ANALISIS STABILITAS TRANSIENT SISTEM TENAGA LISTRIK PADA PT. KEBON AGUNG MALANG

Transkripsi

1 ANALISIS STABILITAS TRANSIENT SISTEM TENAGA LISTRIK PADA PT. KEBON AGUNG MALANG Agam Rido Priawa¹, Ir. Mahfudz Shidiq, M.T. ², Hadi Suyoo, S.T., M.T., Ph.D.³ ¹Mahasiswa Jurusa Tekik Elektro, ² ³Dose Jurusa Tekik Elektro, Uiversitas Brawijaya Jala MT Haryoo 167, Malag 65145, Idoesia Abstrak PT. Kebo Agug Malag adalah perusahaa yag bergerak dalam bidag produksi gula. Saat ii PT. Kebo Agug Malag memliki dua uit geerator pembagkit yag aktif, masig-masig berkapasitas 4,5 MW da 1,7 MW. Pada tahu 2015 PT. Kebo Agug Malag berecaa melakuka peambaha kapasitas geerator dega meggati kierja geerator kapasitas 1,7 MW dega geerator berkapasitas 4,5 MW baru. Dega kodisi sistem baru tersebut maka sistem PT. Kebo Agug Malag masih belum diketahui kestabilaya ketika terjadi gaggua. Kestabila sudut rotor, kestabila tegaga da frekuesi setelah terjadi gaggua sagat berpegaruh pada kierja sistem yag baru. Sehigga perlu dilakuka aalisis stabilitas trasiet pada kodisi sebelum da setelah peambaha kapasitas geerator. Meurut Perme ESDM tahu 2007 mesyaratka selama keadaa darurat (emergecy) da gaggua, frekuesi sistem diijika turu higga 47,5 Hz atau aik higga 52 Hz. Tegaga sistem harus dipertahaka dalam batas atas +5% da batas bawah -10%. Pada saat sebelum peambaha kapasitas geerator, sistem dapat kembali ke kodisi ormal setelah gaggua dihilagka. Begitu pula pada sistem yag baru, meujukka sudut rotor, tegaga da frekuesi dapat kembali ke kodisi ormal setelah megalami gaggua. Dibuktika juga setelah peambaha kapasitas geerator, waktu pemutusa kritis lebih lama jika dibadigka dega sebelum peambaha kapasitas geerator. Kata kuci stabilitas trasiet, sudut rotor, tegaga, frekuesi, sistem kebo agug I. PENDAHULUAN ergi listrik merupaka eergi sekuder yag Ebayak dimafaatka oleh berbagai sektor, salah satuya adalah sektor idustri. Dalam sektor idustri bayak megguaka mesi-mesi da berbagai macam peralata listrik yag memerluka iput daya listrik yag besar. PT. Kebo Agug Malag adalah idustri yag bergerak dalam produksi gula. PT. Kebo Agug Malag memliki dua uit geerator pembagkit yag aktif, masig-masig berkapasitas 4,5 MW da 1,7 MW. Pada tahu 2015 PT. Kebo Agug berecaa melakuka peambaha kapasitas geerator dega meggati kierja geerator kapasitas 1,7 MW dega geerator berkapasitas 4,5 MW baru. Spesifikasi dari geerator baru tersebut sama dega geerator 4,5 MW yag telah terpasag. Dega kodisi sistem baru tersebut maka sistem PT. Kebo Agug Malag masih belum diketahui kestabilaya ketika terjadi gaggua. Salah satu masalah dalam sistem teaga listrik adalah kestabila. Secara umum stabilitas sistem teaga listrik dapat didefiisika sebagai sifat sistem yag memugkika mesi bergerak serempak dalam sistem utuk memberika reaksiya terhadap gaggua dalam keadaa kerja ormal serta balik kembali ke keadaa semula bila keadaa mejadi ormal [1]. Gaggua hubug sigkat sagat mempegaruhi stabilitas dari sistem kelistrika pada idustri. Sehigga pada tugas akhir ii aka dilakuka aalisis stabilitas trasie sistem teaga listrik pada PT. Kebo Agug Malag dega megaalisis karakteristik mesi yaitu kestabila sudut rotor, kestabila tegaga da kestabila frekuesi ketika terjadi gaggua hubug sigkat tiga fasa pada salah satu bus. Utuk melakuka simulasi dalam peelitia ii diguaka software (Power System Simulator for Egieerig), dega tampila maksimum jumlah bus terbatas