PENENTUAN BATAS KESTABILAN STEADY STATE GENERATOR DENGAN KONSEP REI-DIMO

PENENTUAN BATAS KESTABILAN STEADY STATE GENERATOR DENGAN KONSEP REI-DIMO Rusilawati 1,2 dan Adi Soeprijanto 1 1 Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopeber Surabaya 2 Teknik Elektro Akadei Teknik Pebangunan Nasional Banjarbaru habsyi.sila@gail.co dan adisup@elect-eng.its.ac.id ABSTRAK Pada paper ini konsep Radial Equivalent Independent (REI) - Dio digunakan untuk enentukan batas kestabilan steady state generator, yaitu batas pebangkitan diana generator asih dala kondisi stabil pada saat terjadi penabahan beban. Konsep REI - Dio digunakan untuk enentukan Z ekivalen asing-asing generator sehingga batas pebangkitan aksiu yang erupakan batas kestabilan steady state generator dapat ditentukan. Dengan ditentukannya batas kestabilan steady state generator, aka pengoperasian generator dapat dioptialkan dan asih dala batas pengoperasian yang aan. Penentuan batas kestabilan steady state generator dilakukan pada siste Jawa- Bali 500 kv. Kata kunci: kestabilan steady state, pebangkitan aksiu generator, konsep REI- Dio ABSTRACT In this paper, Radial Equivalent Independent (REI) - Dio concept is used to deterined a steady state stability liit of generator, a steady-state operating condition for which the generator is steady-state stable when the load increased. REI - Dio concept is used to deterine the equivalent ipedance of each units of generator, so the axiu generation liit as a steady state stability liit of generator can be deterined. With the steady state stability liit of the generator, then the operation of the generator can be optiized and still within the liits of safe operation. Deterination of steady state stability liit of generator were carried out on Java-Bali 500 kv syste. Keywords: steady state stability, axiu generation, REI Dio concept I. PENDAHULUAN Batas steady-state stability dari siste tenaga adalah kondisi operasi steady state diana siste tenaga asih dala kondisi stabil akan tetapi untuk perubahan kecil dari paraeter operasi akan ebawa siste kehilangan kestabilannya [1]. Definisi awal erujuk kepada konsep bahwa Kestabilan siste untuk kondisi perubahan beban secara bertahap dan berubah secara perlahan [2]. Voltage Collapse, enyebabkan 9

siste kehilangan kesinkronan dan ketidakstabilan yang diakibatkan oleh penguatan osilasi kecil dari seua bentuk ketidakstabilan steady state [3]. Metode load flow telah digunakan untuk enghitung total pebebanan dengan cara enabah pebebanan sapai proses load flow enjadi tidak konvergen. Metode continuation power flow (CPF) juga telah sering digunakan dengan enentukan hubungan antara loading paraeter terhadap tegangan pada setiap bus. Kedua etode konvensional ini eiliki keleahan karena tidak easukkan nilai internal reaktansi generator dala peodalan dan analisa. Kajian praktis untuk enentukan batas steady state telah dikebangkan di Rusia dengan enurunkan persaaan ateatik dari Dinayc Jacobian tetapi etode ini ebutuhkan waktu koputasi yang jauh lebih laa jika dibandingkan dengan etode yang dikebangkan oleh Paul Dio. Metode Dio telah sukses diterapkan untuk enghitung batas pebebanan secara real tie [4]. Kesederhanaan odel siste tenaga REI net eungkinkan untuk eeriksa setiap generator dari titik pandang setiap bus pada siste tenaga. Radial net dari aditansi hubung singkat (REI net) dibangun untuk referensi awal keadaan siste tenaga. Bus generator dapat ewakili esin sinkron nyata pada analisa siste tenaga atau generator sebenarnya, ekivalen dari batasan lain siste transisi [5]. Pada penelitian sebelunya telah dilakukan analisis tentang batas stabilitas steady state dan stabilitas transient, sehingga dapat ditentukan batas stabilitas yang asih aan untuk stabilitas steady state dan transient pada penyaluran daya [4, 6, 7]. Pada penelitian tersebut batas stabilitas steady state dan transient diperoleh dengan etoda REI - Dio, tetapi penelitian tersebut hanya elihat stabilitas siste secara keseluruhan, sehingga sulit enganalisis stabilitas pada asing-asing bus. Pada penelitian ini dilakukan penghitungan batas pebangkitan aksiu asing-asing unit pebangkit, yaitu batas kestabilan steady state generator enggunakan konsep Radial Equivalent Independent (REI) - Dio untuk siste ultiesin. II. STABILITAS STEADY STATE SISTEM TENAGA Siste tenaga listrik didefinisikan sebagai kupulan dari beberapa pusat pebangkit listrik dan Gardu Induk (GI), yang satu saa lain saling dihubungkan oleh jaring transisi. Jaring transisi ebentuk kesatuan siste yang dikenal dengan siste interkoneksi. Apabila siste dianggap tidak eiliki rugi-rugi daya, aka daya yang dibangkitkan saa dengan daya yang dikirikan ke bus tak berhingga. Persaaan untuk P G ditulis sebagai E V P G sin... (1) X Tegangan bus V adalah besaran yang tetap jika jaring sangat besar (tak berhingga). Dengan asusi generator beroperasi pada eksitasi tetap dan enjaga E tetap, dan X tetap, aka P adalah fungsi dari sudut daya δ. Daya aksiu yang G 10

