TUGAS AKHIR PENGARUH DISTRIBUTED GENERATION TERHADAP STABILITAS TRANSIEN PADA SISTEM DISTRIBUSI (STUDI KASUS: PENYULANG TL 2 GI TELE)

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR PENGARUH DISTRIBUTED GENERATION TERHADAP STABILITAS TRANSIEN PADA SISTEM DISTRIBUSI (STUDI KASUS: PENYULANG TL 2 GI TELE) Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan dalam Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik Oleh: MAHATIR MUHAMMAD NIM: DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017

2

3

4 ABSTRAK Penyulang TL 2 GI Tele pada jaringan distribusi listrik 20 kv terhubung dengan PLTMH Aek silang dan PLTMH Aek Sibundong dengan kapasitas masing-masing 750 kw. Distributed Generation (DG) dengan kapasitas yang kecil, akan mempengaruhi kestabilan sistem distribusi listrik. Begitu juga Distributed Generation (DG) yang mempunyai jumlah kapasitas yang besar mungkin dapat memberikan pengaruh lebih terhadap kestabilan sistem distribusi listrik. Untuk itu studi dan simulasi terhadap kestabilan sistem distribusi listrik dilakukan di penyulang TL 2 GI Tele dengan skenario gangguan hubung singkat 3 fasa dan pelepasan beban dengan kondisi terhubung satu DG dan kondisi terhubung dua DG. Pada saat kondisi yang hanya terhubung satu DG yaitu DG Aek Silang, sistem dapat kembali stabil setelah gangguan terjadi. Saat sistem terhubung DG Aek Sibundong nilai kestabilan sudut rotor lebih rendah, tegangan lebih tinggi dengan frekuensi tetap dan waktu mencapai kestabilan lebih cepat daripada terhubung DG Aek Silang. Nilai kestabilan sudut rotor, tegangan dengan frekuensi tetap saat terhubung dua DG yaitu DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong lebih tinggi dan waktu mencapai kestabilan lebih cepat daripada terhubung satu DG. Kata Kunci : Distributed Generation (DG), kestabilan sudut rotor, kestabilan tegangan, kestabilan frekuensi. i

5 KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan ridha-nya Tugas Akhir ini dapat disusun dan diselesaikan oleh penulis. Tidak lupa juga shalawat beriring salam penulis kirimkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro,. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah : PENGARUH DISTRIBUTED GENERATION TERHADAP STABILITAS TRANSIEN PADA SISTEM DISTRIBUSI (STUDI KASUS: PENYULANG TL 2 GI TELE ) Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda (Gozali Lubis), Ibunda (Ummi Kalsum Nasution) serta abang, kakak dan adik tersayang (M.Zuhdi, Ahmad Riyadi, M.Fadli, Miswari, Rahma Wati, M.Nawi, Rizka Nauli, Maulana M Zein) yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis selama masa studi hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini. Selama masa kuliah hingga penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis juga banyak mendapatkan dukungan, bimbingan maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang mendalam kepada: 1. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir serta Kepala Laboratorium Transmisi dan Distribusi yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Riswan Dinzi M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini dan telah memberikan banyak motivasi selama masa perkuliahan. ii

6 3. Bapak Ir. Syahrawardi, selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini dan telah memberikan banyak motivasi selama masa perkuliahan. 4. Bapak Fahmi, S.T., M.T., selaku Dosen Wali yang telah banyak memberikan bantuan dan bimbingan selama perkuliahan. 5. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada penulis. 6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro yang telah membantu proses administrasi penulis selama perkuliahan. 7. Rekan sesama asisten Lab. Transmisi dan Distribusi Muhammad Arif, Yudi Iriandi Pasaribu, dan Riovan Sipahutar. 8. Rekan sesama asisten Lab. Elektronika Dasar Guntur Gusmao lintang, Muhammad Antan Wisuga, Leily Handayani Utami, M.Kennedy Ginting, Sudarmin Pasaribu dan Bobby B Kewas. 9. Teman-teman anggota Apartment 57 Kapten Lipi, Rasyid, Gading, Arif, Royan, Syahrul, Kennedy, Ipan, Habib, Padlan, Gansyar, Yudha, Ardi, Ezzy, Iqbal dan Marguna. 10. Teman-teman se-angkatan Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior. 12. Semua pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini masih belum sempurna karena masih terdapat banyak kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi kita semua. Medan, Januari 2017 Penulis Mahatir Muhammad NIM : iii

7 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... ix BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Batasan Masalah Manfaat dan Kegunaan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Sistem Distribusi Listrik Distributed Generation Stabilitas Sistem Tenaga Listrik Klasifikasi Stabilitas Sistem Tenaga Listrik Stabilitas Sudut Rotor Stabilitas Frekuensi Stabilitas Tegangan BAB III METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Bahan dan Peralatan Pelaksanaan Penelitian iv

8 3.4 Variabel yang Diamati Prosedur Penelitian BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Kondisi Sistem Distribusi Listrik Saat Terjadi Gangguan Hubung Singkat 3 fasa Terhubung DG Aek Silang Kondisi Sistem Distribusi Listrik Saat Terjadi Gangguan Hubung Singkat 3 fasa Terhubung DG Aek Sibundong Kondisi Sistem Distribusi Listrik Saat Terjadi Gangguan Hubung Singkat 3 fasa Terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong Perbandingan Sudut Rotor, Tegangan dan Frekuensi Pada Kondisi 1, 2 dan Kondisi Sistem Distribusi Listrik Saat Terjadi Gangguan Pelepasan Beban Terhubung DG Aek Silang Kondisi Sistem Distribusi Listrik Saat Terjadi Gangguan Pelepasan Beban Terhubung DG Aek Sibundong Kondisi Sistem Distribusi Listrik Saat Terjadi Gangguan Pelepasan Beban Terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong Perbandingan Sudut Rotor, Tegangan dan Frekuensi Pada Kondisi 4, 5 dan BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA...63 LAMPIRAN...64 v

