LOGO

Dimas Fajar Uman P. 2210 201 002Dosen Pembimbing:Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.DProf. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, M.T

Under Frequency load Shedding Berbasis Fuzzy Logic Controller Menggunakan Metode Gradien Frekuensi pada Sistem Jawa-Bali 500 kV

1

Daftar Isi

Pendahuluan1

Dasar Teori2

Metodologi3

Simulasi dan Hasil4

Kesimpulan5

Pendahuluan1

Pertumbuhan beban

Fluktuasi Beban

Total Pelepasan Beban Statis

Pelepasan Beban Kurang Efektif

Metode Baru

LatarBelakang

Pendahuluan1

Permasalahan• Bagaimana mendapatkan model

stabilitas pada sistem Jawa-Bali.• Bagaimana menentukan nilai

gradient frekuensi pada sistemJawa-Bali.

• Bagaimana keadaan sistem jikaterjadi gangguan dan dilakukanpelepasan beban denganmenggunakan mekanismepelepasan beban standar PLN.

• Bagaimana respon sistem jikaskema pelepasan bebanmenggunakan metode Fuzzy UFLS.

• Membandingkan kondisi sistemketika dilakukan mekanismepelepasan beban menggunakanstandar PLN dan denganmenggunakan metode Fuzzy UFLS.

Permasalahan&

Batasan Masalah

Batasan Masalah• Plan yang digunakan adalah

sistem Jawa-Bali 500kV 25 bus.• Metode yang digunakan adalah

logika fuzzy tipe 1.• Hanya memperhatikan stabilitas

frekuensi.

Pendahuluan1

1membuat

suatumekanismepelepasanbeban baruyang lebih

efektif

2mengetahuimekanismepelepasan

bebanmenggunakanmetode logika

fuzzy

3menaikkan keandalan

sistem Jawa-Bali terhadap

gangguan stabilitas frekuensi

4

Mendapatkan model

stabilitas untuk sistem Jawa-Bali 500

kV

TUJUAN

Pendahuluan1

Kontribusi Penelitian

Analysis of Underfrequency Load

Shedding (UFLS) Using a Frequency Gradient[21]

Memberikanalternatif bagi PLN dalam penentuan

skema UFLS

Metode UFLS alternatif dengan

menambahkan faktortegangan dan

gradien frekuensi

MengaplikasikanFuzzy dalam UFLS

Dasar Teori2

IEEE paper on terms and definitions, 2004.

StandarfrekuensiJawa Bali

Dasar Teori2

Tongkat frekuensi Jawa Bali (buku aturan jaringan PLN Jawa Bali 2007)

Operasi normal, frekuensi 50 + 0,2 Hz Ekskursi, + 0,5 Hz, brown-out

Load shedding Skema A & B, frek 49,50 Hz ( 394 MW - 788 MW)

Islanding Operation, mulai 48,30 - 48,00 Hz

Load shedding tahap 1 s.d. 7, frek 49,00 s.d. 48,40 (2756 MW)

Host load unit-unit pembangkit

Df/dt, - 0,6 Hz/s, Load shedding tahap 5, 6, 7 (1181 MW) Df/dt, - 0,8 Hz/s, Load shedding tahap 5, 6, 7 + 394 MW Df/dt, - 1,0 Hz/s, Load shedding tahap 5, 6, 7 + 788 MW

50,00 50,20

51,50

49,80

49,50

49,00

48,40 48,30

48,00

47,50

Hz

Dasar Teori2

Skema pelepasan Beban Jawa Bali

TAHAP/ SKEMA

SETTING UFR (Hz)

