BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.14. Sistem Tenaga Listrik IEEE 9 Bus
Studi kasus yang diambil sebagai studi dan analisis permasalahan kestabilan peralihan (transient stability) untuk sistem mesin majemuk (multimachine) adalah sistem IEEE 9 bus dengan 3 buah mesin/generator. Gambar 2.6 di bawah ini adalah single line diagram untuk sistem IEEE 9 bus. Data sistem IEEE 9 bus seperti: transmission data, machine data, load data dan generation data dapat dilihat pada lampiran 1.
Gambar 2.6 Sistem Tenaga Listrik IEEE 9 Bus[21]
G
G
G
2 7 5 1 4 6 8 9 3 Loa Loa LoaBAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium terpadu jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juni 2015 dan diselesaikan pada bulan Desember 2015.
3.2. Alat dan Bahan
Adapun alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Data Sekunder Sistem IEEE 9 Bus
Data sekunder sistem IEEE 9 bus dengan tiga buah mesin (generator) yang digunakan dalam penelitian ini meliputi:
a) Data Generator
Data generator yang digunakan dalam penelitian ini adalah data pembangkitan masing-masing generator (P dan Q), konstanta inersia generator (H), dan reaktansi transien .
Data transformator yang digunakan dalam penelitian ini adalah data reaktansi transformator (XT).
c) Data Saluran Transmisi
Data saluran transmisi yang digunakan dalam penelitian ini adalah data resistansi saluran (R) dan reaktansi saluran (X) serta data suseptansi (Y Shunt ).
d) Data Beban Terhubung
Data beban terhubung yang digunakan dalam penelitian ini adalah berupa data daya aktif (P) dan daya reaktif (Q).
e) Data Load Flow (aliran daya) Sistem
Data aliran daya yang digunakan dalam penelitian ini berupa data tegangan pada masing-masing bus.
2. Hardware (Personal Computer/Laptop)
Jenis hardware yang digunakan sebagai perangkat keras pendukung penelitian ini adalah laptop ACER type ASPIRE 4752 Intel CoreTM i3-2350M.
3. Software
Jenis software (perangkat lunak) yang digunakan sebagai pendukung penelitian ini adalah software MATLAB R2011a.
3.3. Tahap Pembuatan Tugas Akhir
Dalam penyusunan dan pengerjaan tugas akhir ini akan melalui beberapa tahapan sebagai berikut:
1. Studi Literatur
Pada tahap studi literatur ini dimaksudkan untuk mempelajari berbagai sumber referensi (buku, jurnal dan internet) untuk mendapatkan pemahaman dan data pendukung yang berkaitan dengan analisis stabilitas transien mesin majemuk (multimachine).
2. Perancangan dan Pembuatan Perangkat Simulasi
Dalam tahapan ini dimaksudkan untuk merancang dan membuat program simulasi dan penyelesaian dari kurva ayunan (swing curve) pada software MATLAB R2011a. Program ini meliputi pembentukan matriks admitansi dan matriks reduksi (prefault, faulted dan postfault) yang akan digunakan untuk menentukan persamaan daya elektrik mesin. Selanjutnya, persamaan daya ini akan digunakan untuk pembuatan program simulasi penyelesaian kurva ayunan mesin.
3. Pengambilan Data
Pada tahap ini dimaksudkan untuk mengambil data dari program simulasi yang dibuat. Data yang diambil berupa data kurva ayunan dengan variasi CCT (critical clearing time), gangguan saluran transmisi 3 fasa simetris, serta penambahan dan hilangnya beban secara tiba-tiba.
4. Analisis dan Pembahasan
Pada tahap ini akan dilakukan analisis dan pembahasan mengenai perolehan data hasil pengujian yang dilakukan.
3.4. Diagram Alir Penelitian
Dalam penyusunan penelitian ini menggunakan diagram alir seperti pada gambar 3.1. di bawah ini.
