PERFORMASI PEMBANGKIT 150 kv DALAM BLACKOUT SCENARIOS. Arif Nur Afandi

Transkripsi

1 52 NO, ol : 9 Maret 23, ISSN : POMSI PMBNGI 5 k DLM BLCOU SCNIOS rif Nur fandi bstrak: Stabilitas sistem tenaga ini pada kondisi blackout memerlukan tindakan segera untuk recovery. Pada kondisi tersebut, kajian ini disimulasikan pada sistem 5 k di ota Malang. Hasil analisa menunjukan terjadinya perubahan respon tegangan pembangkit Wlingi dari,944 pu menjadi,946 pu dan overshoot yang terjadi selama osilasi sebesar,962 pu pada,53 detik setelah gangguan terjadi. Sedangkan pada pembangkit Sutami mengalami overshoot untuk tegangan sebesar,968 pu pada,5 detik setelah gangguan terjadi dan tegangan berubah dari,948 pu menjadi,952 pu pada saat setabil kembali. ata-kata kunci: stabilitas, generator, drop, overshoot Sering munculnya persoalan dinamika stabilitas pada sistem tenaga listrik terkait dengan kemampuan merespon adanya gangguan yang terjadi, karena masalah dinamika dan stabilitas sistem tersebut sangat berkaitan erat dengan unjuk kerja sistem yang mencerminkan kondisi setiap saat, baik kondisi normal maupun kondisi saat terjadi gangguan, serta kondisi pemulihannya. Selanjutnya stabilitas sistem tenaga listrik didefinisikan sebagai suatu keadaan sistem untuk kembali lagi ke keadaan normal atau stabil setelah mengalami gangguan (Nagrath, 989). Gangguan pada sistem dapat menimbulkan osilasi tegangan, frekuensi dan daya. Oleh karena itu, perlu pengaturan agar osilasi yang terjadi segera kembali ke kondisi normal. Untuk analisa stabilitas sistem yang berkaitan dengan osilasi ada tiga kondisi yang harus dipertimbangkan, yaitu stabilitas steady state, stabilitas transient dan stabilitas dynamic (Nagrath, 989). Selanjutnya dalam stabilitas sistem tenaga listrik permasalahan dapat dinyatakan dengan menggunakan model persamaan diferensial, sehingga hal itu sangat berkaitan dengan terjadinya osilasi frekuensi rendah dan dapat distabilkan kembali dengan menambahkan sinyal kendali tambahan melalui Power System Stabilizer (Padiyar, 996). Penambahan sinyal kendali melalui blok Power System Stabilizer tersebut dapat dilakukan dengan masukan umpan balik berupa perubahan kecepatan, perubahan frekuensi atau perubahan akselerasi daya (Yu, 983), (undur, P. 999). Berbagai penelitian tentang stabilitas sistem tenaga listrik telah banyak dilakukan untuk mengevaluasi dan memperbaiki respon terhadap gangguan yang terjadi. Berkaitan dengan hal tersebut, maka tujuan dilakukannya penelitian tentang stabilitas sistem tenaga listrik ini adalah untuk mengetahui respon generator pembangkit bila terjadi gangguan yang dapat menyebabkan sistem tenaga listrik di ota Malang keluar dari interkoneksi sistem tenaga listrik se-jawa Bali. Sehingga respon pembangkit yang ada dapat diketahui unjuk kerjanya saat terjadi gangguan. Model Sistem enaga Listrik Menurut Nagrath (989) dinamik pada sistem tenaga listrik dikarakteristikan oleh prilaku pengiriman daya yang secara keseluruhan memiliki batas maksimum sampai tercapai kondisi lepas sinkron, selain itu juga dicerminkan oleh osilasi komponen mekanis dan elektris yang diwakili oleh sudut daya. Selanjutnya untuk memahami prilaku dinamik pada sistem tenaga listrik dan untuk merencanakan kontrol pada perbaikan unjuk kerja sis- rif Nur fandi adalah Dosen Jurusan eknik lektro Universitas Negeri Malang

