Analisis Implementasi Static Synchronous Compensator (STATCOM) pada Saluran Transmisi 150 kv

Transkripsi

1 Jurnal Sans, Teknolog dan Industr, Vol. 12, No. 2, Jun 2015, pp Analss Implementas Statc Synchronous Compensator (STATCOM) pada Saluran Transms 150 kv Muammar Zanuddn 1, Frengk Eka Putra Surusa 2 1, 2 Jurusan Teknk Elektro, Fakultas Teknk, Unverstas Ichsan Gorontalo Jl. Raden Saleh No. 17 Kota Gorontalo Provns Gorontalo Emal: 1 muammarzanuddn@gmal.com, 2 kk.alaska@gmal.com (Receved: 10 Aprl 2015; Revsed: 25 Jun 2015; Accepted: 27 Jun 2015) ABSTRAK Perkembangan beban lstrk perumahan dan ndustr menad penyebab tnggnya gangguan hubung sngkat. Sebuah solus dengan melakukan kendal daya aktf dan reaktf melalu peralatan elektronka daya Statc Synchronous Compensator (STATCOM). Sstem yang du adalah saluran transms 150 kv sstem Gorontalo. Peneltan n dlakukan dengan melakukan analss alran daya menggunakan metode Newton-Raphson untuk mengetahu profl alran daya aktf (P), reaktf (Q), sudut fasa dan profl tegangan V. Saluran yang memlk losses daya aktf, reaktf, dan drop tegangan tngg dserta beban yang cukup tngg menad ruukan pemasangan peralatan STATCOM. Respon sstem pada saat gangguan hubung sngkat menunukkan tngkat stabltas tegangan. Hasl analss mplementas STATCOM menunukkan respon sstem dapat menakkan level tegangan sstem dar drop 8% menad drop 1% dar tegangan nomnalnya. Penurunan rug-rug daya aktf sebesar 3,05% menad 2,86% dan daya reaktf sebesar 57,43% menad 53,90%. Respon stabltas tegangan akbat gangguan hubung sngkat 3 phasa menunukkan waktu pemulhan gangguan lebh cepat setelah mplementas STATCOM. Oslas tegangan terad lebh pendek ka dbandngkan pada sstem sebelum adanya STATCOM. Hasl analss saluran transms 150 kv setelah mplementas STATCOM menunukkan STATCOM dapat mengkompensas arus pembentukan daya reaktf pada saat terad gangguan hubung sngkat pada saluran. Kata Kunc: STATCOM, saluran transms, stabltas tegangan ABSTRACT The short crcut problem s hghly caused by two man problems whch are rapd development of resdental and ndustral load. These problems can be solved by controllng the actve and reactve load through an electronc devce namely statc synchronous compensator (STATCOM). Ths research used Newton-Rapson Method to analyze the load flow of transmsson lne of Gorontalo Provnce. The utlzaton of Newton-Rapson method s to determne the profle of actve power, reactve power flow, voltage and also to determne the phase angle. The mplementaton of STATCOM showed that there s decreasng of system response from 8% to 1% of nomnal voltage. The actve and reactve power losses were also drop from 3.05% to 2.86 % and 57.43% to 53.9% respectvely. The response of voltage stablty showed faster clearng tme due to short crcut at 3 phase. However voltage oscllatons occured shorter wthout mplement STATCOM. The mplementaton of STATCOM at 150 KV transmsson lne of gorontalo Provnce showed by usng STATCOM, the formaton of reactve power flow n the fault event at the transmsson lne can be compensate. Keywords: STATCOM, transmsson lne, voltage stablty Correspondng Author: Muammar Zanuddn, Jurusan