Menganalisis Keandalan Sistem Tenaga: Studi Kasus Probabilistik di Brazil

Pendahuluan

Di berbagai negara, penerapan metode probabilistik dalam sistem tenaga listrik telah mengalami peningkatan bertahap. Literatur yang ada menunjukkan bahwa pada tahun 1934 dan selanjutnya pada tahun 1947, aplikasi perintis diusulkan terkait dengan masalah perhitungan cadangan kapasitas pembangkitan. Namun, evaluasi probabilistik untuk transmisi dan apa yang disebut analisis komposit telah menunjukkan evolusi yang jauh lebih lambat.  

Di Brazil, analisis reliabilitas probabilistik mulai berkembang lebih pesat pada tahun 1982, setelah pembentukan Subkelompok Reliabilitas (SGC). Sayangnya, kegiatan ini dihentikan pada tahun 1999 sebagai akibat dari restrukturisasi sektor listrik Brazil.  

Ada beberapa faktor historis yang menyebabkan lambatnya penyebaran metodologi probabilistik ketika diterapkan pada tahap operasi atau perencanaan sistem tenaga listrik. Di antara faktor-faktor utama di Brazil, penting untuk dicatat hal-hal berikut:  

1. Tidak adanya, kualitas buruk, atau kesulitan dalam mengakses bank data statistik;
2. Kesulitan dalam menyiapkan pemrosesan komputasi yang efisien;
3. Kesulitan dalam menafsirkan hasil probabilistik, kekurangan tolok ukur probabilistik, kurangnya kriteria diagnosis, dan keengganan manajer untuk menggunakan analisis risiko sebagai alat manajemen pengambilan keputusan yang efisien;
4. Kesulitan terkait dengan terminologi, konsep dan teori, hipotesis pemodelan, dan prosedur perhitungan.  

Di Brazil, hambatan pertama mulai ditangani dengan baik pada tahun 1985, tetapi baru pada tahun 2006 hasil memuaskan pertama tercapai, yang mencerminkan kinerja statistik nyata dari sistem Brazil yang dapat digunakan untuk mendukung hasil yang berasal dari perhitungan numerik reliabilitas. Hambatan kedua telah diatasi selama bertahun-tahun. Hasilnya, saat ini ada program komputasi di Brazil yang memungkinkan evaluasi probabilistik realistis dari seluruh sistem pembangkitan dan transmisi Brazil yang sebenarnya.  

Hambatan ketiga juga sedang diatasi, karena semakin banyak perusahaan Brazil yang baru-baru ini mengadopsi analisis reliabilitas kecukupan standar sebagai prosedur rutin internal. Selain itu, pusat penelitian Brazil, lembaga pemerintah, dan beberapa universitas nasional juga telah mendorong kegiatan penelitian dan pengembangan terkait reliabilitas. Sebagian besar aplikasi melibatkan horison perencanaan jangka menengah dan panjang (dua hingga 15 tahun ke depan). Meskipun demikian, analisis reliabilitas probabilistik jangka pendek pertama, yang berfokus pada operasi listrik, baru-baru ini dilakukan.  

Penting juga untuk menekankan bahwa meningkatnya apresiasi dan penerimaan analisis risiko probabilistik oleh staf eksekutif utilitas Brazil disebabkan oleh meningkatnya pemahaman tentang hubungan yang jelas antara biaya gangguan listrik dan perkiraan energi yang tidak tersalurkan.

Akhirnya, terkait dengan hambatan keempat, hambatan ini sebagian telah dinetralisir dengan bantuan difusi teknis yang diberikan oleh para spesialis terkenal yang tinggal atau mengunjungi negara tersebut (misalnya, Prof. R. Billinton, Prof. R.N. Allan, Prof. C. Singh, Prof. J. Endrényi, Dr. Anders, dan Mr. D. Reppen), serta penyelenggaraan lima seminar reliabilitas nasional (SECON) dan satu kongres reliabilitas internasional (PMAPS ke-4). Semua kegiatan ini, yang diadakan antara tahun 1982 dan 2008, merupakan langkah kumulatif yang akhirnya mengarah pada penetapan prosedur, yang akhirnya disetujui oleh badan regulasi kelistrikan Brasil (ANEEL), yang akan dijelaskan dalam makalah ini. Prosedur-prosedur ini dengan setia mencerminkan praktik-praktik saat ini yang dilakukan oleh operator sistem listrik independen di Brazil. Diharapkan bahwa pedoman ini akan membantu dalam studi perbandingan praktik yang diadopsi oleh perusahaan lain di Brazil, dan di luar negeri.  