RJKB RJBR RJTD RJTB JUMLAH (MW) KETERANGAN

Dist. Jaya Tg Dist Jabar Banten Dist

Jateng Dist. Jatim Dist. Bali

SKEMA A 49.6 119 65 67 54 80 9 394 Tunda waktu 7 menit

SKEMA B 49.6 119 65 67 54 80 9 394 Tunda waktu 9 menit

Sub Jumlah 1 238 130 134 108 160 18 788

1 49 122 66 69 55 82 0 394 Seketika

2 48.9 122 66 69 55 82 0 394 Seketika

3 48.8 122 66 69 55 82 0 394 Seketika

4 48.7 122 66 69 55 82 0 394 Seketika

5 48.6 115 63 65 52 78 22 395 Seketika

6 48.5 115 63 65 52 78 22 395 Seketika

7 48.4 115 63 65 52 78 22 395 Seketika

Sub Jumlah 2 833 453 471 376 562 66 2761

Sub Jumlah 1+2 1071 583 605 484 722 84 3549

df/dt: -0.6 49.5 345 188 194 156 233 66 1182 Target: T5+T6+T7 Seketika

df/dt: -0.8 49.5 464 252 261 209 313 76 1575 Seketika

df/dt:-1.0 49.5 583 317 328 263 393 85 1969 Seketika

Dasar Teori2

Based Rule

inference engine

Fuzzi-fication

Defuzzi-fication

berisi aturan-aturan secaralinguistik

mengambilsuatukeputusandenganmenerapkanpengetahuan(knowledge)

mengubahbesaran tegas(crisp) kebesaran fuzzy

mengubahbesaran fuzzyhasildari inference engine, menjadi besarantegas (crisp)

Fuzzy

Dasar Teori2

Metodologi3

START

Tentukan Parameter sistem:

Heq, Seq, PLi0, QLi0, Ui0

Gangguan (pembangkit lepas atau penambahan beban seketika)

PLiQLiUi

Pdef

Pshed = PLi – Pdef

fsistem > fkritis

fsistem > fkritis

Sistem Stabil

END

Ya

Ya

Tidak

Tidak

df/dt

Fuzzy Pshed

Vi (Ui)

μc (Ui)

Vmin

1

Vmax

Fuzzy Under Frequency Load Shedding

Metodologi3

Vi (Ui)

μc (Ui)

Vmin

1

Vmax

321

Menentukan nilaitegangan setelahgangguan (V).

Nilai tegangansetelahgangguandigunakansebagai masukanuntuk FDM

Setelahdidapatkannilai μc makaperlu dilakukannormalisasi

4Total dayabeban yanglepas ditiapbus

Simulasi dan Hasil4

No.Bus Nama BusTegangan Generation Load

Mag(pu) Ang(deg) P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr)

1 Bus Generator Suralaya 1.02 0 2769 1288.02 219 712 Cilegon 1.047 -0.308 - - 333 1793 Kembangan 1.005 -4.66 - - 251 364 Gandul 1.006 -4.423 - - 814 1715 Cibinong 1.007 -4.5 - - 638 3366 Cawang 1.003 -6.655 - - 720 2177 Bekasi 0.998 -6.809 - - 1126 331

8Bus Generator Muara Tawar

1 -4.149 1430 1540 - -

9 Cibatu 1.02 -4.625 - - 1152 34510 Bus Generator Cirata 1 -3.47 700 488 597 20111 Bus Generator Saguling 1 -2.902 700 440 - -12 Bandung Selatan 0.995 -2.066 - - 666 40013 Mandiracan 0.979 3.11 - - 293 6514 Ungaran 0.989 15.429 - - 485 210

15Bus Generator Tanjung Jati

1 20.657 660 385.49 - -

16 Surabaya Barat 1.039 25.991 - - 508 26517 Bus Generator Gresik 1 27.143 1839 825.01 127 9218 Depok 1.005 -4.363 - - 342 9519 Tasikmalaya 0.973 2.971 - - 199 6320 Pedan 0.973 13.293 - - 473 17121 Kediri 0.991 20.393 - - 498 12422 Bus Generator Paiton 1 30.097 2734.17 555.78 448 5523 Bus Generator Grati 1 28.246 440 302 180 13224 Ngimbang 1.019 -3.005 - - 732 28725 Balaraja 1.022 23.291 - - 264 58

Total 11272.1 5824.3 11065 3904

Aliran daya sistem Jawa-Bali 500kV padatanggal 25 Mei 2011

Simulasi dan Hasil4

Magnitude tegangan setelah pembangkit Gresik tripNo. Bus

Nama BusMagnitude Tegangan (p.u)