dikirikan ke bus tak berhingga terjadi pada δ = 90 0. Persaaan (1) dapat ditulis sebagai P G = P = P aks sin... (2) Siste stabil terjadi pada nilai daya kurang dari P aks, yaitu terjadi pada δ < 90 0. Jika sudut daya dinaikkan elebihi 90 0, aka sinkronise akan hilang. P aks adalah steady-state stability liit dari siste yang erupakan daya aksiu yang dapat dikirikan di bawah gangguan perlahan. Jika sebuah usaha dilakukan untuk engirikan daya lebih dari batas daya ini, aka sinkronise akan hilang. Daya aksiu ini sering juga disebut sebagai pull-out power. E V Pax... (3) X dengan X adalah reaktansi transfer antara E dan V E = V + IX... (4) dengan E adalah tegangan pada terinal generator, I adalah arus yang dibangkitkan dan V adalah tegangan pada bus generator. Stabilitas steady-state dapat didefinisikan sebagai keapuan siste tenaga listrik untuk tetap enjaga sinkronisasi diantara esin dala siste dan saluran external apabila terjadi perubahan beban baik secara noral ataupun labat. Stabilitas steady state bergantung kepada batas-batas transisi dan kapasitas pebangkitan dan efektifitas perangkat kontrol autoatis, terutaa untuk regulasi tegangan autoatis (AVR) pada generator. Berdasarkan kenyataan di lapangan, steady state stability sangat berhubungan dengan rendahnya ketersediaan daya aktif dan reaktif, level tegangan yang rendah, dan besarnya perubahan tegangan untuk perubahan beban atau daya pebangkit [8, 9]. III. PERSAMAAN REI-DIMO Metodologi REI-Dio enonjol karena konsep yang sangat unik dari injeksi linearizing jenis yang saa dengan enggantikan jaring transisi dengan adintansi konstan, keudian engelopokan jaring transisi ke dala single injeksi non linier diterapkan ke bus fiktif yang disebut REI bus. Proses ini diungkinkan untuk eperkenalkan jaring fiktif, antara bus yang akan dihilangkan dan bus REI fiktif, yang linier, tidak eiliki rugian dan dapat dihilangkan dengan reduksi Gaussian. Jaring ini disebut zero power balance network dan ewakili konsep utaa dala REI- Dio [10]. 11

i Arus beban Y i-o Generator Pentanahan Fiktif Injeksi lain (DC ties, AC ties) Y FL I FL V FL Pusat beban Fiktif I FL, S FL Gabar 1. Zero Power Balance Network Paul Dio eperkenalkan zero power balance network bertujuan untuk enggabungkan siste beban ke pusat beban tunggal fiktif sabil epertahankan sifat dan keseibangan daya dasar. Gabar 1 eperlihatkan sebuah contoh langkah dei langkah nuerik yang enggabarkan proses ebangun zero power balance network. Sifat radial dari REI eenuhi salah satu aturan penerapan daya reaktif stabilitas steady state (stabilitas tegangan). Untuk siste dari 1,,i,, G generator, kondensor sinkron dan injektif aktif seperti DC ties atau AC ties, terhubung radial kesalahsatu bus beban fiktif atau aktual elalui adintansi Y1,...,Yi,,YG, Dio engebangkan ruus sebagai berikut:... (5) dengan: E = Tegangan internal dari esin (diasusikan konstan, tidak terpengaruhi oleh perubahan kecil yang dilakukan dala kondisi stabilitas steady state) = sudut internal dari esin dengan engacu pada tegangan V pada bus beban (baik fiktif aupun aktual) Dala pendekatan ini, bagian yang nyata diwakili oleh nilai MW, sedangkan bagian reaktif bevariasi dengan kuadrat tegangan sesuai dengan... (6) Dengan nilai Qload yang dihitung ulang di setiap langkah dengan epertibangkan struktur beban konstan, cos Ø tetap, seperti yang ditunjukkan pada Gabar 2. Peruusan uu kriteria ini telah dikebangkan dan diberikan dala persaaan 6. dq dv 2Y cos Yload Y Y E cos( ) V... (7) 12