Tipologi Studi dan Premis

Studi reliabilitas mencakup berbagai kemungkinan yang menunjukkan perlunya proposal taksonomi yang bertujuan untuk membentuk pemahaman yang lebih baik tentang hasil yang diperoleh. Kegiatan ini merupakan bagian dari proses pemantauan reliabilitas yang saat ini digunakan dalam analisis reliabilitas prediktif yang dilakukan di Brazil. Tipologi yang digunakan mencakup dua kategori utama: 1) studi reguler - dilakukan secara rutin setiap tahun; dan 2) studi khusus yang dilakukan sebagai hasil dari permintaan ad-hoc.  

• Studi Reguler

Studi reguler tidak mencakup pemodelan ketidakpastian dalam sistem pembangkitan. Namun, mereka mencakup tiga subtipe:  

1. Studi Referensi: Berkaitan dengan pengukuran tingkat reliabilitas probabilistik yang diprediksi dalam situasi kontingensi tunggal, melalui proses enumerasi hanya sistem transmisi, yang mewakili jaringan transmisi utama, termasuk saluran transmisi 765 kV. Semua komponen ini (803 TL + 844 NT dan BT = total 1647 cabang, pada Desember 2006) tunduk pada ketidakpastian yang melekat pada sistem transmisi. Dalam studi ini, hanya tingkat beban berat (diperkirakan untuk rangkaian topologi sekuensial yang ditetapkan dalam rencana ekspansi dan penguatan untuk MTN) yang dievaluasi. Untuk setiap topologi dan beban yang diberikan, titik operasi disesuaikan dalam kriteria kecukupan yang diperlukan (tanpa kelebihan beban dan tanpa pelanggaran tegangan atau reaktif). Tujuan dari studi tersebut adalah untuk menganalisis evolusi temporal risiko kecukupan global di jaringan transmisi utama Brazil. Studi referensi akan dirujuk di seluruh makalah ini.  
2. Studi Tegangan Regional: Berkaitan dengan pengukuran tingkat reliabilitas probabilistik yang diprediksi dalam situasi kontingensi tunggal, dengan enumerasi, hanya subsistem transmisi (saluran, NT, BT) yang terletak di wilayah Utara, Timur Laut, Tenggara, Tengah-Barat, dan Selatan Brazil, yang mewakili tingkat tegangan tertentu (230, 345, 440, 500, 525, dan 765 kV). Tujuan dari studi ini adalah untuk mengidentifikasi dan membandingkan kelemahan regional.  
3. Studi Kelas Elemen: Berkaitan dengan pengukuran tingkat reliabilitas probabilistik yang diprediksi, menggunakan enumerasi tunggal, dari tiga set terpisah: hanya saluran transmisi; hanya transformator jaringan, hanya transformator perbatasan. Tujuan dari studi ini adalah untuk mengidentifikasi tingkat tanggung jawab dari berbagai kelas elemen (TL, NT, BT) dalam totalitas risiko transmisi massal.  

• Studi Khusus

Setiap saat, studi yang dianggap khusus dapat mengambil karakter reguler, sesuai dengan kenyamanan manajemen. Beberapa contoh dari jenis studi ini adalah sebagai berikut:  

