Pengaruh Penambahan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Teluk Sirih pada Sistem Kelistrikan Sumatera Bagian Tengah

Transkripsi

1 Pengaruh Penambahan Pembangkt Lstrk Tenaga Uap (PLTU) Teluk Srh pada Sstem Kelstrkan Sumatera Bagan Tengah Heru Dbyo Laksono 1,*), M. Nasr Sonn 1), Mko Mahendra 1) 1 Jurusan Teknk Elektro, Fakultas Teknk, Unverstas Andalas, Padang Emal : heru_dl@ft.unand.ac.d *) Abstrak Jurnal n membahas tentang pengaruh penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh pada sstem kelstrkan Sumatera Bagan Tengah (Sumbagteng). Masalah lstrk menjad polemk yang berkepanjangan dan memunculkan berbaga konds dalam kehdupan manusa. Konds tersebut mengndkaskan bahwa lstrk telah menjad bagan yang sangat pentng bag umat manusa. Dengan tnggnya pertumbuhan penduduk setap tahun, maka kebutuhan akan lstrk juga bertambah. Dengan demkan, pembangkt lstrk yang sudah ada tdak mampu mencukup kebutuhan tersebut. Penambahan pembangkt menjad salah satu solus untuk mengatas kebutuhan akan lstrk. Penambahan pembangkt n akan mempengaruh sstem yang sudah ada. Untuk tu, dperlukan stud alran daya untuk mengetahu dampak yang akan dtmbulkan pada sstem karena adanya penambahan pembangkt baru. Stud alran daya dlakukan dengan menggunakan metoda Fast Decouple. Selan tu penambahan pembangkt tersebut akan mempengaruh parameter-parameter lstrk berupa tegangan, sudut tegangan, daya dan rug-rug saluran pada sstem tersebut. Penambahan pembangkt n juga akan mengakbatkan perubahan tegangan, penngkatan alran daya pada saluran dan penngkatan rug-rug daya pada saluran transms pada sstem Sumatera Bagan Tengah. Kata kunc : Stud alran daya, metoda Fast Decouple, tegangan, sudut fasa, rug rug saluran. Abstract Ths journal dscusses about the nfluence of addton Teluk Srh Steam Ppower Plant (PLTU) n the electrcal system of Central Part Sumatera (Sumbagteng). The Electrcal ssues becaomes long-drawn debated and leds to varous condtons of human lfe. These condtons ndcate that electrcty has become the most mportant part for manknd. Wth hgh populaton growth every year, so that the demand for electrcty has ncreased. Thus, exstng power plants are not able to suffce that needs. The addton of power plant to be one of soluton to overcome the needs for electrcty. The addton of ths plant wll affect exstng systems. For that, we need the power flow studes to determne the mpact wll be caused on the system due to the addton of new generaton. Power flow studes s performed by usng the Fast Decouple method. Besdes the addton of plant, t wll affect the electrcal parameters such as voltage, voltage angle, and power loss n the system. The addton of ths plant wll also result a change n voltage, enhancement of power flow n lne and enhancement of power losses n transmsson lne of Central Part Sumatera system. Keywords: Power Flow Studes, Fast Decouple method, Voltage, Phase Angle, Power Lne loss TeknkA 10

