PENENTUAN BATAS TEGANGAN STEADY STATE DENGAN MENGGUNAKAN KURVA PQ PADA TEGANGAN BEBAN SENSITIF KHAIREZA HADI 2208100606 Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT NIP. 1964 04 05 1990 02 1001 Ir. Sjamsjul Anam, MT NIP. 1963 07 25 1990 03 1002
PENDAHULUAN Latar Belakang Batasan Masalah Tujuan
LATAR BELAKANG Penggunaan hanya kurva P-V atau Q-V sebagai kurva steady state dianggap kurang maksimal. Banyak penelitian yang hanya menggunakan satu jenis beban saja, sedangkan pada kondisi nyata menggunakan jenis beban campuran.
BATASAN MASALAH Pembahasan mengenai kestabilan steady state pada transmisi panjang dengan jarak jaringan 280 mile, 345 kv. Beban yang disimulasikan adalah jenis beban statik dari daya konstan, impedansi konstan dan campuran. Hasil simulasi direpresentasikan dengan kurva PQ.
TUJUAN Dengan menggunakan analisa dari kurva P-Q didapatkan batas steady state dari sebuah system, sehingga dapat mencegah terjadinya permasalahan pada system tersebut seperti tegangan jatuh maupun ketidakstabilan.
TINJAUAN PUSTAKA Teori Kestabilan Jenis Transmisi Pembebanan Perumusan
TEORI KESTABILAN Stabilitas sistem tenaga biasanya didefinisikan sebagai sifat dari sistem tenaga tersebut berada pada kondisi keseimbangan baik dalam keadaan normal ataupun abnormal. Steady state adalah operasi sebuah sistem dengan karakteristik perubahan yang lambat dan bertahap atau dapat disebut juga kemampuan dari suatu sistem tenaga mempertahankan sinkronisasi antara mesin-mesin setalah mengalami gangguan yang kecil.
POWER SYSTEM STABILITY Kestabilan Rotor Angle Sudut Stability Rotor Kestabilan Frekuensi Frequency Stability Kestabilan Tegangan Voltage Stability Small disturbance angle stability Transient stability Huge disturbance voltage stability Small disturbance voltage stability GAMBAR 1. Klasifikasi kestabilan power system (berdasarkan CIGRE Report No. 325)
KESTABILAN SUDUT ROTOR Kestabilan sudut rotor adalah kemampuan interkoneksi mesin sinkron pada power system untuk menghasilkan sinkronisasi. Masalah kestabilan yang terdapat adalah osilasi elektromekanik yang terjadi dalam sistem tenaga. Faktor utama pada masalah ini adalah cara dimana output daya pada mesin sinkron bervariasi sesuai osilasi rotor.
KESTABILAN FREKUENSI Frekuensi yaitu jumlah siklus arus bolak-balik (alternating current, AC) per detik. Frekuensi listrik ditentukan oleh kecepatan perputaran dari turbin sebagai penggerak mula. Salah satu contoh akibat dari frekuensi listrik yang tidak stabil adalah akan mengakibatkan perputaran motor listrik sebagai penggerak mesin-mesin produksi di industri manufaktur juga tidak stabil. Gangguan-gangguan yang terjadi pada sistem frekuensi: Penyimpangan terus-menerus (Continuous Deviation) Penyimpangan sementara (Transient Deviation)
KESTABILAN TEGANGAN Tegangan yang baik adalah tegangan yang tetap stabil pada nilai yang telah ditentukan. Walaupun terjdinya fluktuasi (ketidak stabilan) pada tegangan ini tidak dapat di hindarkan, tetapi dapat di minimalkan. Gangguan pada tegangan antara lain : Fluktuasi Tegangan; seperti: Tegangan Lebih (Over Voltage), Tegangan Turun (Drop Voltage) dan tegangan getar (flicker voltage). Harmonik Tegangan (Voltage Harmonic); adalah komponenkomponen gelombang sinus dengan frekuensi dan amplitudo yang lebih kecil dari gelombang asalnya (bentuk gelombang yang cacat) Ketidak seimbangan tegangan (Unbalance Voltage); umumnya terjadi di sistem distribusi karena pembebanan fasa yang tidak merata.
