Analisis Peningkatan Stabilitas Tegangan dengan Menggunakan Statcom Aplikasi PT. PLN (Persero) UPB Sumbagut

ANALISIS PENINGKATAN STABILITAS TEGANGAN

DENGAN MENGGUNAKAN STATCOM APLIKASI

PT. PLN (PERSERO) UPB SUMBAGUT

TESIS

Oleh

Y U S M A R T A T O

087034016/TE

PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2011

ANALISIS PENINGKATAN STABILITAS TEGANGAN

DENGAN MENGGUNAKAN STATCOM APLIKASI

PT. PLN (PERSERO) UPB SUMBAGUT

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Oleh

YUSMARTATO

087034016/TE

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2011

Judul Tesis :

Nama Mahasiswa

ANALISIS PENINGKATAN STABILITAS TEGANGAN DENGAN MENGGUNAKAN STATCOM APLIKASI PT. PLN (PERSERO) UPB SUMBAGUT

: NIM

Yusmartato :

Program Studi

087034016

: Magister Teknik Elektro

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Ketua

) (Ir. Refdinal Nazir, MS, Ph.D Anggota

)

Ketua Program Studi,

(Prof. Dr. Ir. Usman Baafai

Dekan,

) (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME)

Tanggal Lulus : 16 Agustus 2011

ABSTRAK

Permintaan listrik telah meningkat secara substansial sedangkan perluasan pembangkitan tenaga listrik, transmisi tenaga listrik sangat terbatas, karena pembatasan lingkungannya serta sumber daya yang terbatas. Sebagai akibatnya beberapa saluran transmisi membias dari sistem stabilitas faktor daya membatasi transfer. Sistem FACTS (Flexible AC Transmission System) pengendali terutama digunakan untuk memperbaiki kualitas daya penyaluran dari pembangkit ke beban dan menyelesaikan berbagai masalah sistem kontrol daya, steady-state dan fungsi kontrol aliran daya.

Diantara varian yang berbeda perangkat FACTS, static compensator dilihat yang paling memadai karena dapat memasuk daya reaktif yang dibutuhkan saat ini, untuk memperbaiki perubahan tegangan yang bermasalah dan meningkatkan sistem stabilitas.

Sebuah model yang lebih fleksibel dapat dilakukan dengan STATCOM sebagai sumber tegangan variabel yang besar dan sudut fasa dapat disesuaikan dengan menggunakan algoritma, untuk memenuhi besarnya tegangan listrik di bus saluran transmisi Arus Bolak Balik yang terhubung pada titik sambungan.

STATCOM akan diwakili oleh sebuah sumber tegangan yang sinkron dengan batas maximum dan minimum dan STATCOM juga direpresentasikan sebagai sumber tegangan untuk berbagai macam operasi.

Penelitian ini bertujuan untuk verifikasi kemampuan STATCOM dalam meningkatkan regulasi tegangan (stabilitas tegangan) dalam sistem transmisi tenaga listrik dari STATCOM ini disimulasikan menggunakan MATLAB disertakan dalam model Newton Raphson.

Kata kunci: FACTS, Statcom, Stabilitas Tegangan, Newton Raphson, Matlab.

i

ABSTRACT

The demand for electricity has been substantially increasing while the expansion of power generation and power transmission very limited because of environmental restrictions and the limited resources. The consequence is that several transmission lines drift off and the power factor stability system limit the transfer. The FACTS (Flexible AC transmission systems (FACTS) control is especially used to improve the quality of distribution power from

Between the different variants of FACTS devices, tatic compensator seems to be the most adequate because it can supply the reactive power required at this time, to fix a problematic voltage change and to improve system stability.

the generator to the load and to settle various problem of power control system, steady-state and the function of power flow control.

A more flexible model that can be done with STATCOM as the major source of variable voltage and phase angle can be adjusted using the algorithm to meet the voltage magnitude at the bus of alternating current transmission lines connected at the connection point.

