1 Strateg Memnmalan Load Sheddng Menggunaan Metode Senstvtas Untu Mencegah Voltage Collapse Pada Sstem Kelstran Jawa-Bal 500 V Rs Cahya Anugrerah Haebb, Ad Soepranto,, Ardyono Pryad Jurusan Ten Eletro, Faultas Tenolog Industr, Insttut Tenolog Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Aref Rahman Ham, Surabaya 60111 E-mal : rc.elts.051@gmal.com Abstra Stabltas freuens adalah hal yang sangat pentng dalam sstem tenaga lstr. Pada sstem elstran sala besar Jawa-Bal stabltas freuens harus daga beroperas pada nla nomnal 50 Hz. Perstwa lepasnya pembangt atau gagalnya pembangt masu e dalam sstem nterones eta beban punca dapat menyebaban penurunan freuens sstem tenaga lstr. Konds tersebut terad arena adanya etdasembangan antara pembangtan dan beban. Selan berpengaruh terhadap turunnya freuens, Tegangan uga aan ut berpengaruh sehngga dapat menyebaban blac-out. Oleh arena tu, Dperluan pola meansme load eddng yang tepat dan benar untu mencegah penurunan freuens sstem. Pada peneltan n meml tuuan untu menentuan tt optmal dan besar efsens load eddng yang tepat dar sstem elstran Jawa-Bal menggunaan metode senstvtas untu mencegah voltage collapse. Kata Kunc Stabltas freuens, Metode senstvtas, Efsens dan Load eddng. I. PENDAHULUAN str merupaan ebutuhan yang sangat pentng bag Lpendudu duna. Kegatan rutn masyaraat modern dtentuan oleh ualtas daya lstr yang merea onsums. Kualtas daya lstr yang urang ba aan berabat pada erugan onsumen yang dapat mengabatan rusanya peralatan eletron yang senstf terhadap perubahan yang terad pada ualtas daya lstr. Pertambahan pelanggan lstr yang menngat taam mengharusan pha penyeda asa layanan lstr untu menambah apastas pembangt dan memperluas saluran dstrbus, sehngga sstem dapat memenuh ebutuhan pelanggan yang membutuhan energ lstr. Dalam sstem tenaga lstr sala besar, sstem nterones meml tuuan untu menaga ontnutas dan etersedaan pasoan lstr epada onsumen. Kebutuhan aan pasoan lstr dar tahun e tahun seman menngat serng dengan perembangan sstem eonom suatu negara. Ja ebutuhan beban yang seman menngat dar tahun e tahun tanpa dmbang dengan penngatan umlah pembangt, maa dapat menyebaban melemahnya stabltas performans sstem. Untu menaga establan eta terad perstwa lepasnya pembangt atau gagalnya pembangt masu e dalam sstem nterones eta beban punca, maa dar perstwa tersebut dapat menyebaban penurunan freuens sstem yang dapat mengabatan sebuah sstem lstr sala besar menad blac-out (pemadaman total). Untu menghndar teradnya blac-out pada sstem Jawa- Bal, Pertahanan performans dperluan untu menaga sstem agar stabl. Salah satu upaya meansme untu mempertahanan stabltas dar freuens sebuah sstem dperluan sebuah metode pelepasan beban. Oleh arena tu, Peneltan n meml tuuan untu menentuan tt optmal dan pelepasan beban dar sebuah sstem elstran Jawa-Bal 500 V menggunaan metode underfrequency load eddng (UFLS) menggunaan senstvtas bus yang berfungs untu menngatan efsens sstem dalam melauan pelepasan beban. II. METODE PENELITIAN Pada peneltan n untu melauan analsa underfrequency load eddng menggunaan metode senstvtas bus pada sstem elstran Jawa-Bal 500 V data yang aan dambl adalah data sstem tenaga lstr yang bersumber dar PT.PLN P3B Jawa-Bal [1]. 11 10 5 Ngmbang 25 Cbnong 12 23 Beas Surabaya Barat Grat 9 Cbatu Bandung Selatan 16 2 7 14 Clegon 4 Gandul Ungaran Cawang Mandracan Tanung at Gres Suralaya Kembangan Muaratawar Kedr 21 18 Depo Pedan Paton Gambar 1. Sngle Lne Dagram sstem 500 V Jawa-Bal. 6 13 15 17 1 24 8 Balaraa 3 22 19 20
