Penilaian Keamanan Tegangan Sistem Kelistrikan Wilayah Lampung Dengan Menggunakan Kurva P-V

Transkripsi

1 ELECTRICIAN Jural Reayasa da Teologi Eletro Peilaia Keamaa Tegaga Sistem Kelistria Wilayah Lampug Dega Megguaa Kurva P-V Osea Zebua Jurusa Tei Eletro, Faultas Tei, Uiversitas Lampug Itisari---Tegaga yag stabil merupaa salah satu syarat operasi sistem teaga listri yag ideal. Aibat pembebaa da gaggua yag terjadi, tegaga dapat bervariasi da dapat medeati batas operasi yag diijia. Pembebaa yag semai bertambah meyebaba ilai tegaga dapat jatuh melewati batas operasi. Perecaaa operasi sistem teaga listri membutuha peilaia eadaa eamaa tegaga utu meguragi resio putusya pelayaa aibat gaggua yag diaibata oleh jatuh tegaga. Salah satu metode yag serig dipaai adalah dega megguaa urva P-V. Kurva ii mejelasa hubuga atara daya atif da tegaga pada suatu. Dega meaia beba, maa ilai tegaga ritis pada pembebaa masimum dapat diperoleh. Maalah ii bertujua melaua peilaia eamaa (voltage security assessmet) sistem elistria wilayah Lampug. Hasil peelitia meujua bahwa odisi eamaa tegaga pada - di daerah yag berdeata dega PLTU Buit Asam aga sediit ritis dega adaya sediit eaia beba pada - tersebut. Keaia beba sebesar 0,7 pu pada umawag dapat meyebaba tegaga pada tersebut jatuh medeati batas tegaga operasi miimumya. Kata uci---peilaia eamaa tegaga, stabilitas tegaga, jatuh tegaga, urva P-V, alira daya otiuasi Abstract---Stable voltage is oe coditio of ideal electrical power system operatio. Due to load icreasig ad disturbaces, voltage may vary ad ca reach the value ear to permissible operatio limit. Further load icreasig ca cause voltage collapse over operatio limit. Electrical power system plaig eeds voltage security assessmet to reduce the riss of out of service due to voltage collapse. Oe of methods which ofte used is by usig P-V curve. This curve describes relatioship betwee real power ad voltage at a. By icreasig load, the critical voltage at maximum loadig ca be defied. This paper aims to do voltage security assessmet o electrical power system of Lampug provice. The results show that voltage security coditio at ear the Buit Asam power plat teds to be critical if there is a little load icreasig. By icreasig load of 0.7 p.u. at umawag ca cause voltage at that collapse ear to miimum operatio limit. Keywords---voltage security assessmet, voltage stability, voltage collapse, P-V curve, cotiuatio power flow I. PENDAHULUAN Semai meigatya pertumbuha beba listri membuat sistem teaga listri beroperasi medeati batas-batas operasi yag ideal. Pertumbuha beba listri yag tida diiuti oleh peambaha apasitas pembagita daya listri da peambaha jariga trasmisi yag baru, dapat meyebaba ilai tegaga pada saat operasi mejadi tida stabil. Tegaga yag tida stabil ii dapat meyebaba berhetiya operasi sistem teaga listri aibat beerjaya sistem protesi tegaga pada gardu idu di tempat-tempat tertetu. Jia peurua tegaga terlalu cepat da tida terotrol, odisi ii disebut jatuh tegaga, dapat memicu