Paper ID: 130. Perth Western Australia 6845, 1) 2)

Transkripsi

1 Paper ID: 130 Desain Analog Prototype Model of Static Syncronous Compensator (STATCOM) Pada Single Machine Infinite Bus (SMIB) Menggunakan Deferential Evolution (DE) Rodhi Kelvianto 1) Herlambang Setiadi 2) Imam Robandi 3) 13) Jurusan Teknik Elektro ITS, Surabaya 60111, 2) Curtin University of Technology, Perth Western Australia 6845, 1) 2) Abstrak Dalam makalah ini dibahas tentang koordinasi Static Synchronous Compensator (STATCOM) pada Single Machine Infinite Bus (SMIB). Agar diperoleh koordinasi yang optimal, parameter STATCOM dioptimisasi menggunakan Deferential Evolutionary (DE). Dari simulasi yang dilakukan terlihat bahwa parameter STATCOM yang dioptimisasi menggunakan DE dapat mempercepat time settling dari frekuensi plant tersebut. Pada beban 0.01 pu untuk SMIB tanpa kontroler diperoleh overshoot pu dan time settling 16.5 detik. Untuk SMIB dengan STATCOM konvensional diperoleh overshoot pu dan time settling detik. Untuk SMIB dengan STATCOM yang dioptimisasi menggunakan DE diperoleh overshoot pu dan time settling detik. Kemudian pada beban 0.05 pu untuk SMIB tanpa kontroler diperoleh overshoot pu dan time settling detik. Untuk SMIB dengan STATCOM konvensional diperoleh overshoot pu dan time settling detik. Untuk SMIB dengan STATCOM yang dioptimisasi menggunakan DE diperoleh overshoot pu dan time settling detik Kata Kunci: SMIB, STATCOM, DE 1. PENDAHULUAN Perkembangan pesat teknologi menyebabkan meningkatnya jumlah konsumsi energi listrik. Listrik yang disuplai ke konsumen tidak hanya harus baik dalam kuantitas, tetapi juga harus baik dalam kualitas. Oleh sebab itu kehandalan stabilitas tenaga listrik sangat diperlukan. Kestabilan sistem tenaga listrik harus dipertahankan dengan baik. Kestabilan sistem tenaga listrik selalu terganggu oleh berbagai macam gangguan, diantaranya gangguan yang bersifat transien dan bersifat dinamik. Penyebab gangguan adalah gangguan besar sedangkan penyebab gangguan dinamik adalah perubahan kecil seperti perubahan beban. Jika suatu waktu terjadi perubahan beban secara tiba-tiba maka hal ini menyebabkan terganggunya stabilitas sistem. Perubahan daya pembangkitan menyebabkan deviasi frekuensi pada sistem. Oleh karena itu untuk mengatasi gangguan ini, pada unit generator tidak bisa hanya mengandalkan governor sebagai kontrol kecepatan, tetapi juga harus dibantu oleh kontroler tambahan. Fungsi utama kontrol tambahan yaitu mengembalikan nilai deviasi frekuensi menjadi nilai referensi jika terjadi gangguan[1]. Dalam paper ini dijelaskan tentang Desain Static Syncronous Compensator (STATCOM) pada Single Machine Infinite Bus (SMIB) menggunakan Deferensial Evolutionary (DE), dimana model linier dari mesin sinkron yang terhubung ke bus infinite (SMIB) di kontrol dengan Static Syncronous Compensator (STATCOM) yang di optimasi menggunakan Artificial Intelegent (AI) Deferensial Evolutionary (DE). 2. DASAR TEORI 2.1. SMIB Single Machine Infinite Bus (SMIB) merupakan sebuah sistem satu mesin yang menyalurkan daya ke bus tidak terhingga[2]. Disebut tidak terhingga karena jarak antara mesin dengan beban dianggap sangat jauh melalui saluran transmisi dengan ikatan variabel yang lemah sehingga tegangan di bus yang tidak terhingga dapat di asumsikan sebagai harga yang tidak terusik[2]. Pada sistem ini sebuah generator direpresentasikan dengan mesin tunggal (single machine) untuk mewakili sebuah pembangkit tenaga listrik yang terdiri dari beberapa generator[2]. Generator dihubungkan dengan saluran ganda melalui transformator. Dengan sumber tegangan tetap, saluran transmisi dihubugkan dengan sebuah bus. Magnitude frekuensi dan fase tegangan diasumsikan tidak berubah dengan perubahan beban[2]. Dalam paper ini yang digunakan yaitu SMIB model Haadi Sadat yang dapat dilihat pada gambar 3 di bawah ini. 128