2 fandi; Performasi Pembangkit 5 Dalam Blackout Scenarios 53 tem, Yu (983) menyatakan sangat perlu dimengerti komponen dasar sistem tenaga listrik, khususnya yang memiliki pengaruh signifikan dengan prilaku dinamik sistem tenaga. omponen dasar tersebut sebagaimana pada Gambar, meliputi: turbin dan governor, generator, eksitasi beserta regulator tegangan, tranformator dan jaringan transmisi. Gambar. omponen Sistem enaga Listrik Pada Gambar ditunjukan bahwa turbin dan governor mendapat umpan balik dengan, sedangkan eksitasi dan regulator mendapat umpan balik berupa t. Selanjutnya generator dihubungkan ke sistem tenaga listrik melalui transformator dan saluran transmisi. onversi energi mekanik terjadi pada turbin uap melalui proses termodinamik, dimana uap diekspansikan melalui turbin tekanan rendah, menengah dan tinggi secara normal semuanya pada satu poros. nergi uap tekanan tinggi dan temperature tinggi dari boiler dikonversikan menjadi energi mekanik melalui sirip turbin dan dialihkan ke poros yang terhubung dengan generator. Sedangkan governor untuk mempertahankan kecepatan konstan, yaitu kecepatan sinkron turbin-generator set. Bila kecepatan turun, guna menaikkkan keluaran daya listrik maka akan mengirim sinyal ke governor untuk menaikkan masukan daya mekanik ke turbin dan bila kecepatan naik maka daya masukan mekanik dikurangi guna mempertahankan kecepatan konstan. Pada pembangkit yang besar governor memberikan fungsi kendali daya dan frekuensi, dari area yang berada di dalam interkoneksi besar. Model Generator Padyar (996) menyatakan bahwa untuk memahami dinamika sistem tenaga listrik, maka model sederhana generator sinkron kurang teliti untuk digunakan karena harus mempertimbangkan parameterparamter yang turut berubah setiap saat. Oleh karena itu pada kajian dinamika sistem tenaga listrik perlu mempertimbangkan kumparan medan dan kumparan peredam. Selanjutnya menurut Yu (983) jenis masalah pada dinamika sistem tenaga listrik mencakup tinggi/rendahnya osilasi frekuensi, besar/kecilnya gangguan dan besar/kecilnya sistem. Untuk analisa generator sinkron pada dinamika sistem digunakan dua sumbu, yaitu d axis dan q axis. Sumbu d merupakan sumbu yang mewakili pengaruh kumparan medan dan sumbu q merupakan sumbu yang memiliki pengaruh kumparan redaman. Dengan demikian generator sinkron dimodelkan seperti pada Gambar 2, dengan persamaan-persamaan pemodelan sebagai beriku: ' ' ' ( xq xq' Iq () q d d ) ' ' ' ( xq xq' Id (2) d q D q ) Gambar 2. Model Generator Model Sistem ksitasi Padyar (996) menyatakan tujuan utama sistem eksitasi adalah untuk mengontrol arus penguatan medan mesin sinkron. Pada generator, arus penguatan medan dikendalikan untuk mengatur tegangan keluaran generator. Umumnya sistem eksitasi disusun oleh beberapa komponen, yaitu: penyearah, regulator tegangan, komparator/penguat dan exciter. Sistem

3 54 NO, ol : 9 Maret 23, ISSN : eksitasi suatu generator berdasarkan model I type ditunjukan seperti pada Gambar 3. s e f s s s s D Model Sistem Pembangkit Pengoperasian pembangkit dapat dipahami sebagai interaksi antara sistem prime mover, sistem eksitasi dan generator. Prime mover menghasilkan daya mekanik pada poros dan generator menghasil daya listrik. Menurut Gross (986), turbin menghasilkan torsi mekanis yang searah dengan perputaran sudu turbin/ poros dan torsi mekanis ini akan dilawan oleh torsi elektris. Dalam analisa dinamika yang berkaitan dengan osilasi frekuensi rendah, maka sistem pembangkit menurut Yu (983) dapat dimodelkan seperti pada Gambar 4. Model tersebut memiliki steate space sebagai berikut: Δω Δδ Δe' q Δ D ω b M 4 ' do. 5 2 M '. do 3. 6 ' do Δω Δδ Δe' q Δ D (7) Gambar 3. Model ksitasi Dengan = konstanta waktu input regulator, = penguatan rangkaian penstabil regulator, = konstanta waktu rangkaian penstabil regulator, = penguatan regulator, fd = egangan medan, = konstanta waktu regulator, maka memiliki model state space untuk linierisasi sebagai berikut: (3) fd fd fd (4) (5) (6) Gambar 4. Model Sistem Pembangkit MOD Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui respon tiap pembangkit bila terjadi gangguan yang menyebabkan kota Malang mengalami blackout atau pemadaman listrik total, sehingga diketahui kondisi osilasi atau stabil setiap pembangkit saat interkoneksi ke sistem Jawa Bali terlepas. nalisis dilakukan dengan memberi branch tripping pada sisi selatan di ebon gung, yaitu pada interkoneksi ke ulung gung dan Blitar. Sedangkan pada sisi utara dibemberikan branch tripping di Lawang yang merupakan interkoneksi ke Pasuruan. Secara umum tahapan analisa seperti pada Gambar 5, yaitu tersaji dalam urutan flowchart.

