BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Seiring dengan meningkatnya aktivitas operasional produksi di suatu industri eksplorasi dan eksploitasi minyak bumi menyebabkan peningkatan kebutuhan daya listrik untuk menunjang kegiatan tersebut. Namun peningkatan beban daya listrik ini tidak diimbangi dengan penambahan kapasitas kemampuan mengalirkan daya pada saluran transmisi sehingga sistem kelistrikannya beroperasi mendekati ambang batas kestabilan. Pembebanan maksimum di saluran transmisi dapat membahayakan sistem atau menyebabkan sistem berada dalam kondisi kontingensi. Peningkatan beban daya listrik ini juga menyebabkan profil tegangan menjadi memburuk dan terjadi ketidakstabilan tegangan pada sistem ketika mengalami beban puncak. Terlebih tingkat pertumbuhan beban ini didominasi oleh meningkatnya beban-beban motor yang bersifat induktif. Peningkatan beban pada saluran transmisi akibat penambahan kebutuhan pasokan daya listrik akan menyebabkan masalah ketidakstabilan tegangan sehingga menyebabkan tegangan runtuh (M. Kowsalya, et.al., 2009). Perencanaan kerja operasional industri ini juga telah memproyeksikan permintaan daya beban pada tiap-tiap bus akan terus meningkat setiap tahunnya dan puncaknya terjadi pada tahun Pada tahun tersebut diprediksi sistem tenaga sudah tidak mampu lagi mempertahankan besarnya tegangan nominal serta kestabilan sistem. Peningkatan beban induktif pada industri ini disebabkan karena kegiatan eksplorasi dan eksploitasi minyak bumi pada tahun-tahun mendatang membutuhkan teknologi yang lebih mutakhir dan motor-motor penggerak dengan daya yang lebih besar. Beban induktif yang bertambah ini akan menyebabkan pembangkit harus menyediakan jumlah daya reaktif yang berlebih agar beban dapat beroperasi

2 2 sebagaimana mestinya. Peningkatan daya reaktif pada saluran transmisi sangat merugikan sebab mengurangi jumlah kapasitas daya aktif yang disalurkan. Jumlah daya reaktif yang bertambah pada sistem tenaga listrik juga akan menambah jumlah rugi-rugi daya pada sistem, sebab daya reaktif akan meningkatkan jumlah arus yang mengalir pada saluran transmisi di mana besarnya rugi daya merupakan kuadrat arus dikalikan dengan impedansi saluran transmisi. Sehingga ketika saluran transmisi telah mencapai batas maksimum hantar arus sedangkan arus yang mengalir sebagian besar digunakan untuk memenuhi kebutuhan daya reaktif maka akan sangat merugikan, karena kapasitas daya aktif akan berkurang sehingga kemanfaatan tenaga listrik untuk operasional semakin berkurang. Oleh karena perlu adanya penekanan jumlah daya reaktif dan peningkatan kapasitas transmisi daya aktif. Hal tersebut dapat telah diupayakan oleh industri tersebut dengan memasang penyedia daya reaktif seperti capacitor bank yang menginjeksikan daya reaktif sehingga jumlah daya reaktif ke beban tetap dan kapasitas penyaluran daya aktif meningkat. Kapasitor bank merupakan komponen yang menginjeksi daya reaktif dengan nilai yang tetap, walaupun kebutuhan daya reaktif pada beban berkurang. Kelebihan suplai daya reaktif ke sistem tenaga listrik juga berbahaya karena akan meyebabkan tegangan nominal sistem menjadi meningkat dan berlebih atau disebut dengan keadaan overvoltage. Keadaan tersebut juga akan mengganggu kinerja dari beban pada sistem sehingga patut dihindari. Dengan demikian dibutuhkan suatu kompensator daya reaktif yang adaptif terhadap perubahan variabel daya beban, tegangan maupun sudut tegangan pada sistem tenaga listrik. Pada kondisi beban puncak rugi-rugi daya akan meningkat sehingga akan sangat berbahaya bagi sistem tenaga listrik yang mana kapasitas saluran transmisinya telah mencapai batas kapasitas hantar arus atau thermal limit. Jika hal ini diabaikan sistem tenaga listrik akan mengalami runtuh tegangan dimana tegangan akan menurun walaupun beban pada sistem telah dikurangi sehingga akan menyebabkan pemadaman total atau black out.