STATCOM will be represented by a synchronized voltage source with maximum

This purpose of this study was to verify the capability of STATCOM in increasing voltage regulation ( voltage stability ) in the electric power transmission systems and from this STATCOM is was simulated by using MATLAB and was included in Newton -Raphson model.

and minimum limit and STATCOM which is also represented as a voltage source for various kinds of operation.

Keywords: FACTS, Statcom, Voltage Stability, Newton Raphson, Matlab.

ii

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmanirrahim, puji syukur penulis sampaikan atas kehadirat Allah SWT atas kasih dan karunia-Nya memberikan pengetahuan, kekuatan, dan kesempatan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tesis ini dengan baik. Tesis ini disusun sebagai syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tesis ini adalah “Analisis Peningkatan Stabilitas Tegangan dengan Menggunakan Statcom Aplikasi PT. PLN (Persero) UPB Sumbagut

Dalam menyusun tesis ini, penulis telah banyak mendapat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik berupa dukungan moril, materil, spiritual, maupun administrasi. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

”.

Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai sebagai Ketua Program Studi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan sekaligus sebagai Ketua Komisi Pembimbing dalam penulisan tesis ini. Bapak Ir. Refdinal Nazir, MS., Ph.D sebagai Anggota Komisi Pembimbing dalam penulisan tesis ini. Bapak Ir. Sinar Terang Sembiring, MT, Bapak Ir. Suprapto, MT, Bapak Dr.Eng.Ariadi Hazmi, Bapak Heru Cahyadi, Manajer PT. PLN (Persero) UPB Sumbagut yang memberikan izin pengambilan data dalam penyelesaian tesis ini. Bapak dan Ibu di lingkungan PT. PLN (Persero) UPB Sumbagut yang ikut memberikan masukan dalam penyelesaian tesis ini yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu. Bapak Dosen Staf Pengajar Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Rekan-rekan mahasiswa Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik USU angkatan pertama tahun 2008 pada khususnya. Teristimewa penulis persembahkan kepada Istri yang tercinta Siti Zulaika Siregar dan anak-anakku yang tersayang, Zulfikar Ali, ST, Mirfat Nadya (masih Semester VIII Teknik

iii

Industri) dan Nawaf Ar Rasidy (masih SMP Kelas IX), memberikan semangat dalam perjuangan babahnya untuk mendapatkan gelar Magister Teknik Elektro di Universitas Sumatera Utara. Terima kasih kepada Bapak Pardamean Sinurat ST,MT,serta semua pihak yang turut berperan serta dalam penyelesaian tesis ini yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. Walaupun penulis sudah berupaya semaksimal mungkin, namun penulis menyadari kemungkinan masih terdapat kekurangan dalam penyusunan tesis ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun guna kesempurnaan tesis ini. Besar harapan penulis semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih.

Wassalamu‘alaikum Wr. Wb.

Medan, Agustus 2011 Hormat saya Penulis

NIM. 08 7034 016 YUSMARTATO

iv

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Saya yang bertanda tangan dibawah ini,

Nama : Yusmartato

Tempat/Tanggal lahir : Pematang Siantar /20 Januari 1957 Jenis Kelamin : Laki – laki

Agama : Islam

Bangsa : Indonesia

Alamat : Jl. Garu III Gang 6 No 39 Kelurahan Harjo Sari I Kecamatan Medan Amplas, 20147

Menerangkan dengan sesungguhnya, bahwa:

1.Tamat SD Negeri 6, Pematang Siantar Tahun 1970 PENDIDIKAN

2.Tamat SMP Negeri II, Pematang Siantar Tahun 1974 3.Tamat SMA Negeri 3, Pematang siantar Tahun 1979 4.Tamat Sarjana Muda Teknik Elektro UISU, Medan Tahun 1984 5.Tamat Sarjana Teknik Elektro UISU, Medan Tahun 1995

1.Staf Pengajar pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Islam Sumatera Utara (UISU) sejak 16 Mei 1997 sampai sekarang.