1 Bus Generator Suralaya 1.022 Cilegon 1.0163 Kembangan 0.9544 Gandul 0.9555 Cibinong 0.9566 Cawang 0.9557 Bekasi 0.949

8Bus Generator Muara Tawar

0.99

9 Cibatu 0.97310 Bus Generator Cirata 0.9711 Bus Generator Saguling 0.9612 Bandung Selatan 0.93413 Mandiracan 0.89614 Ungaran 0.89

15Bus Generator Tanjung Jati

1

16 Surabaya Barat 0.9617 Bus Generator Gresik 0.9718 Depok 0.95219 Tasikmalaya 0.85820 Pedan 0.85221 Kediri 0.88522 Bus Generator Paiton 123 Bus Generator Grati 0.9924 Ngimbang 0.97825 Balaraja 0.937

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2043

44

45

46

47

48

49

50

51

waktu (s)

freku

ensi

(Hz)

Respon Sistem Jamali ketika mengalami gangguan

besar laju penurunan frekuensi (df/dt)= 0.606Hz/s

Df/dt0.606Hz/s

Simulasi dan Hasil4

Bus Nama BusVoltage

PerbandinganSebelum Setelah

1Bus Generator Suralaya 1.02 1.02 12Cilegon 1.047 1.016 0.9703915953Kembangan 1.005 0.977 0.9721393034Gandul 1.006 0.978 0.9721669985Cibinong 1.007 0.98 0.9731876866Cawang 1.003 0.972 0.9690927227Bekasi 0.998 0.968 0.969939888Bus Generator Muara Tawar 1 1 19Cibatu 1.02 0.994 0.974509804

10Bus Generator Cirata 1 1 111Bus Generator Saguling 1 1 112Bandung Selatan 0.995 0.985 0.98994974913Mandiracan 0.979 0.969 0.98978549514Ungaran 0.989 0.957 0.96764408515Bus Generator Tanjung Jati 1 1 116Surabaya Barat 1.039 0.969 0.93262752617Bus Generator Gresik 1 0.967 0.96718Depok 1.005 0.978 0.97313432819Tasikmalaya 0.973 0.956 0.98252826320Pedan 0.973 0.947 0.9732785221Kediri 0.991 0.956 0.96468213922Bus Generator Paiton 1 1 123Bus Generator Grati 1 1 124Ngimbang 1.019 0.988 0.96957801825Balaraja 1.022 0.962 0.941291585

No. Bus Nama Bus Beban Awal

Beban yang dilepas Sisa Beban Pelepasan

beban PLN1 Bus Generator Suralaya 219 0 219 1002 Cilegon 333 54.1931 278.8069 1333 Kembangan 251 50.9942 200.0058 1004 Gandul 814 50.9435 763.0565 1005 Cibinong 638 49.0753 588.9247 1006 Cawang 720 56.5704 663.4296 07 Bekasi 1126 55.0199 1070.9801 1948 Bus Generator Muara Tawar 0 0 0 09 Cibatu 1152 46.6554 1105.3446 0

10 Bus Generator Cirata 597 0 597 011 Bus Generator Saguling 0 0 0 012 Bandung Selatan 666 18.3953 647.6047 013 Mandiracan 293 18.6959 274.3041 5614 Ungaran 485 59.2219 425.7781 10015 Bus Generator Tanjung Jati 0 0 0 016 Surabaya Barat 508 123.3137 384.6863 10017 Bus Generator Gresik 127 60.4008 66.5992 5018 Depok 342 49.173 292.827 019 Tasikmalaya 199 31.979 167.021 020 Pedan 473 48.9091 424.0909 021 Kediri 498 64.6433 433.3567 022 Bus Generator Paiton 448 0 448 6623 Bus Generator Grati 180 0 180 5024 Ngimbang 732 55.6822 676.3178 3325 Balaraja 264 107.4556 156.5444 0

Total 11065 1001.3216 10063.678

Simulasi dan Hasil4

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2048.5

49

49.5

50

50.5

51

waktu (s)

freku

ensi

(Hz)