2 Alur yang dgunaan dalam penentuan pelepasan beban dtunuan pada Gambar 2 sebaga berut: Mula Penentuan Parameter Sstem Kelstran Jawa-Bal 500 v Gangguan (Generator Outage) Penurunan Freuens (df/dt) Perhtungan Peddng dan Tt Optmal Load Sheddng Berdasaran Senstvtas Bus Aplasan Load Sheddng pada Bus Palng Optmal f sstem > f rts Y E V L Y GG Y GL Y LG Y LL I G I L = Matr arngan admtans sstem yang terdr dar submatr. = Tegangan generator (Volt). = Tegangan bus load (Volt). = Submatr admtans sstem generator terhadap generator. = Submatr admtans sstem generator terhadap beban. = Submatr admtans sstem generator terhadap beban. = Submatr admtans sstem beban terhadap beban. = Arus generator (A). = Arus beban (A). Dar persamaan 1 ta aan mendapatan persamaan (2) dengan cara sebaga berut [2]: Tda f sstem > f rts Ya Sstem Stabl 1 1 L LL L LL LG 1 Zeq Y LL V Y I Y Y E (2) (3) 1 LL LG K Y Y (4) Gambar 2. Dagram alr Underfrequency Load Sheddng Stop metode senstvtas bus Peneltan n menggunaan multport networ model yang berfungs untu menentuan loas pelepasan beban yang palng efetf dalam sstem elstran. Pelepasan beban menggunaan multport networ model berguna untu menyelesaan dua permasalahan sebaga berut dengan perhtungan yang lebh mudah [2]: 1. Menemuan loas yang palng efetf untu menentuan pelepasan beban yang palng efetf. 2. Car nla partspas generator yang terat dengan nla pelepasan beban dengan tuuan untu mencar nla pelepasan generator pada tap generator. E1 E2. Em. VL,IL SL1 =P1 + Q1 SL2 =P2 + Q2 SLn =Pn + Qn Gambar 3. Model Multport Networ [2] Semua generator dan beban terpsah dar saluran, nla saluran dubah menad sebuah matr mpedans evalen Z. Persamaan untu mendapatan nla multport networ dberan melalu persamaan (1) sebaga berut [2]: I E Y Y E Y G GG GL IL VL YLG Y LL VL (1) V L Y LG Y LL I L E = Tegangan bus load (Volt) = Submatr admtans sstem generator terhadap beban = Submatr admtans sstem beban terhadap beban = Arus beban (A) = Tegangan generator (Volt) Sstem admtans matr Y dapat dtentuan dar SCADA, sehngga nla matr Z eq dan K uga dapat dtentuan dengan mudah. Setelah mendapatan nla-nla tersebut emudan dar persamaan tersebut dapat menentuan nla yang merupaan nla tegangan equvalent pada semua bus yang ada pada sstem arngan tenaga lst. Berut merupaan persamaan (6) dan persamaan (7) yang merupaan cara untu memperhtungan tegangan equvalent [2]: E E V Z I eq K E eq L eq L V L = Tegangan bus load (Volt) I L = Arus beban (A) E = Tegangan generator (Volt) E eq = Tegangan equvalent bus (Volt) Untu pemlhan bus yang aan dlauan load eddng dengan beban tertentu dapat dperhtungan untu ontrbus dar masng-masng generator berdasaran generator partcpant factor. Melalu persamaan (6) ta dapat menentuan tegangan equvalent thevenn dengan cara persamaan (8) sebaga berut [2]: (6) (7)