2 1. Pendahuluan Dalam sepuluh tahun terakhr n, masalah lstrk menjad polemk yang berkepanjangan dan memunculkan berbaga konds dalam kehdupan manusa. Konds tersebut mengndkaskan bahwa lstrk telah menjad bagan yang sangat pentng bag umat manusa. Untuk tu tdak berlebhan jka lstrk dkatakan sebaga salah satu kebutuhan utama bag penunjang dan pemenuhan kebutuhan manusa. Dengan tnggnya pertumbuhan penduduk setap tahun, maka kebutuhan akan lstrk juga bertambah. Dengan demkan, pembangkt lstrk yang sudah ada tdak mampu mencukup kebutuhan tersebut. Penambahan pembangkt menjad salah satu solus untuk mengatas kebutuhan akan lstrk. Penambahan pembangkt n akan mempengaruh sstem yang sudah ada. Untuk tu, dperlukan stud alran daya untuk mengetahu dampak yang akan dtmbulkan pada sstem karena adanya penambahan pembangkt baru. Stud alran daya dadakan dengan tujuan untuk mendapatkan nformas mengena alran daya dan tegangan sstem tenaga lstrk. Informas n sangat dbutuhkan guna mengevaluas unjuk kerja sstem tenaga lstrk dan menganalss konds pembangktan maupun pembebanan. Alasan lan dperlukannya stud alran daya adalah ketka suatu jarngan daya dperluas dengan menambah jarngan transms dan beban untuk memenuh perkembangan suatu daerah khususnya kebutuhan tenaga lstrk. Hal yang terpentng dar stud alran n adalah penentuan besar tegangan (V) dan sudut fasa (θ) dar setap bus. Setelah mengetahu tegangan dan sudut fasa setap bus, perhtungan selanjutnya dlakukan untuk mencar daya aktf (P) dan daya reaktf (Q) dar kapastor stats atau reaktor-reaktor bus. Selan tu dapat juga dketahu rug-rug dalam MW dan MVAR pada sstem serta ketdakserasan daya aktf dan reaktf setap bus. Ada beberapa metoda yang bsa dgunakan untuk perhtungan alran daya dantaranya metoda Gauss Sedel, metoda Newton Raphson dan metoda Fast Decouple. Pada peneltan n dgunakan metoda Fast Decouple dengan alasan metode Fast Decouple n mempuya algortma perhtungan yang lebh sederhana, cepat dan tdak membutuhkan memor yang banyak. Selan tu beberapa peneltan yang berkatan dengan metoda alran daya dantaranya Analss pendekatan Metode Newton- Raphson dalam menyelesakan optmas multvarabel pada sstem tenaga lstrk (Robertha, 2010), perbandngan metoda Newton Raphson dan metoda Fast Decouple (Laksono, 2007), penerapan metoda Fast Decouple pada stud alran daya (Laksono, 2007) dan penerapan metoda Gauss Sedel pada stud alran daya (Laksono, 2007), stud alran daya pada model sstem IEEE 30 dengan menggunakan metoda Gauss Sedel dan metoda Newton Raphson (Dharamjt, 2012), stud alran daya pada model sstem IEEE 14 dengan menggunakan metoda Gauss Sedel (P. Srkanth dkk, 2013) Sstem kelstrkan sumatera bagan tengah merupakan subsstem dar sstem kelstrkan Sumatera yang memsupla energ lstrk untuk propns Sumatera Barat khususnya dan pulau Sumatera umumnya. Pembangunan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh n bertujuan untuk mengantspas kekurangan energ lstrk yang serng terjad d wlayah propns Sumatera Barat khususnya dan pulau Sumatera umumnya akhr akhr n. Untuk tu perlu dlakukan berbaga evaluas pengaruh penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh terhadap performans kelstrkan Sumatera Bagan Tengah khususnya. Salah satu evaluas yang dlakukan adalah evaluas alran daya. Evaluas alran daya yang dlakukan melput evaluas alran daya pada konds sebelum penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh, evaluas alran daya pada konds setelah penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh, evaluas alran daya terhadap perubahan beban, penambahan kapastor dan perubahan tap trafo setelah penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh. Secara gars besarnya hasl dar