pada 50 bus. Simulasi bertujua utuk megetahui kodisi stabilitas trasie pada PT. Kebo Agug Malag sebelum da setelah peambaha kapasitas geerator. II. TINJAUAN PUSTAKA A. Aalisis Alira Daya Studi alira daya merupaka hal petig dalam desai da perecaaa pegembaga sistem daya gua meetuka operasi terbaik pada sistem. Aalisis alira daya dilakuka utuk megetahui sudut da besar tegaga pada tiap bus, impedasi salura, daya aktif, da daya reaktif yag megalir pada salura trasmisi. Represetasi dari salura trasmisi ditujukka seperti pada Gambar 1[2] : Ii Vi Yi1 Yi2 Gambar 1. Tipikal bus pada sistem teaga Dalam metode ii persamaa alira daya dirumuska dalam betuk polar. Dari gambar 1, arus yag memasuki bus i dapat dicari dega megguaka persamaa berikut [2]: I i = Y ij V j Yi3 Yi0 V1 Yi V2 j =1 (1) V3 1

2 Dari Persamaa (1) diatas, apabila diubah dalam betuk polar aka didapatka Persamaa (2): I i = j =1 Y ij V j θ ij + δ j (2) Dega : P i jq i = V i I i, maka P i jq i = V i δ i I i j =1 Y ij V j θ ij + δ j (3) Dega memisahka bagia real da imajier, maka didapatka : P i = j =1 V i V j Y ij cos (θ ij δ i + δ j ) (4) Q i = j =1 V i V j Y ij si (θ ij δ i + δ j ) (5) Dega I i adalah arus pada bus i, V i merupaka tegaga pada bus i, V j merupaka tegaga pada bus j, Y ij adalah admitasi atara bus i da j, P i adalah daya aktif pada bus i, Q i adalah daya reaktif pada bus i, θ ij adalah sudut polar admitasi Y ij, da δ j merupaka sudut tegaga V j. Matriks Jacobia memberika hubuga atara perubaha kecil pada sudut tegaga δ (k) i da magitude tegaga V (k) i dega perubaha kecil pada daya aktif da reaktif P (k) ida Q (k) i. Dalam betuk yag lebih sigkat, matriks di atas dapat ditulis sebagai : P Q = J 1 J 2 δ (6) J 3 J 4 V P k ida Q k i adalah selisih atara ilai yag diharapka da ilai sebearya atau dikeal sebagai daya residu, dirumuska dega : (k) P i = sch (k) Pi P i (7) (k) Q i = sch (k) Qi Q i (8) sehigga didapatka ilai tegaga da sudut baru, yaitu : (k+1) (k) (k) δ i = δi + δi (9) (k+1) (k) (k) V i = Vi + Vi (10) B. Stabilitas Sistem Daya Stabilitas sistem daya didefiisika sebagai sifat sistem yag memugkika geerator bergerak sikro dalam sistem da bereaksi terhadap gaggua dalam keadaa kerja ormal serta kembali ke kodisi kerja semula (keseimbaga) bila keadaa mejadi ormal kembali [3]. Masalah kestabila biasaya diklasifikasika mejadi 3 tipe, yaitu [4]: a. Stabilitas Steady State Sistem Teaga Listrik Kestabila steady state merupaka keadaa dimaa sistem teaga mecapai kodisi stabil pada kodisi operasi baru yag sama atau idetik dega kodisi sebelum terjadi gaggua setelah sistem megalami gaggua kecil. b. Stabilitas Trasie Sistem Teaga Listrik Stabilitas trasie adalah kemampua sistem utuk tetap pada kodisi sikro (sebelum terjadi aksi dari kotrol goveror) yag megikuti gaggua pada sistem. c. Stabilitas Diamis Sistem Teaga Listrik Stabilitas diamis adalah kemampua sistem utuk tetap pada kodisi sikro setelah ayua pertama (periode stabilitas trasie) higga sistem mecapai kodisi equilibrium steady-state yag baru. Dalam suatu operasi sistem daya, ada kalaya sistem megalami gaggua hubug sigkat yag dapat meyebabka sistem tidak beroperasi secara seimbag. Adapu gaggua-gaggua hubug sigkat pada sistem tiga fasa dapat ditujukka pada Gambar 3. Gambar 3. Jeis-jeis gaggua hubug sigkat C. Program Komputer Digital utuk Studi Stabilitas Program komputer digital masa kii utuk studi stabilitas berkembag dari dua kebutuha dasar [5], yaitu: a. Keperlua utuk mempelajari sistem yag sagat besar yag salig berhubuga dega jumlah mesi yag sagat bayak, b. Kebutuha utuk melukiska mesi da sistem pegaturaya berkaita dega model yag lebih terperici Dalam melakuka aalisis terhadap stabilitas terdapat suatu tipe waktu simulasi [5] yag dapat ditujukka pada Gambar 3. Gambar 3. Estimasi waktu gaggua pada aalisis stabilitas III. METODE PENELITIAN Metode peelitia memberika gambara uruta lagkah-lagkah yag dilaksaaka utuk mecapai tujua peyusua peelitia. Lagkah-lagkah pegerjaa metode peelitia pada skripsi ii digambarka sesuai dega diagram alir seperti pada Gambar 4. 2

3 MULAI Survey Kodisi Sistem da Pegambila Data Pemodela da Peetua ilai dasar sistem Koversi Satua da memasukka ilaiya ke pemodela sistem utuk simulasi 3. Sistem daya PT. Kebo Agug setelah peambaha kapasitas geerator da peambaha beba Dalam operasi ii terdapat 2 buah geerator da 4 buah trasformator yag bekerja. Bus beba pada operasi ii berjumlah 34 bus. Pada operasi ii peambaha beba dilakuka dega meambah bus beba Grup 1, Grup 2, Grup 3 da Limbah Base I yag dihubugka dega bus. Proses Simulasi Simulasi Berhasil TIDAK YA Aalisis Data Hasil Simulasi Gambar 7. Pemodela PT. Kebo Agug setelah peambaha kapasitas geerator da peambaha beba Kesimpula da Sara Selesai Gambar 4. Diagram Alir Secara Keseluruha Data-data yag diguaka adalah data primer yag didapat dari hasil pegamata da survey lapaga. Sedagka data sekuder bersumber dari buku referesi, jural, skripsi, da iteret. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pemodela Sistem 1. Sistem daya PT. Kebo Agug sebelum peambaha kapasitas geerator Dalam operasi ii terdapat 2 buah geerator da 2 buah trasformator yag bekerja. Bus beba pada operasi ii berjumlah 30 bus. B. Hasil Simulasi Alira Daya Simulasi alira daya da stabilitas dilakuka dega megguaka peragkat luak PSSE dega 3 kodisi sistem sebagai berikut: Tabel 1. Kodisi Sistem Nama Kodisi Sistem Sebelum peambaha kapasitas Kodisi 1 geerator Setelah peambaha kapasitas Kodisi 2 geerator Setelah peambaha kapasitas Kodisi 3 geerator da beba 1. Hasil Alira Daya PT. Kebo Agug Malag Kodisi 1 Pada simulasi alira daya PT. Kebo Agug malag kodisi 1 ii ditetuka bahwa bus Geerator 1 adalah slack bus dega tegaga 1 0 p.u. sedagka bus Geerator 2 merupaka PV bus. Sedagka utuk bus yag lai ditetuka sebagai PQ bus. Gambar 5. Pemodela PT. Kebo Agug sebelum peambaha kapasitas geerator 2. Sistem daya PT. Kebo Agug setelah peambaha kapasitas geerator Dalam operasi ii terdapat 2 buah geerator da 4 buah trasformator yag bekerja. Bus beba pada operasi ii berjumlah 30 bus. Gambar 6. Pemodela PT. Kebo Agug setelah peambaha kapasitas geerator Tabel 2. Data Hasil Alira Daya Kodisi 1 Daya Total Total Total Pembagkit Beba Rugi-rugi P (MW) 4,2845 4,244 0,0405 Q (MVar) 2,7689 2,6116 0, Hasil Alira Daya PT. Kebo Agug Malag Kodisi 2 Pada simulasi alira daya PT. Kebo Agug malag kodisi 2 ii ditetuka bahwa bus Geerator 1 adalah slack bus dega tegaga 1 0 p.u. sedagka bus Geerator 3 merupaka PV bus. Sedagka utuk bus yag lai ditetuka sebagai PQ bus. Tabel 3. Data Hasil Alira Daya Kodisi 2 Daya Total Total Total Pembagkit Beba Rugi-rugi P (MW) 4,2841 4,244 0,0401 Q (MVar) 2,7975 2,6116 0,1859 3

