Bab II STUDI PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.11. FACTS Device
- Pengaturan eksitasi pada generator
Dengan pengaturan arus eksitasi, tegangan dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. Untuk menaikkan tegangan, arus eksitasi dapat ditambah dan berlaku juga sebaliknya. Yang dimaksud dengan eksitasi atau biasa disebut sistem penguatan adalah suatu perangkat yang memberikan arus penguat kepada kumparan medan generator arus bolak-balik (alternating current) yang dijalankan dengan cara membangkitkan medan magnetnya dengan bantuan arus searah.
- Pelepasan SUTT
Pengaturan tegangan bersifat lokal, maka pengaturan tegangan dengan modus operasi sirkit tunggal pada sirkit ganda SUTT 150 kV dilakukan di lokasi yang tegangannya tinggi. Karena modus operasi ini dapat mengurangi keandalan sistem, maka pembukaan SUTT 150 kV dilakukan dengan perioritas terakhir dan penutupannya menjadi prioritas pertama.
2.11. FACTS Device [3-7]
Flexible Alternating Current Transmission System (FACTS) device adalah
peralatan saluran transmisi yang berbasis elektronika daya controller, sehingga memungkinkan untuk mengubah aliran daya dan tegangan secara dinamis. FACTS device pada awalnya pengembangannya masih berupa reaktor atau kapasitor dengan saklar mekanik.
Pada umumnya, FACTS device dapat bekerja sebagai : 1. Kompensator paralel
2. Kompensator seri
3. Kompensator seri dan paralel.
FACTS device dapat digunakan untuk beberapa aplikasi, seperti kompensasi daya reaktif, kontrol aliran daya, meningkatkan kapasitas saluran, peningkatan pengaturan tegangan (stabilitas steady-state) dan peningkatan stabilitas dinamis (oscillation dumping).
29
Dalam pemakaiannya, FACTS device mempunyai sejumlah kelebihan yaitu, dapat mengurangi resiko subrynchronous resonance, dan mengatur aliran daya dinamik.
Dalam interkoneksi, transfer daya yang mengalir dan satu area ke area lain dipengaruhi oleh impedansi saluran transmisi. Dengan mengikuti teori ini, FACTS device mempunyai peran yang sama yang sangat berguna untuk mengoptimisasi aliran daya antar area dengan bermacam-macam beban dan konfigurasi jaringan. Sehingga dengan pemanfaatan peralatan ini sangat memungkinkan untuk melakukan pengaturan aliran daya untuk meminimalkan rugi-rugi dan menghilangkan kelebihan beban pada saluran transmisi tenaga listrik.
Aliran daya Pkm melalui transmisi pada saluran transmisi antara bus k dan m dapat dinyatakan sebagai berikut:
km km m k km X V V P × sinθ = (2.50)
(
k k m km)
km km V VV X Q = 1 2 − cosθ (2.51) Dimana : kV dan V = tegangan pada bus k dan m. m
km
X = reaktansi pada saluran.
km
θ = sudut antara Vk dan Vm (V adalah phasor)
Beda Tegangan Vk dan Vm pada saluran transmisi dalam keadaan operasi normal sangat kecil, begitu pula halnya dengan θkm. Besar daya aktif tergantung dari θkm, dan daya reaktif Qkm tergantung dari besar Vk dan Vm. Sedangkan perubahan reaktansi Xkm mempengaruhi keduanya.
2.11.1. Static VAR Compensator (SVC) [13,15,23-24,26,28,29,30,34]
Perkembangan teknologi di bidang elektronika daya mendorong perkembangan sumber var static yang dapat dikontrol, yang dikenal dengan var generator. SVC dikembangkan akhir tahun enampuluhan untuk pengontrolan
30
tegangan secara cepat pada beban industri yang berubah-ubah. SVC digunakan untuk kontrol tegangan yang cepat pada saluran transmisi yang lemah dan sistem industri.
SVC adalah salah satu jenis FACTS device yang terdiri dari komponen reaktor dan kapasitor sebagai sumber daya reaktif, yang dilengkapi dengan power elecronics sebagai komponen switching. SVC mempunyai fungsi utama untuk mengontrol stabilitas tegangan agar tetap konstan dengan mengatur aliran daya reaktif yang diinjeksikan atau diserap dari saluran. Pada saat tegangan sistem rendah (low voltage), SVC membangkitkan daya reaktif (SVC kapasitif) dengan menginjeksikan daya reaktif yang bersumber dari bank kapasitor. Pada saat tegangan sistem mengalami over voltage, SVC akan menyerap daya reaktif (SVC induktif). Pengaturan daya reaktif diperoleh dari pengaturan sudut penyalaan thyristor pada rangkaian inverter. Model SVC ini dapat dilihat pada Gambar 2.8.
Total susceptansi pada SVC adalah:
( )
C L eq B B B = α + (2.52) Dimana :( )
=− ⎢⎣⎡ − − π( )
⎥⎦⎤ α π α ω α 1 1 2 sin 2 L BL (2.53) C BC =ω (2.54) Injeksi daya reaktif pada SVC adalah:SVC k SVC V B Q =− 2× (2.55) Gambar 2.8. Model SVC [15]
31
Keseimbangan daya reaktif pada bus k adalah:
SVC SVC
svc B B
B ≤ ≤ (2.56) Kisaran ini biasanya mencakup nilai-nilai positif maupun negatif.
