Simulasi Monitoring Keamanan Multi Generator Menggunakan Kurva Kapabilitas Generator Pembelajaran Neural Network

Transkripsi

1 Jurnal Media Elektro, Vol 1, No, Oktober 1 ISSN Simulasi Monitoring Keamanan Multi Generator Menggunakan Kurva Kapabilitas Generator embelajaran Neural Network Zainal Abidin oliteknik Bengkalis rogram Study Teknik Elektro Jln Bathin Alam Sei Alam Bengkalis Riau inal_bkls@yahoocoid zainal@polbengacid Abstrak Kurva kapabilitas generator pada pembangkit dikembangkan untuk memonitoring keamanan operasi generator embelajaran kurva kapabilitas generator dikembangkan dengan menggunakan neural network metoda Constructive Backprogation (CB) Sudut kurva kapabilitas generator dipakai sebagai input pembelajaran dan daya komplek kurva sebagai target pembelajaran embelajaran kurva terbaik didapat dengan berimpitnya kurva kapabilitas generator dengan kurva kapabilitas generator hasil pembelajaran Hasil pembelajaran kurva kapabilitas generator dipakai untuk memonitoring gen dan gen hasil dari aliran daya system 15kV regional Jawa Timur Monitoring keamanan generator divisualisasikan dalam kurva kapabiliti generator hasil embelajaran NN Kurva kapabilitas generator sebagai hasil pembelajaran NN mampu memonitoring perubahan daya generator, mampu memonitoring sisa kapabilitas generator dan mampu memberi informasi daya () serta titik operasi generator dengan batas kemampuan dan kestabilan generator Abstract Generator capability curve at generating developed to monitoring of generator operational safety Study of generator capability curve is developed with using neural network by Constructive Backprogation (CB) method Angle of generator capability curve used as study input and complex power curve as target of study Study of best curve got with its nearby generator capability curve with generator capability curve result of study Result of study of generator capability curve used monitoring gen and gen result from power flow 15 kv system East Java regional Security and safety monitoring of generator visualizinged in generator capability curve as result of NN study Generator capability curve as result of study of NN study have abality of monitoring of change power generator, and solvent of monitoring rest of generator capability and can give information of power () and generator operating point with ability boundary and generator stability Keyword : Generator Capability Curve, Monitoring, Constructive Backprogation ( CB) 1 Latar Belakang Sistem interkoneksi untuk sistem kelistrikan skala luas diperlukan dalam suatu sistim kelistrikan di pembangkitan untuk mensuplai daya ke beban Sistem interkoneksi diharapkan mampu menjaga kondisi sistem kelistrikan tetap stabil apabila terjadi perubahan daya beban secara tiba-tiba erubahan daya beban secara tiba-tiba akan mempengaruhi kinerja generator dipembangkit Kinerja generator dalam mensuplai kebutuhan daya ke beban harus selalu dijaga agar masih dalam batas ambang kemampuan operasi generator Batas ambang kemampuan operasi generator dinyatakan dalam kurva kapabilitas generator Kurva kapabilitas generator akan memberi informasi tentang batasan kemampuan dari operasi generator dalam mensuplay daya ke beban Batasan kemampuan operasi generator tersebut meliputi: (1) batas daya aktif dan reaktif (active and reactive power limit ); () batas arus rotor (rotor current limit); () batas arus stator (armature current limit); (4) batas pemanasan ujung inti stator (stator - end heating limit ) [1-4] Daerah aman operasi generator harus selalu dijaga agar berada dalam kurva kapabilitas, yaitu daerah lagging dan leading[1-7] Sistem monitoring pembangkit diperlukan untuk memonitoring perubahan daya generator Monitoring akan mampu memberikan informasi daya ( ) dan faktor daya serta titik operasi generator dengan batas kemampuan dan kestabilan dari generator Dalam penelitian ini dikembangkan suatu program pembelajaran kurva kapabilitas generator berbasis Neural- Network untuk sistem 15 kv Jawa Timur sebagai plant penelitian 5