PEKERJAAN

v

Demikianlah riwayat hidup ini saya buat dengan sebenarnya untuk dapat dipergunakan sebagaimana mestinya.

Medan, Desember 2011

Tertanda,

Yusmartato

vi

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

ABSTRACT... ii

KATA PENGANTAR... iii

DAFTAR ISI... v

DAFTAR TABEL... ix

DAFTAR GAMBAR... x

DAFTAR LAMPIRAN ... xi

DAFTAR ISTILAH... xii

BAB 1 PENDAHULUAN... 1

1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Perumusan Masalah... 4

1.3 Batasan Masalah... 4

1.4 Tujuan Penelitian... 5

1.5 Manfaat Penelitian ... 5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA... 7

2.1 Sistem Tenaga Listrik... 7

2.2 Aliran Daya... 10

2.3 Klasifikasi Bus... 10

2.4 Persamaan Aliran Daya... 12

2.5 Metode Aliran Daya... 19 vii

2.6 Metode Newton-Raphson dengan Koordinat Polar... 21

2.7 Static Compensator (STATCOM)... 27

2.8 Prinsip Kerja Statcom... 30

2.9 Matlab-Simulink... 33

BAB 3 METODELOGI PENELITIAN... 34

3.1 Diagram Alir Penelitian... 34

3.2 Sumber Data... 36

3.3 Instrumen Penelitian... 37

3.4 Pemodel Sebelum dipasang Statcom pada Bus Bermasalah... 37

3.5 Pemodel Statcom pada Bus Bermasalah... 38

BAB 4 HASIL ANALISA... 40

4.1 Hasil Analisa Aliran Daya Pada Saat Sistem Beban Malam... 40

4.2 Hasil Analisa Aliran Daya Pada Saat Sistem Beban Pagi... 47

4.3 Hasil Analisa Aliran Daya Menggunakan Statcom Beban Malam 56

4.4 Hasil Analisa Aliran Daya Penempatan Statcom Beban Malam... 57

4.5 Hasil Analisa Aliran Daya Menggunakan Statcom Beban Pagi.... 58

4.6 Hasil Analisa Aliran Daya Penempatan Statcom Beban Pagi... 58

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 60

5.1 Kesimpulan... 60

5.2 Saran... 61

DAFTAR PUSTAKA ... 62 LAMPIRAN

viii

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

2.1. Klasifikasi bus pada sistem tenaga ... 12

4.1. Hasil Analisa Aliran Daya, saat sistem beban malam ... 40

4.2 Hasil Analisa Aliran Daya, persen tegangan saat beban malam.. ... 44

4.3 Hasil Analisa Aliran Daya,saat sistem beban pagi... ... 48

4.4 Hasil Analisa Aliran Daya,persen tegangansaat beban pagi... ... 51

4.5 Bus yang bermasalah beban malam dan beban pagi... ... 55

4.6 Hasil Simulasi Statcom... ... 58

4.7 Hasil Simulasi Statcom... ... 59

ix

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1. Diagram satu garis sistem tenaga listrik ... 7