3 E K E K E K E K E (8) eq 1 1 2 2 3 3 E eq = Tegangan equvalent thevenn (Volt). K = Matr admtans sstem pada load bus generator e. E = Tegangan nternal generator e (Volt). Melalu persamaan (8), rato ontrbus dar masng-masng generator pada bus yang dplh dapat ddefnsan melalu persamaan (9) sebaga berut [2]: KE C Cos ( ) (9) Eeq C = Rato ontrbus generator e pada bus. K E = Tegangan generator e (Volt). E eq = Tegangan equvalent thevenn (Volt). = Sudut yang dbentu antara K E dan Setelah mendapatan raso ontrbus dar masng-masng generator maa melalu persamaan (10) dapat menentuan perubahan output daya atf dar generator terhadap perubahan load pada bus dengan perhtungan sebaga berut [3]: Dmana: G C G P 1,2,3, C 1 1 C r 1,2,3, C Eeq (10) (11) = Perubahan daya atf pada generator e abat perubahan daya pada bus e (Watt). C = Raso ontrbus generator e pada bus. r = Perbandngan raso ontrbus generator e pada bus terhadap total seluruh raso ontrbus generator. P = Perubahan daya atf pada bus (Watt). Setelah mendapatan multport networ model maa perubahan freuens yang terad setelah terad perubahan beban dalam sstem tenaga lstr dapat dtentuan [3]. Perubahan dalam freuens generator ddapatan dar araterst droop masng-masng generator, sehngga aan mendapatan nla dar frequency of the the nertal centre dar sebuah sstem [3]. Perubahan dar freuens dpengaruh oleh araterst droop pada masng-masng generator sehngga dapat dperhtungan melalu persamaan berut (12) [3]: f Rx G (12) f = Penympangan freuens (Hz). R = Droop pada generator e. G = Perubahan daya atf pada generator e abat perubahan daya pada bus e (Watt). Perubahan nla dar frequency of the the nertal centre dapat dtentuan oleh persamaan (13) yang dapat dperhtungan melalu persamaan berut [3]: H 1 f 1, 2, 3, H 1 f c = Frequency of the the nertal centre (Hz). H = Momen nersa pada generator e. f = Penympangan freuens (Hz). (13) Dengan menggunaan persamaan (11), (12) dan (13) maa ddapatan nla senstvtas pada bus dengan persamaan sebaga berut [3]: s f c 1 P 1 s H Rr 1,2,3, H = Nla senstvtas bus e-. = Perubahan frequency of the the nertal centre (Hz). = Perubahan daya atf pada bus (Watt). P H = Momen nersa pada generator e. R = Droop pada generator e. r = Raso ontrbus generator e pada bus. (14) Dalam sstem tenaga lstr perubahan daya atf dapat dperhtungan melalu perubahan rata-rata freuens sebuah generator berdasaran persamaan (15) sebaga berut [4]: 2 df P H 1 fn (15) dt P = Perubahan daya atf (pu). fn = Freuens nomnal sstem (Hz). H = Momen nersa pada generator e-. df = Lau perubahan freens generator e- dt terhadap watu Untu menentuan nla daya penympangan freuens dalam batas yang dznan maa dperluan nla daya threold sebaga nla acuan yang dapat dtentuan melalu persamaan (16) sebaga berut [3]: Pth ( DR Km )/ R (16) P th = Nla daya threold (pu). R = Droop rata-rata dar semua generator. K m = Konstanta rata-rata daya mean turbn. D = Dampng rata-rata dar semua generator. = Perubahan freuens (pu). Setelah mendapatan besar nla threold agar penympangan freuens dalam ambang batas yang dznan
4 maa ta dapat menentuan nla pelepasan beban dar sstem tenaga lstr melalu persamaan (17) sebaga berut [3]: generator sstem Jawa-Bal yang dapat dlhat melalu Tabel 2 sebaga berut: P P P th P 1.05( P P ) (17) Tabel 2. Data Pembangt (3.14) Sstem Jawa-Bal [1] = Nla daya atf untu load eddng (pu). = Perubahan daya atf (pu). = Nla daya threold (pu). Setelah mendapatan nla beban yang harus dlepas dar sstem eta terad gangguan pada sstem tenaga lstr maa ta dapat memperhtungan nla pelepasan beban pada masng-masng bus berdasaran nla senstvtas bus dengan persamaan (18) sebaga berut [3]: P S P P Ld S S = Nla daya atf untu load eddng pada bus e- (pu). = Nla