Teknk Elektro, Fakultas Teknk, Unverstas Ichsan Gorontalo, Unverstas Andalas, Emal: muammarzanuddn@gmal.com Pendahuluan Sstem transms merupakan bagan sstem tenaga lstrk dnams yang parameter dan keadaannya berubah secara terus menerus terhadap waktu operasonalnya. Sstem transms pada umumnya merupakan saluran udara terbuka yang membawa daya aktf dan reaktf yang sangat besar untuk dsalurkan ke sstem dstrbus atau beban. Saluran transms merupakan saluran terpanang dengan penghantar terbuka hngga puluhan klometer yang berpotens besar teradnya gangguan hubung sngkat dan fluktuas daya aktf-reaktf sangat besar. Daya Journal homepage: 218

2 Jurnal Sans, Teknolog dan Industr, Vol. 12, No. 2, Jun 2015, pp aktf (P) adalah daya yang harus dbangktkan d ss pembangkt kemudan dsalurkan ke saluran transms. Daya reaktf (Q) merupakan umlah daya yang dperlukan untuk pembentukan medan magnet. Dar pembentukan medan magnet maka akan terbentuk fluks medan magnet akbat dar penggunaan peralatan motor-motor nduks. Keadan fluktuas alran daya reaktf terbesar pada sstem tenaga lstrk berada pada saluran transms. Fluktuas daya reaktf selama n dantspas hanya dengan menambahkan peralatan Kapastor yang bsa menghaslkan daya reaktf yang dperlukan oleh bus beban. Akan tetap kapastor mempunya mpedans atau hambatan yang rendah pada frekuens yang tngg, karena arus lstrk cenderung mengalr melalu melalu lntasan yang hambatannya rendah maka arus harmonsa cenderung mengalr melalu kapastor. Akbatnya, kapastor mudah rusak karena mengalam arus lebh akbat adanya harmonsa. Daya reaktf (Q) yang tdak sesua kengnan pada sstem berdampak pada penurunan knera sstem transms. Hal n akan mempengaruh umlah daya nyata (S) yang akan dgunakan beban dan kut menentukan besarnya faktor daya yang bekera pada sstem[1]. Perlunya mengantspas keadan tersebut maka dbutuhkan peralatan kendal kompensator daya reaktf yang memlk keandalan yang tngg. Salah satu peralatan kompensator untuk saluran transms. FACTS Devces) yatu Statc Synchronous Compensator (STATCOM). Model saluran transms d Provns Gorontalo sangat panang hngga puluhan klometer karena lntas kabupaten dan kota kemudan dtambah dengan masalah perkembangan beban perumahan dan ndustr semakn menngkat. Hal n menyebabkan potens gangguan hubung sngkat dan fluktuas daya reaktf sangat besar. Oleh karena permasalahan tersebut maka drumuskanlah sebuah solus dengan cara melakukan smulas pemasangan/mengnstall Statc Synchronous Compensator (STATCOM) pada saluran transms 150 kv sstem Gorontalo. Konsep smulas n dlakukan dengan tahapan melakukan analss alran daya menggunakan metode Newton-Raphson. Hal n dlakukan untuk mengetahu profl alran daya aktf (P), reaktf (Q), sudut fasa dan profl tegangan. Setelah dketahu lokas saluran yang memlk losses daya aktf, reaktf, dan drop tegangan tngg dserta beban yang cukup tngg maka selanutnya dlakukan smulas pemasangan STATCOM untuk menganalss respon sstem pada saat teradnya gangguan hubung sngkat. Tuuan peneltan n dharapkan menghaslkan alran daya dan tegangan yang stabl pada saat unuk kera menghadap gangguan hubung sngkat pada saluran transms. Statc Synchronous