Menyusun Matriks Y-bus ( faulted dan postfault)
Mereduksi Matriks Y-bus (prefault, faulted
dan postfault)
2 Mulai
Input Data Sekunder (data generator, trafo, saluran, aliran daya, dan
Input Jenis Gangguan Transien Membuat Matriks Y-bus prefault 1
Gambar 3.1 Diagram Alir Penyelesaian Kurva Ayunan Membuat Persamaan
Daya Elektrik (Pei)
Membuat Persamaan Ayunan (Swing Curve) Input CCT Gangguan Lain Selesai 2 NO YES Menampilkan Kurva Ayunan 1
Gambar 3.2 Diagram Alir Penyusunan Laporan Penelitian Mulai
Studi Pustaka dan Pengumpulan Referensi
Penyusunan Laporan Proposal
Pengumpulan Data Sekunder
Pembuatan Perangkat Simulasi Kurva Ayunan pada Matlab
Pengujian dan Pengambilan Data Penelitian
Penyusunan Laporan Akhir Penelitian
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perilaku atau perubahan sudut rotor pada mesin/generator diamati dengan melakukan pengujian melalui perubahan reaktansi saluran dan variasi gangguan besar (transient stability). Perubahan reaktansi saluran yang dilakukan yaitu dengan menerapkan pemberian kompensasi saluran/pemasangan kompensator kapasitor seri dan penambahan jumlah saluran transmisi. Untuk variasi gangguan besar yang diterapkan adalah gangguan 3 fasa simetris pada salah satu saluran dan pelepasan beban. Perubahan reaktansi saluran dan variasi dari jenis gangguan besar ini dilakukan untuk melihat pengaruh yang terjadi pada sudut rotor dan pengaruhnya terhadap waktu pemutusan kritis gangguan (Critical Clearing Time) yang diperlukan oleh sistem tenaga agar tetap dapat mempertahankan kestabilan sistem secara transien. Analisis ini dilakukan dengan membuat program m-file pada software MATLAB, yaitu program simulasi penyelesaian numerik dari persamaan ayunan masing-masing mesin/generator.
Metode penyelesaian numerik yang digunakan pada penelitian ini adalah metode Runge-Kutta Fehlberg. Metode ini dipilih dengan tujuan untuk meningkatkan akurasi dari penentuan parameter yang akan ditentukan, yakni sudut rotor dan kecepatan sudut rotor (ω).
4.1. Pemodelan Sistem Tenaga Listrik IEEE 9 Bus[21]
Model sistem tenaga listrik (STL) multi mesin yang diujikan dalam studi stabilitas transien ini adalah sistem multi mesin IEEE 9 bus dengan 3 buah mesin. Gambar 4.1 di bawah ini adalah model STL yang digunakan dalam pengujian.
Gambar 4.1. Sistem Tenaga Listrik IEEE 9 Bus
Dari sistem tenaga listrik IEEE 9 bus ini ditentukan lokasi terjadinya gangguan, yaitu pada saluran 8-9 dekat bus 9. Pemilihan lokasi gangguan ini bertujuan hanya untuk mengambil salah satu contoh gangguan 3 fasa simetris yang akan dianalisis. Untuk data saluran, pembangkitan, pembebanan dan data aliran daya dapat dilihat pada lampiran 1.
4.2. Pengambilan Data
Pengambilan data dilakukan dengan menggunakan software MATLAB (m-file) yaitu program penyelesaian persamaan ayunan dari masing-masing generator yang telah dirancang pada MATLAB. Perancangan program m-file ini dengan mengolah data sekunder sistem tenaga listrik model IEEE 9 Bus. Data-data sekunder tersebut adalah berupa:
a) Data Generator
Data generator meliputi reaktansi peralihan (X’d) dan konstanta inersia (H).
b) Data Saluran (line)
Data saluran meliputi resistansi (R), reaktansi (Xl) dan suseptansi (B/2). c) Data Pembebanan (load)
Data pembebanan meliputi daya aktif (P) dan reaktif (Q) yang terhubung dengan sistem.
d) Data Load Flow IEEE 9 Bus
Data load flow sistem IEEE 9 bus yang diperlukan adalah data pembangkitan generator (P dan Q) serta data tegangan bus.
Data sekunder pada sistem IEEE 9 bus dapat dilihat pada lampiran 1.