Respon Sistem Jamali

besar beban yang dishedding adalah 1182 MW

Frekuensi = 49.68 Hz

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2049

49.2

49.4

49.6

49.8

50

50.2

50.4

50.6

50.8

51

waktu (s)

freku

ensi

(Hz)

Respon Sistem Jamali dengan pelepasan beban sesuai dengan metode usulan

besar beban yang dishedding adalah 1001.32 MW

Frekuensi = 49.55 Hz

Metode Total Load Shedding (MW)Fuzzy UFLS 1001.3216 MWPLN UFLS 1182 MWPersentase 15.28582064 %

Berdasarkan Buku aturanjaringan PLN Jawa-Bali tahun 2007 frekuensiaman ketika terjadi

gangguan adalah diatas49.5 Hz

Simulasi dan Hasil4

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

3029.8

6048

1472.9

7179

9067.6

3482

1293.75

ENS akibat Underfrequency Relay (MWh)

ENS akibat Underfrequency Relay (MWh)

Tahun Harga ENS akibat UFLS Standar PLN Harga ENS akibat Fuzzy UFLS Penghematan yang diperoleh

2005 Rp 1,948,161,400.00 Rp 1,650,368,942.56 Rp 297,792,457.44

2006 Rp 3,888,864,000.00 Rp 3,294,419,223.91 Rp 594,444,776.09

2007 Rp 947,074,700.00 Rp 802,306,560.00 Rp 144,768,140.00

2008 Rp 4,616,097,000.00 Rp 3,910,488,691.87 Rp 705,608,308.13

2009 Rp 5,830,466,800.00 Rp 4,939,232,102.30 Rp 891,234,697.70

2010 Rp 2,238,926,000.00 Rp 1,896,687,787.31 Rp 342,238,212.69

2011 Rp 831,881,250.00 Rp 704,721,374.16 Rp 127,159,875.84

Total Rp 20,301,471,150.00 Rp 17,198,224,682.13 Rp 3,103,246,467.87

ASUMSI TDL

Rp 643,00

Kesimpulan5

Kesimpulan1. Dari hasil simulasi pembangkit gresik trip 1839 MW akan menghasilkan laju penurunan frekuensi (df/dt). Total beban

yang perlu dilepas jika menggunakan standar PLN sebesar 1182 MW dan frekuensi sistem kembali ke angka 49.68 Hz.Sedangkan untuk metode fuzzy under frequency load shedding dengan pelepasan beban sebesar 1001.32 MW frekuensisistem akan kembali ke angka 49.55 Hz. Didapatkan selisih beban yang dilepas sebesar 15.28582064 %.

2. Gambar 4.4. menunjukan jumlah ENS sistem Jawa Bali 500 kV untuk tahun 2005 sampai tahun 2011. Dari data ENStersebut jika menggunakan metode fuzzy under frequency load shedding didapatkan penghematan sebesar Rp3,103,246,467.87.

3. Metode fuzzy under frequency load shedding memberikan pertimbangan kualitas tegangan dalam menentukan polapelepasan beban sehingga selain frekuensi sistem aman, didapatkan juga kualitas tegangan yang baik.

Saran1. fuzzy under frequency load shedding yang digunakan masih memerlukan penelitian dan pengembangan lebih lanjut untuk

lebih memperbaiki performansinya. Metode ini kedepan diharapkan dapat diterapkan secara real time pada sistem untukmenangani permasalahan stabilitas frekuensi.

2. Penelitian ini hanya menggunakan asumsi penurunan tegangan melalui analisis aliran daya, sehingga sulit mendapatkanhasil yang mendekati respon yang sebenarnya.

3. Kedepan diharapkan ada penelitian lanjutan yang menggabungkan kestabilan frekuensi,tegangan dan mempertimbangkanprioritas beban. Agar dihasilkan sistem yang handal dan memiliki selektifitas pemilihan pelepasan beban terhadap bebankrusial dan tidak boleh padam.