evaluas alran daya terhadap pembangunan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh bertujuan untuk mengetahu perubahan tegangan, sudut fasa tegangan, daya aktf, daya reaktf dan rug rug saluran. Adapun batasan dalam peneltan n adalah a. Stud alran daya dlakukan pada sstem transms tenaga lstrk PT. PLN P3B dengan subsstem Sumatera Bagan Tengah (Sumbagteng) sebelum dan sesudah penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh 100 MW. b. Parameter yang dperhatkan dalam tugas akhr n adalah perubahan tegangan, perubahan sudut tegangan, perubahan daya aktf, perubahan daya reaktf serta rug rug daya pada sstem tenaga lstrk PT. PLN P3B Sumatera subsstem Sumatera Bagan Tengah (Sumbagteng). c. Perhtungan alran daya dlakukan dengan menggunakan metoda Fast Decouple. d. Dasumskan tegangan pada slack bus adalah sebesar 1.04 pu, bus pembangkt (PV) sebesar 1.02 pu. e. Dasumskan besar sudut tegangan pada setap bus adalah sebesar 0 0. f. Perubahan beban dlakukan pada sstem dalam keadaan normal dan setelah penambahan pembangkt baru dengan 3 konds, yatu 0.75 kal beban penuh, 1.25 kal beban penuh dan 1.50 kal beban penuh. g. Penambahan kapastor dlakukan pada sstem dalam keadaan normal dan setelah penambahan pembangkt baru pada bus yang mengalam jatuh tegangan palng besar. TeknkA 11

3 2. Metoda Peneltan Pada bagan n delaskan langkah langkah analsa alran daya pada sstem kelstrkan Sumatera Bagan Tengah dengan menggunakan metoda Fast Decouple. Perhtungan dmula dengan membentuk mpedans jarngan Z dengan persamaan (1) berkut Z = R + X (1) dmana Z : Impedans jarngan antara bus ke dan bus ke j R : Resstans jarngan antara bus ke dan bus ke j X : Reaktans jarngan antara bus ke dan bus ke j Setelah tu dbentuk admtans jarngan dengan menggunakan persamaan (2) dan (3) berkut Y = Y + Y (2) r x R Y = (3) R + X r 2 2 X Y = - (4) R + X x 2 2 Matrk admtans bus yang terbentuk kemudan dpsah menjad komponen matrk konduktans (G) dan komponen matrk suseptans (B). Berdasarkan komponen matrk suseptans (B) kemudan dbentuk matrk [BP] dan matrk [BQ]. Matrks [BP] dbentuk dengan menghlangkan bars dan kolom yang menunjukkan slack bus dar matrks suseptans (B) dan matrks [BQ] dbentuk dengan menghlangkan bars dan kolom yang menunjukkan bus pembangkt dar matrks [BP]. Setelah tu dlanjutkan dengan melakukan operas matrk nvers pada matrk [BP] dan matrk [BQ]. Dlanjutkan dengan perhtungan daya terjadwal daya terhtung untuk setap bus. Untuk daya terjadwal dlakukan dengan menggunakan persamaan (5) dan (6) berkut P = P - P (5) jad gen beban Q jad = Qgen - Q load (6) Untuk daya terhtung dhtung dengan persamaan (7) dan (8) berkut n ht n n n n n=1 (7) P = Y V Y cos θ + δ - δ n ht n n n n n=1 Q = - Y V Y sn θ + δ - δ Setelah dlakukan perhtungan daya terjadwal dan daya htung, dlanjutkan dengan perhtungan daya msmacth dengan menggunakan persamaan (9) dan (10) berkut ΔP = P - P jad ht n n n ΔQ = Q - Q jad ht n n n Selanjutnya dhtung perubahan sudut fasa ( Ө) dan magntude tegangan ( V) dengan menggunakan persamaan (11) dan (12) n Δθ = BPIN 2. ΔP / V (11) ΔV = =2 n BQIN. ΔQ / V 2 =2 (8) (9) (10) (12) TeknkA 12

