Analisa Sistem Kelistrikan Distribusi Jawa Bali 500 KV dengan Batas Stabilitas Steady State Menggunakan Radial Equivalent Independent (REI) DIMO

Transkripsi

1 Analisa Siste Kelistrikan Distribusi Jawa Bali 500 K dengan Batas Stabilitas Steady State Menggunakan Radial Equivalent Independent (REI) DIMO Firan Yudianto Inforation Syste Departent, Universitas Nahdlatul Ulaa Surabaya, Indonesia * E-ail: firan_yudianto@unusa.ac.id Abstrak Kebutuhan akan daya listrik saat ini seakin eningkat. Pebangunan pusat pebangkit juga bertabah. Siste penyaluran daya listrik perlu ditingkatkan untuk eperoleh pelayanan yang aksial. Stabilitas steady state enjadi perhatian utaa dala operasi siste tenaga listrik terutaa pada kondisi beban puncak. Makalah ini enganalisa tentang stabilitas steady state pada penyaluran daya. Metode pendekatan Radial Equivalent Independent (REI) DIMO digunakan dala akalah ini untuk ereduksi jaring transisi enjadi sebuah bus beban ekivalen. Dari bus beban ekivalen tersebut dapat dihitung indeks stabilitas steady state untuk setiap kondisi pebebanan. Melalui etode ini, dapat eperudah enentukan batas stabilitas yang asih aan untuk stabilitas steady state pada siste kelistrikan Jawa Bali 500 k. Hasil siulasi enunjukan bahwa indek stabilitas stady state kritis pada beban MW. Kata Kunci: stabilitas steady state, penyaluran daya, REI DIM 1. PENDAHULUAN Stabilitas siste tenaga listrik telah enjadi asalah penting untuk engaankan operasi siste tenaga listrik [1]. Banyak kejadian listrik ati total disebabkan oleh ketidakstabilan siste tenaga. Kejadian ini telah enunjukkan bahwa stabilitas siste tenaga enjadi fenoena penting. Salah satu etode untuk enyelesaikan perasalahan stabilitas siste tenaga listrik adalah pendekatan Radial Equivalent Independent (REI) dio[2-7]. REI dapat ereduksi bus yang eiliki beban enjadi sebuah bus beban ekivalen. Makalah ini eperlihatkan pengunaan etode DIMO untuk enganalisa stabilitas steady state pada siste kelistrikan Jawa Bali 500 k. Siste interkoneksi 500 k Jawa Bali terdiri atas 23 bus dengan 28 saluran dan 8 pebangkit. Dengan enggunakan etode DIMO aka siste interkoneksi Jawa Bali 500 k dapat direduksi enjadi 9 bus yang terdiri dari 8 pebangkit dan sebuah bus beban. Untuk elihat stabilitas steady state digunakan forula d Q / d dan kurva P- yang terdapat dala REI-DIMO [5,6]. 1.1 Stabilitas Steady State Dengan Pendekatan DIMO Siste tenaga terdiri dari linier sub-syste, yaitu jalur transisi, transforator, reactor, kapasitor dan adintansi bus ke tanah (line charging dan tap transforator) dan non linier sub-syste seperti generator, beban dan kodensator sinkron. Bus dapat dibagi enjadi bus non-essential, yang harus dihilangkan dan bus essential, yang harus dipertahankan tidak berubah. Jaring transisi tidak dapat direduksi dengan enerapkan transforasi star-delta karena sifat nonlinier dari bus yang disuntikan daya MW dan Mar. Pada uunya, odel yang setara harus eenuhi beberapa hal dibawah ini [7]: 1. Dilihat dari batas-batasnya, ekivalen harus akurat dan terpercaya ewakili prilaku siste tenaga 2. Model reduksi harus enghasilkan sedekat ungkin sifat fisik dari siste tenaga 3. Ekivalen harus sesuai dengan prosedur koputasi yang digunakan untuk eecahkan asalah subsequent 4. Ekivalen harus eastikan bahwa solusi ateatik layak diperoleh 14