3 3 Permasalahan diatas dapat diatasi dengan memanfaatkan teknologi elektronika daya yang sedang berkembang dalam hal mengkompensasi rugi-rugi pada saluran transmisi, perbaikan stabilitas sistem dan pengendalian aliran daya ke beban. Dimulai sekitar akhir tahun 1980, Electric Power Research Institute (EPRI) memperkenalkan solusi baru untuk memecahkan masalah dalam merancang, mengendalikan dan mengoperasikan sistem tenaga sehingga memungkinkan untuk mengendalikan kompensasi pada jaringan transmisi dan distribusi. Konsep tersebut dikenal sebagai Flexible Alternating Current Transmission System (FACTS). Secara konsep FACTS memperhitungkan target pengembangan sistem tenaga listrik jangka panjang terhadap pertumbuhan beban dan konsumsi daya selain itu memberikan kemungkinan baru dalam mengendalikan daya, disamping meningkatkan kapasitas transmisi daya saat ini serta penambahan jaringan baru dan beban dalam perencanaan untuk beberapa waktu mendatang. Tujuan utamanya adalah untuk meningkatkan kemampuan transmisi daya, kontrol tegangan, peningkatan stabilitas tegangan dan perbaikan stabilitas sistem tenaga. Pada 19 April 1988 Narain G. Hingorani memperkenalkan konsep FACTS pada pertama kalinya. Sejak saat itu berbagai jenis pengendali FACTS telah dikembangkan dan diperkenalkan. Pengendali FACTS berbasis pada sumber tegangan konverter seperti Static Var compensator (SVC), Static Synchronous Compensator (STATCOM), Thyristor Controlled Series Compensator (TCSC), Static Synchronous Series Compensators (SSSC) dan Unified Power Flow Controller (UPFC). Diantara jenis FACTS tersebut, UPFC merupakan perangkat yang paling serbaguna dan efisien untuk mengendalikan daya listrik. UPFC diperkenalkan pada tahun Pada UPFC, daya yang ditransmisikan dapat dikendalikan dengan mengubah tiga parameter transmisi yaitu besarnya tegangan, impedansi saluran transmisi dan sudut fase. UPFC merupakan jenis FACTS yang paling memungkinkan kendali jaringan tenaga listrik yang signifikan karena dapat mengendalikan secara simultan atau independen ketiga parameter dalam sistem tenaga listrik (tegangan, impedansi saluran dan sudut fase) pada waktu yang bersamaan.

4 4 Peralatan FACTS merupakan kompensator yang adaptif terhadap perubahan parameter-parameter jaringan tenaga listrik ketika terjadi perubahan daya listrik karena di dalamnya terdapat komponen solidstate semiconductor yang digunakan untuk mengendalikan besar kecilnya kompensasi yang dibutuhkan jaringan pada sistem tenaga listrik tergantung pada besarnya daya aktif maupun daya reaktif yang diminta oleh beban. Adanya kendali-kendali pada kompensator ini menyebabkan harga peralatanya lebih mahal daripada kompensator-kompensator konvensional. Biayanya tergantung dari tingkat kecanggihan dan teknologi kendali yang diterapkan pada peralatan FACTS tersebut. Oleh karena itu penempatan peralatan FACTS pada sistem tenaga listrik harus tepat, efisien dan efektif mengatasi permasalahan yang ada. Sebelum peralatan FACTS ini diaplikasikan kedalam sistem nyata jaringan tenaga listrik suatu industri eksplorasi dan eksploitasi minyak bumi ini, terlebih dahulu dilakukan berbagai macam studi kelayakan yang salah satunya adalah dengan melakukan simulasi dengan menggunakan software tertentu. Pada skripsi ini akan dilakukan pemodelan sistem tenaga listrik dengan menggunakan software ETAP 7.5 untuk mengetahui dan menganalisis aliran daya pada sistem tersebut kemudian dilakukan pemodelan yang lebih sederhana dalam model MATLAB Simulink dengan tambahan perangkat lunak (toolbox) Power System Analysis (PSAT) versi Dari simulasi ini akan didapatkan kondisi sistem kelistrikan industri tersebut kemudian dilakukan pemasangan peralatan FACTS berupa UPFC pada model sistem tenaga listrik menggunakan PSAT. Indikator yang diamati pada simulasi ini adalah kurva P-V atau Nose Curve yang menunjukan hubungan antara besarnya tegangan dengan besarnya daya beban pada tingkatan beban maksimum tertentu yang dapat dipertahankan kestabilanya oleh sistem tertentu sekaligus mengetahui besarnya Maximum Loading Point (MLP) yang menunjukan titik puncak pembebanan sebelum terjadi keruntuhan tegangan atau Voltage Collapse dan grafik profil tegangan pada masing-masing bus. Kurva P-V pada simulasi ini diketahui melalui metode Continuation Power Flow (CPF). Tujuan dari dilakukanya simulasi pada skripsi ini adalah agar penempatan UPFC ini dapat meningkatkan kestabilan sistem tenaga listrik yaitu