pemadama listri pada eseluruha sistem teaga listri [1]. Berbagai ides atau idiator stabilitas tegaga, bai aalisis diamis maupu aalisis statis, telah diusula utu meilai seberapa deat tegaga suatu sistem meuju etidastabila [-7]. Aalisis stabilitas tegaga ii sagat bergua bagi perecaaa maupu pada saat operasi sistem teaga listri. Salah satu di ataraya adalah dega megguaa urva P-V [8]. Kurva P-V meggambara hubuga atara daya listri, P dega tegaga V pada suatu titi atau tertetu. Jia daya pada satu diaia, maa tegaga pada tersebut aa meuru. Keaia daya lebih lajut dapat

2 ELECTRICIAN Jural Reayasa da Teologi Eletro 57 megaibata ilai tegaga aa mecapai ilai ritis. Nilai ritis ii merupaa batas estabila tegaga pada tersebut. Besar daya listri yag meyebaba ilai ritis tegaga ii disebut dega batas pembebaa masimum. Kebutuha aa eergi listri di wilayah Lampug semai bertambah pesat. Provisi yag epadata peduduya tertiggi di pulau Sumatera ii, sudah meambah apasitas pembagitya selama sepuluh tahu terahir ii, yag selama ii disuplai dari Provisi Sumatera Selata. Namu demiia aalisis estabila tegaga sistem trasmisi wilayah Lampug perlu dilaua dega megguaa urva P-V. Hal ii diperlua utu melihat potesi timbulya etidastabila tegaga pada sistem elistria wilayah Lampug. II. TINJAUAN PUSTAKA Sistem trasmisi daya listri yag dipeuhi oleh beba-beba listri aa megalami teaa aibat eaia beba da trasfer daya atar. Sejumlah masalah eamaa tegaga mulai timbul dalam sistem teaga listri. Operasi sistem teaga yag efisie mejadi tergaggu area masalah etidastabila tegaga da jatuh tegaga [9]. Keamaa tegaga berarti emampua suatu sistem teaga listri, tida haya beroperasi pada tegaga yag stabil, tetapi juga mempuyai tegaga operasi yag tetap stabil setelah terjadi pelepasa beba atau eaia beba [10]. Pegalama pada idustri meujua aalisis stabilitas tegaga lebih sesuai dega megguaa aalisis statis [10,11]. Ketidastabila tegaga diguaa utu meggambara situasi pada saat gaggua, saat eaia beba, atau perubaha sistem yag lai yag meyebaba tegaga berubah secara sigifia dari batas operasi yag diigia. Pada odisi ii adagadag operator atau sistem otrol otomatis gagal utu meghetia perubaha ii. Jia tegaga jatuh lebih cepat, hal ii aa megaibata sebagia jariga aa padam da istilah jatuh tegaga diguaa dalam hal ii. Utu meguragi emugia jatuh tegaga pada sistem teaga, perecaaa sistem teaga listri harus dilaua. Pertama-tama, model matematis dari eleme dasar dari sistem teaga, da iteroesiya harus dibagu. Eleme dasar ii terdiri dari stasiu pembagit, salura trasmisi, sumber daya reatif da beba-beba yag terhubug pada sistem. Dalam istilah matematia, jatuh tegaga terjadi jia persamaa eseimbaga yag berhubuga dega model matematis sistem trasmisi elistria tida mempuyai peyelesaia loal yag ui. Titi dimaa persamaa eseimbaga tida lagi mempuyai peyelesaia atau peyelesaia yag ui berhubuga dega batas emampua sistem teaga listri utu megotrol. Titi ii disebut dega titi ritis; detesiya memaia peraa petig dalam peetua eamaa tegaga [1]. A. Kurva