4 3. Hasil Alira Daya PT. Kebo Agug Malag Kodisi 3 Pada simulasi alira daya PT. Kebo Agug malag kodisi 3 ii ditetuka bahwa bus Geerator 1 adalah slack bus dega tegaga 1 0 p.u. sedagka bus Geerator 3 merupaka PV bus. Sedagka utuk bus yag lai ditetuka sebagai PQ bus. Tabel 4. Data Hasil Alira Daya Kodisi 3 Daya Total Total Total Pembagkit Beba Rugi-rugi P (MW) 4,5274 4,4854 0,042 Q (MVar) 2,9672 2,7612 0,206 C. Simulasi Stabilitas Trasiet 1. Kodisi 1 Dalam melakuka simulasi stabilitas trasie ii dilakuka beberapa skeario gaggua pada sistem sesuai dega tabel 5 berikut: Tabel 5. Skeario Gaggua Kodisi 1 Skeario ke gaggua 1a Bus 2a Bus Geerator 2 Hasil simulasi pada gambar 8 meujukka sudut rotor pada skeario 1a da 2a. Gambar 8. Grafik sudut rotor pada bus geerator 1 da geerator 2 saat gaggua skeario 1a skeario 2a Hasil simulasi utuk tegaga terlihat pada gambar 10 utuk skeario 1a da 2a. Hasil simulasi utuk stabilitas frekuesi pada skeario gaggua 1a da 2a terlihat pada Gambar 10. Gambar 10. Grafik frekuesi pada bus geerator 1 da geerator 2 saat gaggua skeario 1a skeario 2a Berdasarka simulasi didapatka hasil keseluruha pada tabel 6 da 7. Tabel 6 memperlihatka perubaha sudut rotor pada sistem saat terjadi gaggua. Sedagka tabel 7 memperlihatka perubaha tegaga saat terjadi gaggua. Tabel 6. Stabilitas Sudut Rotor Kodisi 1 δ selama gaggua ( ) Gaggua Geerator δ awal ( ) Maks Mi Ge 1 11, ,372-3,5956 Ge 2-11,5727 3, ,372 Ge 2 Ge 1 11, ,872-3,478 Ge 2-11,5727 3, ,872 Tabel 7. Stabilitas Tegaga Kodisi 1 t Gaggua Geerator V drop (p.u.) drop (milidetik) Ge 1 0, Ge 2 0, Ge 1 0, Ge 2 Ge 2 3,6x Kodisi 2 Dalam melakuka simulasi stabilitas trasie ii dilakuka beberapa skeario gaggua pada sistem sesuai dega tabel 8 berikut: Tabel 8. Skeario Gaggua Kodisi 2 Skeario ke gaggua 1b Bus 2b Bus Hasil simulasi pada Gambar 11 meujukka sudut rotor pada skeario 1b da 2b. Gambar 9. Grafik tegaga pada bus geerator 1 da geerator 2 saat gaggua skeario 1a skeario 2a Dari hasil simulasi pada skeario 2a terlihat peurua tegaga terbesar terletak pada bus geerator 2. Hal ii terjadi karea letak gaggua tepat pada bus geerator 2. Jatuh tegaga pada bus geerator 2 saat terjadi gaggua sebesar 3,6x10-9 pu. Sedagka jatuh tegaga pada bus geerator 1 sebesar 0,0602 pu. Gambar 11. Grafik sudut rotor pada bus geerator 1 da geerator 3 saat gaggua skeario 1b skeario 2b 4

5 Hasil simulasi utuk tegaga terlihat pada Gambar 12 utuk skeario 1b da 2b. Hasil simulasi pada Gambar 14 meujukka sudut rotor pada skeario 1c da 2c. Gambar 12. Grafik tegaga pada bus geerator 1 da geerator 3 saat gaggua skeario 1b skeario 2b Hasil simulasi utuk stabilitas frekuesi pada skeario gaggua 1b da 2b terlihat pada Gambar 13. Gambar 14. Grafik sudut rotor pada bus geerator 1 da geerator 3 saat gaggua skeario 1c skeario 2c Hasil simulasi utuk tegaga terlihat pada gambar 16 utuk skeario 1c da 2c. Gambar 13. Grafik frekuesi pada bus geerator 1 da geerator 3 saat gaggua skeario 1b skeario 2b Berdasarka simulasi kodisi 2 didapatka hasil keseluruha pada tabel 9 da 10. Tabel 9 memperlihatka perubaha sudut rotor pada sistem saat terjadi gaggua. Sedagka tabel 10 memperlihatka perubaha tegaga saat terjadi gaggua. Tabel 9. Stabilitas Sudut Rotor Kodisi 2 δ selama gaggua ( ) Gaggua Geerator δ awal ( ) Maks Mi Ge 1 2,0849 4,5331 0,2953 Ge 3-2,0849-0,2953-4,5331 Ge 1 2,0849 5,03-0,0707 Ge 3-2,0849 0,0707-5,03 Gaggua Tabel 10. Stabilitas Tegaga Kodisi 2 Geerator V drop (p.u.) t drop (milidetik) Ge 1 0, Ge 3 0, Ge 1 0, Ge 3 0, Kodisi 3 Dalam melakuka simulasi stabilitas trasie ii dilakuka beberapa skeario gaggua pada sistem sesuai dega tabel 11 berikut: Tabel 