ANALISIS KONTINGENSI PADA SISTEM JAWA-BALI 500KV UNTUK MENDESAIN KEAMANAN OPERASI

Transkripsi

1 ANALISIS KONTINGENSI PADA SISTEM JAWA-BALI 500K UNTUK MENDESAIN KEAMANAN OPERASI Arf Rachman Bdang Stud Teknk Sstem Tenaga Jurusan Teknk Elektro Fakultas Teknolog Industr, Insttut Teknolog Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS Keputh Sukollo Surabaya 60 Abstrak : Tugas akhr n menelaskan tentang kontngens yang dsebabkan oleh terlepasnya saluran transms yang terad pada sstem nterkoneks Jawa-Bal 500K. Akbat terputusnya saluran transms menyebabkan perubahan tegangan pada bus dan overload pada saluran transms, sehngga perlu sekal untuk mengatas masalah n dengan sebuah smulas analss kontngens untuk menemukan solus dar masalah yang dtmbulkan akbat terputusnya saluran transms. Hasl menunukkan ketka terad kontngens pada saluran transms 500K Jawa-Bal antara Suralaya-Gandul membuat arus d saluran Clegon-Cbnong nak 2.583,8A, Paton-Grat membuat arus d saluran Ungaran-Surabaya nak 2.0A, Mandrancan-Ungaran membuat arus d saluran Gandul- Depok nak.989,49a dan tegangan bus terendah terad d bus bandung yatu 0,775 pu saat terad kontngens d saluran Sagulng-Bandung. Hasl dar perhtungan analss kontngens dapat dgunakan secara optmal untuk perencanaan operas sstem pembangktan energ lstrk, dengan begtu perencanaan sstem dapat mempengaruh keandalan dan keamanan dar sstem nterkoneks.. PENDAHULUAN D dalam operas sstem tenaga lstrk terad suatu gangguan adalah suatu masalah yang tdak dapat dhndar. Banyak gangguan yang dapat terad namun bla dlhat frakuens teradnya gangguan, pada saluran transms adalah yang palng serng terad. Gangguan tu bsa berupa gangguan hubung sngkat atau terputusnya salah satu saluran dan lan-lan. Untuk langkah pengamanan dar gangguan sstem tersebut perlu dadakan pemutusan saluran dar arngan sstem, dengan tdak bekeranya suatu saluran (Lne outage maka akan terad perubahan alran daya pada saluran-saluran lan akbat adanya perubahan alran daya tersebut. Dar permasalahan tu dperlukan Analss Kontngens untuk mengetahu ka ada saluran yang bermasalah apakah saluran yang mash terssa sudah over load atau mash bsa d beban. 2. TEORI PENUNJANG 2. Stud alran daya. Stud alran daya adalah stud yang dlakukan untuk mendapatkan nformas mengena alran daya atau tegangan sstem dalam konds operas tunak. Informas n sangat dbutuhkan guna mengevaluas unuk kera sstem tenaga dan menganalss konds pembangktan maupun pembebanan. Analss n uga memerlukan nformas alran daya dalam konds normal maupun darurat. Masalah alran daya mencakup perhtungan alran daya dan tegangan sstem pada termnal tertentu atau bus tertentu.d dalam stud alran daya, bus-bus dbag dalam 3 macam, yatu : a. Slack bus atau swng bus. b. oltage controlled bus atau bus generator. c. Load bus atau bus beban. Pada tap-tap bus hanya ada 2 macam besaran yang dtentukan sedangkan kedua besaran yang lan merupakan hasl akhr dar perhtungan. Besaran-besaran yang dtentukan tu adalah : a. Slack bus ; harga skalar dan sudut fasanya. b. oltge controlled bus; daya real P dan harga skalar tegangan. c. Load bus; daya real P dan daya reaktf Q. Slack bus berfungs untuk menyupla kekurangan daya real P dan daya reaktf Q pada sstem. 