2 Jurnal Media Elektro, Vol 1, No, Oktober 1 ISSN Metode enelitian Dalam penelitian ini menggunakan metode simulasi program Jaringan Saraf Tiruan (JST) Kemudian menggunakan Constructive Backprogation (CB) sebagai metode pembelajaran kurva kapabilitas generator [8] embelajaran kurva dibagi dalam tahapan, yaitu: 1 Tahapan lot Titik, dan - Kurva kapabilitas generator terbentuk dari dua sumbu dan ( max, min) dengan setengah lingkaran sebagai batas kurva Titik-titik, dan didapat dengan menarik garis sejajar terhadap sumbu sampai memotong sumbu Tarikan garis sejajar tersebut menghasilkan tiga titik, yaitu titik, dan Ketiga titik, dan disusun dalam bentuk matrik, yaitu: Matrik bidang atas kurva kapabilitas generator atau daerah lagging: max 1 1 n 1 n 1 1) Matrik bidang bawah kurva kapabilitas generator atau daerah leading: min 1 1 n 1 n 1 ) Keterangan: max : Titik daya reaktif maksimum ( lagging ) : Titik daya aktif saat = - min : Titik daya reaktif minimum (leadding ) n+1 : Titik daya reaktif ke n+1 ( lagging) n+1 : Titik daya aktif ke n+1 - n+1 : Titik daya reaktif ke - n+1 ( leadding ) Tahapan embelajaran Data Kurva () Dibutuhkan titik data pasangan dalam jumlah banyak untuk menghasilkan kurva kapabilitas generator hasil pembelajaran NN agar sama dengan bentuk kurva kapabilitas generator Tahapan pembelajaran dilakukan sebagai berikut: a engambilan Data Tabel data plot titik dan disimpan dalam file Excel versi dan dipanggil dengan bahasa program MATLAB versi R7a b Menghitung Daya Komplek Kurva dan Sudut Theta kurva Daya komplek dihitung dengan persamaan : = + ) Sudut theta antara daya aktif dan reaktif kurva dihitung dengan persamaan : = tan 4) Keterangan : : Daya aktif kurva ( MW ) : Daya reaktif kurva (Mvar) kurva : Sudut antara daya dan : Daya komplek kurva ( MVA) S kurva erhitungan daya komplek kurva dan sudut theta kurva menggunakan bahasa program MATLAB c Input dan Target Didefinisikan input dan target untuk pembelajaran kurva kapabilitas generator yaitu: - Input : Sudut theta kurva - Target : Daya komplek kurva dmembentuk Hiden Unit Layer enambahan hidden unit layer metode pembelajaran CB terjadi secara satu demi satu hingga didapat hidden unit layer dengan tingkat kesalahan kecil Flow Chart algoritma pembelajaran kurva ditunjukkan pada Gambar Gambar 1 lot titik dan 51

3 Jurnal Media Elektro, Vol 1, No, Oktober 1 ISSN Generator jenis rotor kutub menonjol (salient pole) dengan penggerak mula hidro, kurva kapabilitas generator dibentuk dan dibatasi oleh parameter tanpa batas pemanasan ujung inti stator (Stator end region heating limit) [4], yaitu: a Batas arus kumparan rotor ditentukan oleh rangkaian medan Batas arus kumparan rotor merupakan daerah operasi lagging (+) dengan sudut positif Batasan arus rotor diwakili oleh lingkaran dititik A-B dan b Batas arus kumparan stator ditentukan oleh rating arus kumparan stator Batas arus kumparan stator merupakan daerah operasi leading (-) dengan sudut negatif, diwakili oleh titik B-D Gambar Algoritma pembelajaran kurva[8] Hasil dan embahasan 1 Hasil enelitian 11 Kurva Kapabilitas Generator Kurva kapabilitas generator memuat karakteristik dan kemampuan operasi kerja generator, meliputi daya aktif (MW), daya reaktif (MVar) dan daya rating ( MVA) [1,5] Bentuk tampilan kurva kapabilitas generator tergantung dari jenis rotor dan penggerak mula (prime mover) Generator jenis rotor silinder ( cylindrical rotor) dengan penggerak mula uap (steam), kurva kapabilitas generator dibatasi oleh parameter [4,5], yaitu: a Batas arus kumparan stator ( stator winding current limit) Ditentukan berdasarkan rating arus yang mengalir dikumparan stator, batas ini diwakili oleh lingkaran dititik B-C b Batas arus kumparan rotor ( rotor winding current limit) Ditentukan berdasarkan penguatan arus medan yang mengalir di kumparan rotor, diwakili oleh lingkaran dititik B-A enguatan arus medan If menentukan batas daya reaktif generator ada batas arus kumparan rotor, generator bekerja pada daerah operasi lagging dengan sudut positif c Batas pemanasan ujung inti stator (Stator end region heating limit) Diwakili oleh lingkaran dititk C-D Batas pemanasan ujung inti stator terjadi akibat flux bocor pada kumparan stator Batas pemanasan ujung inti stator menentukan batas daya maksimum reaktif generator menerima daya reaktif dari sistem ada batas ini, generator bekerja pada daerah leading dengan sudut negatif Gambar Kurva Kapabilitas Generator Rotor Silinder Gambar 4 Kurva Kapabilitas Generator Rotor Kutub Menonjol 1 Hasil embelajaran Kurva Kapabilitas Generator LTU erak 5 MW Jumlah titik dan hasil plot kurva kapabilitas generator LTU erak 5MW yaitu : - Titik : 17 titik - Titik : 17 titik ada neuron ke 48 didapat pembelajaran terbaik dengan tingkat ketelitian, Kurva hasil pembelajaran NN ditunjukkan pada Gambar 5 5