P-V Salah satu metode meilai seberapa deat e etidastabila tegaga adalah peetua batas level tegaga da daya dega megguaa urva P-V. Kurva P-V meyataa variasi tegaga terhadap variasi daya atif. Kurva ii dihasila dega meaia ilai daya atif secara bertahap. Dega megguaa peyelesaia alira daya, diperoleh ilai tegaga pada setiap tahap eaia beba dega mempertahaa fator daya tetap osta. Pada saat ilai pembebaa masimum, P max, aa didapata ilai tegaga ritis, odisi ii ditujua pada gambar 1 di bawah ii. V ritis br 1. Kurva P-V P max

3 ELECTRICIAN Jural Reayasa da Teologi Eletro 58 B. Peyelesaia Persamaa Alira Daya Sistem teaga listri dibetu dari elemeeleme yag dapat diyataa dega ragaia eivale RLC dega ompoe beba da uit pembagit yag direpresetasia sebagai eleme oliier. Aalisis sistem teaga listri dimulai dega rumusa sistem ode referesi yag meggambara hubuga atar variabel (tegaga da arus) da diyataa dega huum Kirchoff edua atau huum ode [13], I Y V (1) dimaa I adalah vetor uura x1 dega ompoeya adalah ijesi arus listri pada ode () jariga, V adalah vetor uura x1 dari tegaga yag diuur terhadap ode referesi da Y adalah matri admitasi beruura x yag simetri da bujursagar da meggambara topologi jariga. Pada jariga sistem teaga listri yag sebearya, arus yag dijesia pada jariga tida dietahui, yag dietahui adalah daya semu yag diijesia pada jariga, S. S ditetua dega peralia atara tegaga pada, V, da ojugate arus pada, I, S V I Y V utu 1,,... (),m m m1 dimaa Y,m adalah eleme (,m) dari matris Y pada persamaa (1). S juga dapat diyataa sebagai ompoe real da imajier yag diyataa sebagai beriut, S P jq, utu 1,,..., (3) dimaa da masig-masig adalah daya atif da daya reatif yag diijesia pada dari sistem, yag dapat ditetua dega, P P P (4) Q L Q Q (5) L dimaa variable P da Q masig-masig adalah daya atif da daya reatif yag dijesia pada pada geerator da L variabel P da Q masig-masig meyataa beba daya atif da beba daya reatif yag terhubug pada. Dega meyataa tegaga dalam betu polar, j V V e V cos j si (6) da setiap eleme matris admitasi Y sebagai, Y m jb (7) m m dega memasua pada persamaa (), meghasila, S V e j m1 m jb m V m e jm (8) V Vm m jbm cosm j sim m1 dimaa. Dega memisaha bagia real da imajier seperti pada persamaa (3), diperoleh hasil sebagai beriut: P V V m m utu 1,,..., Q V Bm V utu 1,,..., Vm m cos m 1 B si (9) m m Vm m cos m Bm cos m (10) m 1 m Persamaa (9) da (10) secara umum dietahui sebagai persamaa alira daya da dega megaalisis persamaa-persamaa ii dapat jelas terlihat bahwa terdapat empat variabel yai daya atif, daya reatif, magitude tegaga da sudut. Oleh area itu, perlu mespesifiasia dua dari variabel-variabel tersebut utu medapata peyelesaia edua persamaa. Persamaa alira daya dapat diselesaia dega metode Newto-Raphso, dega merepresetasia persamaa esp P V V utu 1,,..., Vm m cos m B si (11) m m m m 1