2.2 Metode Newton Raphson. Persamaan umum dar arus yang menuu bus adalah I n ( Persamaan datas bla dtuls dalam bentuk polar adalah : n I (2 Daya kompleks pada bus adalah : * P JQ I (3 sehngga dengan mensubstuskan persamaan d atas ddapatkan n P JQ (4 Psahkan bagan rl dan maner : P n Cos( (5 Q n Sn( (6 Nla-nla P dan Q dapat dtetapkan untuk semua bus kecual slack bus dan memperkrakan besar dan sudut tegangan pada setap bus kecual slack bus yang mana besar dan sudut tegangan telah dtentukan. Nla perkraan Proceedng Semnar Tugas Akhr Jurusan Teknk Elektro FTI-ITS Halaman dar 6

2 n akan dgunakan untuk menghtung nla P danq dengan menggunakan persamaan d atas, sehngga ddapatkan ΔP = P spec P calc (7 ΔQ = Q spec Q calc (8 Pada slack bus nla magntude tegangan ( dan sudut tegangan (δ adalah tetap, sehngga tdak dlakukan perhtungan pada setap terasnya. Sedangkan pada generator bus, daya aktf (P dan magntude tegangan ( bernla tetap. Sehngga hanya daya reaktf yang dhtung pada setap terasnya. Matrk Jacoban terdr dar turunan parsal Pdan Q terhadap masng-masng varabel dalam persamaan d atas. Dapat dtulskan sebaga berkut P Q J J 3 J 2 J 4 Submatrk J, J2, J3, J4 menunukkan turunan parsal dar persamaan d atas terhadap δdan yang bersesuaan, dan secara matetats dapat dtulskan sebaga berkut : Nla untuk elemen J adalah : P n Sn( (0 P Sn( J ( Nla untuk elemen J2 adalah : P 2 Cos Cos( 2 P Cos( Nla untuk elemen J3 adalah : Q Cos( (9 J (3 (4 Q Cos ( J (5 Nla untuk elemen J4 adalah : Q 2 Sn Sn( (6 Q Sn ( J (7 Setelah seluruh persamaan dselesakan, maka nla koreks magntude dan sudut tegangan dtambahkan ke nla sebelumnya. ( k k k (8 ( k k k (9 2.3 Kontngens Kontngens adalah suatu keadan yang dsebabkan oleh kegagalan atau pelepasan dar satu atau lebh generator dan/atau transms. Istlah n berkatan erat dengan kemampuan suatu sstem tenaga lstrk untuk melayan beban bla terad gangguan pada salah satu komponennya. Untuk alasan kontngens pula, lebh dar satu saluran dgunakan untuk menyalurkan daya lstrk ke beban, mesk sebenarnya dalam keadaan normal. Analss kontngens adalah komponen sangat pentng dar fungs penguan sstem keamanan dan merupakan sebaga kelanutan hasl program load flow untuk memperhtungkan berbaga konds yang mungkn terad dalam sstem dmasa yang akan datang dengan melakukan berbaga kontngens. Penganalsaan terhadap kontngens yang mungkn terad sangat dperlukan untuk menentukan langkah-langkah pengoperasan sstem yatu untuk mengatas teradnya kasus-kasus yang dtmbulkan oleh kontngens tersebut. 2.4 Seleks kontngens. Untuk melakukan pengelompokan saluran maka dperlukan suatu parameter yang dapat dpaka untuk menghtung seberapa parah pengaruh saluran tersebut pada sstem tenaga, de Performas ndex (IP dapat memenuh kebutuhan n. Defns performas ndex (IP adalah sebaga berkut : P IP Pmax (20 Penelasan rumus datas : IP : Performas ndex P : Daya yang mengalr pada saluran Pmax : Kapastas maxmum saluran. Bla nla IP lebh dar maka nla n dkatakan overload dan bla dbawah maka saluran tersebut bak-bak saa, semakn besar nla PI semakn elek konds dar sstem. 