senstvtas pada bus e-. III. HASIL DAN PEMBAHASAN Data yang dgunaan dalam peneltan n adalah sstem nterones tenaga lstr 500 V Jawa-Bal yang dperoleh dar data PT PLN (Persero) P3B Jawa Bal. Sstem elstran 500 V Jawa Bal terdr dar 25 bus, 30 saluran transms dan 8 pembangt tenaga lstr. Dalam peneltan n dgunaan data pembebanan dan pembangtan pada tanggal 25 Me 2011 puul 19.00 WIB pada sstem Jawa Bal 500 V. Hasl analsa alran daya pada sstem Jawa-Bal ddapatan bahwa pembangtan total dar semua generator adalah sebesar 10.370 MW dengan beban total sebesar 10.142 MW dan losses arngan sebesar 228 MW. Tegangan generator pada hasl smulas analsa alran daya berfungs untu mengetahu tegangan equvalent pada bus yang lan berdasaran persamaan (6) dan untu mencar nla senstvtas dar sebuah bus. Tegangan generator pada sstem Jawa-Bal dapat dlhat pada Tabel 1 sebaga berut: Tabel 1. Tegangan generator hasl smulas analsa alran daya No. Generator Tegangan Sudut 1 Suralaya 1.02 0 2 Muaratawar 1-3.267 3 Crata 1-2.301 4 Sagulng 1-1.744 5 Tanung Jat 1 27.06 6 Gres 1 30.939 7 Paton 1 35.737 8 Grat 1 33.013 Selan analsa alran daya, Karaterst speed droop dar governor dan momen nersa dar generator uga mempengaruh nla senstvtas bus. Berut merupaan data th No. Pembangt Xd' (pu) H (pu) D (pu) 1 Suralaya 0.1418445 5.19 0.068271 2 Muaratawar 0.0498565 1.82 0.0461461 3 Crata 0.0982143 2.86 0.2232143 4 Sagulng 0.2820233 1.64 0.6065017 5 Tanung Jat 0.484295 3.2 0.5908559 6 Gres 0.1869112 2.54 0.1798108 7 Paton 0.156781 4.42 0.0769659 (18) 8 Grat 0.2630799 (3.15) 2.76 0.2546473 Nla senstvtas bus pada sstem Jawa-Bal 500 V dapat dtentuan melalu persamaan (14) dan ddapatan nla senstvtas bus pada bus beban pada Tabel 3 sebaga berut: Tabel 3. Rangng bus beban sstem Jawa-Bal berdasaran nla senstvtas bus Rangng Nla Bus Gardu Indu Bus Senstvtas 1 2 Clegon 0.7297 2 21 Kedr 0.689 3 20 Pedan 0.6385 4 24 Ngmbang 0.6384 5 16 Surabaya Barat 0.6313 6 25 Balaraa 0.6295 7 14 Ungaran 0.6209 8 19 Tasmalaya 0.6134 9 18 Depo 0.5931 10 3 Kembangan 0.5923 11 4 Gandul 0.5947 12 5 Cbnong 0.5717 13 13 Mandracan 0.5699 14 12 Bandung Selatan 0.5458 15 7 Beas 0.5422 16 6 Cawang 0.5291 17 9 Cbatu 0.5146 Setelah mendapatan nla senstvtas pada masngmasng bus maa selanutnya adalah menentuan nla daya threold menggunaan persamaan (16) dan ddapatan nla daya threold pada sstem Jawa-Bal sebesar 750 MW. Pada peneltan n meml tuuan untu melauan perbandngan metode antara pelepasan beban yang dlasanaan oleh PLN dengan metode senstvtas bus yang dusulan pada peneltan n. Dalam peneltan n dlauan
5 smulas pengamatan effsens dar pelepasan beban pada masng-masng metode dengan cara mengamat freuens steady state yang terad eta sstem mengalam gangguan. Smulas yang dlauan pada peneltan n adalah dengan cara memberan gangguan pada sstem tenaga lstr. Jens gangguan yang terad adalah generator outage sebesar 1839 MW pada pembangt gres yang menyebaban penurunan freuens sebesar 0.6 (Hz/S). Dar smulas tersebut dapat dlhat penurunan respon freuens abat generator gres outage pada Gambar 4 sebaga berut: 52 50 Respon Penurunan Lau Freuens 0.6 Hz/s ResponPenurunanFreuens Sedangan pelepasan beban yang dlauan mengguna-an metode senstvtas bus pelepasan beban dperhtungan menggunaan dengan persamaan (17) ddapatan nla pelepasan beban yang dlauan sebesar 1157 MW. Pelepasan dlauan berdasaran nla