Compensator (STATCOM) STATCOM dkategorkan sebaga teknolog baru dalam bdang kompensator daya reaktf. STATCOM mampu menghaslkan nla harmonk yang kecl dan nla tegangan AC yang terkendal sebaga outputnya. Nla-nla tersebut dapat mempengaruh nla-nla daya reaktf. Selan tu STATCOM uga mampu berfungs untuk mengkompensas beberapa masalah lan sepert flcker, mpedans hantaran pada sstem transms, dan perbedaan sudut fasa. Kendal daya reaktf oleh STATCOM terad dengan cara membandngkan besarnya nla tegangan termnal antara STATCOM dengan sstem. Apabla tegangan STATCOM bernla lebh rendah maka STATCOM akan menyerap daya reaktf pada sstem. Apabla bernla lebh tngg dar sstem maka akan menghaslkan daya reaktf ke sstem[2]. Prnsp kera dar STATCOM dtunukkan pada gambar 1 dan delaskan pada persamaan (1), (2), dan (3) yang menunukkan pengrman daya aktf dan reaktf antara Vs Grd dan Vc STATCOM. VsVc sn P L... (1) Vs ( Vs Vc sn ) Q L... (2) 2 VsVc VsVc Vs S 3 sn 3 P Q cos L L L... (3) S = Daya kompleks (VA), Vc = Tegangan termnal Statcom, Vs = Tegangan dar Grd/Sstem, P = Daya aktf (W), L = Reaktans (kabel) = L, Q = Daya reaktf (Var), = Beda fasa antara Vs dan Vc. Gambar 1. Prnsp kera pada sstem STATCOM[2] Copyrght 2015, SITEKIN, ISSN

3 Jurnal Sans, Teknolog dan Industr, Vol. 12, No. 2, Jun 2015, pp Dar persamaan datas delaskan bahwa varas akan mempengaruh alran daya aktf antara sstem dengan STATCOM. Besarnya nla laggng, maka daya aktf akan mengalr dar STATCOM ke grd. Saat nla leadng maka daya aktf akan terserap ke STATCOM. Pada konds grd memlk fasa yang sama dengan STATCOM, maka daya aktf akan bernla nol (P = 0). Nla = 0, ddapatkan saat sstem dalam konds steady state. Karakterstk V/I pada STATCOM Mode operas STATCOM berdasarkan tga konds yatu mode operas kapastf, nduktf, dan tanpa beban[3]. Karakterstk tegangan-arus untuk berbaga pengaturan tegangan dengan kemrngan konstan dtunukkan pada Gambar 2. Pada konds penurunan tegangan, STATCOM dapat terus doperaskan pada arus leadng (atau laggng), dengan transen marn kelebhan arus konstan. Gambar 2. Karakterstk arus/tegangan pada STATCOM[3] Metode Peneltan Analss alran daya dgunakan untuk menghtung besarnya tegangan, arus, daya aktf, daya reaktf, dan faktor daya yang terdapat pada berbaga ttk dalam suatu saluran tenaga lstrk pada keadaan operas normal.. Analss alran daya menggunakan metode Newton-Raphson. Metode n lebh efsen dan prakts untuk dgunakan pada sstem tenaga yang besar. Jumlah teras yang dbutuhkan untuk memperoleh pemecahan dtentukan berdasarkan ukuran sstem. Dalam metode n persamaan alran daya drumuskan dalam bentuk polar[4]. Dalam stud alran daya, bus-bus dkelompokkan dalam tga klasfkas yatu; 1. Slack Bus atau Swng Bus, 2. Bus Generator (Bus PV), 3. Bus Beban (PQ). Setap bus terdapat empat besaran yatu P, Q, V dan δ (sudut fasa). Dalam stud alran daya setap bus memlk dua besaran yang telah dtentukan kemudan dua besaran lannya akan dhtung. Apabla harga V dan δ dtentukan maka langkah selanutnya teras awal untuk mencar nla PV dan PQ[5]. 