4 fandi; Performasi Pembangkit 5 Dalam Blackout Scenarios 55 Gambar 5. lur Penelitian Untuk mendukung analisa stabilitas, maka data-data digunakan adalah data aliran daya untuk menentukan tegangantegangan setiap terminal dan besarnya daya yang dibangkitkan, data parameterparameter generator sinkron untuk menentukan dinamika tanggapan, antara lain meliputi konstanta inersia H, konstanta sinkron/transien dan konstanta-konstanta waktu generator dan parameter-parameter sistem eksitasi. Sistem enaga Listrik yang Diteliti Sistem tenaga listrik yang ditinjau adalah sistem tenaga listrik di Malang yang merupakan interkoneksi ke egion 4 melalui Pasuruan, sistem tenaga listrik tersebut juga berinterkoneksi dengan ulung gung melalui Blitar. Selain itu, sistem tenaga listrik di egion 4 mencakup interkoneksi antara Jawa imur ke Madura dan Jawa imur ke Bali, kedua interkoneksi itu melalui saluran kabel bawah laut 5 k. Sistem tenaga listrik di egion 4 memiliki pembangkit yang tersambung ke sistem 5 k pada sistem tenaga listrik di pulau Jawa, yaitu pembangkit di Paiton, Grati dan Gresik. Pada studi ini, beban puncak di egion 4 digunakan sekitar 3.78, MW dan.63,44 Mvar, dengan rincian beban di Madura 9, MW dan 42,9 Mvar, beban di Bali 336,3 MW dan 8,8 Mvar, serta beban di Jawa imur 2.732,6 MW dan.,74 Mvar. Sedangkan sistem tenaga listrik di kota Malang ditinjau pada sisi 5 k, karena pada sistem tenaga listrik di Malang tidak memiliki sistem 5 k, serta untuk sistem 7 k dan tegangan rendah diintegrasikan ke sistem 5 k dengan mempertimbangkan semua interkoneksi dan kompensasi di setiap sistem dan beban yang ada. Sehingga seluruh beban di Malang dikaji pada sisi 5 k di Lawang sebesar 6,8 MW dan 7, Mvar, ebon gung sebesar 5, MW dan 6, Mvar, Pakis 3,5 MW dan 6,9 Mvar, Sengkaling 58,7 MW dan 34,2 Mvar dan Wlingi Wlingi 58,9 MW dan 38,5 Mvar. HSIL Gambar 6. Sistem 5 k ota Malang