2 1.1 Blok STATCOM Washout Filter (1) (2) stw 1 st W Gambar 3 : Diagram Blok Washout Filter Gambar 1 : SMIB Hadit Saadat Model[3] 2.2. Static Syncronous Compensator Flexible Alternating Current Tranmission Systems (FACTS) devices jenis Static Syncronous Compensator (STATCOM) merupakan perangkat elektronik yang berbasis syncronous voltage generator. Dengan mengontrol/mengatur magnitude dari tegangan STATCOM, daya reaktif bergantian diantara STATCOM dan saluran transmisi. Meskipun begitu, nilai shunt compensator di sistem tenaga dapat di control. 1.2 Blok STATCOM Amplifier skb 1 sk Gambar 4 : Diagram Blok Amplifier (3) (4) 1.3 Blok STATCOM Phase Compensator (5) B (6) 1 st 1 st st 1 st 3 4 (a) I V Gambar 2 : STATCOM system: (a) VSC connected to the AC network via a shunt-connected transformer; (b) STATCOM schematic representation [7] Pada paper ini, model STATCOM akan dikonversikan menjadi rangkaian listrik dengan menggunakan amplifier. Setelah itu, setiap diagram block akan dikonversikan menjadi tiap parameter yang direpresentasikan. Blok akan dibagi menjadi 3 bagian yaitu parameter blok, 1/s parameter blok, dan blok penjumlahan[4]. 1. Parameter blok Untuk mengkonversi ke dalam sebuah rangkaian penguat opersional sebuah blok diagram, kita akan melakukan pemecahan blok diagram sehingga terdiri dari blok-blok parameter, 1/s, dan penjumlah secara terpisah. Pemecahan blok ini tidak dilakukan jika blok telah terdiri dari satu blok parameter, seperti blok gain[4]. node (b) V E V ref ω ref V DC. Gambar 5 : Diagram Blok Phase Compensator 2. 1/s Blok Parameter Rangkaian analog dari sebuah parameter 1/s dinyatakan dalam bentuk rangkaian integrator penguat operasional. Untuk mendapatkan nilai s = 1detik maka melalui asumsi t=rc maka nilai R = 1 KΩ dan nilai C = 1000 μf. Rangkaian integrator ini ditambah dengan rangkaian penguatan terbalik karena bersifat penguatan terbalik seperti terlihat pada Gambar 6[4]. Gambar 6 : 1/s Parameter Analog Circuit 3. Blok Penjumlahan Terdapat dua jenis rangkaian penjumlahan yang dipakai dalam pembahasan kali ini yaitu penjumlahan positif-positif dan penjumlahan positif-negatif. 129

3 R3 +12V in - +12V 1 kω - + out + n -12V -12V Gambar 7 : Positive-negative Summation Circuit pada persamaan 4 di bawah ini. Dimana trial vector, u i,g, memiliki nilai objective fuction sama atau lebih kecil dari pada targer vector x i,g, maka ia mengganti target vector pada pembangkitan atau iterasi berikutnya. Sebaliknya, jika trial vector u i,g, memiliki nilai objective function yang lebih besar dibanding target vektor x i,g, maka target vektor tetap menjadi anggota pada pembangkitan atau iterasi selanjutnya. Proses seleksi pada DE diilustrasikan pada gambar 5 di bawah ini[5]. (4) Gambar 8 : Positive-Positive Summation Circuit 2.3. Deferetial Evolution Deferensial Evolutionary Algorthm (DE) merupakan algoritma pencarian yang berbasis populasi yang menggunakan siklus perulangan dari rekombinasi dan seleksi menggiring populasi menuju nilai optimum global. Metode ini pertama kali diperkenalkan oleh Storn dan Prince pada tahun 1995[5]. 1. Inisialisasi Dalam Defferensial Evolution penginisialisasian dilakukan secara random (acak) dan memiliki batasanbatasan yaitu batas atas dan bawah. Persamaan inisialisasi dalam DE dapat dinyatakan dalam persamaan 1 di bawah ini[5]. (7) 2. Mutasi Persamaan mutasi dalam Defferensial Evolution (DE) dapat dinyatakan pada persamaan 2 di bawah ini[5]. (2) 3. Crossover Dalam Defferensial Evolution(DE) crossover berfungsi untuk melengkapi strategi pencarian mutasi differensial. Crossover bertujuan untuk membentuk trial vector dari nilai paramater yang akan di gandakan dari dua vektor berbeda, yaitu vektor awal dengan vektor mutant. Persamaaanya dapat dinyatakan pada persamaan 3 di bawah ini[5]. Gambar 9 : Proses seleksi pada DE 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam paper ini ditunjukkan bahwa SMIB di koordinasikan dengan STATCOM. Untuk mendapatkan koordinasi yang maksimal parameter pada STATCOM yaitu Tw, Kb, Tb, T1, T2, T3, T4 di optimasi dengan menggunakan DE. Plant dari SMIB yang di koordinasikan dengan menggunakan STATCOM di simulasikan di simulink, dan DE di simulasikan dengan M-file yang terdapat pada sofwere MATLAB, gangguan (noise) yang diberikan bernilai 0.01 pu dan 0.05 pu. Parameter terbaik ditunjukkan pada tabel 1 dan gambar 10 menunjukkan grafik konvergensinya. (3) 4. Seleksi Pada Differensial Evolution ada yang dinamakan seleksi yang berguna dalam menentukan vector yang akan menjadi anggota populasi untuk iterasi selanjutnya. Persamaan dari seleksi ini dapat dilihat Gambar 10 : Grafik Konvergensi DE 130