E E E 1 E G E 1 E G Pusat Beban Fiktif Beban Total Siste Bagian Real P (MW) Bagian Iajener Q = Y*VV Option 1 :γ = tetap Option 2 : γ pada cos φ = tetap Bus beban Aktual Bus Beban Bagian Real P (MW) Bagian Iajener Q = Y*VV Option 1 :Y = tetap Option 2 : Y pada cos φ = tetap Gabar 2. REI untuk pusat beban fiktif (kiri) dan untuk bus beban aktual (kanan) Eliinasi Gauss-Seidel erupakan algorita aljabar linear yang dapat diterapkan tanpa eperkenalkan kesalahan karena sipul yang dihilangkan tidak eiliki injeksi (tidak ada arus), algorita adalah sebagai berikut: y y ij y kk y new ij new ij ik kk jk y y yij... (8) y = nilai i-j dari atrik Y = eleen diagonal k-k yang dieleinasikan step k = nilai baru dari i-j setelah sipul k dieleinasikan Prosedur reduksi jaring siste tenaga yang diterapkan dapat dijelaskan sebagai berikut: 1. Menyiapkan data siste tenaga listrik. 2. Menjalankan load flow untuk endapatkan tegangan dan sudut tegangan. 3. Menentukan bus beban. 4. Menentukan bus netral fiktif. 5. Menghubungkan bus beban ke bus netral fiktif dengan adintansi Y bus konstan. Persaaan Y bus konstan adalah P jq Y bus 2 V... (9) P = daya aktif Q = daya reaktif V = tegangan bus 6. Menentukan arus I dari bus beban ke bus netral fiktif dengan persaaan S* in I... (10) Ei jfi S* in = Daya nyata konjuktif dari bus I ke bus netral fiktif E i = Tegangan aktif bus i (E i = V cos α ) F i = Tegangan reaktif bus i (E i = V sin α ) 13

7. Menentukan bus load center. 8. Menentukan arus yang engalir ke bus load center enggunakan huku Kirchhoff. 9. Menghitung daya yang enuju bus netral fiktif. 10. Menentukan nilai ipedansi Z lc dari bus netral fiktif ke bus load center engunakan persaaan. P jq R jx... (11) lc lc I I* Z lc = ipedansi load center R lc = resistansi load center X lc = reaktansi load center I lc = arus load center 11. Mengubah ipedansi Z lc ke dala bentuk adintansi Y lc 12. Menentukan tegangan di load center dengan persaaan V lc S I* lc lc... (12) V lc = tegangan load center S lc = daya nyata load center I lc = arus load center 13. Menjalankan load flow untuk enghasilkan adintansi Y bus baru. 14. Mereduksi atrik Y dengan Gaussian 15. Mengubah nilai aditansi Y enjadi ipedansi ekivalen Z. 16. Menghitung nilai E enggunakan persaaan (4) dengan X yang diperoleh dari nilai ipedansi ekivalen Z. 17. Menghitung daya aksiu yang dapat dibangkitkan generator yang erupakan batas stabilitas steady state generator dengan persaaan (3). IV. SIMULASI PERHITUNGAN P MAKSIMUM DIAPLIKASIKAN PADA SISTEM JAWA BALI Plant yang digunakan adalah siste transisi 500 kv Jawa-Bali yang terdiri dari 1 buah swing bus, 7 buah generator bus dan 17 buah load bus. Pada siste 500 kv Jawa-Bali terdapat 8 pebangkit. Pebangkit tersebut terhubung ke bus beban elalui saluran dengan jenis konduktor yang berbeda-beda. Data saluran baru terdiri dari 33 bus, bus 1-8 adalah bus generator, bus 9 dan 10 bus load centre, bus 11 - bus 25 adalah bus beban, bus 26 - bus 33 adalah bus reaktansi generator (Xd ). Selanjutnya data saluran baru direduksi enggunakan eliinasi gaussian. Tabel 1 erupakan hasil REI dari 33 bus enjadi 8 bus generator dan 1 bus beban. Hasil reduksi enggunakan REI Dio ditunjukkan pada Gabar 3. 14