2.2. Kurva P-V pada bus beban ... 8

2.3. Kurva Q-V pada bus beban ... 9

2.4. Diagram satu garis sistem 2 bus ... 12

2.5. Diagram impedansi sistem 2 bus... ... 13

2.6. Bus daya dengan transmisi model π untuk sistem 2 bus.. ... ... 14

2.7. Aliran arus pada rangkaian ekuivalen... ... 14

2.8a. Sistem n-bus. ... 16

2.8b. Model transmisi π untuk sistem n-bus ... 17

2.9. Ilustrasi metode Newton-Raphson... ... 21

2.10. Struktur dari Statcom.. ... 28

2.11 Typical karakteristik V-I Statcom ... 29

2.12. Satu fasa rangkaian dari Statcom... ... 29

2.13. Statcom... ... 30

2.14. Prinsip operasi dari Statcom ... 32

3.1. Diagram Alir penelitian... ... 35

3.2. Rangkaian Transmisi Sebelum di pasang Statcom... ... 37

3.3. Rangkaian model Matlab/Simulink pengoperasian Statcom... ... 38

3.4. Model Pengatur Statcom... ... 39

3.5. Kurva Beban Malam... ... ... 46

4.1. Kurva Beban Pagi... ... 53

4.2. Karakteristik Beban Malam dan Pagi Sumbagut-NAD... 54

4.3. Rangkaian Transmisi untuk sistem beban malam. ... 55

4.4. Rangkaian Transmisi untuk sistem beban pagi... 56

4.5. Rangkain Transmisi untuk beban malam... 57

4.6. Rangkain Transmisi untuk beban pagi... 59

x

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Data Gambar sistem Sumbagut-Nanggro Aceh Darussalam. Lampiran 2 Data pembangkit sistem Sumbagut-NAD.

Lampiran 3 Data penghantar sistem Sumbagut-NAD. Lampiran 4 Data beban malam dan beban pagi.

Lampiran 5 Data Matlab/Simulink-Three-Phase Programmable Volttage Source. Lampiran 6 Data Gambar diagram satu garis-NAD sebelum simulasi.

Lampiran 7 Data Gambar Analisa Aliran Daya simulasi tegangan bus malam. Lampiran 8 Hasil Gambar Analisa Aliran Daya simulasi persen tegangan malam. Lampiran 9 1 s.d 16 Aliran Daya beban malam.

Lampiran 10 Hasil Gambar Analisa Aliran Daya simulasi tegangan bus pagi. Lampiran 11 Hasil Gambar Analisa Aliran Daya Simulasi persen tegangan pagi. Lampiran 12 1 s.d 10 Aliran Daya beban pagi

Lampiran 13 Hasil simulasi statcom. Lampiran 14 Hasil simulasi statcom. Lampiran 15 Ijin pengambilan data.

xi

DAFTAR ISTILAH

A. Pembangkit Listrik

PLTGU = Pusat Listrik Tenaga Gas Uap PLTU = Pusat Listrik Tenaga Uap PLTG = Pusat Listrik Tenaga Gas PLTD = Pusat Listrik Tenaga Diesel PLTP = Pusat Listrik Tenaga Panas PLTA = Pusat Listrik Tenaga Air UPB = Unit Pengatur Beban B. Persamaan Aliran Daya

SD S

= complex power demand (hubungan daya beban) G

S = complex bus power (hubungan daya bus )

= complex power generation (hubungan daya pembangkitan) PD

P

= real power demand , MW (daya aktif beban) G

P = real bus power (daya aktif bus)

= real power generation (daya aktif pembangkitan) QD

Q

= reactive power demand in MVAR (daya reaktif beban) G

Q = reactive bus power (daya reaktif bus)

= reactive power generation (daya reaktif pembangkitan)

IVI = bus voltage magnitude (besar tegangan bus)

bus voltage angle ( sudut phasa pada bus) = complex voltage (hubungan tegangan) = shunt susceptance

p = shunt admittance s = series admittance = series resistance

= series reactance S = series impedance G = synchronous reactance

ii = driving point admittance at bus i (titik pergerakan admitansi pada bus i) ij = transfer admittance between busses i and j (admitansi alih diantara bus i

dan j)

= magnitude of ij (besaran dari Yij) ij = angle of ij (sudut)

= synchronous machine –generated voltage = complex current (hubungan arus)

bus = bus admittance matrix

xii

C. Data Pembangkit

MW = daya aktif (Mega Watt)

MVAR= daya reaktif (Mega Volt Amper Reaktif) MVA = daya semu (Mega Volt Amper)