4 ELECTRICIAN Jural Reayasa da Teologi Eletro 59 esp Q V Bm V utu 1,,..., Vm m cos m 1 Bm cos m (1) m m Peyelesaia persamaa oliier dega metode Newto-Raphso dapat diyataa dalam betu vetor, Px f x 0 Qx (13) dimaa P(x) meyataa persamaa (11) da Q(x) meyataa persamaa (1) da x meyataa variabel eadaa V da, yag diyataa dega otasi vetor: Proses diawali dega ilai awal yag sudah dietahui da suatu vetor predictor yag merupaa tage peyelesaia yag dioresi yag diguaa utu megestimasi peyelesaia selajutya dega ilai parameter beba yag berbeda. Estimasi emudia dioresi dega megguaa tei yag sama pada metode Newto-Raphso dari alira daya ovesioal dega meambah parameter alira daya, sehigga, f,v, 0 (19) Parameterisasi sagat diperlua utu meghilaga etidasigulara matris Jacobia. V x (14) sehigga, P P V P V Q Q Q V matrisjacobia 1 (15) Namu pada titi ritis, matris Jacobia dapat mejadi sigular, sehigga peyelesaia persamaa alira daya deat titi ritis tersebut cederug mejadi diverge [14]. Hal ii dapat dihidari dega dega megguaa metode peyelesaia alira daya otiuasi [15]. Prisip umum alira daya otiuasi megguaa sema predictor-corrector utu mecari peyelesaia persamaa alira daya yag dirumusa embali dega megiutsertaa parameter beba. Perubaha daya, P i da Q i, dirumusa embali dari persamaa (11 da (1) sebagai, esp Pi PLi Pi Pi Pi 0 esp Q Q Q Q Q 0 P (16) i Q i i Li i i i (17) 1 ritis (18) esp esp dimaa Pi da Qi adalah variabel eadaa (state variable) pada i. III. PEMODELAN SISTEM KELISTRIKAN Pemodela sistem trasmisi 150V wilayah Lampug dilaua utu perhituga dega peyelesaia alira daya. Model sistem trasmisi megguaa model eivale phi utu salura trasmisi meegah da pajag. Data jariga trasmisi 150V diubah mejadi data da data salura yag dibutuha sesuai dega format perhituga alira daya [16]. Data peguura beba tertiggi dimasua pada data sebagai data beba. Data dega pembebaa da data salura (lie) hasil perhituga ditujua pada Tabel 1 da Tabel di bawah ii. Tabel 1 Data Bus Sistem Trasmisi Wilayah Lampug No. Nama Pembagita Beba Daya atif P (MW) Daya reatif Q (MVAR Daya atif P (MW) Daya reatif Q (MVAR) 1 Buit Asam Baturaja 64,8 5,5 3 Blambaga 6, 3,05 Umpu 4 Buit Kemuig 3,3 11,36 5 Besai 88,84 6 Kotabumi 36 10,86 7 Meggala 35, 16,15 8 umawag 35,1 18, 9 Tap Adijaya 9,9 8,74 10 Tegieeg 19 38,7 5,19

5 ELECTRICIAN Jural Reayasa da Teologi Eletro Pagelara 36,81 1,1 1 Batutegi 8,8 13 Natar 44,98 14,79 14 Suarame 4, 11,8 15 Telu 10 67,3 44,39 Betug 16 Seputih,8 7,3 Baya 17 Metro 30,1 17,6 18 Sutami 4,9 1,46 19 Taraha 55,8 7,7 13,78 0 Sribawoo 35,3 13,58 1 New 00 8, 14,05 Taraha Sebalag 00 3 Kaliada 44,6 13,1 Data salura dalam per uit dega base 100MVA ditujua pada tabel di bawah ii: Tabel Data Salura Sistem Trasmisi Wilayah Lampug Dari o. Ke o. Resistasi (R) Reatasi (X) Suseptasi (B) 1 0,0144 0, , ,1158 0, , ,1756 1, ,0185 0, , , , , , , , ,0397 0, , ,0580 0, , , ,0483 0, ,0995 0, , , , , , ,0169 0, ,0105 0, , , , , , ,035 0, , ,0177 0, , , , , , , , ,0357 0, ,0304 0, , , , , , ,0143 0, , ,0105 0, , , , , , , ,0036 0,036 0,34311 IV. HASIL PERHITUNAN DAN ANALISIS Peelitia eadaa eamaa tegaga sistem elistria wilayah Lampug dega megguaa urva P-V ii dilaua megguaa metode peyelesaia