4 dmana Δθ : perubahan sudut fasa bus ke ΔV BPIN : elemen nvers matrks [BP] BQIN : elemen nvers matrks [BQ] : perubahan magntude tegangan bus ke Sudut fasa dan magntude tegangan tap bus yang baru dcar dengan persamaan (13) dan (14) berkut (k+1) (k) (k) δ = δ + Δδ (k+1) (k) (k) V = V + Δ V (14) Perhtungan akan dhentkan jka konvergens telah tercapa. Setelah tu dhtung daya pada slack bus, alran daya antar bus dan rug rug daya antar bus. Untuk daya pada slack bus dhtung dengan persamaan (15) dan (16) berkut dmana N P = Y V Y cos θ + δ - δ n n n n n=1 N Q = - Y V Y sn θ + δ - δ n n n n n=1 P : daya aktf pada slack bus Q : daya reaktf pada slack bus (13) (15) (16) Untuk alran daya antar bus dhtung dengan persamaan (17) dan (18) berkut S = V (V* Y* + V* Y*c atau P - jq = V * (V - V j)y + V * V Yc (17) (18) dmana S : alran daya kompleks dar bus ke bus j P : alran daya aktf dar bus ke bus j Q : alran daya reaktf dar bus ke bus j V : magntude tegangan d bus V j : magntude tegangan d bus j V : magntude tegangan antara bus dan bus j Y : admtans antara bus dan bus j Yc : admtans lne chargng antara bus dan bus j Untuk persamaan rug rug daya antar bus dhtung dengan persamaan (19) berkut S (losses) = S + S j Dmana : S (losses) : rug rug daya kompleks dar bus ke bus j S : daya kompleks dar bus ke bus j : daya kompleks dar bus j ke bus S j (19) 3. Hasl dan Pembahasan Pada bagan n dlakukan evaluas alran daya pada sstem kelstrkan Sumatera Bagan Tengah (Sumbagteng) untuk konds sebelum penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh, setelah penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh, perubahan beban dan penambahan kapastor setelah penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh. Evaluas sstem kelstrkan Sumatera Bagan Tengah (Sumbagteng) n dlakukan dengan menggunakan perangkat lunak Matlab dengan MVABase 100 MVA dengan tngkat keteltan dan metoda yang dgunakan adalah metoda Fast Decouple. TeknkA 13

5 Evaluas alran daya sstem kelstrkan Sumatera Bagan Tengah (Sumbagteng) untuk konds sebelum penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh dperoleh nformas magntude tegangan dan sudut fasa yang dperlhatkan pada Gambar 1. dan Gambar 2. berkut Magntude Tegangan Vs Vm Fast Decouple Gambar 1. Hubungan Magntude Tegangan terhadap Sudut Tegangan terhadap Sudut Tegangan Fas Decouple Gambar 2. Hubungan Sudut Tegangan terhadap Pada Gambar 1. dan Gambar 2. dperlhatkan besar magntude tegangan dan sudut fasa tegangan untuk setap bus pada sstem kelstrkan Sumatera Bagan Tengah (Sumbagteng) sebelum penambahan Pembangkt Lstrk Tenaga Uap (PLTU) Teluk Srh dan dperoleh juga rug rug daya aktf sebesar MW dan rug rug daya reaktf sebesar MVAR. Evaluas alran daya sstem kelstrkan Sumatera Bagan Tengah (Sumbagteng) untuk konds setelah penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh dperoleh nformas magntude tegangan dan sudut fasa tegangan yang dperlhatkan pada Gambar 3. dan Gambar 4. berkut Magntude Tegangan normal Gambar 3. Hubungan Magntude Tegangan terhadap TeknkA 14