2 Diantara berbagai teknik solusi yang diusulkan dala literatur, etodologi REI-dio enonjol karena konsep yang sangat unik dari injeksi linearizing jenis yang saa dengan enggantikan jaring transisi dengan adintansi konstan, keudian engelopokan jaring transisi ke dala single injeksi non linier diterapkan ke bus fiktif yang disebut REI bus. Proses ini diungkinkan untuk eperkenalkan jaring fiktif, antara bus yang akan dihilangkan dan bus REI fiktif, yang linier, tidak eiliki rugian dan dapat dihilangkan dengan reduksi Gaussian. Jaring ini disebut zero power balance network dan ewakili konsep utaa dala REI-dio[6]. i Arus beban Y i-o Generator Pentanahan Fiktif Injeksi lain (DC ties, AC ties) Y FL I FL FL Pusat beban Fiktif I FL, S FL Gabar 1 : Zero power balance network [6] Sifat radial dari REI eenuhi salah satu aturan penerapan daya reaktif stabilitas steady state (stabilitas tegangan). Untuk siste yang terdiri G generator, kodensor sinkron dan injektif aktif seperti DC ties atau AC ties, yang terhubung radial kesalahsatu bus beban fiktif atau aktual elalui adintansi Y 1,...,Y i,,y G, dio engebangkan ruus sebagai berikut: dq d 2Y Yload Y E cos (1) E = Tegangan internal dari esin (diasusikan konstan, tidak terpengaruhi oleh perubahan kecil yang dilakukan dala kondisi stabilitas steady state) = sudut internal dari esin dengan engacu pada tegangan pada bus beban (baik fiktif aupun aktual) Dala pendekatan ini, bagian yang nyata diwakili oleh nilai MW, sedangkan bagian reaktif bevariasi dengan kuadrat tegangan sesuai dengan, Y load Q load 2 (2) Dengan nilai Q load yang baik diabil dari kasus dasar atau dihitung ulang di setiap langkah dengan epertibangkan struktur beban konstan, cos tetap, seperti yang ditunjukan pada gabar 2. Peruusan uu kriteria ini telah dikebangkan dala [6] dan berikan dala persaaan 3. 15

3 dq Y E 2Y cos Yload Y d cos( ) (3) 1.2 Siste Interkoneksi 500 k Jawa Bali Gabar 2 : REI untuk pusat beban fiktif [6] Siste interkoneksi 500 k Jawa Bali terdiri atas 23 bus dengan 28 saluran dan 8 pebangkit. Siste interkoneksi 500 k Jawa Bali dapat digabarkan dala bentuk single line diagra pada gabar 3. Data engenai saluran-saluran dala siste interkoneksi 500 k Jawa Bali diberikan oleh tabel 4.2. Data pebangkitan siste Interkoneksi 500 k Jawa Bali diperlihatkan oleh tabel 1. 2 Cilegon 1 Suralaya 3 Kebangan 5 Cibinong 4 Gandul 18 Depok 8 Muaratawar 10 Cirata 7 Bekasi 6 Cawang Mandiracan 20 Pedan Cibatu Saguling Bandung 21 Kediri 14 Ungaran 15 Tanjung Jati 22 Paiton 16 Surabaya Barat 23 Grati 17 Gresik Gabar 3 Siste Interkoneksi 500 k Jawa Bali 16

4 2. METODE PENELITIAN Prosedur reduksi jaring siste Jawa bali 500 k adalah sebagai berikut: 1. Siap data siste tenaga listrik 2. Jalankan load flow untuk endapatkan tegangan dan sudut tegangan. 3. Menentukan bus beban 4. Menentukan bus netral fiktif 5. Menghubungkan bus beban ke bus netral fiktif dengan adintansi Y bus konstan. Persaaan Y bus konstan adalah P jq Ybus 2 (4) P = daya aktif Q = daya reaktif = tegangan bus 6. Tentukan arus I dari bus beban ke bus netral fiktif dengan persaaan S* in I E i jfi (5) S* in = Daya nyata konjuktif dari bus I ke bus netral fiktif E i = Tegangan aktif bus i (E i = cos α ) F i = Tegangan reaktif bus i (E i = sin α ) 7. Tentukan bus load center 8. Gunakan hoku Kirchhoff untuk enentukan arus yang engalir ke bus load center 9. Hitung daya yang enuju bus netral fiktif 10. Tentukan nilai ipedansi Z lc dari bus netral fiktif ke bus load center engunakan persaaan, P jq R lc jxlc I I * (6) Z lc = ipedansi load center R lc = resistansi load center X lc = reaktansi load center I lc = arus load center 11. Ubah ipedansi Z lc ke dala bentuk adintansi Y lc 12. Tentukan tegangan di load center dengan persaaan Slc lc I * lc (7) lc = tegangan load center = daya nyata load center S lc I lc = arus load center 13. Jalankan load flow untuk enghasilkan adintansi Y bus baru. 14. Reduksikan atrik Y dengan Gaussian 15. Analisis batas stabilitas steady state akibat pertabahan beban dengan enggunakan persaaan 1. 17