2.11.2. Thyristor Controlled Series Capasitor (TCSC) [13,15,20,23-25,28,30] TCSC merupakan suatu FACTS device seri pertama yang akan dikembangkan. Unit utama dari peralatan FACTS device ini adalah thyristor
controlled reactor (TCR). TCR adalah sebuah static var controller yang
menggunakan elektronika daya sehingga mampu melakukan kontrol secara cepat terhadap daya reaktif. Bagian utama TCR adalah sebuah induktor yang seri dengan saklar thyristor bipolar. Dengan mengatur sudut penyalaan dari thyristor akan diperoleh variasi reaktansi induktif yang menyebabkan pertukaran daya reaktif yang cepat antara TCR dan sistem. Untuk mengatasi sistem yang membutuhkan daya reaktif kapasitif, biasanya sebuah bank kapasitor dipasang paralel dengan TCR.
Kompensasi reaktansi saluran transmisi dapat dilakukan dengan mengontrol reaktansi TCSC, sehingga daya yang mengalir melalui saluran transmisi dapat ditingkatkan. Metode kompensasi seri yang secara tradisional menggunakan switching capasitor atau switching mekanik cenderung lambat dan pengaturannya tidak halus. Kontrol dengan menggunakan thyristor memungkinkan pengaturan impedansi jaringan secara cepat, sesuai kebutuhan kompensasi yang diinginkan.
TCSC dapat berfungsi sebagai kompensasi kapasitif atau induktif masing-masing dengan memodifikasi reaktansi saluran transmisi. Dalam simulasi ini, ekivalen Xeq dari TCSC adalah merupakan fungsi sudut penyalaan thyristor saluran transmisi disesuaikan dengan TCSC.
( ) ( )
C L eq B B X + − = α α 1 (2.57) Dimana :( )
α L32
Pada Gambar 2.9 ini terlihat bahwa nilai maksimum dan minimum sudut penyalaan thyristor adalah 0o dan 90o. Batas kompensasi maksimum TCSC (Xmax) ditentukan oleh sudut penyalaan αLmax dan batas kompensasi minimum (Xmin) ditentukan oleh sudut penyalaan αCmin. Nilai tersebut merupakan rentang nilai
yang menyatakan derajat kompensasi dari TCSC.
Untuk mencegah kompensasi yang berlebihan, derajat kompensasi dari TCSC yang diijinkan adalah dalam rentang 20% induktif dan 70% kapasitif, sehingga berlaku:
rTCSCmin = - 0,7 (2.58)
rTCSCmax = 0,2 (2.59) Nilai pengenal TCSC adalah fungsi dari reaktansi saluran transmisi di mana TCSC berada : TCSC saluran km X X X = + ,XTCSC =rtscXsaluran (2.60) Dimana:
Xsaluran adalah reaktansi saluran transmisi dan
rtcsc adalah koefisien yang mewakili tingkat kompensasi TCSC.
2.11.3. Thyristor Controlled Phase Shifting Transformer (TCPST) [8, 9, 24- 25,38]
TCPST menginjeksikan tegangan seri dengan jaringan transmisi melalui transformator seri. Daya aktif yang masuk pada injeksi seri diambil dari jaringan melalui transformator parallel. Daya reaktif dinjeksikan secara seri dengan jaringan oleh TCPST.
33
Pada Gambar 2.10 ini menunjukkan diagram ekivalen dari device yang terhubung seri-paralel (series-shunt-connected device).
Pada Gambar 2.10 ini, X adalah reaktansi efektif dilihat dari sisi jaringan s
transformator seri. Untuk TCPST, Xs = Xseri +n2Xparaledimana Xseriadalah reaktansi pada transformator seri. Xparaleladalah reaktansi pada transformator shunt dan n tergantung pada besar sudut penggeser fasenya.
Besar Vs diatur oleh TCPST. jika r=Vs Vi maka 0<r<rmax. Sudut γ pada TCPST diatur ±π 2.
Gambar 2.10. Diagram ekivalen TCPST [8]
Gambar 2.11. Diagram phasor TCPST [8]
34
Pada Gambar 2.10 diagram rangkaian ekivalen TCPST dapat dimodelkan sebagai daya yang diinjeksikan pada bus i dan bus j. Konfigurasi umum dari pemodelan ini dapat dilihat pada Gambar 2.12.
Pada Gambar 2.12 ini adalah model yang digunakan pada penelitian ini, dimana perhitungan untuk Psi, Qsi, Psj, dan Qsj diberikan pada persamaan berikut ini :
(
θ +γ)
= s i j ij si rb VV P sin (2.61)(
θ +γ)
− = s i s i j ij si r b V rb V V Q 2 2 cos (2.62)(
θ +γ)
− = s i j ij sj rb VV P sin (2.63)(
θ +γ)
− = s i j ij sj rb VV Q cos (2.64) Dimana : i s V V r= , s s Xb = 1 dan γ adalah sudut yang dapat diatur oleh TCPST