1. Studi Transmisi Dengan Ruang Probabilistik yang Identik Dengan yang Diadopsi oleh Studi Referensi: (yaitu, tanpa ketidakpastian dalam pembangkitan) dan dengan aspek pengkondisian tambahan berikut: evaluasi identik (enumerasi tunggal) dalam kaitannya dengan item 1), tetapi berfokus, secara terpisah, pada tingkat beban menengah dan ringan; evaluasi identik (enumerasi tunggal) dalam kaitannya dengan item 1), tetapi berfokus pada kombinasi semua tingkat beban, ditimbang oleh probabilitas masing-masing; evaluasi identik (enumerasi tunggal) dalam kaitannya dengan item 1), tetapi mencakup hanya sebagian dari MTN yang terkait dengan masing-masing negara bagian Brazil; evaluasi item 1), tetapi melalui simulasi Monte Carlo.  
2. Studi Transmisi Dengan Ruang Probabilistik yang Diperluas: Dalam kaitannya dengan yang diadopsi dalam studi referensi, tanpa ketidakpastian dalam pembangkitan dan dengan aspek pengkondisian tambahan berikut: evaluasi serupa dengan item 1), tetapi juga mewakili ketidakpastian non-MTN (sebagian dari topologi yang tidak dianggap sebagai bagian dari MTN). Evaluasi ini dilakukan dengan enumerasi tunggal dari semua ruang keadaan dan juga secara terpisah, dibedakan oleh segmen yang merupakan MTN dan non-MTN; evaluasi item sebelumnya melalui simulasi Monte Carlo; evaluasi serupa dari item 1), tetapi mewakili ketidakpastian hanya dalam non-MTN (enumerasi tunggal); evaluasi item sebelumnya melalui simulasi Monte Carlo.  
3. Studi Khusus Dengan Ruang Probabilistik yang Diperluas: Dalam kaitannya dengan yang diadopsi dalam studi referensi tetapi sekarang dengan ketidakpastian juga dalam pembangkitan (reliabilitas komposit klasik): evaluasi serupa dengan item 1), dengan mempertimbangkan baik MTN dan ketidakpastian sistem pembangkitan (satu enumerasi tunggal sistem penuh dan dua enumerasi parsial, yang pertama merinci hanya MTN dan yang lainnya hanya berfokus pada taman pembangkitan); evaluasi item sebelumnya melalui simulasi Monte Carlo; evaluasi serupa dengan item 1), dengan ketidakpastian di jaringan transmisi utama dan non-utama ditambah sistem pembangkitan (satu enumerasi tunggal sistem penuh dan tiga enumerasi parsial tambahan yang merinci transmisi utama, transmisi non-utama, dan taman generator); evaluasi item sebelumnya melalui simulasi Monte Carlo.  
4. Studi Khusus Umum: Mempertimbangkan aspek khusus lain yang tidak ditangani dalam evaluasi sebelumnya.  

• C. Lingkup Temporal

Studi referensi hanya berfokus pada evolusi topologi tahunan jaringan listrik Brazil dalam rezim beban berat dan untuk skenario pengiriman yang digunakan dalam memperoleh masing-masing kasus referensi aktual. Karakterisasi skenario pengiriman tertentu diuraikan untuk menentukan deskripsi aliran energi melalui interkoneksi wilayah listrik yang telah ditentukan sebelumnya.

• D. Mode Kegagalan

Saat ini, studi reliabilitas probabilistik yang dilakukan di Brazil hanya mempertimbangkan dua jenis mode kegagalan: 1) kontinuitas; dan 2) kecukupan. Yang pertama diakui sebagai tidak adanya tegangan pada titik pengukuran, kurangnya kontinuitas pasokan, pembentukan pulau, adanya defisit pembangkitan, dll. Yang kedua menunjukkan terjadinya kelebihan beban di sirkuit, pelanggaran tegangan, pelanggaran batas pembangkitan daya reaktif, pelanggaran daya aktif pada bus ayun, pelanggaran batas pertukaran maksimum yang diizinkan antar wilayah, dll. Mode kegagalan keamanan, yang terkait dengan fenomena dinamis, masih belum ditangani secara teratur oleh perusahaan-perusahaan di Brazil.  

• E. Indeks Reliabilitas

Severity (SEV), diukur dalam sistem-menit, adalah salah satu indeks reliabilitas probabilistik paling populer yang digunakan oleh perusahaan-perusahaan di Brazil. Indeks primer tradisional lainnya juga dihitung di bawah berbagai agregasi spasial seperti: loss of load probability (LOLP), expected demand not supplied (EDNS), dan loss of load frequency (LOLF). Indeks sekunder tambahan seperti loss of energy expectation (LOEE), loss of load expectation (LOLE), dan loss of load duration (LOLD) juga diperoleh. Indeks probabilitas masalah sistem (SPP) adalah hasil langsung dari perhitungan mode kegagalan yang terjadi, sebelum penerapan tindakan perbaikan. Cukup umum juga untuk menggunakan perhitungan perkiraan biaya gangguan yang terkait dengan ekspektasi.  

Sumber:

Transaksi IEEE pada sistem tenaga, VOL.23,NO.30,Agustus 2008¹