5 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Tabel 1 erupakan atrik Y bus dari siste Jawa Bali 500 k setelah eliasi Gaussian. Gabar 4 erupakan hasil REI dari 23 bus enjadi 8 bus generator dan sebuah bus beban ekivalen. Aditansi, tegangan bus, daya generator, dan total beban siste dala REI diperlihatkan pada tabel 2. Tabel 1. Hasil atrik Y setelah gaussian No Bus i i i i i i i i i Load center Gabar 4: Hasil REI Pada Siste Jawa Bali Tabel 4.2 : Hasil paraeter REI dari 23 bus No Bus Y re G (pu) Y i B (pu) REI MW REI MAr (pu) ang( 0 ) Tabel 3 eperlihatkan perubahan tegangan, sudut tegangan dan indek stabilitas. Tegangan siste, sudut tegangan dan indeks stabilitas dipengaruhi oleh perubahan beban di siste. 18

6 Tabel 4.3 : Perubahan beban load center Step P Q Indek Stabilitas Gabar 5 eperlihatkan hubungan antara tegangan dan beban. Tegangan berbanding terbalik terhadap perubahan beban. Tegangan seakin turun akibat penabahan beban. Average Syste oltage [pu] Base Case P- Curve Critical Case Total Grid Utilization [MW] x 10 4 Gabar 5 : Kurva P- siste Jawa Bali 500k 10 0 Critical Case Stability Indexs Base Case Total Grid Utilization [MW] x 10 4 Gabar 6 : Kurva perubahan indeks stabilitas terhadap perubahan beban 19

7 Gabar 6 enunjukan hubungan indeks stabilitas terhadap beban. Indek stabilitas siste dala keadaan noral pada beban MW ( ) dan kritis pada beban MW (0,099) Average Syste oltage [pu] Base Case 0.6 Critical Case Stability Indexs Gabar 7 : Kurva perubahan indeks stabilitas terhadap tegangan Gabar 7 eperlihatkan hubungan antara indeks stabilitas dan tegangan rata-rata siste. Penurunan tegangan rata-rata siste enyebabkan indeks stabilitas endekati nilai 0 atau indeks stabilitas seakin rendah. 4. KESIMPULAN Stabilitas steady state dapat dianalisa dengan elihat indeks stabilitas siste. Siste tidak stabil pada beban sebesar MW dari total pebangkitan sebesar MW. 5. DAFTAR PUSTAKA [1] Mohaed M. Haada, Mohaed. A.A. Wahab, Nasser. G.A. Hedan Siple and efficient ethod for steady-state voltage stability assessent of radial distribution systes ScienceDirect Electric Power Systes Research 80, 2009, pp [2] Dio, P., Etude de la Stabilité Statique et du Réglage de Tension, R.G.E., Paris, ol. 70, No. 11, pp , [3] Dio, P., L Analyse des Réseaux d Energie par la Méthode Nodale des Courants de Court-Circuit. L Iage des N_uds, R.G.E., Paris, 1962, ol. 7, pp., [4] Dio, P., Nodal Analysis of Power Systes, Abacus Press, Kent, England, [5] Zaneta E, and Anton. B The power syste steady-state stability snalysis AT&P journal PLUS, 2008, pp [6] Roberto D. Molina Mylius, Martín Cassano,and Savu C. Savulescu, Dio s Approachto Steady-State Stability Assessent: Methodology Overview,Nuerical Exaple, and Algorith alidation, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 2009 [7] Savulescu, Solving Open Access Transission And Security Analysis Probles With The Short- Circuit Currents Method, Latin Aerica Power 2002 Conference Controlling and Autoating Energy Session, Mexico, [8] Anderson, P. M., and Fouad A. A., Power Syste Control and Stability, Iowa University Press, Aes, Iowa,