4.3. Pengolahan Data
Pengolahan data sekunder untuk analisis kestabilan peralihan (transient stability) dilakukan dengan membuat penyelesaian persamaan ayunan pada software MATLAB (m-file). Pada analisis kestabilan peralihan (transient stability) sistem tenaga listrik mempertimbangkan 3 kondisi, yaitu kondisi sebelum gangguan
(pre-fault), selama gangguan (faulted) dan setelah gangguan dihilangkan (post-fault). Adapun tahapan dalam penyelesaian persamaan ayunan adalah
a) Penyusunan Matriks Y-bus
Penyusunan matriks Y-bus dilakukan untuk ketiga kondisi (prefault, faulted dan postfault).
b) Penyederhanaan Matriks Y-bus Menggunakan Kron’s Reduction
Setelah matriks Y-bus untuk ketiga kondisi telah tersusun, maka selanjutnya adalah dengan menyederhanakan matriks tersebut menggunakan metode Kron. Penyederhanaan ini dilakukan dengan tujuan agar complexity dari kestabilan peralihan dapat dikurangi dan analisis dapat dilakukan. Sehingga dengan
menerapkan metode Kron’s Reduction pada persamaan 2.30, matriks Y-bus yang berukuran 9x9 akan menjadi matriks yang berukuran 3x3 (sesuai dengan jumlah generator/mesin).
c) Penyelesaian Persamaan Ayunan
Penyelesaian persamaan ayunan (swing equation) pada persamaan 2.17 secara integrasi diperoleh data berupa sudut rotor dalam derajat dan kecepatan sudut rotor (ω) dalam rad/s.
d) Plotting Swing Curve
Untuk mendapatkan kurva ayunan (swing curve) yaitu dengan mem-plot sudut rotor terhadap waktu (t).
4.4. Perhitungan Initial Value Sebagai Kondisi Steady State
Dalam studi transient stability mesin majemuk, kondisi steady state sebelum terjadi gangguan diperlukan untuk menentukan initial value (nilai awal) dalam penyelesaian persamaan ayunan sistem. Perhitungan initial value ini menggunakan data sekunder sistem IEEE 9 bus seperti data load flow, reaktansi peralihan generator, dan data beban. Berikut ini adalah perhitungan initial value sistem IEEE 9 bus.
1) Arus yang mengalir ke jala-jala dihitung dengan persamaan 2.18 dan perhitungannya adalah sebagai berikut.
adalah arus yang mengalir dari generator 2 sedangkan adalah arus yang mengalir dari generator 3.
2) Perhitungan tegangan peralihan internal masing-masing generator menggunakan persaamaan 2.19 adalah sebagai berikut.
adalah tegangan peralihan internal dari generator 2 sedangkan adalah tegangan peralihan internal dari generator 3.
Dari perhitungan di atas diperoleh initial value untuk sudut rotor dan kecepatan sudut rotor dalam keadaan steady state adalah 0= 19,7510 dan 0 0= 13,2020 dan 0= (0 adalah sudut rotor generator 2 pada kondisi awal sedangkan 0 adalah sudut rotor generator 3 pada kondisi awal). ω adalah kecepatan sudut rotor generator.
4.5. Pengujian Program Simulasi
Sebelum analisis kestabilan transien pada sistem IEEE 9 bus dilakukan menggunakan program simulasi dengan metode Runge-Kutta Fehlberg, program simulasi ini diujikan pada salah satu kasus pada referensi[15]. Sistem tenaga listrik yang diujikan pada referensi adalah sistem mesin majemuk dengan 2 buah mesin yang terhubung dengan infinite bus.
Berikut ini adalah hasil pengujian program simulasi untuk kurva ayunan pada referensi dimana simulasi menggunakan metode Runge-Kutta orde 4 dan metode Runge-Kutta Fehlberg (salah satu metode numerik yang diusulkan untuk penyelesaian persamaan ayunan).
1. Kurva Ayunan pada Referensi Menggunakan Runge-Kutta Orde 4
Adapun hasil simulasi kurva ayunan sistem pada referensi adalah sebagai berikut.
Gambar 4.2. Waktu Pemutusan Gangguan saat 0.20 detik
Gambar 4.3. Waktu Pemutusan Gangguan saat 0.21 detik
Gambar 4.2 memperlihatkan kurva ayunan 2 buah mesin pada referensi yang diujikan. Kurva ayunan tersebut menunjukkan sistem yang masih dalam keadaan sinkron/stabil pada saat pemutusan gangguan selama 0.20 detik. Gambar 4.3 adalah hasil simulasi pengujian referensi menggunakan RK 4 yang menggambarkan sistem yang kehilangan sinkronisasi/tidak stabil. Ketidakstabilan ini terjadi karena waktu pemutusan gangguan melebihi waktu pemutusan kritisnya yaitu selama 0.21 detik. Penyelesaian persamaan ayunan dari sistem ini menggunakan metode RK 4.