3. KONFIGURASI SISTEM. Sngle lne dagram dar Sstem Jawa-Bal dtunukkan oleh gambar. Total kapastas pembangktan pada Sstem Jawa-Bal adalah MW dan 4280.,97 MAR dan menanggung beban 9068 MW dan 3558 MAR pada tanggal 04 Maret 2009 pada saat beban puncak sang yatu pukul 3.30 Wb, dengan 8 unt generator dan 5 load bus. Dan selanutnya smulas menggunakan metode Newton- Raphson.dan hasl smulas d tunukkan pada tabel dan Stabltas Sstem. Mengacu pada standar SPLN CC2.0:2007 tegangan sstem harus dpertahankan dalam batasan. konds tegangan nomnal extra tngg 500K yatu 5% untuk konds normal, maka standar mnmum untuk tegangan 500K adalah 450K (0.95pu dan untuk standar maxmum adalah 525 K (.05pu. dan untuk kemampuan hantar arus saluran mengacu pada KHA yang dmlk masng-masng saluran. Proceedng Semnar Tugas Akhr Jurusan Teknk Elektro FTI-ITS Halaman 2 dar 6

3 Profl Arus Sstem Jawa-Bal Saat Konds Normal A ru s ( K A Su ra lay a-c leg on S ur alay a- Gan dul Cl ego n- C bn ong C bn ong- B ekas Kem b angan -G and u l Gandul - Cb no ng Gandul - De p ok Cbnong -M uaratawar C bn on g- Sa gul ng Caw ang -B ekas Cawa n g-m uar a taw ar M uar a taw ar -C bat u C bat u- Cr at a Crata- Sa guln g Sag ul ng -B andu n g S. B andung S.- Ma ndrac an Man d rac an- Un gar an Saluran Ungaran- Tan un gat Ungara n- Surabaya B. Un gar an- Pe dan Tan un g at- Su r abay a B. Sura baya B. -Gresk Sur ab a yab. - G r at Depok- Task m alay a T askma laya-p edan Peda n -Ked r Gbr. 3. Grafk Profl Arus Saat Konds Normal Kedr - Pa ton Pa ton - Gr at T e g a n g a n (K Gambar. Layout arngan sstem Jawa-Bal Tabel. Hasl Smulas Load Flow Untuk Nama No (pu (K Suralaya, Clegon,07 508,5 3 Kembangan 0, Gandul 0, ,5 5 Cbnong 0, ,5 6 Cawang 0,983 49,5 Tabel 2. Hasl Smulas Load Flow Untuk Arus No Nama Saluran Arus (A Suralaya - Clegon.49,83 2 Suralaya - Gandul.778,73 3 Clegon - Cbnong 752,59 4 Kembangan - Gandul 832,94 5 Gandul - Cbnong 93, Gandul - Depok 502,04 S ural aya C le gon Ke m bang an Profl Sstem Jawa-Bal Saat Konds Normal G an dul C bn ong C awa ng B ekas Mu ar a taw ar C b atu C rata Sa gu ln g B an du ng M an dra nc an U ngara n Ta nu ng Ja t S ur ab aya Bar at Gr esk De pok Taskm ala ya Pe dan Ked r Pa ton G r at Gbr. 2. Grafk Profl Saat Konds Normal 4. ANALISIS KONTINGENSI 4. Pengelompokan kontngens Analss kontngens dar sstem nterkoneks Jawa-Bal 500K menghaslkan daftar urutan dar saluran yang terpentng sampa saluran yang tdak berpengaruh terhadap sstem bla saluran tu lepas. D bawah n adalah daftar urutan kontngens untuk am 3.30WIB yang merupakan hasl ndex tertngg dar tap-tap saluran yang lepas. Tabel 3. Urutan Kontngens Berdasarkan Performance Index Urutan Ke PI(% Kontngens ,63 Saluran ,4 Saluran ,48 Saluran ,8 Saluran ,42 Saluran ,92 Saluran ,74 Saluran ,75 Saluran ,3 Saluran ,30 Saluran ,49 Saluran ,5 Saluran ,50 Saluran ,22 Saluran ,82 Saluran 4-5 Tabel datas memperlhatkan tentang urutan kontngens dar yang terberat sampa yang terendah. Urutan pertama untuk Performas Index terad pada saluran 2 (Clegon ke 5(Cbnong yatu sebesar 07.63% saat saluran (Suralaya ke 4 (Gandul lepas. Sehngga bsa dkategorkan bahwa keadan tu merupakan keadan yang terburuk dar sstem dan bsa mempengaruh keandalan dar sstem. 4.2 Analsa Data. Analss kontngens akan mengambl contoh pada saat saluran -4 lepas karena merupakan urutan pertama dar performas ndex. Ada 2 dampak yang dhaslkan saat keadan n yatu Over Load dan Under oltage. dan Proceedng Semnar Tugas Akhr Jurusan Teknk Elektro FTI-ITS Halaman 3 dar 6