alira daya otiuasi. Program omputer ditulis dega megguaa bahasa pemrograma MATLAB [17]. Setiap beba ( yag tida terdapat pembagit) diaalisis dega meaia beba atif secara bertahap. Setiap tahap eaia beba pada tersebut, ilai tegaga yag diperoleh dari peyelesaia alira daya dicatat. Setiap eaia beba yag hampir melampaui batas ilai tegaga yag ideal juga dicatat. Oleh area eaia beba pada salah satu juga mempegaruhi operasi trasfer daya da tegaga pada lai, maa pegaruh eaia beba pada satu terhadap tegaga lai juga diaalisis dega urva P-V. Hasil perhituga utu setiap eaia beba pada - beba ditujua pada tabel 3 di bawah ii. Ireme pertambaha parameter beba,, da tegaga adalah 0,05 pu pada base daya semu 100 MVA da base tegaga 150 V. Batas-batas ilai tegaga operasi yag ideal pada peelitia ii adalah 0,95 pu sampai 1,05 pu. Tabel 3 Pegaruh eaia beba pada salah satu beba terhadap - beba Keaia Beba Pada Bus Nilai Masimal Pembebaa Pada Bus-Bus Beba (tida melebihi batas operasi tegaga) Nilai Masimum yag dapat dihitug Bus P (MW) 3,0 30 5,47 3 5, ,47 3, ,16 3, ,16 4 3, ,85 3 3, ,85 6 3, , ,15 115,05 8 1,15 115, , ,9 8 0,7 70 1,9 9, ,09 3 3, ,09 6 3, ,09 7, ,09 8 3, ,09 9 1, , , , ,35 16, , , , ,5 50 3, , , ,45 Tabel 3 meujua bahwa eaia beba sediit saja pada - 7, 8 da 9

6 ELECTRICIAN Jural Reayasa da Teologi Eletro 61 dapat membuat ilai tegaga pada - tersebut melewati ilai batas operasi tegaga idealya. Keaia beba sebesar 0,7 pu yag dieaa pada 8 dapat membuat tegaga tersebut jatuh medeati ilai tegaga operasi miimumya. Semetara eaia beba pada - 11,13,14,18,0 da 3 sampai pada ilai masimum yag dapat dihitug oleh program omputer, tida begitu mempegaruhi ilai tegaga, bai pada itu sediri maupu pada - laiya. Nilai masimum yag dapat dihitug oleh program omputer adalah ilai yag sudah mecapai ilai masimum urva atau ilai masimum yag dapat dihitug da tida dapat dihitug lebih lajut aibat odisi tertetu. Keaia beba tida mempegaruhi ilai tegaga pada - yag terhubug dega geerator, area pada - tersebut tegaga diaggap dapat diotrol oleh peralata pegatur tegaga. Keaia beba pada 4 sebesar 3,45 pu da pada 6 sebesar 3,55 pu lebih dulu dapat memicu ilai tegaga pada jatuh medeati ilai tegaga operasi idealya. Kurva P-V yag terdiri dari dua urva, yai urva yag dihasila dega metode peyelesaia alira daya otiuasi, urva CPF, da urva hasil sema predictorcorrector (urva predisi-oresi). Keaia beba pada 8 da pegaruhya pada 7, 8 itu sediri da 9 ditujua pada gambar,3 da 4. br 3. Nilai tegaga pada 8 aibat eaia beba pada 8 br 4. Nilai tegaga pada 9 aibat eaia beba pada 8 Keaia beba pada 6 da pegaruhya pada 6 itu sediri da pada ditujua pada gambar 5 da 6 di bawah ii. br 5. Nilai tegaga pada 6 aibat eaia beba pada 6 br. Nilai tegaga pada 7 aibat eaia beba pada 8