6 10.00 Sudut Tegangan normal setelah penambahan pembangkt Gambar 4. Hubungan Sudut Fasa Tegangan terhadap Bebeapa hal yang perlu dperhatkan dengan adanya penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh adalah bus yang terhubung langsung dengan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh dalam hal n bus Indarung, magntude tegangan mengalam kenakan dar pu menjad pu dan sudut tegangan juga mengalam kenakan dar menjad lan yang terhubung dengan bus ndarung, tegangannya cenderung konstan sedangkan sudut fasanya mengalam kenakan. Untuk rug rug daya aktf sebesar MW dan rug rug daya reaktf sebesar MVAR. Dengan demkan rug rug daya aktf pada sstem akan bertambah besar dengan adanya penambahan pembangkt baru sedangkan untuk rug rug daya reaktf berkurang. Pada bagan n dlakukan evaluas alran daya sstem kelstrkan Sumatera Bagan Tengah (Sumbagteng) terhadap perubahan beban pada bus beban. Perubahan beban dlakukan pada 4 konds yang berbeda yatu konds 0.75 kal beban penuh, beban normal, 1.25 kal beban penuh dan 1.50 kal beban penuh bak untuk konds sebelum maupun setelah penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh. Untuk perubahan beban pada konds sebelum penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh dperoleh nformas magntude tegangan yang dperlhatkan pada Gambar 5. berkut Magntude Tegangan beban normal beban normal 1.25 beban normal 1.5 beban normal Gambar 5. Hubungan Magntude Tegangan Terhadap Pada Gambar 5. terlhat semakn besar beban maka magntude tegangan setap bus mengalam penurunan, sedangkan sudut fasa tegangan mengalam kenakan. Untuk besarnya rug rug daya aktf dan rug rug daya reaktf berbandng lurus dengan kenakan beban, dmana semakn besar beban maka rug rug daya aktf dan rug rug daya reaktf akan semakn besar pula dan begtu juga sebalknya. Untuk perubahan beban pada konds setelah penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh dperoleh nformas magntude tegangan yang dperlhatkan pada Gambar 6. berkut TeknkA 15

7 Magntude Tegangan 0.70 Metoda Fast Decouple 0.75 beban normal beban normal 1.25 beban normal 1.5 beban normal Gambar 6. Hubungan Magntude Tegangan Terhadap Pada Gambar 6. terlhat semakn besar beban maka magntude tegangan setap bus mengalam penurunan, sedangkan sudut fasa tegangan mengalam kenakan. Untuk besarnya rug rug daya aktf dan rug rug daya reaktf berbandng lurus dengan kenakan beban, dmana semakn besar beban maka rug rug daya aktf dan rug rug daya reaktf akan semakn besar pula dan begtu juga sebalknya. Pada bagan n dlakukan evaluas alran daya sstem kelstrkan Sumatera Bagan Tengah (Sumbagteng) terhadap penambahan kapastor pada bus yang mengalam jatuh tegangan terbesar bak untuk konds sebelum maupun setelah penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh. Adapun bus yang mengalam jatuh tegangan terbesar adalah bus Duma dan besar penambahan kapastor sebesar 30 MVAR. Untuk penambahan kapastor pada konds sebelum penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh dperoleh nformas magntude tegangan yang dperlhatkan pada Gambar 7. Berkut Magntude Tegangan setelah penambahan kapastor Gambar 7. Hubungan Mantude Tegangan Terhadap Penambahan kapastor pada bus Duma sebesar 30 MVAR menyebabkan jatuh tegangan pada bus Duma akan semakn kecl dmana terjad perubahan magntude tegangan dar pu menjad pu dan semakn besar kapastas kapastor yang dpasang maka semakn kecl jatuh tegangan yang terjad. Selan tu penambahan kapastor n menyebabkan rug rug daya aktf menjad berkurang dar MW menjad MW dan bertambah besarnya rug rug reaktf dar MW menjad MW.Untuk penambahan kapastor pada konds setelah penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh dperoleh nformas magntude tegangan yang dperlhatkan pada Gambar 8. berkut TeknkA 16