ReferensiDAFTAR PUSTAKA[1] Bagian Operasi Sistem dan Perencanaan Operasi P.T. PLN P3B Jawa-Bali.[2] P. M. Anderson and M. Mirheydar, “A low order system frequency response model,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 5, no. 3, pp. 720–729, Aug. 1990.[3] C. Concordia, L. H. Fink, and G. Poullikkas, “Load shedding on an isolated system,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 10, no. 3, pp. 1467–1472, Aug. 1995.[4] P. M. Anderson and M. Mirheydar, “An adaptive method for setting underfrequency load shedding relays,” IEEE Trans. Power Systems, vol. 7, no. 2, pp. 647–655, May 1992.[5] S. J. Huang and C. C. Huang, “An adaptive load shedding method with \time-based design for isolated power systems,” Int. J. Elect. Power & Energy Syst., vol. 22, no. 1, pp. 51–58, Jan. 2000.[6] R. M. Maliszewski, R. D. Dunlop, and G. L.Wilson, “Frequency actuated load shedding and restoration, part I—Philosophy,” IEEE Trans. Power App. Syst., vol. PAS-90, no. 4, pp. 1452–1459, Jul. 1971.[7] H. You, V. Vittal, J. Jung, C.-C. Liu, M. Amin, and R. Adapa, “An intelligent adaptive load shedding scheme,” in Proc. 14 th PSCC, Sevilla, Spain, Jun. 2002, pp. 24–28, Session 17 Paper 6. [8] V. V. Terzija, “Adaptive underfrequency load shedding based on the magnitude of the disturbance estimation,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 21, no. 3, pp. 1260–1266, Aug. 2006.[9] M. S. Pasand and H. Seyedi, “New centralized adaptive under frequency load shedding algorithms,” in Proc. Power Engineering—Large Engineering Systems Conf., Oct. 10–12, 2007, pp. 44–48.[10] D. Prasetijo, W. R. Lachs, and D. Sutanto, “A new load shedding scheme for limiting underfrequency,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 9, no. 3, pp. 1371–1378, Aug. 1994.[11] B. Shi, X. Xie, and Y. Han, “WAMS-based load shedding for systems suffering power deficit,” in Proc. Transmission and Distribution Conf. and Exhib.: Asia and Pacific—2005 IEEE/PES, pp. 1–6.

Referensi[12] M. Etezadi-Amoli, “On underfrequency load shedding schemes,” in Proc. Power Symp.—22nd Annu. North American Conf., Oct. 15–16, 1990, pp. 172–180.[13] A. Li and Z. Cai, “A method for frequency dynamics analysis and load shedding assessment based on the trajectory of power system simulation,” in Proc. 3rd Int. Conf. Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies (DRPT), Apr. 6–9, 2008, pp. 1335–1339.[14] J. Machowski, J. W. Bialek, and J. R. Bumby, Power System Dynamics and Stability. : Wiley, 1997.[15] J. E. Tate and T. J. Overbye, “Line outage detection using phasor angle measurements,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 23, no. 4, pp. 1644–1652, Nov. 2008.[16] H. E. Lokay, “Application of underfrequency relays for automatic load shedding,” IEEE Trans. Power App. Syst., vol. PAS-87, no. 2, pp. 776–783, Mar. 1968.[17] V. G. Chuvychin, N. S. Gurov, S. S. Venkata, and R. E. Brown, “An adaptive approach to load shedding and spinning reserve control during underfrequency conditions,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 11, no. 4, pp. 1805–1810, Nov. 1996.[18] U. Rudez, V. Azbe, and R. Mihalic, “The application of a frequency gradient for underfrequency load shedding,” Electrotech. Rev., vol. 75, no. 3, 2008.[19] Jang, J.S.R., Sun, C.T., Mizutani,E., (1997), “Neuro-Fuzzy and Soft Computing”, Prentice-Hall International, New Jersey,[20] Roger Woodman, 2005, “Fuzzy Sistems with Evolutionary Optimisation”, Bristol Robotics Laboratory[21] U. Rudez,R. Mihalic, “Analysis of Underfrequency Load Shedding Using a Frequency Gradient” ieee transactions on power delivery, vol. 26, no. 2, april 2011[22] Millano, Frederico, Chapter 6, “Power System Modelling and Scripting” spinger, London 2010.

SEKIANDAN

TERIMA KASIH