11. Skeario Gaggua Kodisi 3 Skeario ke gaggua 1c Bus 2c Bus Gambar 15. Grafik tegaga pada bus geerator 1 da geerator 3 saat gaggua skeario 1c skeario 2c Hasil simulasi utuk stabilitas frekuesi pada skeario gaggua 1c da 2c terlihat pada Gambar 16. Gambar 16. Grafik frekuesi pada bus geerator 1 da geerator 3 saat gaggua skeario 1c skeario 2c Berdasarka simulasi didapatka hasil keseluruha pada tabel 12 da 13. Tabel 12 memperlihatka perubaha sudut rotor pada sistem saat terjadi gaggua. Sedagka tabel 13 memperlihatka perubaha tegaga saat terjadi gaggua. Tabel 12. Stabilitas Sudut Rotor Kodisi 3 δ selama gaggua ( ) Gaggua Geerator δ awal ( ) Maks Mi Ge 1 3,6751 8,1739 0,3731 Ge 3-3,6751-0,3731-8,1739 Ge 1 3,6751 9,1214-0,3219 Ge 3-3,6751 0,321-9,1214 5

6 Gaggua Tabel 13. Stabilitas Tegaga Kodisi 3 Geerator V drop (p.u.) t drop (milidetik) Ge 1 0, Ge 3 0, Ge 1 0, Ge 3 0, D. Waktu Pemutusa Kritis Hasil simulasi dari waktu pemutusa kritis dapat dilihat pada Gambar 17, Gambar 18 da Gambar 19. Gambar 17 merupaka waktu pemutusa kritis geerator saat kodisi 1 atau sebelum peambaha kapasitas geerator. Gambar 17. Grafik sudut rotor pada bus geerator 1 da geerator 2 saat kodisi 1. Gambar 18 merupaka waktu pemutusa kritis geerator saat kodisi 2 atau setelah peambaha kapasitas geerator. Dari hasil simulasi terlihat jika geerator PT. Kebo Agug Malag pada saat sebelum peambaha kapasitas geerator aka megalami lepas sikro pada gaggua selama 0,191 detik. Setelah peambaha kapasitas geerator, geerator aka megalami lepas sikro pada gaggua selama 1,4 detik. Sedagka pada kodisi peambaha kapasitas geerator da peambaha empat bus beba, geerator aka megalami lepas sikro pada gaggua selama 0,87 detik. V. KESIMPULAN Dari hasil peelitia yag telah dilakuka, dapat diambil kesimpula sebagai berikut: 1. Kodisi sistem PT. Kebo Agug Malag sebelum peambaha kapasitas geerator, meujukka sistem masih dalam kodisi stabil. Hal tersebut terlihat dari sudut rotor, da tegaga yag dapat kembali ke kodisi ormal. Frekuesi juga masih dalam batas tolerasi setelah terjadi gaggua selama 0,15 detik. 2. Kodisi sistem PT. Kebo Agug Malag setelah peambaha kapasitas geerator masih dalam kodisi stabil. Sudut rotor berosilasi amu dapat kembali ke kodisi ormal saat gaggua dihilagka. Jatuh tegaga pada kodisi ii masih dalam kriteria kestabila da frekuesi juga masih dalam batas tolerasi yag diperbolehka. 3. Waktu pemutusa kritis geerator pada sistem PT. Kebo Agug Malag setelah peambaha kapasitas geerator lebih lama dibadigka dega sistem sebelum peambaha kapasitas geerator. Pada saat sebelum peambaha kapasitas geerator, waktu pemutusa kritis geerator adalah 0,19 detik. Sedagka pada kodisi setelah peambaha kapasitas geerator, waktu pemutusa kritis geerator adalah 1,3 detik.. Gambar 18. Grafik sudut rotor pada bus geerator 1 da geerator 3 saat kodisi 2. Gambar 19 merupaka waktu pemutusa kritis geerator saat kodisi 3 atau setelah peambaha kapasitas geerator. DAFTAR PUSTAKA [1] Steveso, William D Aalisis Sistem Teaga Listrik. Jakarta:Erlagga. [2] Saadat, H Power System Aalysis. McGraw-Hill: Iteratioal Editio. [3] Kudur, P Power System Stability ad Cotrol. New York : McGraw-Hill. [4] Robert, H.Miler & James, H.Maliowski Power System Operatio. New York : McGraw- Hill. [5] Nataraja, Ramasamy Computer-Aided Power System Aalysis. New York :Marcel Dekker, Ic. Gambar 19. Grafik sudut rotor pada bus geerator 1 da geerator 3 saat kodisi 3. 6