1) Persamaan daya aktf pada bus, yatu: 1... (4) 2) Persamaan daya reaktf pada bus, yatu: Q V V Y sn 1... (5) P 3) Apabla Q dan belum mencapa nla konvergens pada teras awal maka dlanutkan dengan membentuk elemen-elemen matrks Jacoban. ( k1) 4) Htung nla baru dar sudut fasa dan tegangan.... (6) ( k1) V V V... (7) 5) Apabla telah mendapatkan nla baru sudut fasa dan tegangan maka kembal ke proses teras selanutnya. 6) Proses teras akan berhent ka nla konvergen ( ) sudah terpenuh: Daya yang mengalr dar bus ke bus dperoleh dengan persamaan: * S P Q V. I... (8) Sebalknya, arus yang mengalr dar bus ke bus dperoleh dengan persamaan : ' Y I V V Y V 2... (9) Sebalknya uga, daya yang mengalr dar bus ke bus dperoleh dengan persamaan : * S P Q V. I... (10) sehngga persamaan rug-rug daya pada saluran - dtulskan: SL S S... (11) dmana: V V ( k1) V ( k 1) P Q n n V V Y ( k1) V = Nla magntude tegangan baru. = Nla magntude tegangan lama, = Nla koreks tegangan, cos ( k1) = Sudut phasa tegangan baru, = Sudut phasa tegangan lama = Nla koreks sudut phasa, Prosedur penyelesaan Proses teras akan berhent ka nla konvergen (ε) sudah terpenuh. Gambar 4 dtunukkan flowchart metodolog peneltan. Ada beberapa tahapan dalam peneltan n yatu; Journal homepage: 220

4 Jurnal Sans, Teknolog dan Industr, Vol. 12, No. 2, Jun 2015, pp Analss alran daya pada arngan konds normal sebelum mpementas STATCOM. 2. Penentuan lokas terpasang STATCOM pada gardu nduk. Syarat lokas yatu bus yang mengalam drop tegangan tertngg pada sstem 150 kv. 3. Penentuan daya kvar terpasang STATCOM dengan menghtung batasan daya reaktf kapastf dan nduktf. Pada tahapan n parameter STATCOM dtentukan oleh batasan arus kapastf maksmum dan mnmum. 4. Analss stabltas tegangan konds dnams. Pada tahap n arngan du dengan gangguan hubung sngkat tga phasa pada saluran transms 150 kv. Gangguan terad selama 60 mlldetk atau selama 3 cycles. 5. Perbandngan hasl u sebelum dan setelah mplementas STATCOM dlakukan untuk melhat hasl terbak. Beberapa parameter yang dgunakan yatu profl tegangan, losses daya, dan stabltas tegangan dalam konds dnams. Tahap n dgunakan standar operas arngan sstem tenaga lstrk 150 kv[6]. Gambar 4. Flowchart metodolog peneltan Parameter STATCOM Penentuan parameter nla kvar pada STATCOM dtentukan dengan rumus[1]; V Q Ssc... (12) Dmana Q = kvar STATCOM; Ssc = kva hubung sngkat; V = fluktuas tegangan. Batasan daya reaktf kapastf menggunakan maksmal 5% dan batasan daya reaktf nduktf mnmum 2%. Hasl dan Pembahasan Sstem tenaga lstrk Gorontalo 150 kv dpasok dar beberapa pusat pembangkt yang tersebar d Provns Gorontalo, yang ddomnas oleh Pembengkt Lstrk Tenaga Desel (PLTD). Tabel 1 dtunukkan hasl analss alran daya konds awal arngan. Tabel 1. Alran daya sstem konds awal Bus V ( O ) Pg Qg Pb Qb p.u deg MW MVar MW MW Botup150 kv Burok150 kv Buroko20kV Bus 0.38 kv Bus 10.5kV Bus 6 kv Bus 6.3 kv Bus 6.3 kv Bus 8.3 kv Ismu 150 kv Ismu20kV Marsa150kV Marsa20KV Telaga20kV Total Pembangktan Total Pembebanan Total Rug-rug daya % Rug-rug daya MVA MVA MVA P=3.05%; Q=57.43% Hasl analss alran daya sstem Gorontalo dalam konds awal beban maksmum 100% menunukkan total rug-rug daya aktf sstem sebesar P = 1,93 MW (3,05%) dan daya reaktf sstem sebesar Q = 27,42 MVar (57,43%). Terdapat bus 150 kv mengalam penurunan tegangan tertngg yatu 0.91 p.u pada bus Marsa atau turun sebesar 8% dar tegangan nomnalnya. Copyrght 2015, SITEKIN, ISSN