2. Kurva Ayunan pada Referensi Menggunakan Runge-Kutta Fehlberg
Berikut ini adalah hasil simulasi penyelesaian persamaan ayunan meng-gunakan metode Runge-Kutta Fehlberg pada referensi.
Gambar 4.4. Waktu pemutusan gangguan saat 0.20 detik
Gambar 4.4 merupakan hasil simulasi penyelesaian persamaan ayunan pada referensi menggunakan metode Runge-Kutta Fehlberg. Kurva ayunan kedua generator tersebut dalam keadaan stabil ketika gangguan dihilangkan saat 0.20 detik. Selanjutnya, ketika gangguan sistem dilakukan pemutusan saat 0.21 detik, generator 1 mengalami kenaikkan sudut rotor sampai tidak terbatas. Hal ini mengakibatkan generator 1 lepas dari sistem dan sistem menjadi tidak stabil. Kurva ayunan untuk pemutusan gangguan saat 0.21 detik dapat dilihat pada gambar 4.5 di bawah ini.
Dari hasil pengujian program simulasi RK orde 4 dan RK Fehlberg menunjukkan bahwa sistem masih dalam keadaan sinkron ketika gangguan dihilangkan saat 0.20 detik. Ini mengindikasikan bahwa sistem masih dikatakan stabil secara transien. Namun sebaliknya, ketika gangguan dihilangkan saat 0.21 detik, kurva ayunan menunjukkan salah satu mesin/generator mengalami out of step (hilang langkah/lepas dari sistem) sehingga sistem dikatakan tidak stabil.
Dari kedua metode tersebut diperoleh waktu pemutusan kritis gangguan (critical clearing time) berada pada 0.20 – 0.21 detik. Dengan perolehan nilai waktu pemutusan kritis yang sama, maka hal ini mengindikasikan bahwa penyelesaian kurva ayunan menggunakan RK Fehlberg dapat dipertanggungjawabkan sebagai metode penyelesaian numerik dari persamaan ayunan sistem tenaga listrik.
Berikut ini adalah perbedaan hasil penyelesaian persamaan ayunan menggunakan metode RK orde 4 dan RK Fehlberg.
Runge-Kutta RK 4:
t Delta 1 Delta 2 Omega 1 Omega 2
Peningkatan orde dalam Runge-Kutta sebagai pemilihan metode penyelesaian persamaan ayunan sistem tenaga listrik mampu meningkatkan akurasi dalam penyelesaian numerik.
4.6. Kurva Ayunan Sistem IEEE 9 Bus dengan Metode RK Fehlberg
Analisa kestabilan peralihan (transient stability) sistem IEEE 9 bus menerapkan generator 1 sebagai infinite bus (Generator Slack). Pemilihan generator 1 sebagai slack atau infinite bus ini adalah karena generator 1 memiliki kapasitas pembangkitan paling besar diantara generator lainnya. Dengan kapasitas pembangkitan terbesar ini, generator 1 dianggap mampu mempertahankan operasinya ketika terjadi gangguan dibandingkan generator 2 dan 3. Sehingga dalam studi kestabilan transient sistem IEEE 9 bus ini hanya akan mem-plot kurva ayunan generator 2 dan 3 untuk mewakili kestabilan transient sistem.
4.6.1. Sebelum Pemberian Kompensasi Saluran
Berikut ini adalah kurva ayunan (swing curve) untuk sistem IEEE 9 bus dengan menerapkan gangguan besar 3 fasa simetris yang terjadi di saluran 8-9 dekat dengan bus 9.
Gambar 4.6. Kurva ayunan dengan waktu pemutusan gangguan 0.18 detik
Gambar 4.7. Kurva ayunan dengan waktu pemutusan gangguan 0.19 detik
Gambar 4.6 dan 4.7 adalah kurva ayunan generator 2 dan 3 yang masih menunjukkan keserempakkan/sinkron, hal ini terlihat dari tetap berayunnya kedua generator. Meskipun demikian, lamanya waktu pemutusan gangguan memberikan pengaruh yang signifikan terhadap besarnya ayunan (sudut rotor) generator. Gambar 4.6 merupakan hasil simulasi kurva ayunan ketika gangguan dihilangkan pada waktu 0.18 detik. Waktu pemutusan gangguan ini memberikan ayunan sudut rotor generator 3 sebesar 106.660 dan generator 2 sebesar 69.760. Sedangkan gambar 4.7 memberikan ayunan sudut rotor generator 3 sebesar 131.690 dan
generator 2 sebesar 77.230 ketika gangguan dihilangkan pada waktu 0.19 detik. Perbedaan lamanya waktu pemutusan gangguan mengakibatkan ayunan sudut rotor kedua generator bertambah besar.