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Sistem Distribusi Tenaga Listrik... 5 Gambar 2.2 Jaringan Distribusi Radial... 6 Gambar 2.3 Struktur Sistem Kelistrikan Konvensional Dan Sistem Kelistrikan Dengan DG... 8 Gambar 2.4 Klasifikasi Stabilitas Sistem Tenaga Listrik Gambar 2.5 Grafik Osilasi Stabilitas Kecepatan Rotor Gambar 2.6 Model Dinamis Generator Gambar 2.7 Respons Governor Terhadap Perubahan Beban Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Gambar 4.1 Grafik sudut rotor DG Aek Silang saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang Gambar 4.2 Grafik tegangan bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang Gambar 4.3 Grafik frekuensi bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang Gambar 4.4 Grafik sudut rotor DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Sibundong Gambar 4.5 Grafik tegangan bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Sibundong Gambar 4.6 Grafik frekuensi bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Sibundong Gambar 4.7 Grafik sudut rotor DG Aek Silang (a) dan DG Aek Sibundong (b) saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong Gambar 4.8 Grafik tegangan bus DG Aek Silang (a) dan bus DG Aek Sibundong (b) saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong vi

10 Gambar 4.9 Grafik frekuensi bus DG Aek Silang (a) dan bus DG Aek Sibundong (b) saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong Gambar 4.10 Grafik sudut rotor DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong pada kondisi 1 (a), 2 (b), dan 3 (c dan d) Gambar 4.11 Grafik tegangan bus DG Aek Silang dan bus DG Aek Sibundong pada kondisi 1 (a), 2 (b), dan 3 (c dan d) Gambar 4.12 Grafik frekuensi bus DG Aek Silang dan bus DG Aek Sibundong pada kondisi 1 (a), 2 (b), dan 3 (c dan d) Gambar 4.13 Grafik sudut rotor DG Aek Silang saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang Gambar 4.14 Grafik tegangan bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang Gambar 4.15 Grafik frekuensi bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang Gambar 4.16 Grafik sudut rotor DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Sibundong Gambar 4.17 Grafik tegangan bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Sibundong Gambar 4.18 Grafik frekuensi bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Sibundong Gambar 4.19 Grafik sudut rotor DG Aek Silang (a) dan DG Aek Sibundong (b) saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong Gambar 4.20 Grafik tegangan bus DG Aek Silang (a) dan bus DG Aek Sibundong (b) saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong Gambar 4.21 Grafik frekuensi bus DG Aek Silang (a) dan bus DG Aek Sibundong (b) saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong vii

11 Gambar 4.22 Grafik sudut rotor DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong pada kondisi 4 (a), 5 (b), dan 6 (c dan d) Gambar 4.23 Grafik tegangan bus DG Aek Silang dan bus DG Aek Sibundong pada kondisi 4 (a), 5 (b), dan 6 (c dan d) Gambar 4.24 Grafik frekuensi bus DG Aek Silang dan bus DG Aek Sibundong pada kondisi 4 (a), 5 (b), dan 6 (c dan d) viii

12 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Skenario kondisi sistem distribusi listrik Tabel 4.2 Detail aksi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang Tabel 4.3 Stabilitas Sudut Rotor DG Aek Silang saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang Tabel 4.4 Stabilitas Tegangan Bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang Tabel 4.5 Stabilitas Frekuensi Bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang Tabel 4.6 Detail aksi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Sibundong Tabel 4.7 Stabilitas Sudut Rotor DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Sibundong Tabel 4.8 Stabilitas Tegangan Bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Sibundong Tabel 4.9 Stabilitas Frekuensi Bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Sibundong Tabel 4.10 Detail aksi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong Tabel 4.11 Stabilitas Sudut Rotor DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong Tabel 4.12 Stabilitas Tegangan Bus DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong Tabel 4.13 Stabilitas Frekuensi Bus DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong ix

13 Tabel 4.14 Perbandingan stabilitas sudut rotor DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong pada kondisi 1, 2 dan Tabel 4.15 Perbandingan stabilitas tegangan bus DG Aek Silang dan bus DG Aek Sibundong pada kondisi 1, 2 dan Tabel 4.16 Perbandingan stabilitas frekuensi bus DG Aek Silang dan bus DG Aek Sibundong pada kondisi 1, 2 dan Tabel 4.17 Detail aksi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang Tabel 4.18 Stabilitas Sudut Rotor DG Aek Silang saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang Tabel 4.19 Stabilitas Tegangan Bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang Tabel 4.20 Stabilitas Frekuensi Bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang Tabel 4.21 Detail aksi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Sibundong Tabel 4.22 Stabilitas Sudut Rotor DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Sibundong Tabel 4.23 Stabilitas Tegangan Bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Sibundong Tabel 4.24 Stabilitas Frekuensi Bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Sibundong Tabel 4.25 Detail aksi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong Tabel 4.26 Stabilitas Sudut Rotor DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong Tabel 4.27 Stabilitas Tegangan Bus DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong x

14 Tabel 4.28 Stabilitas Frekuensi Bus DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong Tabel 4.29 Perbandingan stabilitas sudut rotor DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong pada kondisi 4, 5, dan Tabel 4.30 Perbandingan stabilitas tegangan bus DG Aek Silang dan bus DG Aek Sibundong pada kondisi 4, 5, dan Tabel 4.31 Perbandingan stabilitas frekuensi bus DG Aek Silang dan bus DG Aek Sibundong pada kondisi 4, 5, dan xi