D. Data Transmisi R = Ohm /km X = Ohm/km Y = µsi/km Panjang = km Aliran Daya

E. ETAP 4.0 = Electrical Transient Analizer Program F. STATCOM =Static Compensator

G. FACTS = Flexible AC Transmission System

xiii

ABSTRAK

Permintaan listrik telah meningkat secara substansial sedangkan perluasan pembangkitan tenaga listrik, transmisi tenaga listrik sangat terbatas, karena pembatasan lingkungannya serta sumber daya yang terbatas. Sebagai akibatnya beberapa saluran transmisi membias dari sistem stabilitas faktor daya membatasi transfer. Sistem FACTS (Flexible AC Transmission System) pengendali terutama digunakan untuk memperbaiki kualitas daya penyaluran dari pembangkit ke beban dan menyelesaikan berbagai masalah sistem kontrol daya, steady-state dan fungsi kontrol aliran daya.

Diantara varian yang berbeda perangkat FACTS, static compensator dilihat yang paling memadai karena dapat memasuk daya reaktif yang dibutuhkan saat ini, untuk memperbaiki perubahan tegangan yang bermasalah dan meningkatkan sistem stabilitas.

Sebuah model yang lebih fleksibel dapat dilakukan dengan STATCOM sebagai sumber tegangan variabel yang besar dan sudut fasa dapat disesuaikan dengan menggunakan algoritma, untuk memenuhi besarnya tegangan listrik di bus saluran transmisi Arus Bolak Balik yang terhubung pada titik sambungan.

STATCOM akan diwakili oleh sebuah sumber tegangan yang sinkron dengan batas maximum dan minimum dan STATCOM juga direpresentasikan sebagai sumber tegangan untuk berbagai macam operasi.

Penelitian ini bertujuan untuk verifikasi kemampuan STATCOM dalam meningkatkan regulasi tegangan (stabilitas tegangan) dalam sistem transmisi tenaga listrik dari STATCOM ini disimulasikan menggunakan MATLAB disertakan dalam model Newton Raphson.

Kata kunci: FACTS, Statcom, Stabilitas Tegangan, Newton Raphson, Matlab.

i

ABSTRACT

The demand for electricity has been substantially increasing while the expansion of power generation and power transmission very limited because of environmental restrictions and the limited resources. The consequence is that several transmission lines drift off and the power factor stability system limit the transfer. The FACTS (Flexible AC transmission systems (FACTS) control is especially used to improve the quality of distribution power from

Between the different variants of FACTS devices, tatic compensator seems to be the most adequate because it can supply the reactive power required at this time, to fix a problematic voltage change and to improve system stability.

the generator to the load and to settle various problem of power control system, steady-state and the function of power flow control.

A more flexible model that can be done with STATCOM as the major source of variable voltage and phase angle can be adjusted using the algorithm to meet the voltage magnitude at the bus of alternating current transmission lines connected at the connection point.

STATCOM will be represented by a synchronized voltage source with maximum

This purpose of this study was to verify the capability of STATCOM in increasing voltage regulation ( voltage stability ) in the electric power transmission systems and from this STATCOM is was simulated by using MATLAB and was included in Newton -Raphson model.

and minimum limit and STATCOM which is also represented as a voltage source for various kinds of operation.

Keywords: FACTS, Statcom, Voltage Stability, Newton Raphson, Matlab.

ii

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang.

Daya listrik memberikan peran sangat penting dalam kehidupan masyarakat serta dalam pengembangan berbagai sektor ekonomi. Dalam kenyataan ekonomi modren sangat tergantung pada listrik sebagai input dasar. Hal ini menyebabkan peningkatan jumlah pembangkit listrik dan kapasitas akibatnya di saluran transmisi yang menghubungkan stasiun pembangkit ke pusat-pusat beban akan meningkat.