8 Magntude Tegangan Metoda Fast Decouple normal setelah penambahan C setelah penambahan kapastor Gambar 8. Hubungan Magntude Tegangan terhadap Pada Gambar 8. dperlhatkan perubahan magntude tegangan pada saat konds normal tanpa penambahan kapastor, konds normal setelah penambahan kapastor dan konds setelah penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh dserta penambahan kapastor. Penambahan kapastor pada bus Duma menyebabkan kenakan magntude tegangan pada bus tersebut serta magntude tegangan pada bus bus yang terhubung dengan bus Duma. Selan tu penambahan kapastor pada sstem kelstrkan Sumatera Bagan Tengah (Sumbagteng) setelah penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh menyebabkan rug rug daya aktf mengalam kenakan dar MW menjad MW sedangkan rug rug daya daya reaktf mengalam penurunan dar MW menjad MW. 4. Kesmpulan Adapun kesmpulan dar peneltan n adalah: Penambahan Pembangkt Lstrk Tenaga Uap (PLTU) Teluk Srh menyebabkan tegangan dan sudut tegangan serta rug-rug saluran pada bus menngkat, dmana besar rug-rug daya pada konds sstem normal adalah ( j ) MVA dan besar rug-rug daya setelah penambahan pembangkt adalah Metoda Fast Decouple sebesar ( j ) MVA Penambahan beban pada sstem bak dalam konds normal maupun setelah penambahan pembangkt baru menyebabkan tegangan dan rug-rug saluran menngkat. Hal n dsebabkan karena sstem membutuhkan daya yang lebh besar untuk mendukung operas sstem dengan beban besar yang beroperas. Penambahan kapastor pada konds normal dan konds setelah penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh menyebabkan tegangan pada bus Duma menngkat, adapun tujuan penambahan kapastor n adalah untuk mengurang jatuh tegangan pada bus tersebut. Selan tu penambahan kapastor pada bus Duma pada konds normal dan konds setelah penambahan pembangkt lstrk tenaga uap (PLTU) Teluk Srh menyebabkan rug rug daya aktf mengalam penurunan dan penngkatan rug rug daya reaktf. Ucapan Terma Kash Ucapan terma kash kam sampakan kepada Ketua Jurusan Teknk Elektro Unverstas Andalas yang telah memfasltas peneltan sehngga dhaslkan jurnal n. Referens [1] Basr, Hasan, Dasar-Dasar Sstem Dstrbus Tenaga Lstrk. Jakarta : ISTN, [2] Charles A. Gross, Power System Analyss, London : John Wley & Sons, [3] Den Robertha, Analss pendekatan Metode Newton-Raphson Dalam menyelesakan Optmas Multvarabel Dengan Kendala Persamaan, Sumatera Utara : Tugas Akhr, [4] Dharamjt and D.K Tant, Load Flow Analyss on IEEE 30 System, Internatonal Journal of Scentfc and Research Publcaton Vo. 02 Issue 11, [5] Heru Dbyo Laksono, Stud Alran Daya Dengan Metoda Fast Decouple ( Stud Kasus : PT. PLN Sumbar- Rau), Jurnal Teknka Vol. 27 Vol 03 Tahun XIV, [6] Heru Dbyo Laksono, Perbandngan Metoda Newton Raphson dan Metoda Fast Decouple Pada Stud Alran Daya (Stud Kasus : PT. PLN Sumbar Rau), Jurnal Teknka Vol. 27 Vol 03 Tahun XIV, TeknkA 17

9 [7] Heru Dbyo Laksono, Stud Alran Daya Dengan Metoda Gauss Sedel ( Stud Kasus : PT. PLN Sumbar- Rau), Jurnal Teknka Vol. 28 Vol 01 Tahun XIV, [8] P. Srkanth, O. Rajendra, A. Yesuraj, M. Tlak and K.Raja, Load Flow Analyss of IEEE 14 System Usng Matlab, Internatonal Journal of Engneerng Research & Technolgy (IJERT) Vol. 02 Issue 5, [9] W. D. Stevenson and J. Granger, Power System Analyss, New York : McGraw-Hll, TeknkA 18