5 Tegangan (p.u) Botupngge 150 kv Buroko 150 kv Buroko20kV Bus 0.38 k Bus 10.5 k Bus 6 kv Bus 6.3 kv Bus 6.3 kv Bus 8.3 kv Ismu 150 kv Ismu20kV Marsa 150 kv Marsa20KV Telaga20kV Jurnal Sans, Teknolog dan Industr, Vol. 12, No. 2, Jun 2015, pp Pemodelan Sstem dengan STATCOM Pada perencanaan mplementas STATCOM pada arngan transms 150 kv sstem Gorontalo, dperlukan penyesuaan lokas STATCOM tersebut pada bus yang mengalam penurunan tegangan tertngg pada sstem. Dar hasl analss alran daya pada sstem awal menunukkan rug-rug daya terbesar terdapat pada bus Marsa 150 kv. Oleh karena tu, ruukan penempatan peralatan STATCOM yatu pada bus Marsa. Parameter Sstem 150 kv STATCOM dtentukan berdasarkan hasl perhtungan persamaan (12) yatu; Ssc = 232,12 MVA; Q = 232,12 MVar; Batasan daya reaktf kapastf V = 5% Q = 11,60 MVar; Batasan daya reaktf nduktf V = 2% Q = 2,321 MVar; Gambar 5 dtamplkan pemodelan sstem u dengan STATCOM. Gambar 6. Pemodelan sstem dengan STATCOM Pemodelan arngan u sstem Gorontalo menggunakan saluran transms 150 kv. Oleh karena tu beban (PQ) dhtung pada ss 150 kv. Sstem yang du sebelum adanya penambahan pembangkt baru yatu PLTU Anggrek. Analss stabltas dlakukan dengan memberkan skenaro gangguan hubung (fault) sngkat 3 phasa pada bus lokas pemasangan STATCOM. Tabel 2 menunukkan hasl alran daya sstem setelah aplkas STATCOM pada arngan 150 kv. Tabel 2. Alran daya sstem setelah STATCOM V ( O ) Pg Qg Bus p.u deg MW MVar Pb MW Qb MW Botup150 kv Burok150 kv Buroko20kV Bus 0.38 kv Bus 10.5kV Bus 6 kv Bus 6.3 kv Bus 6.3 kv Bus 8.3 kv Ismu 150 kv Ismu20kV Marsa150kV Marsa20KV Telaga20kV Total Pembangktan Total Pembebanan Total Rug-rug daya % Rug-rug daya MVA MVA MVA P = 2.86% ; Q =53.9% Dar tabel 2 hasl analss alran daya sstem Gorontalo dengan STATCOM dalam konds beban maksmum 100% menunukkan total rug-rug daya aktf sstem sebesar P = 1,80 MW dan daya reaktf sstem sebesar Q = 23,77 MVar. Sstem mengalam kenakan tegangan pada bus 150 kv Botupngge, Buroko, Ismu dan Marsa yatu mendekat nla 1.0 p.u atau mengalam penurunan tegangan sebesar 1% dar tegangan nomnalnya. Gambar 7 dan 8 dtunukkan grafk perbandngan tegangan bus dan losses daya sebelum dan setelah mplementas STATCOM Sebelum Statcom Setelah Statcom Gambar 7. Grafk perbandngan tegangan sebelum dan setelah STATCOM Journal homepage: 222

6 Daya Jurnal Sans, Teknolog dan Industr, Vol. 12, No. 2, Jun 2015, pp Q (Mvar); % Q (Mvar); % P (MW); P (MW); % 2.86% Losses Sebelum Statcom P (MW) Q (Mvar) MW % Mvar % Losses Setelah Statcom 70.0% 60.0% 50.0% 40.0% 30.0% 20.0% 10.0% 0.0% lama ka dbandngkan setelah mplementas STATCOM. Gambar 8 dtamplkan konds kompensas arus STATCOM pada saat terad gangguan hubung sngkat tersebut. Gambar 7. Grafk perbandngan losses daya sebelum dan setelah STATCOM Dar gambar 7 dan 8 datas menunukkan konds sstem lebh stabl setelah mplementas STATCOM pada arngan. Nla losses daya aktf pada system sebesar P = 2,86% dan losses daya reaktf