4 besarnya nla Overload dan undervoltage sepert tabel dbawah n : a. Overload Tabel 4. Besarnya Arus D Saluran Saat Kontngens (-4 Ke KHA Arus (A PI (% ,56 69, ,8 07, ,57 8, ,9 27, ,7 26, ,8 4, ,6 32, ,48 7, ,2 6, ,94 42, ,24 2, ,28 8, ,68 7,85 b. Under oltage Tabel 5. Besarnya Under oltage D Saat Kontngens (-4 No (pu K 3 Kembangan 0, ,5 3 Mandrancan 0, Ungaran 0, Taskmalaya 0,94 470,5 20 Pedan 0, ,5 Semula daya yang dhaslkan oleh pembangkt Suralaya mengalr ke bus-bus lan melalu saluran Suralaya-Clegon dan Suralaya-Gandul, dan dengan terlepasnya saluran Suralaya Gandul maka saluran Clegon-Cbnong akan mengalam over load karena harus mengalrkan semua daya yang dhaslkan oleh pembangkt Suralaya.dan arus yang mengalr d saluran saat tu adalah A padahal kapastas saluran hanyalah 2400A dan keadan tu uga menyebabkan bus (Kembangan, Mandrancan, Ungaran, Taskmalaya dan Pedan uga mengalam drop tegangan dan bla tdak dambl tndakan perbakan maka akan terad sstem collaps karena saluran Clegon- Cbnong uga akan terlepas akbatnya pembangkt suralaya tdak bsa mengalrkan daya ke sstem. = 3 ( %x2400x500 K = 366 MA ad perlu adanya pengurangan daya sebesar 366 MA, maka berdasar pada sstem yang ada, kemungknan beban yang berpengaruh teradnya overload dan harus dlepas adalah beban yang ada d bus 3,4,5 dan 7. Sedangkan besarnya beban pada masng-masng bus n sepert pada tabel 6. Tabel 6. Besarnya Beban sebelum Perstwa Load Sheddng No Daya Daya (MW (MAR 3 Kembangan Gandul Cbnong Bekas Jad untuk melakukan pelepasan beban (Load sheddng akan dplh berdasar pada faktor senstftas yang bertuuan untuk memlh bus mana yang pantas dan tepat untuk dlepas. Dan pada saat beban dlepas sebesar 366 MA maka d buat skema load sheddng sepert yang dtunukkan oleh tabel 7 berkut : Tabel 7. Perubahan Arus setelah Perstwa Load Sheddng. Arus SKM Poss MW MAR Hasl Smulas A Beban d bus ,64 B Beban d bus ,70 C Beban d bus ,67 D Beban d bus , Pencegahan Terhadap Dampak Kontngens Over Load Under oltage. Dalam tugas akhr n untuk mengatas overload Dengan mash teradnya under voltage pada bus adalah dengan cara load sheddng (pelepasan beban. Load Mandrancan, Ungaran, Taskmalaya dan pedan. Maka sheddng dperlukan untuk menaga besarnya transfer daya perlu perbakan tegangan terhadap bus-bus tersebut, yang melalu saluran teraga agar tdak melebh perbakan akan dlakukan dengan menggunakan kapastor kemampuan hantar arus dar saluran tersebut. yang dpasang pada bus-bus tersebut. Sedangkan beban Oleh sebab tu perlu adanya pengurangan beban yang ada d bus tersebut adalah : d ss bus dan besarnya beban yang dlepas adalah : Proceedng Semnar Tugas Akhr Jurusan Teknk Elektro FTI-ITS Halaman 4 dar 6 E F G 7 Beban d bus 5 dan bus 4 Beban d bus 3 dan bus 4 Beban d bus 5 dan bus 7 5: 440, 4: 305 3: 495, 4: 305 5: 440, 7: 395 5:35, 4: 05 3:75, 4: 05 5:35, 7: , 2.3,07 2.3,98 Dar hasl skema d atas maka d plh skema A yatu pelepasan beban d bus 3 karena dengan melakukan pelepasan beban sebesar 366 MA arus yang mengalr menad 2.30,64 A. Dengan demkan saluran menad aman karena arus yang mengalr d bawah kemampuan hantar arus saluran yatu 2400 A. Selan tu setelah dlakukan load sheddng tegangan masng-masng bus akan menad nak, dantaranya bus Kembangan yang sebelumnya under voltage akan nak menad 0,959pu. Walaupun begtu tetap mash terad under voltage pada bus Mandrancan, Ungaran, Taskmalaya dan pedan.