rangng nla senstvtas dmana poss optmal untu melauan pelepasan beban yatu pada 4 rangng teratas yatu bus beban clegon (0.7297), edr (0.6798), pedan (0.6385) dan ngmbang (0.6384), dengan besar masng-masng pelepasan beban berdasaran persamaan(18) adalah clegon (314 MW), edr (293 MW), pedan (275) dan ngmbang (275 MW). Dengan menggunaan metode sestvtas bus ddapatan respon freuens yang dapat dlhat pada Gambar 6 sebaga berut : 48 50.2 Respon Freuens Pelepasan Beban Menggunaan Metode Senstvtas Bus Freuens (Hz) 46 44 50 49.8 Steady State = 49.8 Hz 42 40 Freuens (Hz) 49.6 49.4 38 0 2 4 6 8 10 12 Watu (s) 49.2 49 Gambar 4. Graf penurunan freuens abat pembangt Gres outage Defst daya atf yang terad lepasnya salah satu pembangt gres yang berapastas 1839 MW menyebaban turunnya freuens sebesar -0.6 (Hz/S). Untu dapat mengembalan freuens maa harus dlauan pelepasan beban agar freuens sstem embal edalam batas operas yang dznan sebesar 50 ± 0.2 Hz. Dalam melauan meansme n PLN meml pola operas pelepasan beban yang dapat dlhat pada Tabel 4 sebaga berut : Tabel 4. Sema pelepasan beban PLN [1] Respon freuens yang ddapatan pada pelepasan beban yang dlauan oleh PLN sebesar 1182 dabatan penurunan lau freuens sebesar -0.6(Hz/S) dapat dlhat pada Gambar 5 sebaga berut: Freuens (Hz) 50.2 50 49.8 49.6 49.4 49.2 SKEMA (-df/dt) 49 SETTING UFR (Hz) Respon Freuens Pelepasan Beban PLN JUMLAH (MW) Watu Kera 0.6 49.5 1182 Seeta 0.8 49.5 1575 Seeta 1.0 49.5 1969 Seeta Steady State = 49.83 48.8 0 10 20 30 40 50 60 Watu (s) Gambar 6. Respon freuens pelepasan beban metode senstvtas bus Berdasaran perbandngan antara pelepasan beban yang dlauan meansme PLN dan metode senstvtas bus ddapatan nla perbedaan pelepasan beban yang dapat dlhat pada Tabel 5 sebaga berut: Tabel 5. Perbandngan sema pelepasan beban Metode Pelepasan Freuens Beban (MW) Steady State PLN 1182 49.83 Senstvtas Bus 1157 49.8 Efsens 2.12 % - IV. KESIMPULAN Berdasaran dar hasl smulas, Pembangt yang mengalam outage adalah pembangt gres sebesar 1839 MW. Pada onds tersebut sstem mengalam penurunan freuens sebesar -0.6 (Hz/S). Apabla onds n terad secara terus menerus mengabatan sstem mengalam voltage collapse. Oleh arena tu perlu dlauan meansme pelepasan beban agar sstem embal e dalam batas operas 50 ± 0.2 Hz. Pada peneltan n ddapatan perbandngan meansme load eddng yang dlauan oleh PLN dan metode senstvtas bus. Dmana pelepasan beban yang dlauan oleh PLN sebesar 1182 MW sedangan metode senstvtas bus ddapatan pelepasan beban sebesar 1157 MW. Dar peneltan n ddapatan bahwa metode senstvtas bus mendapatan efsens yang lebh ba dalam melauan pelepasan beban yatu sebesar 2.12% agar sstem embal edalam batas operas yang dznan. 48.8 0 10 20 30 40 50 60 Watu (s) Gambar 5. Respon freuens pelepasan beban PLN
6 DAFTAR PUSTAKA [1] Bagan operas sstem dan perencanaan Operas PT. PLN P3B Jawa-Bal. [2] Y. Wang, I.R.Pordanan, W.L, W.Xu, E. Vaahed.(2010), Strategy to mnmse the load eddng amount for voltage collapse preventon, IET Generaton, Transmsson & Dstrbuton ISSN 1751-8687. [3] C.P.Reddy, S.Charabart, S.C Srvastava (2014), A senstvty-based method for under-frequency load eddng, IEEE Trans. Power Syst, Vol 29, pp.984-985. [4] Terza,V.V. (2006) Adaptve underfrequency load eddng based on the magntude of the dsturbance estmaton, IEEE Trans. Power Syst.,vol. 21,, pp. 1260 1266.