Selanjutnya, gambar 4.8 dibawah ini menggambarkan kondisi sistem yang telah kehilangan sinkronisasi (unstable). Penambahan sudut rotor generator 3 menjadi tidak terbatas dan tidak dapat kembali berayun ketika gangguan dihilangkan melebihi waktu 0.20 detik. Terjadinya penambahan sudut rotor yang tidak terbatas ini menyebabkan generator 3 out of step (hilang sinkronisasi dari sistem) dan mengakibatkan sistem menjadi tidak stabil. Sedangkan untuk generator 2 masih tetap dalam keadaan stabil (stable), ini terlihat dari kurva ayunan generator 2 yang masih berayun.
Gambar 4.8. Kurva ayunan dengan waktu pemutusan gangguan 0.20 detik
Hilangnya keserempakkan generator 3 dari sistem dapat terjadi karena waktu pemutusan gangguan melebihi waktu pemutusan kritisnya (CCT) yaitu pada 0.19 detik. Selain itu, hal lain yang mempengaruhi hilang sinkronisasi adalah lokasi terjadinya gangguan. Pada sistem yang diujikan ini, gangguan terjadi di saluran
8-9 dekat bus 9 dimana bus 9 adalah bus yang berada paling dekat dengan generator 3. Sehingga generator 3 yang mengalami gangguan paling berat dibandingkan generator lainnya.
4.6.2.Pengaruh Penambahan Kompensasi Saluran Terhadap Kestabilan Sistem
Berikut ini adalah hasil simulasi kurva ayunan generator 2 dan 3 dari sistem IEEE 9 bus ketika menerapkan penambahan kompensasi saluran. Gangguan besar yang diterapkan dalam simulasi ini adalah gangguan 3 fasa simetris yang terjadi pada saluran 8-9 dekat bus 9.
1. Kurva Ayunan dengan Penambahan Kompensasi Saluran 20 %
Gambar 4.9. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 20% saat pemutusan gangguan 0.19 detik
Hasil simulasi gambar 4.9 menunjukkan kondisi sistem yang stabil ketika pemutusan gangguan dilakukan saat 0.19 detik dengan penambahan kompensasi saluran sebesar 20%. Meskipun penambahan kompensasi saluran 20% tidak memberikan pengaruh terhadap waktu pemutusan kritis
gangguan, namun pemberian kompensasi ini memberikan perubahan ayunan sudut rotor generator. Ayunan sudut rotor kedua generator menjadi lebih smooth dan lebih kecil dibandingkan sebelum dilakukan pemberian kompensasi (gambar 4.7).
Ketika pemutusan gangguan dilakukan saat 0.20 detik, generator 3 mengalami out of step sehingga sistem menjadi tidak stabil seperti pada gambar 4.10 berikut.
Gambar 4.10. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 20% saat pemutusan gangguan 0.20 detik
Sehingga waktu pemutusan kritis gangguan dari sistem IEEE 9 bus dengan penambahan kompensasi saluran sebesar 20% adalah 0.19 – 0.20 detik.
2. Kurva Ayunan dengan Penambahan Kompensasi Saluran 30 %
Penambahan kompensasi saluran sebesar 30% memberikan perubahan terhadap waktu pemutusan kritis gangguan. Perubahan ini yaitu kenaikkan pada waktu pemutusan kritis gangguan sebesar 0.01 detik. Gambar 4.11 di
bawah ini adalah hasil simulasi kurva ayunan dengan waktu pemutusan 0.20 detik dan menggambarkan sistem yang masih stabil.
Gambar 4.11. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 30% saat pemutusan gangguan 0.20 detik
Dan apabila pemutusan gangguan dilakukan lebih dari 0.21 detik maka generator 3 mengalami kenaikkan sudut rotor hingga tak terbatas yang mengakibatkan generator 3 out of step dan sistem menjadi tidak stabil.