5 Tabel 8. Besarnya Beban d Saat Terad Kontngens. (MW (MAR 3 Mandrancan Ungaran Taskmalaya Pedan Dan perhtungan untuk mencar nla MAR kapastor sepert berkut n :. 3. P awal 350MW Q awal20mar Cos0.94 besarnya daya reaktf baru Q baru P awal x tan(cos 350x tan( Cos MAR QC Q awal Q baru MAR P awal 290MW Q awal320mar Cos0.67 besarnya daya reaktf baru Q baru P awal x tan(cos 290x tan( Cos MAR QC Q awal Q baru MAR Data-data daya reaktf yang telah ddapat dar hasl perhtungan datas setelah drunnng dengan menggunakan matlab menghaslkan data sebaga berkut : No Tabel 9. Besarnya setelah Load Sheddng dan Pemasangan Kapastor. (pu (K Suralaya, Clegon, Kembangan 0, Gandul 0,963 48,5 5 Cbnong 0, Cawang 0, ,5 7 Bekas 0, ,5 8 Muara tawar, Cbatu 0, ,5 0 Crata 0, Sagulng 0, Bandung 0, ,5 3 Mandrancan 0,95 475,5 No (pu (K 4 Ungaran 0, Tanung Jat, Surabaya Barat 0, Gresk, Depok 0, Taskmalaya 0, Pedan 0, Kedr 0, ,5 22 Paton, Grat, Berdasarkan hasl smulas dapat dperoleh bahwa profl tegangan pada masng-masng bus sudah berada pada rentang standar yang dznkan, bus-bus yang sebelum pemasangan kapastor profl tegangannya mash dbawah standar (bus 3,4,9, dan 20 dan setelah pemasangan kapastor maka profl tegangan-tegangan bus berada pada nla rentang yang dznkan yatu 500K 5%. Gambar 4.4, menelaskan perbandngan besarnya tegangan saat terad kontngens dan setelah dlakukan load sheddng pada bus 3 dan pemasangan kapastor pada bus 3 dan 4 delaskan oleh gambar grafk berkut; Besarnya setelah Load Sheddng dan Pemasangan Kapastor Gambar 4. Perbandngan saat Terad Kontngens dan Setelah Pemasangan Kapastor dan Load Sheddng. Selan tu pemasangan kapastor uga akan mempengaruh sstem alran daya pada arngan sehngga akan berpengaruh tehadap besarnya arus yang mengalr pada tap-tap saluran. Dan besarnya arus pada tap-tap saluran setelah perstwa load sheddng dan pemasangan kapastor sebaga berkut : Tabel 0. Besarnya Arus Setelah Load Sheddng dan Pemasangan Kapastor. Ke KHA Arus PI(% ,57 59, ,96 88, ,07 8, ,0 6, ,75 26, ,2 42, ,97 3, ,60, ,53 6,90 Proceedng Semnar Tugas Akhr Jurusan Teknk Elektro FTI-ITS Halaman 5 dar 6 T e g a n ga n (K No setelah Load Sheddng dan Pemasangan Kapastor saat Terad Kontngens

6 Ke KHA Arus PI(% ,25 4, ,42 22, ,29 7, ,62 2, ,37 3, ,37 23, ,37 33, ,53 37, ,23 52, ,06 2, ,04 3, ,7 2, ,96 26, ,0 0, ,94 6, ,58 23, ,22 3, ,08 29,50 Berdasarkan hasl smulas pada tabel 4.44, dapat dperoleh bahwa profl arus pada masng-masng saluran sudah berada pada rentang standar yang d znkan yatu tdak melebh kemampuan hantar arus (KHA dar saluran tersebut, yang mana untuk saluran Clegon-Cbnong arus menad turun dar 2.583,8A menad 2.25,96A, dan performas ndex turun dar 07,63% menad 88,58%. 5. KESIMPULAN Dar hasl analss kontngens pada sstem Jawa-Bal Dar hasl analss kontngens pada sstem Jawa-Bal 500K dapat dtark kesmpulan :. Dapat dsmpulkan dampak dar kontngens saluran adalah drop tegangan dan overload pada saluran, dan bla dbarkan akan bsa menyebabkan sstem nterkoneks Jawa-Bal menad padam total (Blackout. 