5 5 dengan indikasi adanya perbaikan profil tegangan, peningkatan jumlah kemampuan maksimal sistem tenaga listrik untuk menyediakan daya ke beban serta penurunan jumlah rugi-rugi daya sehingga efisien dan efektif mengatasi permasalahanpermasalahan diatas. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah : 1. Bagaimana pengaruh penempatan UPFC pada sistem tenaga listrik industri ini terhadap kestabilan tegangan? 2. Bagaimana pengaruh penempatan UPFC terhadap rugi daya dan besarnya daya pembangkitan tenaga listrik? 3. Bagaimana pengaruh penempatan UPFC terhadap nilai parameter pembebanan sistem tenaga listrik? 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah dalam penelitian ini adalah : 1. Sistem tenaga listrik yang digunakan menjadi objek penelitian adalah sistem tenaga listrik suatu industri eksplorasi dan ekspolitasi minyak bumi pada suatu wilayah kerja dengan level tegangan 115 kv yang kemudian pada simulasi MATLAB Simulink digunakan basis tegangan 110 kv. 2. Pemodelan sistem tenaga listrik pada ETAP 7.5 mengacu pada data skenario pembebanan yang telah diproyeksikan dan ditetapkan oleh industri tersebut untuk tahun 2013 dan 2014.

6 6 3. Pemodelan sistem tenaga listrik pada PSAT mengacu pada data-data hasil simulasi aliran daya seimbang atau Load Flow pada sistem tenaga listrik tersebut menggunakan ETAP Pada penelitian ini akan disimpulkan dan disarankan lokasi penempatan UPFC yang paling baik dari beberapa lokasi yang terindikasi untuk dipasang UPFC dengan beberapa kriteria pertimbangan seperti perbaikan profil tegangan keseluruhan bus daya, penurunan rugi-rugi daya total sistem tenaga listrik dan peningkatan kemampuan pembebanan sistem tenaga listrik sebelum mengalami runtuh tegangan atau nilai MLP. 5. Jumlah UPFC yang dipasang pada jaringan dibatasi dengan jumlah 1 unit. 6. Penelitian ini sebatas analisis kestabilan statis dengan menggunakan simulasi Load Flow pada ETAP 7.5 dan simulasi Power Flow dan Continuation Power Flow pada MATLAB Simulink dengan toolbox PSAT Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Mengetahui pengaruh pemasangan UPFC pada sistem tenaga listrik suatu industri eksplorasi dan ekspolitasi minyak bumi pada suatu wilayah kerja dengan level tegangan 115 kv terhadap stabilitas tegangan. 2. Mengetahui besarnya daya yang dibangkitkan serta rugi daya yang dapat dikurangi setelah pemasangan UPFC 3. Mengetahui pengaruh pemasangan UPFC terhadap nilai maksimum pembebanan atau nilai Maximum Loading Parameter (MLP) sistem kelistrikan industri ini sebelum terjadinya runtuh tegangan.

7 7 4. Mengetahui lokasi pemasangan UPFC yang paling baik dalam memperbaiki profil tegangan tiap-tiap bus, memperbaiki kestabilan tegangan serta meningkatkan kapasitas kemampuan pembebanan tiap bus pada sistem tenaga listrik industri tersebut 1.5 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan naskah skripsi ini dilakukan dalam 5 bab yaitu: BAB I PENDAHULUAN Pada bab ini berisi tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian dan sistematika penulisan laporan. Bab ini merupakan bab pembuka yang berisi latar belakang permasalahan serta gagasan untuk menyelesaikan permasalahan tersebut dalam kegiatan penelitian pada skripsi ini. BAB II DASAR TEORI Pada bab ini berisi tentang teori-teori yang mendukung terselengaranya penelitian ini seperti teori-teori pada sistem transmisi dan distribusi sistem tenaga listrik, dinamika dan stabilitas pada sistem tenaga listrik, teknik tenaga listrik dasar dan aplikasi komputer dalam sistem tenaga listrik untuk menyelesaikan suatu permasalahan pada ketenagalistrikan dengan simulasi komputatif. BAB III METODE PENELITIAN Pada bab ini berisi tentang tata cara dan tata kerja pelaksanaan penelitian dalam skripsi ini seperti pengumpulan data, penyusunan model simulasi dan pelaksaaan simulasi.

8 8 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Pada bab ini berisi tentang data-data hasil simulasi model sistem tenaga listrik, pengolahan data-data dan penyajianya serta pembahasan analitis untuk tiap hasil yang diperoleh. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil dan pembahasan hasil penelitian yang telah dilakukan serta saran-saran untuk keberlanjutan dan kemajuan penelitian ini kedepanya.