Simulasi kurva ayunan untuk waktu pemutusan gangguan saat 0.21 detik ditunjukkan pada gambar 4.12 berikut.
Gambar 4.12. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 30% saat pemutusan gangguan 0.21 detik
3. Kurva Ayunan dengan Penambahan Kompensasi Saluran 40 %
Pengujian penambahan kompensasi saluran 40% memberikan pengaruh yang sama terhadap ayunan sudut rotor generator. Pengaruh tersebut adalah penurunan terhadap besarnya ayunan sudut rotor generator. Kedua generator masih dalam keadaan stabil ketika gangguan dihilangkan pada saat 0.20 detik seperti pada gambar 4.13 berikut.
Gambar 4.13. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 40% saat pemutusan gangguan 0.20 detik
Ketika gangguan sistem dihilangkan saat 0.21 detik atau lebih, sistem menjadi tidak stabil karena generator 3 mengalami out of step. Gambar 4.14 menggambarkan sistem yang tidak stabil dengan waktu pemutusan gangguan saat 0.21 detik.
Gambar 4.14. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 40% saat pemutusan gangguan 0.21 detik
Penambahan kompensasi 40% tidak meningkatkan waktu pemutusan kritis gangguan namun penambahan kompensasi ini memberikan penurunan terhadap ayunan sudut rotor terhadap kedua generator. Sehingga waktu pemutusan kritis gangguan dengan kompensasi saluran 40% adalah 0.20 –
0.21 detik.
4. Kurva Ayunan dengan Penambahan Kompensasi Saluran 50%
Pengujian dengan penambahan kompensasi saluran sebesar 50% memberikan pengaruh yang signifikan terhadap waktu pemutusan kritis gangguan maupun terhadap penurunan sudut rotor generator pada kurva ayunan.
Ketika gangguan dihilangkan saat 0.21 detik, ayunan sudut rotor untuk kedua generator masih tetap berayun. Artinya, kedua generator masih dapat mempertahankan keserempakkannya/sinkron. Gambar 4.15 berikut ini adalah ayunan sudut rotor untuk kedua generator dengan pemutusan gangguan saat 0.21 detik.
Gambar 4.15. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 50% saat pemutusan gangguan 0.21 detik
Selanjutnya, saat pemutusan gangguan dilakukan pada waktu lebih dari 0.21 detik, sistem menjadi tidak stabil dan generator 3 kehilangan keserempakkan karena penambahan sudut rotor yang tak terbatas. Dan gambar 4.16 berikut ini mewakili dari keadaan tersebut.
Gambar 4.16. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 50% saat pemutusan gangguan 0.22 detik
5. Kurva Ayunan dengan Penambahan Kompensasi Saluran 60%
Selanjutnya, pengujian dengan penambahan kompensasi saluran sebesar 60% memberikan hasil simulasi kurva ayunan dalam keadaan stabil ketika gangguan dihilangkan saat 0.21 detik seperti pada gambar 4.17 berikut.
Gambar 4.17. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 60% saat pemutusan gangguan 0.21 detik
Walaupun waktu pemutusan kritis gangguan tidak meningkat, namun ayunan sudut rotor untuk masing-masing generator mengalami penurunan dari sebelumnya. Ketika gangguan dihilangkan saat 0.22 detik atau lebih, sistem menjadi tidak stabil seperti ditunjukkan pada gambar 4.18 berikut.
Gambar 4.18. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 60% saat pemutusan gangguan 0.22 detik
Ketidakstabilan gambar 4.18 terjadi karena generator 3 mengalami kenaikkan sudut rotor sampai tak terbatas dan tidak dapat kembali berayun. Sehingga waktu pemutusan kritis gangguan untuk penambahan kompensasi saluran sebesar 60% adalah 0.21 – 0.22 detik.
6. Kurva Ayunan dengan Penambahan Kompensasi Saluran 70%
Berikut ini adalah hasil simulasi kurva ayunan untuk kompensasi sebesar 70%.
Gambar 4.19. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 70% saat pemutusan gangguan 0.22 detik
Gambar 4.19 menggambarkan sistem IEEE 9 bus dalam keadaan stabil saat pemutusan gangguan dilakukan pada 0.22 detik. Waktu pemutusan gangguan ini meningkat karena penambahan kompensasi saluran sebesar 70%.