2. Saat perstwa kontngens, overload terad pada 3 saluran yatu d saluran Clegon-Cbnong sebesar 2.583,8A pada saat terad kontngens d saluran Suralaya-Gandul, Ungaran-Surabaya sebesar 2.0A pada saat terad kontngens d saluran Paton-Grat dan Gandul-Depok sebesar.989,49a pada saat terad kontngens d saluran Mandrancan-Ungaran dan ketga saluran merupakan saluran sngle conductor. 3. Pemasangan kapastor pada bus 3 sebesar 49 MAR dan bus 4 sebesar 26 MAR saat terad kontngens pada saluran Suralaya-Gandul berfungs sebaga perbakan tegangan d bus yang mengalam under voltage sedangkan load sheddng pada bus 3 sebesar 366 MA adalah untuk mengurang besarnya arus yang mengalr pada saluran Clegon-Cbnong sehngga tdak melebh kemampuan hantar arus dar saluran tersebut. SARAN. Dengan mengetahu dampak yang dtmbulkan akbat kontngens, maka perlu menambah srkt saluran pada saluran Clegon-Cbnong, Gandul-Depok, Ungaran- Surabaya Barat yang mengalam overload sehngga kemampuan hantar arus akan semakn bertambah dan menghaslkan penngkatan pada Pmax. 2. Analss kontngens sangat efektf dgunakan untuk mengu keandalan dar sebuah sstem yang berukuran besar ddalam hal n keandalan sstem dalam mengatas gangguan. DAFTAR PUSTAKA [] Arfta uana Dew, Sasongko Pramono Had, Soedatmko Contngency Analyss of Power System Electrcal Operaton, Proceedngs of the Internatonal Conference on ITB Bandung, vol. F-65, pp , June [2] Pradeep emula, Transmsson Exspanson Plannng Consderng Contngency Crtera and Network Utlzaton, Fftenth Natonal Power System Conference,IIT Bombay, December [3]. Máro A. Albuquerque, Carlos A. Castro, Contngency Rankng Method for oltage Stablty n Real Tme Operaton of Power Systems, IEEE Bologn Conference une 23th-26th taly, [4] Mostafa Alnezhad, Mehrdad Ahmad Kamarposht, Statc oltage Stablty Assessment Consderng The Power System Contngences Usng Contnuaton Power Flow Method Proceedng of Word Academy of Scence, Engneerng and Technology Power System, vol. 38, pp , February [5] Had Saadat, Power System Analyss, Mc GrawHll, [6] Sulasno, Analss Sstem Tenaga Lstrk, Satya Wacana, 993. [7] PT. PLN (persero, Data Pembangktan dan transms dar Sstem Jawa- Bal 500K 2009, [8] Bud Santoso, Smulas proteks beban lebh dengan matlab, www. bud54n.wordpress.com,200. [9] PT. PLN (persero, Aturan Jarngan Sstem Tenaga Lstrk Jamal, 2007 [0] Satrya Utama, Memperbak Profl Dengan Kapastor Shunt, Unverstas Udayana, []. Eko Setawan, Analss Kontngens pada Sstem Tenaga menggunakan ANN ITS Surabaya, 999. DAFTAR RIWAAT HIDUP Arf Rachman dlahrkan d Boonegoro, 0 Aprl 982. Merupakan anak pertama dar pasangan Bapak Kuszan dan bu Ammn. Menempuh enang penddkan d MI Petak Kaltdu tahun , MTSN2 Padangan tahun , SMK Boonegoro tahun ,D3 Teknk Elektro tahun , dan setelah lulus D3 penuls bekera d PT. Panasonc Electronc Devces tahun Setelah tu, penuls melanutkan studnya d program Lntas Jalur Insttut Teknolog Sepuluh Nopember (ITS urusan Teknk Elektro bdang stud Teknk Sstem Tenaga tahun Proceedng Semnar Tugas Akhr Jurusan Teknk Elektro FTI-ITS Halaman 6 dar 6