4 Tabel 1: Nilai Parameter STATCOM Keterangan Nilai Tw Kb Tb T T T T Parameter Overshoot (pu) Time Settling (detik) Tabel 3: Hasil Simulasi Tanpa STATCOM STATCOM Kontroler Konvensional DE Tabel 2 di bawah ini menunjukan perbandingan nilainilai parameter dari SMIB yang tidak di control, SMIB yang di control dengan STATCOM, dan SMIB yang di optimasikan menggunakan Defferensial Evolution (DE) dan pada gambar 11 menunjukan grafik frekuensi dari SMIB yang tidak di control, SMIB yang di control menggunakan STATCOM, dan SMIB yang di control dengan STATCOM yang di optimasi menggunakan Defferensial Evolution (DE) dengan gangguan sebesar 0.01 pu. Tabel 2: Hasil Simulasi Gambar 12 : Perbandingan Hasil Respon Frekuensi dengan perubahan beban 0.05 pu. Parameter Overshoot (pu) Time Settling (detik) Tanpa Kontroler STATCOM Konvensional STATCOM DE KESIMPULAN Dari hasil simulasi didapatkan bahwa mengontrol SMIB menggunakan STATCOM dan di optimasi dengan DE memberikan hasil yang optimal dan dapat mengurangi osilasi pada sistem tersebut. Dan hasil dari SMIB yang di control dengan STATCOM dan di optimasikan menggunakan DE dengan perubahan beban 0.01 pu didapatkan overshoot frekuensi bernilai pu dan time settling frekuensi bernilai detik sedangkan pada perubahan beban 0.05 pu didapatkan overshoot frekuensi bernilai pu dan time settling frekuensi bernilai detik Dengan demikian terlihat bahwa SMIB yang di controler dengan STATCOM dan di optimasi dengan DE memiliki performa yang lebih baik. DAFTAR REFERENSI Gambar 11 : Perbandingan Hasil Respon Frekuensi dengan perubahan beban 0.01 pu. Dalam tabel 3 di bawah ini menunjukan perbandingan nilai-nilai parameter dari SMIB yang tidak di control, SMIB yang di control dengan STATCOM, dan SMIB yang di optimasikan menggunakan Defferensial Evolution (DE) dan pada gambar 12 menunjukan grafik frekuensi dari SMIB yang tidak di control, SMIB yang di control menggunakan STATCOM, dan SMIB yang di control dengan STATCOM yang di optimasi menggunakan Defferensial Evolution (DE) dengan gangguan sebesar 0.05 pu. [1] Mochamad Avid Fassamsi, Optimal Tunning PID Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) Menggunakan Imperialist Competitive Algorithm (ICA) Untuk Meredam Osilasi Daya Pada Sistem Kelistrikan Jawa Bali 500 kv, Tugas Akhir, Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia 2010 [2] K.K Wendy, Z.A.M. Benie, As adi, A. Musyafa, and R. Imam. Optimization of Capacitive Energy Storage (CES) for Improved Transient Stability on Single Machine Infinite Bus (SMIB) using Differential Evolution Algorithm presented at APTECS, Surabaya, Indonesia, [3] Hadi Saadat, Power System Analysis 2nd Edition, McGrowHill,

5 [4] Akbar Swandaru, Soedibyo, Ardyono Priyadi Imam Robandi Optimum Coordination of Capasitive Energy Storage and Analog Prototype Model of STATCOM in Multimachine power System Using ICA, Proceedings of Internasional Seminar on Applied Technology, Science, and Arts(3rd APTECS), Surabaya, 6 Dec. 2011, ISSN [5] AM Benie Zakariya, Desain Optimal PI pada Doublu FED Induction Generator (DFIG) menggunakan Diferential Evolutionary, Tugas Akhir, Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia