Analisis Kontingensi Sistem Jawa-Bali 500KV Untuk Mendesain Keamanan Operasi

Transkripsi

1 Presentasi Sidang Tugas Akhir (Genap 2) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS Analisis Kontingensi Sistem Jawa-Bali 5KV Untuk Mendesain Keamanan Operasi Nama : Arif Rachman NRP : Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT. Page

2 DAFTARISI PENDAHULUAN LANGKAH - LANGKAHPENELITIAN TEORIPENUNJANG PERHITUNGANDAN ANALISA KESIMPULAN Page 2

3 Pendahuluan Latar Belakang Tujuan Permasalahan Batasan Masalah Page 3

4 Latar Belakang Ketidakstabilan sistem tenaga listrik mengakibatkan terganggunya kontinuitas pelayanan daya beban. Untuk menetapkan apakah ada overload yang potensial atau masalah tegangan yang muncul akibat adanya kontingensi pada saluran sistem Jawa-Bali 5KV. Page 4

5 Tujuan Mengetahui hasil perubahan aliran daya akibat kontingensi. Mengetahui hasil perubahan nilai arus, tegangan dan daya pada masing-masing bus dan jaringan akibat kontingensi. Mengetahui tindakan pencegahan yang harus dilakukan akibat kontingensi. Page 5

6 Permasalahan Overload Saat terjadi kontingensi saluran (Line outage) apakah bus under atau over voltage dan saluran lain sudah overload atau masih bisa dibebani. Under Voltage atau Over Voltage Perlu dilakukan analisa kontingesi dan tindakan pencegahan agar sistem kelistrikan bisa kembali stabil dan bekerja dengan handal. Page 6

7 Batasan Masalah Pengaruh lepasnya satu saluran terhadap aliran daya pada tiap saluran. Pengaruh lepasnya satu saluran terhadap tegangan pada tiap-tiap bus. Pengelompokan pengaruh lepasnya satu saluran terhadap sistem. Software yang digunakan untuk simulasi Matlab 7..dengan metode Newton Raphson. adalah Page 7

8 DAFTARISI PENDAHULUAN LANGKAH - LANGKAHPENELITIAN TEORIPENUNJANG ANALISADAN PENCEGAHAN KESIMPULANDAN SARAN Page 8

9 Langkah Langkah Penelitian Page 9

10 DAFTARISI PENDAHULUAN LANGKAH - LANGKAHPENELITIAN TEORIPENUNJANG ANALISADAN PENCEGAHAN KESIMPULANDAN SARAN Page

11 TeoriPenunjang A: StudiAliran Daya,Kontingensi B: Standart Stabilitas Sistem C: Pencegahan akibat kontingensi Page

12 A : Studi aliran daya Studi aliran daya adalah studi yang dilakukan untuk mendapatkan informasi mengenai aliran daya atau tegangan sistem. Di dalam studi aliran daya, bus-bus dibagi dalam 3 macam, yaitu : Swing bus atau bus referensi. Voltage controlled bus atau bus generator. Load bus atau bus beban. Page 2

13 A: Kontingensi Kontingensi adalah suatu kejadian yang disebabkan oleh kegagalan atau pelepasan dari satu atau lebih generator dan/atau transmisi. Kasus-kasus Kontingensi: a. Branch outages b. Switching reaktor atau kapasitor c. Outages untuk pembangkit d. Outages elemen beban e. Perubahan peralatan switch (keluar atau masuk) Analisis Kontingensi. Fungsi Analisis Kontingensi (CA) untuk memprediksi masalah yang potential apabila elemen terpilih dari sistem tenaga dikeluarkan (out of service). Fungsi CA harus menggunakan hasil hitungan state estimation sebagai base case dan memeriksa kasus kontingensi tertentu untuk menetapkan apakah ada Overload yang potensial atau masalah Tegangan yang muncul. Page 3

14 A: Kontingensi Seleksi Kontingensi Definisi performasi index (IP) adalah sebagai berikut : P IP... (8). Pmax Penjelasan rumus diatas : IP : Performasi index Pmax : Kapasitas maximum saluran P : Daya yang mengalir pada saluran Bila nilainya maka nilai ini dikatakan overload. Jika nilainya < maka saluran tersebut baik-baik saja. Semakin besar nilai PI semakin jelek kondisi dari sistem Page 4

15 B. Standart Stabilitas Sistem Tegangan : Mengacu pada standard PLN CC2. : 27 tegangan Sistem harus dipertahankan dalam batasan sebagai berikut: Tegangan Nominal Kondisi Normal 5 kv +5%, -5% 5 kv +5%, -% 7 kv +5%, -% 2 kv +5%, -% Arus Mengacu pada kemampuan hantar arus (KHA) setiap saluran Page 5

16 C. Pencegahan akibat Kontingensi Perbaikan Tegangan Dengan menggunakan Kapasitor Over Load Dengan Load shedding Page 6

17 DAFTARISI PENDAHULUAN LANGKAH - LANGKAHPENELITIAN TEORIPENUNJANG ANALISADAN PENCEGAHAN KESIMPULANDAN SARAN Page 7

18 A. Konfigurasi Sistem() Gbr. Lay out Sistem Jawa-Bali Page 8

19 Data Pembangkit Dan Beban Page Ungaran Mandirancan Bandung Saguling Cirata Cibatu Muara tawar Bekasi Cawang Cibinong Gandul Kembangan Cilegon Suralaya MVAR MW MVAR MW Pembangkitan Beban Sudut V (pu) Kode Bus Nama Bus No Bus

20 Data Pembangkit Dan Beban No Bus Nama Bus Kode Bus V (pu) Sudut MW Beban MVAR Pembangkitan MW MVAR 5 Tanjung Jati Surabaya B Gresik Depok 9 Tasikmalaya Pedan Kediri Paiton Grati Total : Keterangan kode bus :.Load bus. Slack bus 2. Voltage-control bus Page 2

21 Data Saluran (pu) (pu) (pu) Bc X R Jarak (Km) KHA (A) i-j NO Page 2

22 Data Saluran (pu) (pu) (pu) Bc X R Jarak KHA (A) i-j NO Page 22

23 Profil Tegangan Saat Kondisi Normal Angle Voltage (KV) Voltage (pu) No Bus Page Angle Voltage (KV) Voltage (pu) No Bus

24 Grafik tegangan Saat Kondisi Normal Profil Tegangan Sistem Jawa-Bali Saat Kondisi Normal T e g an ga n (K V ) Suralaya C ilegon Kemb angan G andul Cibino ng Caw ang Bek asi M ua ra taw ar Ciba tu Cirata Sagu lin g B andu ng M and iran ca n Ung a ran Nama Bus T anjung Jati Surabaya Bar at Gres ik Depok Ta sik malaya P edan K ediri P aiton G rati Berdasarkan hasil simulasi pada tabel dapat diperoleh bahwa profil tegangan pada masing-masing bus sudah berada pada rentang standar yang di izinkan yaitu 5KV dengan batasan 5%. Page 24

25 Profil arus saat kondisi normal No Nama Saluran KHA Saluran(A) Arus (A) No Nama Saluran KHA Saluran(A) Arus (A) Suralaya - Cilegon Saguling - Bandung S Suralaya - Gandul Bandung S. - Mandiran Cilegon - Cibinong Mandiracan - Ungaran Kembangan - Gandul Ungaran - Tanjung jati Gandul - Cibinong Ungaran - Surabaya Gandul - Depok Ungaran - Pedan Cibinong-Bekasi Cibinong-Muara tawar Cibinong-Saguling Cawang - Bekasi Tanjung jati - Surabaya Surabaya Barat - Gresik Surabaya Barat - Grati Depok - Tasikmalaya Tasikmalaya - Pedan Cawang - Muara tawar Pedan - Kediri Muara tawar-cibatu Kediri - Paiton Cirata - Saguling Paiton - Grati Page 25

26 Grafik Profil arus sistem Jawa-Bali Profil Arus Sistem Jawa-Bali Saat Kondisi Normal Arus (KA) Suralaya-Cilegon Cawang-Bekasi Suralaya-Gandul Cilegon-Cibinong Kembangan-Gandul Gandul-C ibinong Gandul-Depok Cibinong-Be ka si Cibinong-Muara tawar Cibinong-Saguling Cawang-Muara tawar Muara tawar-cibatu Cibatu-Cirata Cirata-Saguling Saluran Saguling-Bandung S. Bandung S.-Mandiracan Mandiraca n-ungaran Ungaran-Tanjung jati Ungaran-Suraba ya B. Ungaran-Pedan Tanjung jati-surabaya B. Surabaya B. -Gresik Surabaya B. -Grati Depok-Tasikmalaya Tasikmalaya-Pedan Pedan-Kediri Kediri-Paiton Paiton-Gra ti Berdasarkan hasil simulasi pada tabel dapat diperoleh bahwa profil arus pada masing-masing saluran sudah berada pada rentang standar yang di izinkan yaitu tidak melebihi kemampuan hantar arus (KHA) dari saluran tersebut, yang mana untuk arus tertinggi terjadi pada saluran 2 (Suralaya- Gandul) sebesar A. Page 26

27 Pengelompokan Kontingensi Urutan Bus Ke Bus PI(%) Kontingensi Urutan Bus Ke Bus PI(%) Kontingensi Saluran -4 Saluran 2-22 Saluran Saluran 4-5 Saluran 8-9 Saluran Saluran Saluran Saluran4-5 Saluran-2 Saluran 6-8 Saluran 5-7 Saluran 2-3 Saluran 2-5 Saluran Saluran Saluran -2 Saluran 5-6 Saluran 5-8 Saluran 8-9 Saluran 6-7 Saluran 5- Saluran 9- Saluran Saluran Saluran Saluran Saluran 4-2 Page 27

28 Analisis Kontingensi PI (%) Arus (A) KHA Ke Bus Bus Over Load Saat -4 lepas PI (%) Arus (A) KHA Ke Bus Bus Page 28

29 Under Voltage Analisis Kontingensi Bus No Nama Bus Tegangan (pu) Tegangan (KV) Bus No Nama Bus Teganga (pu) Tegangan (KV) Suralaya Bandung Cilegon Mandirancan Kembangan Ungaran Gandul Cibinong Cawang Bekasi Muara tawar Tanjung Jati Surabaya Barat Gresik Depok Tasikmalaya Pedan Cibatu Kediri Cirata Paiton 5 Saguling Grati 5 Page 29

30 Pencegahan Overload Pencegahan over load dengan menggunakan Load shedding (Pelepasan Beban) Besarnya beban yang harus di lepas adalah : 3 = (2583-9%x24)x5 KV = 366 MVA beban yang berpengaruh terjadinya overload dan harus dilepas adalah beban yang ada di bus 3,4,5 dan 7. No Bus Nama Bus Daya (MW) Daya (MVAR) Daya (MVA) 3 Kembangan Gandul Cibinong Bekasi Page 3

31 Pencegahan Overload Skema Load shedding Skema Load shedding dengan mengurangi daya di bus sebesar 3MVA P=35MW Q=MVAR SKM Posisi MW MVAR Arus hasil simulasi A Beban di bus ,3.64 B Beban di bus ,3.7 C Beban di bus ,32.67 D Beban di bus ,32.43 Page 3

32 Pencegahan Overload Skema Load shedding dengan mengurangi daya di 2 bus sebesar 3MVA P=75MW Q=55MVAR SKM Posisi MW MVAR Arus hasil simulasi E Beban di bus 5 dan bus 4 Bus 5: 44, Bus 4: 35 Bus 5:35, Bus 4: 5 2,32. F Beban di bus 3 dan bus 4 Bus 3: 495, Bus 4: 35 Bus 3:75, Bus 4: 5 2,3.7 G Beban di bus 5 dan bus 7 Bus5: 44, Bus 7: 395 Bus 5:35, Bus 7: 95 2,3.98 Page 32

33 HASIL ARUS SETELAH LOAD SHEDDING DI BUS PI(%) ARUS KHA KE BUS BUS PI(%) ARUS KHA KE BUS BUS Page 33

34 Pencegahan Under Voltage HASIL TEGANGAN SETELAH LOAD SHEDDING DI BUS 3 No bus Nama bus Tegangan (pu) Tegangan (KV) No bus Nama bus Tegangan (pu) Tegangan (KV) Suralaya Bandung Cilegon Kembangan Mandirancan Ungaran Gandul Tanjung Jati Cibinong Cawang Bekasi Surabaya Gresik Depok Muara tawar Cibatu Tasikmalaya Pedan Kediri Cirata Paiton. 5 Saguling Grati. 5 Page 34

35 Pencegahan Under Voltage BEBAN YANG TERPASANG PADA BUS YANG UNDER VOLTAGE Bus Nama Bus P (MW) Q (MVAR) S (MVA) 3 Mandirancan Ungaran Tasikmalaya Pedan Page 35

36 Pencegahan Under Voltage. Bus 3. P awal = 35MW Q awal = 2MVAR PF =.94 besarnya daya reaktif baru Q baru P awal x tan(cos ) 35 x tan( Cos MVAR Nilai kapasitor QC Q awal Q baru MVAR ) 2. Bus 4. P awal 29MW Q awal 32 MVAR PF =.67 besarnya daya reaktif baru Q baru P awal x tan(cos ) 29 x tan( Cos.98) MVAR Nilai kapasitor QC Q awal Q baru MVAR Page 36

37 Hasil Tegangan No Bus HASIL LOAD FLOW TEGANGAN SESUDAH LOAD SHEDDING DAN KAPASITOR Nama Bus Tegangan (pu) Tegangan (KV) No Bus Nama Bus Tegangan (pu) Tegangan (KV) Suralaya Bandung Cilegon Mandirancan Kembangan Gandul Cibinong Cawang Bekasi Muara tawar Cibatu Cirata Saguling Ungaran Tanjung Jati Surabaya Barat Gresik Depok Tasikmalaya Pedan Kediri Paiton Grati Page 37

38 PI(%) ARUS KHA KE BUS BUS PI(%) ARUS KHA KE BUS BUS HASIL LOAD FLOW ARUS SESUDAH LOAD SHEDDING DAN KAPASITOR Hasil Arus Page 38

39 DAFTARISI PENDAHULUAN LANGKAH - LANGKAHPENELITIAN TEORIPENUNJANG ANALISADAN PENCEGAHAN KESIMPULANDAN SARAN Page 39

40 Kesimpulan. Dapat disimpulkan dampak dari kontingensi saluran adalah drop tegangan dan overload pada saluran, dan bila dibiarkan akan bisa menyebabkan sistem interkoneksi Jawa-Bali menjadi padam total (Black-out). 2. Saat peristiwa kontingensi, overload terjadi pada 3 saluran yaitu di saluran Cilegon-Cibinong sebesar 2.583,8A pada saat terjadi kontingensi di saluran Suralaya-Gandul, Ungaran-Surabaya sebesar 2.A pada saat terjadi kontingensi di saluran Paiton-Grati dan Gandul-Depok sebesar.989,49a pada saat terjadi kontingensi di saluran Mandirancan-Ungaran dan ketiga saluran merupakan saluran single conductor. 3. Pemasangan kapasitor pada bus 3 sebesar 49 MVAR dan bus 4 sebesar 26 MVAR saat terjadi kontingensi pada saluran Suralaya-Gandul berfungsi sebagai perbaikan tegangan di bus yang mengalami under voltage sedangkan load shedding pada bus 3 sebesar 366 MVA adalah untuk mengurangi besarnya arus yang mengalir pada saluran Cilegon-Cibinong sehingga tidak melebihi kemampuan hantar arus dari saluran tersebut. Page 4

41 Saran. Dengan mengetahui dampak yang ditimbulkan akibat kontingensi, maka perlu menambah sirkit saluran pada saluran Cilegon-Cibinong, Gandul- Depok, Ungaran-Surabaya Barat yang mengalami overload sehingga kemampuan hantar arus akan semakin bertambah dan menghasilkan peningkatan pada Pmax. 2. Analisis kontingensi sangat efektif digunakan untuk menguji keandalan dari sebuah sistem yang berukuran besar didalam hal ini keandalan sistem dalam mengatasi gangguan. Page 4

42 Referensi. Arfita Yuana Dewi, Sasongko Pramono Hadi, Soedjatmiko Contingency Analysis of Power System Electrical Operation, Proceedings of the International Conference on ITB Bandung, vol. F-65, pp , June Pradeep Yemula, Transmission Exspansion Planning Considering Contingency Criteria and Network Utilization, Fiftenth National Power System Conference,IIT Bombay, December Mostafa Alinezhad, Mehrdad Ahmadi Kamarposhti, Static Voltage Stability Assessment Considering The Power System Contingencies Using Continuation Power Flow Method Proceeding of Word Academy of Science, Engineering and Technology Power System, vol. 38, pp , February Hadi Saadat, Power System Analysis, Mc Graw Hill, Abdul Kadir, Transmisi Tenaga Listrik, UI-Press, Sulasno, Analisis Sistem Tenaga Listrik, Satya Wacana, Jhon J. Grainger, William D. Stevenson, Jr., Power System Analysis, Editions, 999. McGraw-Hill International 8. Eko Setiawan, Analisis Kontingensi pada Sistem Tenaga menggunakan ANN ITS Surabaya, PT. PLN (persero), Data Pembangkitan dan transmisi dari Sistem Jawa-Bali 5KV 29,. Budi Santoso, Simulasi proteksi beban lebih dengan matlab,www. budi54n.wordpress. com, 2.. Ricky Cahya Andrian, Kamran JR, Hasyim Paturus Strategi Menghadapi AP2B Sistem Sulsel, 2. Keterbatasan MVAR,PLN 2. Djiteng Marsudi, Operasi Sistem Tenaga Listrik,Graha Ilmu, Cekmas Cekdin, Sistem Tenaga Listrik Menggunakan Matlab, Andi Ofset, Zuhal, Dasar Tenaga Listrik, ITB Bandung, PT. PLN (persero), Aturan Jaringan Sistem Tenaga Listrik Jamali, Satriya Utama, Memperbaiki Profil Tegangan dengan Kapasitor Shunt, Universitas Udayana, 28. Page 42

43 Sekian Terima Kasih Page 43

44

45

46

47

48

49 Saat 5% Saat %

50

51 KAPASITAS PEMBANGKIT JAWA-BALI NO Unit Name Pmax (MW) Pmin (MW) Qmin (MVAR) Qmax (MVAR) Suralaya MTAWAR CIRATA SAGULING TJATI GRESIK PAITON GRATI

52 .(PLTA) Cirata & Saguling 2.PLTU ( Suralaya, Tanjung Jati, Paiton) 3.PLTGU (Grati, Muara tawar, Gresik)

53 Metode Newton Raphson I n i Y Vj j ij n I i Y V j ij j j ij * P i JQ i V i I i P i Pi Qi JQ i n V i j n V i i Y ij j n V i V j j P Q J J P n i V i i j V j ij j ) V j Y ij Cos( ij i j ) 3 Y ij Sin( ij i j ) J 2 J 4 V V j Y ij Sin( ij i j ) P i j V i V j Y ij Sin ( ij i j ) P i 2 V i Y ii Cos ii V Y Cos( ) V j ij ij i j i P i V i Y ij Cos( ij i j ) V j Q i V j i i Q i j Q i V i Q i V j V i V j V j Y ij Cos ( ij i j ) Y ij Cos ( ij i j ) 2 V i Y ii Sin ii V Y Sin( ) j j ij ij i j V i Y ij Sin( ij i j ) ( k ) k k i i i ( k ) Vi k k V i V i

54 Contoh ilustrasi Line Outage Sebelum Kontingensi Setelah Kontingensi Sumber : Power Generation Operation by:allen J Wood

55 JARINGAN TRANSMISI JAWA BALI

56 BEBANPUNCAK 2. PULAU JAWA DAN BALI Pulau Jawa, Madura dan Bali telah terinterkoneksi, sehingga kebutuhankelistrikan pada sistem ini disuplai dari pembangkit se JAMALI dengan bebanpuncak yang telah dicapai adalah sebesar MW.

57 Kontingensi Tegangan

58

59

60 Kontingensi Tegangan

61

62

63

64

65

66

67

68 C. Pencegahan akibat Kontingensi Perbaikan Tegangan Faktor yang sangat penting dalam mengatur tegangan ril adalah dengan bangkubangku kapasitor (Shunt capacitor banks) Dengan mengasumsikan beban disuplai dengan daya nyata (aktif) P, daya reaktif tertinggal Q, dan daya semu S, pada faktor daya tertinggal bahwa : ketika kapasitor shunt Qc kva dipasang pada beban, faktor daya dapat ditingkatkan dari cos θ ke cos θ2, dimana : Cos P P S ( P 2 Q 2 2 ) P P Cos 2 S 2 ( P 2 Q 2 ) 2 2 Page 68

69 C. Pencegahan akibat Kontingensi Pencegahan Over Load Load shedding adalah Pengurangan beban secara sengaja (otomatis atau manual) dengan pemutusan beban tertentu karena kejadian abnormal, untuk mempertahankan integritas Jaringan dan menghindari pemadaman yang lebih besar. Page 69

70