4 Jurnal Media Elektro, Vol 1, No, Oktober 1 ISSN engujian Kurva Kapabilitas Generator Hasil embelajaran NN engujian kurva kapabilitas generator hasil pembelajaran NN diuji dengan memberi input kurva hasil pembelajaran NN dengan daya aktif () dan daya reaktif () Kurva hasil pembelajaran NN dikatakan aman jika memenuhi syarat persamaan : 5) Keterangan : R ref : Daya komplek kurva atau panjang jari- jari kurva R gen : Daya komplek beban daya atau panjang jari-jari beban Blok algoritma pengujian keamanan kurva hasil pembelajaran NN ditunjukkan pada Gambar 6 dan perbandingan antara R ref dan R gen ditunjukkan pada Gambar 7 Daya Reaktif ( MVar ) Kurva Kapabilitas Generator 5MW LTU ERAK Data Kurva() Hasil NN Daya Aktif ( MW ) Gambar 5 Kurva Hasil embelajaran NN Gambar 6 Blok engujian Kurva Kapabilitas Generator - Titik b : anjang jari-jari kurva - Titik a : anjang jari-jari beban - Titik ab : anjang jari-jari selisih daya Kurva kapabilitas generator hasil pembelajaran NN diuji dalam kondisi, yaitu: kondisi aman, kondisi kritis, dan kondisi tidak aman 14 Hasil engujian Kurva Kapabilitas Generator LTU erak 5MW Operasi generator aman jika memenuhi syarat pada persamaan 5 dengan nilai selisih_r bernilai negatif Selisih_R dihitung dengan menggunakan persamaan: h = 6) engujian Kurva Kondisi 1 Titik pembebanan dengan daya aktif ( ): 45 MW dan daya reaktif ( ): 5 MVar Hasil pengujian menunjukkan: R ref : 61,14, dan R gen : 57,88 Syarat terpenuhi, yaitu: R ref > R gen dengan selisih_r = R gen R ref = - 4,16 Hasil pengujian kurva mengenali target, sehingga dapat disimpulkan bahwa titik pembebanan generator 5MW LTU erak kondisi aman engujian Kurva Kondisi Titik pembebanan dengan daya aktif (): 485 MW dan daya reaktif (): 5 MVar Hasil pengujian menunjukkan R ref : 59,811 dan R gen : 6,44 Syarat terpenuhi, yaitu: R ref >= R gen dengan selisih_r=r gen R ref = -, sehingga hasil pengujian kurva dapat mengenali target Kondisi ini dapat disimpulkan bahwa titik pembebanan generator 5 MW LTU erak berada dalam kondisi aman dengan catatan titik pembebanan kritis engujian Kurva Kondisi Titik pembebanan dengan daya aktif (): 51 MW dan daya reaktif () : 5 MVar Hasil pengujian menunjukkan R ref: 59,89, dan R gen : 61,8547 Syarat tidak terpenuhi, yaitu : R ref < R gen dengan selisih_r = R gen R ref =,5654 sehingga hasil pengujian kurva tidak mengenali target Hal ini dapat disimpulkan bahwa titik pembebanan generator 5 MW LTU erak berada pada kondisi tidak aman Adapun tampilan visualisasi pengujian kurva berturut turut ditunjukkan pada Gambar 8, 9 dan embebanan Generator 5 MW LTU ERAK Generator Aman Reaktif ower(mvar) Aktif ower(mwatt) Gambar 7 erbandingan Rref Keterangan: dan Rgen[8] Gambar 8 Generator 5MW LTU erak Kondisi Aman 5