Selanjutnya, jika gangguan dihilangkan pada waktu lebih dari 0.22 detik maka sistem menjadi tidak stabil. Prilaku yang sama dialami oleh generator 3 karena keterlambatan dalam menghilangkan gangguan, yaitu sudut rotornya meningkat hingga tak terbatas dan tidak dapat kembali berayun sehingga generator tersebut cenderung akan lepas dari sistem. Kurva ayunan tersebut dapat dilihat pada gambar 4.20 berikut.
Gambar 4.20. Kurva ayunan dengan penambahan kompensasi 70% saat pemutusan gangguan 0.23 detik
Sehingga waktu pemutusan kritis gangguan dengan pemberian kompensasi saluran sebesar 70% adalah 0.22 – 0.23 detik.
Penambahan kompensasi kapasitor seri pada saluran ini memiliki tujuan untuk mengurangi besarnya nilai reaktansi saluran (XL) yang selanjutnya mampu
meningkatkan transfer daya sistem tenaga listrik. Sebagaimana diketahui bahwa pemasangan kompensator kapasitor seri pada saluran transmisi dapat menaikkan transfer daya. Dengan bertambahnya transfer daya dalam sistem maka kestabilan sistem tenaga listrik tersebut dapat meningkat.
Pemasangan kompensator kapasitor seri mampu mengurangi reaktansi saluran sistem. Kompensator kapasitor seri akan memberikan reaktansi (XC) yang saling berlawanan dengan reaktansi saluran (XL), sehingga reaktansi total dalam sistem adalah hasil pengurangan XC terhadap XL. Dengan bertambah besar nilai XC maka reaktansi saluran sistem akan mengalami penurunan. Namun selanjutnya perlu dipertimbangkan efek resonansi yang ditimbulkan karena pemasangan kapasitor seri ini.
Perubahan nilai reaktansi sistem sangat mempengaruhi kestabilan sistem. Dalam kestabilan transien sistem tenaga listrik sangat berhubungan erat dengan waktu pemutusan kritis/critical clearing time (CCT). Dimana CCT ini akan mempengaruhi ayunan sudut rotor generator dalam kurva ayunan (swing curve). Pengujian pemasangan kompensasi saluran ini dilakukan dengan memvariasikan persentase kompensasi saluran. Kompensasi yang diujikan adalah sebesar 20%, 30%, 40%, 50%, 60% dan 70% sedangkan jenis gangguan yang diterapkan pada sistem adalah gangguan 3 fasa simetris yang terjadi di saluran 8-9 dekat bus 9. Jenis gangguan yang sama diujikan pada penelitian ini dengan tujuan untuk melihat perbedaan yang terjadi pada kurva ayunan dan waktu pemutusan gangguan kritis (CCT) sebelum dan setelah dilakukan penambahan kompensasi saluran.
Hasil pengujian untuk kompensasi saluran 20%, 30%, 40%, 50%, 60% dan 70 % dapat dirangkum dalam tabel 4.1 di bawah ini.
Tabel 4.1. Perbandingan Hasil Pengujian Kompensasi Saluran
Sudut Rotor Generator
Persentase Kompensasi Saluran
20% 30% 40% 50% 60% 70%
2 70.4280 74.0970 70.8050 74.1080 70.2310 72.3710 3 109.9240 121.1330 113.2680 124.8670 116.2730 127.3730
CCT 0.19 s 0.20 s 0.20 s 0.21 s 0.21 s 0.22 s *) adalah sudut rotor generator pada ayunan pertama (first swing)
Pada tabel 4.1 di atas menunjukkan adanya perubahan pada ayunan sudut rotor generator 2 dan 3 akibat pemberian kompensasi saluran. Dimana ketika penambahan kompensasi saluran dilakukan, ini memberikan kenaikkan pada perbedaan sudut rotor generator 2 maupun generator 3. Kenaikkan ini terjadi karena waktu pemutusan kritis gangguan (CCT) juga meningkat. Secara implisit, penambahan kompensasi saluran akan memperbaiki stabilitas transien Sistem Tenaga Listrik (STL), yaitu dengan meningkatnya kompensasi saluran akan memperkecil ayunan pada swing curve. Selain itu, CCT juga akan meningkat