JENIS TRANSMISI Rangkaian Kutub Empat Karena saluran transmisi tersebut selalu dapat digambarkan dengan dua jepitan masuk dan dua jepitan keluar, sehingga saluran transmisi dapat dilayani sebagai kutub empat. Persyaratan representasi kutub empat pada rangkaian listrik adalah : Pasif Linier Bilateral dan
JENIS TRANSMISI Transmisi Pendek Z R j L Parameter saluran terpusat (diukur pada ujung-ujung saluran) dan kapasitansi diabaikan Relasi tegangan dan arus untuk saluran pendek Dimana pada transmisi pendek : A = 1 ; B = Z ; C = 0 ; D = 1
JENIS TRANSMISI TRANSMISI MENENGAH Rangkaian Penganti T Rangkaian Pengganti bila maka A = 1 + B = Z + C = Y D =A bila maka A = 1 + C = Z + B = Z D =A
JENIS TRANSMISI Transmisi Panjang Y ' 2 sinh Z ' zc sinh Z Y ' 1 2 Z C tanh 2 Y ' tanh.1/ 2 2 2 2 z : Impedansi Seri persatuan panjang y : Admitansi shunt per phasa saluran panjang l : Panjang saluran z c : Impedansi Karakteristik (= ) z.y : Konstanta Propagasi(= ) A = B = C = D = A
PEMBEBANAN Beban Statik Model beban static mengungkapkan karakteristik beban pada saat waktu instan sesuai dengan fungsi aljabar bus tegangan magnitude dan frekuensi pada kondisi instan. Komponen daya aktif P dan komponen daya reaktif Q dianggap terpisah. P = P 0 [p 1 V 2 +p 2 V+p 3 ] Q = Q 0 [q 1 V 2 +q 2 V+q 3 ] Dimana P dan Q adalah komponen aktif dan reaktif beban ketika tegangan magnitude bus adalah V. Tanda 0 mengidentifikasikan nilai variabel masing-masing pada kondisi operasi awal. Permodelan ini dimaksudkan untuk model ZIP, yaitu komponen constant impedance (Z), constant current (I), dan constant power (P). Parameter pada model adlah koefisien p 1, p 2, dan p 3 serta q 1, q 2, dan q 3 mendefinisikan proporsi untuk setiap komponen. Pada tegangan tinggi, Q cenderung lebih tinggi.
PEMBEBANAN Beban Dinamik Studi daerah osilasi, kestabilan tegangan dan kestabilan jangka panjang memerlukan beban dinamis untuk dimodelkan. Studi sistem dengan konsentrasi motor yang besar juga memerlukan perepresentasi beban dinamis. Aspek dinamis lain pada komponen beban yang perlu diperhatikan dalam studi kestabilan, seperti. Pemadaman lampu ketika tegangan turun dan penyalaan kembali ketika tegangan recovers. Operasi relay, termasuk relay panas dan relay arus lebih. Beban dengan kontrol suhu, seperti pemanas/pendingin ruang, pemanas air dan lemari es. Respon ULTC pada tranformator distribusi, pengatur tegangan dan pengatur tegangan pada capasitor bank.