7 ELECTRICIAN Jural Reayasa da Teologi Eletro 6 REFERENSI br 6. Nilai tegaga pada aibat eaia beba pada 6 V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpula 1) Peilaia eamaa tegaga sistem elistria wilayah Lampug dega urva P-V meujua odisi ritis dimaa dega eaia beba yag sediit saja pada 8 dapat megaibata tegaga pada tersebut dapat jatuh melewati batas tegaga operasi yag ideal. ) Keaia beba pada - yag berdeata dega pembagit listri teaga uap Buit Asam ( 1) sagat mempegaruhi ilai tegaga pada tersebut yag cederug melewati batas tegaga operasi ideal. B. Sara Perluya dilaua ofigurasi sistem elistria wilayah Lampug dega meambah salura trasmisi, pembagit listri ataupu memasag sumber-sumber daya reatif utu meguragi rugi-rugi jariga sistem elistria da mejaga odisi tegaga, hususya pada daerahdaerah yag berdeata dega PLTU Buit Asam. [1] I. Dobso, D.E. Newma, B.A. Carreras ad V.E. Lych, A Iitial Complex System Aalysis of the Riss of Blacouts i Power Trasmissio System, Power System ad Commuicatios Ifrastructures for the Future, Beijig, September 00. [] B. ao,.k. Moriso, ad P.Kudur, Voltage Stability Evaluatio Usig Modal Aalysis, IEEE Tras. o Power Systems, vol.7, o.4, pp , Nov [3] P.A. Löf,.A. Aderso, ad D.J. Hill, Voltage Stability Idices for Stressed Power Systems, IEEE Tras. o Power Systems, vol.8, o.1, pp , Feb [4] S. reee, I. Dobso, ad F.L. Alvarado, Cotigecy Raig for Voltage Collapse via Sesitivities from a Sigle Nose Curve, IEEE Tras. o Power Systems, vol.14, o.1, pp.3-38, Feb [5] A. Moticelli, S. Decma, A. arcia ad B.Stott, Real-time Exteral Equivalets for Static Security Aalysis, IEEE Tras. o Power Apparatus ad Systems, vol. PAS-98, pp , March/April [6] Y. Yamura, K. Saamoto, Y. Tayama, Voltage Istability Proximity Idex based o Multiple Load Flow Solutios i Ill- Coditioed Power Systems, Proceedigs of the 7 th IEEE Coferece o Decisio ad Cotrol, Austi, Texas, Dec [7] C.A. Caizares, F.L. Alvarado, C.L. de Marco, I. Dobso ad W.F. Log, Poit of Collapse Methods Applied to AC/DC Power Systems, IEEE Tras.o Power Systems, vol.7, o., pp , May 199. [8] C.W. Taylor, Power System Voltage Stability, Mcraw-Hill Ic., New Yor, [9] T.J. Overbye, I. Dobso, ad C.L. DeMarco, Q-V Curve Iterpretatios of Eergy Measures for Voltage Security, IEEE Tras. o Power Systems, vol.9, o.1, pp , Feb [10] IEEE Special Publicatio 90 th PWR, Voltage Stability of Power Systems: Cocepts, Aalytical Tools, ad Idustry Experiece, [11] A. Bose, K. Tomsovic, R. Stuart, B. Williams, M. Willis, L. Che, ad M. Vaziri, Automated Operatig Procedures for Trasfer Limits, PSERC Publicatio 01-05, May 001. [1].M. Huag ad A. Abur, Voltage Security Margi Assessmet, PSERC Publicatio 0-49, Dec.00.

8 ELECTRICIAN Jural Reayasa da Teologi Eletro 63 [13] J.J. raiger ad W.D. Steveso, Power System Aalysis, Mcraw-Hill Iteratioal Editios, [14] P. Kudur, Power System Stability ad Cotrol, Mcraw-Hill, New Yor, [15] V. Ajjarapu ad C. Christy, The Cotiuatio Power Flow: A Tool for Steady-State Voltage Stability Aalysis, IEEE Tras. o Power Systems, vol.7. o.1, pp , Feb.199. [16] Sigle Lie Diagram Sistem 150/0 V da Lapora Beba Tertiggi Trasformator ardu Idu, PT. PLN (Persero) P3B Sumatera UPT Tajug Karag, Mei 01. [17] MATLAB R009b User uide, Mathwors It. Ltd Co, 009.