0.949 -0.990 1.016 -1.461 227.819

20 0.931 6.399 0.998 5.071 300

21 0.945 13.340 0.997 11.466 300

No.

Bus

Tanpa kompensasi Setelah kompensasi

Tegangan

(p.u)

Sudut

(derajat)

Tegangan

(p.u)

Sudut

(derajat)

MVar

terpasang


Percobaan 4

Kerugian Daya

Tanpa Kompensasi

Kerugian Daya


Aktif

(MW

Reaktif

(MVar)

Aktif

(MW)

Reaktif

(MVar)

136.539 1223.030 117.374 1009.983


Percobaan 4



0.88

0.9

0.92

0.94

0.96

0.98

1

1.02

1.04

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

teg

an

gan

(p

.u)


Gambar 15

Percobaan 4

Grafik perbandingan rugi daya aktif pada sistem sebelum dan sesudah

penempatan kapasitor

0

5

10

15

20

25

1-2 1-4 2-5 3-4 4-5 4-18 5-7 5-8 5-11 6-7 6-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 14-16 14-20 15-16 16-17 16-23 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23

saluran transmisi

rug

i d

aya a

kti

f (M

W)


Gambar 16

Percobaan 4

grafik konvergensi optimasi ABC pada percobaan 4

Gambar 17

Hasil Percobaan

Kompensasi

Percobaan 1

5 unit

Kompensasi

Percobaan 2

15 unit

Kompensasi

Percobaan 3

5 unit

Kompensasi

Percobaan 4

10 unit

Total kompensasi

(Mvar)1902.802 3645.443 1964.050 2975.272

Total rugi daya aktif

(MW)120.666 116.989 119.576 117.374

Prosentase

Penurunan rugi

daya aktif

11.36 % 14.32 % 12.42 % 14.04 %

Total rugi daya

reaktif (Mvar)1043.621 1006.091 1033.322 1009.983

Prosentase

Penurunan rugi

daya reaktif

14.67% 17.74% 15.51% 17.41%

Total pembangkitan

daya aktif (MW)9188.666 9184.989 9187.576 9185.374

Total pembangkitan

daya reaktif (MVar)2753.377 918.648 2627.272 1640.163

Kesimpulan

1. Algoritma Artificial Bee Colony dapat digunakan untuk

menentukan lokasi dan kapasitas kapasitor menjadi lebih

optimal.

2. Percobaan yang dilakukan pertimbangan batas-batas yang

digunakan untuk menemukan solusi yang lebih baik.

3. Peformansi komputasi pada proses menentukan lokasi dan

kapasitas kapasitor menunjukkan hasil memuaskan dengan

melihat hasil penurunan kerugian daya.

4. Kompensasi tidak cukup dengan optimasi kapasitas kapasitor

saja tetapi juga dengan mengoptimasi letak kapasitor.

5. Jumlah kapasitor berpengaruh pada pemenuhan kebutuhan

daya reaktif pada sistem.

1. Kompensator yang digunakan tidak hanya dari shunt

capacitor tipe fixed capacitor, tetapi juga melibatkan

tipe-tipe yang lain (seperti switched capacitor) .

2. Penentuan lokasi dan ukuran kapasitor yang

dilakakukan dapat diperluas pada level distribusi dan

industri.

3. Memperhitungkan faktor ekonomis seperti biaya

pemasangan kapasitor.

Saran

TERIMA KASIH

DAFTAR PUSTAKA1. Mohammad A. S. Masoum, Marjan Ladjevardi, Akbar Jafarian and Ewald F. Fuchs,

“Optimal Placement, Replacement and Sizing of Capacitor Banks in Distorted

Distribution Networks by Genetic Algorithms”, IEEE Transaction on Power Delivery,

Vol. 19, No. 4, Oktober 2004.

2. Ngakan Putu Satriya Utama, “Memperbaiki Profil Tegangan Di Sistem Distribusi

Primer Dengan Kapasitor Shunt”, Teknologi Elektro, 45 Vol, 7 No, 1 Januari - Juni

2008.

3. Ji-Pyng Chiou, Chung-Fu Chang and Ching-Tzong Su, ”Ant Direction Hybrid

Differential Evolution for Solving Large Capacitor Placement Problems”, IEEE

Transaction On Power Systems, Vol. 19, No. 4, Nopember 2004.

4. Ji-Pyng Chiou, Chung-Fu Chang and Ching-Tzong Su, “Capacitor placement in large-

scale distribution systems using variable scaling hybrid differential evolution”,

Electrical Power and Energy Systems, Vol 28 Desember 2006.

5. Ahmed M. Azmy, “Optimal Power Flow to Manage Voltage Profiles in Interconnected

Networks Using Expert Systems”, IEEE Transaction On Power Systems , Vol 22, No.

4, Nopember 2007.

6. S.K. Bhattacharya, S.K. Goswami, “A new fuzzy based solution of the capacitor

placement problem in radial distribution system”, Expert Systems with Applications,

Vol 36, 2009.

7. Imam Robandi, “Desain Sistem Tenaga Modern”, ANDI, Yogyakarta, 2006.

8. Hadi Saadat, “Power System Analysis”, McGraw-Hill, Singapore, 2004.

9. Karaboga, D., “An Idea Based On Honey Bee Swarm For Numerical Optimization”,

Technical Report-TR06, Erciyes University, Engineering Faculty, Computer

Engineering Departmen, 2005

10. Haiyan Quan, Xinling Shi, “On the Analysis of Performance of the Improved Artificial-

Bee-Colony Algorithm”. Fourth International Conference on Natural Computation,

2008.

11. Li-Pei Wong, Malcolm Yoke Hean Low and Chin Soon Chong, “A Bee Colony

Optimization Algorithm for Traveling Salesman Problem”, Second Asia International

Conference on Modelling & Simulation, Vol 27, No 4, Oktober 2008.

12. Nurhan Karaboga. “A New Design Method Based on Artificial Bee Colony Algorithm

for Digital IIR Filters”, Journal of the Franklin Institute November 2008.

13. http://us1.harunyahya.com/Detail/T/EDCRFV/productId/15049/THE_MIRACLE_OF_T

HE_HONEYBEE.

14. Tereshko V., “Reaction-diffusion model of a honey bee colony’s foraging behaviour”,

Lecture Notes in Computer Science, vol 1917, Springer-Verlag: Berlin, p. 807-816,

2000.

15. V. Tereshko, A. Loengarov, “Collective Decision-Making in Honey Bee Foraging

Dynamics”, Computing and Information Systems Journal, ISSN 1352-9404, vol. 9, No

3, October 2005.

16. Isnaini Laili Izzati, “Economic dispatch optimization for 500 kV Jawa Bali electrical

power system using bacterial foraging optimization”, Final Project, Department of

Electrical Engineering, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia

2010.

17. Juningtijastuti, “Optimization of parameter and location of UPFC for transmission loss

reduction using Bacteria Foraging algorithm”, Master Thesis, Department of Electrical

Engineering, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia 2010.

http://us1.harunyahya.com/Detail/T/EDCRFV/productId/15049/THE_MIRACLE_OF_THE_HONEYBEE

http://us1.harunyahya.com/Detail/T/EDCRFV/productId/15049/THE_MIRACLE_OF_THE_HONEYBEE

Penentuan Letak dan Kapasitas Bank Kapasitor Secara ...

Documents

Transcript of Penentuan Letak dan Kapasitas Bank Kapasitor Secara ...