5 Jurnal Media Elektro, Vol 1, No, Oktober 1 ISSN embebanan Generator 5 MW LTU ERAK Generator Aman Reaktif ower(mvar) Aktif ower(mwatt) Gambar 9 Generator 5MW LTU erak Kondisi Aman Tapi Kritis 5 4 embebanan Generator 5 MW LTU ERAK Generator Tidak Aman Reaktif ower(mvar) Gambar 11 Algoritma Simulasi Monitoring Keamanan Generator Aktif ower(mwatt) Gambar 1 Generator 5MW LTU erak Kondisi Tidak Aman embahasan Hasil enelitian 1 Algoritma Simulasi Monitoring Keamanan Multi Generator Algoritma monitoring keamanan generator sistem 15 kv regional Jawa Timur ditunjukkan pada Gambar 11 Secara garis besar algoritma simulasi monitoring keamanan generator dijelaskan sebagai berikut: embebanan generator bus ditinjau nilai ekonomis, LTA Sutami dan LTA Wlingi dikondisikan pembebanan maksimum dan pembangkit LTU erak, LTU Gresik dan LTGU Gresik, disesuaikan dengan kebutuhan daya beban sistem engujian pembebanan generator bus dirancang suatu program monitoring untuk menguji pembebanan pada generator bus engujian meliputi pembebanan daya aktif dan reaktif Simulasi Monitoring Keamanan Multi Generator Sistem 15 kv Regional Jawa Timur Simulasi monitoring keamanan multi generator sistem 15 kv regional Jawa Timur disimulasikan untuk melihat pengaruh dari pembebanan generator bus dan titik pembebanan generator swing terhadap perubahan daya beban system Simulasi dilakukan pada kondisi: 1 Daya beban sistem aliran daya hari kamis tanggal 11 September 8 jam WIB Daya generator bus disetiap pembangkitan dituntukkan pada Tabel 1 Hasil run program untuk aliran daya sistem 15 kv regional Jawa didapat total daya beban sebesar: beban: 97,8MW dan beban: 194,9 MVar Daya beban sistem mengalami peningkatan daya beban pada bus Waru, bus Sawahan, bus Surabaya Barat dan bus Rungkut Tahapan peningkatan daya beban sistem ditunjukkan pada Tabel Tabel 1 Daya Generator Bus di Setiap Kapasitas Daya pembangkitan generator bus (MW) max min LTU erak x 5 95, 75, -5 LTGU Gresik 1 x 188,91 16,9 141,7-94,5 LTU Gresik1 x LTU Gresik x 1 58, 45, - LTA Sutami x 5 1, 51,6-4,4 LTA Wlingi x 7 5, 6, -17,4 Tabel Tahapan eningkatan Daya Beban Sistem No Bus Nama Bus enambahan Daya Beban (MW) Dari Ke Total 15 Sawahan,7 5,7 1 SBY Barat,4 5,4 5 Waru 16,5 146,5 7 Rungkut

6 Jurnal Media Elektro, Vol 1, No, Oktober 1 ISSN Hasil Simulasi Monitoring Keamanan Generator Sistem 15 kv Regional Jawa Timur Beban aliran daya hari kamis tanggal 11 September 8 jam WIB, yaitu sebesar : beban : 97,8 MW dan beban: 194,9 MVar Hasil simulasi ditunjukkan pada Tabel, sedangkan aliran daya di bus pembangkitan dapat dilihat pada Tabel 4 embagian titik pembebanan pada masingmasing generator dibus pembangkitan dan Tabel 5 sesuai dengan pengujian pembebanan masing-masing kurva kapabilitas generator sistem 15 kv regional Jawa Timur No Bus Tabel Hasil Aliran Daya Total embebanan Kurva gen gen (MW) (MVar) 1 LTU erak 95 66,97 LTGU Gresik 4,91 1,54 LTU Gresik 58 14,6 7 LTU Grati 141,7 15,47 7 LTA Sutami 1 9,8 7 LTA Wlingi 5 16,19 No Bus Rugi-rugi saluran (W) (Var) 195,87 15, Tabel 4 Titik embebanan Masing-Masing Kurva Kapasitas ( MW) Titik pembebanan per kurva gen (MW) gen (MVar) 1 LTU erak x 5 47,5,49 LTGU Gresik 1 x 188,91 168,91 1,54 LTU Gresik1 x 19, 47,54 LTU Gresik x 1 96,67,77 7 LTU Grati x 1,75 47,4 5,16 7 LTA Sutami x 5 4 1, 7 LTA_Wlingi x 7 6 8,9 Tabel 5 Hasil engujian Masing-Masing Kurva Hasil engujian untuk masingmasing kurva Rref Rgen Selisih_R pf LTU erak 59,69 58,1-1,57,8 LTGU Gresik 188,87 168,9-19,95 1, LTU Gresik1 LTU Gresik 6,5 1,95 199,9 99,55-6,96 -,4,97,97 LTU Grati 119,94 68,9-51,4,69 LTA Sutami 7,1 6,41 -,71,9 LTA Wlingi 8,16 7, -,9,95 Total selisih_r -84,58 Terjadi peningkatan daya beban sistem pada bus Sawahan (no15), sebesar MW, sehingga total daya beban sistem sebesar: beban : 99,8MW dan beban: 194,9 MVar Hasil simulasi ditunjukkan pada Tabel 6, sedangkan aliran daya di bus pembangkitan diperlihatkan dalam Tabel 7 Kemudian pembagian titik pembebanan pada masingmasing generator di bus pembangkitan terdapat dalam Tabel 8 No bus Tabel 6 Hasil Aliran Daya Total embebanan Kurva gen gen (MW) (MVar) 1 LTU erak 95 68,75 LTGU Gresik 4,91,7 LTU Gresik , 7 LTU Grati 16,15 15,97 7 LTA Sutami 1 41,461 7 LTA Wlingi 5 16,19 No Bus Rugi-rugi saluran (W) (Var) 196,1 151,54 Tabel 7 Titik embebanan Masing-Masing Kurva Kapasitas ( MW) Titik pembebanan per-kurva gen (MW) gen (MVar) 1 LTU erak x 5 47,5 4,6 LTGU Gresik 1 x 188,91 168,91,7 LTU Gresik1 x 19, 48,11 LTU Gresik x 1 96,67 4,5 7 LTU Grati x 1,75 54,5 45, 7 LTA Sutami x 5 4 1,8 7 LTA Wlingi x 7 6 8,94 Tabel 8 Hasil engujian Masing-Masing Kurva Hasil engujian untuk masingmasing kurva Rref Rgen Selisin_R pf LTU erak 6,8 58,6-1,45,81 LTGU Gresik 188,89 168,94-19,95,99 LTU Gresik1 LTU Gresik 6,18 1,6 199, 99,6-6,96 -,44,97,97 LTU Grati 15,95 7,5-55,6,77 LTA Sutami 7,6 6,7 -,66,9 LTA_Wlingi 8,16 7, -,9,95 Total selisih_r -88,7 4 Tampilan Visualisasi Keamanan Generator Tampilan monitoring keamanan multi generator divisualisasikan dalam kurva kapabiliti generator hasil pembelajaran NN seperti Gambar 1, 1 dan 14 55