sebesar Q = 53,90% Analss Stabltas Tegangan Akbat Gangguan Hubung Sngkat Stabltas tegangan yang dbahas dalam peneltan n yatu stabltas tegangan sstem pada bus 150 kv pada saat terad gangguan. Skenaro bus hubung sngkat pada bus Marsa. Gambar 8 dtunukkan grafk konds tegangan bus GI saat terad gangguan dengan waktu pemulhan gangguan selama detk. Gambar 8. Grafk perbandngan stabltas tegangan sebelum dan setelah STATCOM Konds tegangan pada bus saat terad gangguan hubung sngkat mengalam penurunan.. Penurunan terbesar terad pada lokas gangguan. Pada saat gangguan dhlangkan tegangan berangsur nak kembal pada konds normalnya selama beberapa detk yang dserta oslas tegangan. Apabla dbandngkan konds sstem sebelum dan setelah mplementas STATCOM dapat dlhat oslas tegangan yang cukup lama terad pada bus sebelum mplementas STATCOM. Waktu pemulhan cukup Gambar 9. Konds arus STATCOM pada saat terad gangguan hubung sngkat Gambar 9 konds kompensas arus STATCOM pada saat terad gangguan hubung sngkat menunukkan konds arus mengalam penurunan mnmum mencapa p.u selama gangguan terad. Selama t detk gangguan terad kompensator bekera mengkompensas arus pembentukan daya reaktf ke arngan sehngga sstem kembal berangsur normal pada saat t detk. Kesmpulan Dar hasl pemodelan sstem dan hasl analss mplementas STATCOM pada sstem 150 kv Gorontalo menunukkan Sstem Gorontalo dalam konds awal dengan beban maksmum 100% menunukkan total rug-rug daya aktf sstem sebesar P = 1,93 MW (3,05%) dan daya reaktf sstem sebesar Q = 27,42 MVar (57,43%). Terad penurunan tegangan mencapa nla 0.91 p.u pada bus 150 kv Marsa. Sstem Gorontalo setelah mplementas STATCOM dalam konds beban maksmum 100% menunukkan total rug-rug daya aktf sstem sebesar P = 1.80 MW (2,86%) dan daya reaktf sstem sebesar Q = 34,54 MVar (53,90%). Terad kenakan tegangan mencapa nla p.u pada bus 150 kv setelah kompensas STATCOM. Stabltas tegangan sstem 150 kv Gorontalo saat terad gangguan, dmana STATCOM bekera mengkompensas arus pembentukan daya reaktf yang berdampak pada stabltas tegangan yang lebh bak dan lebh cepat kembal normal. Daftar Pustaka [1] S.S.Wbowo, H.Suyono, dan R.Nurhasanah., Analss Implementas Fxed Capastor, SVC, STATCOM untuk Perbakan Performans Tegangan pada Sstem Petrochna., Jurnal EECCIS Vol. 1 No. 1 Jun 2013, pp Copyrght 2015, SITEKIN, ISSN

7 Jurnal Sans, Teknolog dan Industr, Vol. 12, No. 2, Jun 2015, pp [2] Zhang Wen-Hao; Lee Seung-Jae; and Myeon-Song C., Settng Consderatons of Dstance Relay for Transmsson Lne wth STATCOM, JEET, Journal of Electrcal Engneerng & Technology Vol. 5, No. 4, 2010, pp [3] Arvnd P. and Ntn S., Transent Stablty Improvement by Usng Shunt FACTS Devces (STATCOM) wth Reference Voltage Compensaton (RVC) Control Scheme, Internatonal Journal of Electrcal, Electroncs and Computer Engneerng, IJEECE, Vol 2, No. 1, 2013, pp [4] C. Cekdn.. Sstem Tenaga Lstrk; Contoh soal dan penyelesaan menggunakan Matlab., And, Yogyakarta, [5] H. Saadat., Power System Analyss, McGraw-Hll, Inc. USA [6] Kementeran ESDM R.I. Aturan Jarngan Sstem Tenaga Lstrk Jawa-Madura-Bal, Peraturan Menter (Permen) No. 03. Jakarta Journal homepage: 224