GAMBAR 2 Contoh model campuran beban static dan dinamik
PERUMUSAN Dari persamaan ABCD didapatkan dimana Vr adalah referensi vektor dan Sehingga dari persamaan tersebut, dihasilkan dimana,
PERUMUSAN Constant Power Load Jika : P R = P O Q R = Q O sehingga dimana
PERUMUSAN Constant Impedance Load Jika : sehingga dimana
PERUMUSAN Mixed Load Jika : Dimana, = Komponen beban terhadap daya konstan = Komponen beban terhadap arus konstan = Komponen beban terhadap impedansi konstan. + + = 1 sehingga dimana
DATA & METODOLOGI Jaringan single circuit 345 dengan panjang 280 mile. kv Impedansi seri = j0.4584 per mile 0.0480 + Admitansi paralel = j6.418x10-6 mho/mile Dengan 100 MVAb dan 345 kvb. 20 % beban daya konstan dan 80 % beban impednasi konstan
DATA & METODOLOGI
HASIL SIMULASI Constant Power Load Dari perumusan pada constant power load akan didapatkan data seperti pada tabel berikut Po Qomin1 Qomax1 0 2.7133-842.0498 0.5 2.6613-833.2160 1 2.5609-824.3338 1.5 2.4106-815.4017 2 2.2087-806.4180 2.5 1.9533-797.3809 3 1.6427-788.2885 3.5 1.2748-779.1388 4 0.8475-769.9297 4.5 0.3585-760.6590 5-0.1945-751.3242 5.5-0.8142-741.9227 6-1.5032-732.4519 6.5-2.2646-722.9088 7-3.1014-713.2902 7.5-4.0170-703.5928
HASIL SIMULASI Constant Impedance Load Dari perumusan pada constant impedance load akan didapatkan data seperti pada tabel berikut Po Qomin2 Qomax2 0 91.5477-0.9625i 91.5477+0.9625i 0.5 91.5477-1.4625i 91.5477+1.4625i 1 91.5477-1.9625i 91.5477+1.4625i 1.5 91.5477-2.4625i 91.5477+2.4625i 2 91.5477-2.9625i 91.5477+2.9625i 2.5 91.5477-3.4625i 91.5477+3.4625i 3 91.5477-3.9625i 91.5477+3.9625i 3.5 91.5477-4.4625i 91.5477+4.4625i 4 91.5477-4.9625i 91.5477+4.9625i 4.5 91.5477-5.4625i 91.5477+5.4625i 5 91.5477-5.9625i 91.5477+5.9625i 5.5 91.5477-6.4625i 91.5477+6.4625i 6 91.5477-6.9625i 91.5477+6.9625i 6.5 91.5477-7.4625i 91.5477+7.4625i 7 91.5477-7.9625i 91.5477+7.9625i 7.5 91.5477-8.4625i 91.5477+8.4625i
HASIL SIMULASI Mixed Load Jenis campuran beban yang digunakan terdiri atas 20% constant power load dan 80% constant impedance load. Dari perumusan pada mixed load, dan di run dengan menggunakan MATLAB, maka didapatkan : Q 03 = -4.1091
HASIL SIMULASI Grafik P O terhadap Q O untuk semua tipe beban
HASIL SIMULASI Dengan menggunakan perumusan diatas, dapat juga dihasilkan kurva P-V untuk Constant Power Load dan Constan Impedance Load dari data berikut Po (pu) Vr1 (Tegangan Constant Power Load) (pu) Vr2 (Tegangan Constant Impedance Load) (pu) 0 1.1275 1.1275 0.5 1.0744 1.0649 1 0.9801 0.9868 1.5 0.7197 + 0.1275i 0.9047 2 0.7646 + 0.3572i 0.8257 2.5 0.8071 + 0.4888i 0.7535 3 0.8474 + 0.5919i 0.6891 3.5 0.8859 + 0.6795i 0.6324 4 0.9228 + 0.7570i 0.5827 4.5 0.9583 + 0.8273i 0.5392 5 0.9925 + 0.8920i 0.5010 5.5 1.0255 + 0.9524i 0.4674 6 1.0575 + 1.0092i 0.4376 6.5 1.0886 + 1.0629i 0.4112 7 1.1189 + 1.1141i 0.3875 7.5 1.1483 + 1.1630i 0.3663
HASIL SIMULASI Grafik PV untuk Constant Power Load dan Constant Impedance Load
KESIMPULAN Dari hasil simulasi dan perumusan dapat disimpulkan bahwa : Dari grafik dapat ditentukan daerah diatas kurva menandakan daerah operasi yang tidak mungkin, sedangankan untuk daerah dibawah kurva merupakan daerah operasi normal. Daerah kestabilan yang terkecil adalah untuk beban daya konstan dan yang terbesar adalah beban impedansi konstan pada daerah kuadran positif untuk semua nilai Qo. Beban impedansi konstan adalah beban dengan kestabilan tegangan lebih besar dibandingkan beban impedansi konstan. Daerah kestabilan operasi untuk beban campuran tergantung dari komposisi komponen-komponen bebannya.