7 Jurnal Media Elektro, Vol 1, No, Oktober 1 ISSN Gambar 1 Tampilan Monitoring dengan Beban Aliran Daya Tanggal 11 September 8 Hari Kamis Jam WIB (beban: 97,8 MW dan beban: 194,9 MVar) Gambar 1 Monitoring Efek ergeseran Titik embebanan Gambar 14 Tampilan Monitoring engujian embebanan Daya Aktif ( = 15MW) 56

8 Jurnal Media Elektro, Vol 1, No, Oktober 1 ISSN Generator swing menuju batas kurva akibat peningkatan daya beban sistem ergeseran titik pembebanan masih dalam batas kurva atau generator aman eningkatan daya aktif pada generator swing ditunjukkan pada Gambar15 4 Kesimpulan Hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa kurva kapabilitas generator dapat dikembangkan dengan metode CB ( Constructive Backprogation) dengan melakukan pembelajaran data kurva Selanjutnya kurva hasil pembelajaran NN dapat digunakan untuk memonitoring perubahan daya beban generator, memonitoring titik operasi generator, memonitoring sisa kapabilitas generator dalam pembangkit DAFTARA USTAKA Gambar 15 ergeseran eningkatan Daya Aktif LTGU Grati (Generator Swing) Titik pembebanan kurva pada pembangkit LTU erak keluar dari batas kurva Hal ini dikarenakan pembebanan daya aktif melebihi batas kurva yang ditandai dengan titik pembebanan keluar dan berwarna merah [1] John J Grainger, Willian D Stevenson Jr,1994 ower System Analysis McGraw-Hill, Inc [] Hadi Saadat 4 ower System Analysis International Edition Second Edition [] rabha Kundur 1994 ower System Stability and Control McGraw-Hill, New York [4] Donal Reimert 6 rotective Relaying for ower Generation System Taylor & Francis Group LLC [5] Ramon Sandoval, Armando Guzman and Hector J Altuve Dinamic Simulation Help Improve Generator rotection Schweitzer Engineering laboratories, Inc [6] S S Choi and X M Jia Under Excitation Limiter and Its Role in reventing Excessive Synchronous Generator Stator End-Core Heating leee Transaction On ower System, Vol 15 No I, ebruary [7] MJ D Antonio, RA Lawson, A Murdoch, and GE Boukarim Generator Over Excitation Capability and Excitation System Limiters ower Systems Energy Consulting GE Industrial Systems [8] Zainal Abidin 9 engembangan Sistem Monitoring Keamanan Multi Generator Berbasis Neural Network Tesis S, ITS Surabaya 57