Gabar 3. Siste Jawa bali 500 kv Setelah Direduksi Tabel 1. Hasil Matrik Y Setelah Direduksi No Bus Y 1 0.0142-0.2466i 8 0.0170-0.8155i 10 0.0220-0.4285i 11 0.0106-0.1487i 15 0.0146-0.0712i 17 0.0202-0.1171i 22 0.0382-0.2189i 23 0.0178-0.1056i 9-2.4599 + 1.0071i Matriks Y setelah direduksi yang diubah enjadi atriks Z dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Aditansi Y diubah enjadi ipedansi Z No Bus Z 1 0,0002 + 0,0040i 8 0.0001 + 0.0012i 10 0.0001 + 0.0023i 11 0.0005 + 0.0067i 15 0.0028 + 0.0135i 17 0.0014 + 0.0083i 15

22 0.0008 + 0.0044i 23 0.0016 + 0.0092i 9-0.0003 0.00014i Dari hasil siulasi didapatkan batas aksiu pebangkitan dari setiap unit pebangkit. Batas pebangkitan aksiu generator ini enunjukkan bahwa pada saat keadaan generator beroperasi secara noral eiliki batasan pebangkitan kritis pada nilai daya tertentu. Adapun batas kestabilan daya aksial yang dapat diberikan oleh setiap unit pebangkit dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Nilai batas kestabilan dari setiap unit pebangkit Generator P Max Batas Kestabilan Suralaya 3803 3690 Muara Tawar 2096 2020 Cirata 948 930 Saguling 700 660 Tanjungjati 2808 2645 Gresik 828 810 Paiton 4710 4600 Grati 850 750 Dari Tabel 1 dapat diketahui bahwa batas kestabilan steady state pebangkit Suralaya hanya 97,1% dari kapasitas pebangkitan aksiunya. Pebangkit Muaratawar 96,4% dari kapasitas pebangkitan aksiunya. Pebangkit Cirata 98,1% dari kapasitas pebangkitan aksiunya. Pebangkit Saguling 94,3% dari kapasitas pebangkitan aksiunya. Pebangkit Tanjung Jati 94,2% dari kapasitas pebangkitan aksiunya. Pebangkit Gresik 97,8% dari kapasitas pebangkitan aksiunya. Pebangkit Paiton 97,6% dari kapasitas pebangkitan aksiunya. Pebangkit Grati 88,2% dari kapasitas pebangkitan aksiunya. V. PENUTUP REI DIMO dapat digunakan untuk eperudah perhitungan dala analisis batas kestabilan dengan cara reduksi jaringan transisi enjadi Jaringan REI (Radial Equivalent and Independent) Equivalent Net. Analisa batas kestabilan untuk setiap unit generator dapat dihitung enggunakan nilai ipedansi konstan yang diperoleh dari proses reduksi Jaringan REI DIMO. Dari hasil siulasi pada siste Jawa Bali 500 kv dapat dilihat bahwa batas kestabilan steady state generator eiliki nilai yang lebih rendah dari nilai pebangkitan aksiunya, sehingga pebangkit tidak dapat dibebani 100%. 16

VI. DAFTAR PUSTAKA [1] Jan Veleba. Possible Steady-State Voltage Stability Analyses Of Electric Power Systes. Intensive Prograe Renewable Energy Sources. Železná Ruda-Špièák, University of West Boheia, Czech Republic, May. 2011. [2] K.Hiaja, Dr T S Surendra, Dr.S. Tara Kalyani. Steady State Stability Analysis Of A Single Machine Power Syste Using Matlab. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), Vol. 1 Issue 7, Septeber. 2012. [3] Energi Consulting International, Inc. Quickstab Technical Background [4] Indar Chaerah Gunadin, Muhaad Abdillah, Adi Soeprijanto, Ontoseno Penangsang. Deterination of Steady State Stability Margin Using Extree Learning Machin. WSEAS Transactions On Power Systes. Issue 3, Volue 7. July. 2012. [5] Žaneta Eleschová, Anton Beláň. The Power Syste Steady-State Stability Analysis. AT&P journal PLUS2. 2008. [6] Jefri Lianda, Ontoseno Penangsang, Adi Soeprijanto. Stability Liit Analysis Of Steady State And Transient Method Using Radial Equivalent Independent (REI) DIMO. ITS- Master. Surabaya. 2011. [7] Johny Custer, Indar Chaerah Gunadin, Ontoseno Penangsang, Adi Soeprijanto. Optiisasi Operasi Siste Tenaga Listrik Dengan Konstrain Kapabilitas Operasi Generator Dan Kestabilan Steady State Global. 2011. [8] Hadi Saadat. Power Syste. McGraw-Hill Inc, USA. 1999. [9] Savu C.Savulescu. Real-Tie Stability Assessent in Modern Power Syste Control Center, IEEE Press. Wiley. 2009. [10] Roberto D, Molina Mylius, Martín Cassano,and Savu C. Savulescu. Dio s Approach to Steady-State Stability Assessent: Methodology Overview, Nuerical Exaple, and Algorith Validation. The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. 2009. 17