5 56 NO, ol : 9 Maret 23, ISSN : abel. ondisi Beban Puncak No Bus Beban Puncak MW Mvar ebon gung 5, 6, 2 Lawang 6,8 7, 3 Pakis 3,5 6,9 4 Sengkaling 58,7 34,2 5 Sutami,, 6 Wlingi 58,9 38,5 Data impedansi saluran transmisi pada sistem tenaga listrik di Malang untuk setiap antar daerah di kota Malang ditunjukan pada abel 2. abel 2. Saluran ransmisi 5 k No Dari e Panjang (m) Sir ININI BUS LWNG BGN PIS BGN SMI LWNG BGN SLING BGN SMI-G SMI 25 7 WLINGI SMI WLINGI-G WLINGI 25 Performasi ransaksi Sistem liran daya dianalisa menggunakan metode Newton aphson (Stevenson, 998); (Sadaat, H. 999), perhitungan ini dilakukan untuk mengetahui besarnya aliran daya setiap saluran dan tegangan setiap bus pada sistem tenaga listrik di Malang. Hasil perhitungan aliran daya menggunakan metode Newton aphson ditunjukan pada abel 3, able 4 dan abel 5. abel 3. liran Daya Sistem Lokasi iriman Daya Dari No 2 2 Dari e (MW) (Mvar) ININI LWNG 95,566 53,79 2 BGN PIS 3,537 6,5 3 BGN SMI -8,33-35,432 4 LWNG BGN 25,89 74,58 5 SLING BGN -58,7-34,2 6 SMI-G SMI 5, 45,6 7 WLINGI SMI -23,98 -,98 8 WLINGI-G WLINGI 35, 26,6 abel 4. ugi Daya Lokasi ugi Daya No 2 Dari e (W) (var) ININI LWNG 252,4 29,4 2 BGN PIS 36,7-885, 3 BGN SMI 337,8-59, 4 LWNG BGN 852,4 32,9 5 SLING BGN 32,9-523,5 6 SMI-G SMI 55,8 52,2 7 WLINGI SMI 64,7-273, 8 WLINGI-G WLINGI 8,3 7,8 abel 5. Drop egangan Lokasi k No 2 Drop Dari e (%) ININI LWNG,7 2 BGN PIS,3 3 BGN SMI,53 4 LWNG BGN,87 5 SLING BGN,26 6 SMI-G SMI,6 7 WLINGI SMI,3 8 WLINGI-G WLINGI,2 liran daya pada sistem tenaga di Malang memiliki drop tegangan terbesar pada bus Lawang, yaitu sekitar,7 %. Sedangkan losses terbesar terjadi pada saluran antara Infinite Bus dengan Lawang, yaitu sekitar.252,4 W. Performasi Stabilitas Pembangkit Jika terjadi gangguan maka pembangkit akan merasakan gangguan tersebut, respon pembangkit Sutami yang berupa daya elektrik dan tegangan saat terjadi gangguan yang mengakibatkan Malang keluar dari seluruh interkoneksi ditunjukkan pada Gambar 7 sampai dengan Gambar. Gambar 7. Performasi Daya Pembangkit Sutami

6 fandi; Performasi Pembangkit 5 Dalam Blackout Scenarios 57 Gambar 8. Performasi egangan Pembangkit Sutami pembangkit. Pada pembangkti Sutami selain mengalami osilasi pada daya elektrik mengalami osilasi pada daya elektrik dan terjadi perubahan daya pembangkitan. Sedangkan pada tegangan terjadi overshoot sebesar,968 pu pada,5 detik setelah gangguan terjadi dan tegangan berubah dari,948 pu menjadi,952 pu pada saat setabil kembali. Selain itu pembangkit Wlingi juga memberikan respon yang berupa daya elektrik dan tegangan saat terjadi gangguan yang mengakibatkan Malang keluar dari seluruh interkoneksi ditunjukkan pada Gambar 9 dan Gambar. Perubahan tegangan terjadi pada pembangkit Wlingi dari,944 pu menjadi,946 pu dan overshoot yang terjadi selama osilasi sebesar,962 pada,53 detik setelah gangguan terjadi. Gambar 9. Performasi Daya Pembangkit Wlingi Gambar. Performasi egangan Pembangkit Wlingi PMBHSN Pada Gambar 7 dan Gambar 8, ditunjukan respon generator pembangkit Sutami apaila terjadi gangguan, respon tersebut menunjukan bahwa terjadi osilasi saat adanya gangguan yang dirasakan oleh SIMPULN Berdasarkan hasil analisa menunjukan, terjadinya blackout menyebabkan system dan pembangkit mengalami perubahan daya elektrik dan mengalami osilasi. Selain itu perubahan respon pembangkit, yaitu tegangan pembangkit Wlingi dari,944 pu menjadi,946 pu dan overshoot yang terjadi selama osilasi sebesar,962 pu pada,53 detik setelah gangguan terjadi. Sedangkan pada pembangkit Sutami mengalami overshoot untuk tegangan sebesar,968 pu pada,5 detik setelah gangguan terjadi dan tegangan berubah dari,948 pu menjadi,952 pu pada saat setabil kembali. D PUS Gross, Charles Power System nalysis. John Wiley & Sons. Singapore. undur, P Power System Stability and Control. McGraw Hill. New York.

7 58 NO, ol : 9 Maret 23, ISSN : Nagrath, I.J., othari, D.P Modern Power System nalysis. ata Mc Graw Hill. New Delhi. Padyar, Power System Dynamics-Stability and Control. John Wiley & Sons. Singapore. Stevenson, 998. Power System nalisys, McGraw Hill. Singapore. Yu, Yao nan lectric Power System Dynamics. cademic Press. New York Sadaat, H Power System nalysis. McGraw Hill. Singapore.