Sistem tenaga listrik secara luas yang saling berhubungan, perlu sistem interkoneksi karena selain pengiriman melalui saluran transmisi ada pembangkit listrik di mana komposisi energi per jenis pembangkit listrik (PLTGU, PLTU, PLTG, PLTD, PLTA dan PLTP) dan pusat-pusat beban untuk meminimalkan total kapasitas daya dan biaya.

Transmisi interkoneksi memungkinkan mengambil keuntungan dari keragaman beban, ketersediaan sumber dan harga untuk pasokan listrik ke beban dengan biaya minimum dengan keandalan yang dibutuhkan.

Pemanfaatan sistem tenaga listrik, aliran daya yang ada pada saat ini disediakan oleh PT. PLN (Persero) UPB Sumbagut, untuk beban sistem Sumut, beban sistem NAD, dengan jumlah total daya pembangkitan MW, MVAR beban, yang memiliki Gardu Induk dan jumlah bus unlimited, aliran daya pada masing-masing saluran transmisi, ditentukan oleh karakteristik saluran itu sendiri. Selain itu, selalu

dibutuhkan operasi saluran yang stabil sehingga aliran daya dapat terus menerus dilakukan walaupun mungkin sebahagian saluran mengalami gangguan. Untuk kondisi ini dibutuhkan lebih dari satu aliran daya atau menggunakan beberapa saluran transmisi yang saling terhubung. Oleh karena itu perlu suatu alat kontrol untuk menjaga kestabilan sistem agar selalu beroperasi maximum.

Sistem kelistrikan yang kompleks akan selalu terjadi perubahan-perubahan variabel setiap saat. Hal ini dapat dilihat pada perubahan tegangan, arus, daya aktif, daya reaktif maupun frekwensi pada sistem tenaga listrik. Jumlah cadangan daya reaktif pada sistem tenaga listrik merupakan salah satu indikator petunjuk dari kestabilan tegangan. Pada tesis ini, akan dikaji Analisis Peningkatan Stabilitas Tegangan dengan Menggunakan Statcom Aplikasi PT. PLN (Persero) UPB Sumbagut untuk mengoptimalkan cadangan daya reaktif yang ada pada sistem tenaga listrik maka akan digunakan metode sensitivitas, metode sensitivitas akan memberikan informasi pembangkit yang harus memberikan daya reaktif ke beban. Pemilihan pembangkit yang tepat akan meminimalkan rugi-rugi daya reaktif dalam saluran. Aplikasi peralatan yang dipasang pada lokasi yang strategis. Aplikasi peralatan yang digunakan untuk kontrol suatu sistem tenaga listrik dengan menggunakan FACTS, yaitu:

a. Berdasarkan Thyristor

1. Tap Changer

2. Pengaturan sudut fasa

3. Static Var Compensator (SVC)

4. Thyristor Controlled Series Compensator (TCSC)

b. Berdasarkan GTO (Gate Turn - off Thyristor)

1. Static Compensator (STATCOM)

2. Unified Power Flow Controlled (UPFC)

c. Berdasarkan IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

1. Static Compensator (STATCOM)

2. HVDC Using Voltage Source Converters (HVDC-VSC)

Metoda Newton-Raphson untuk menjelaskan perhitungan aliran daya dalam sistem beberapa bus yang akan dianalisa dengan menggunakan metoda Newton-Raphson simulasi dilakukan oleh Matlab. Penggunaan statcom kondisi sebelum kompensasi di saluran dengan beberapa bus, hasil perhitungan aliran daya dan tegangan menggunakan metoda Newton-Raphson. Penggunaan statcom sesudah kompensasi, statcom dihubungkan ke bus untuk memperbaiki tegangan, untuk keperluan perbaikan ini, dibangkitkan daya reaktif (MVAR) dari statcom.

Penelitian yang dilakukan Yandrapragada Srihari, April 2010 dalam sistem 5 bus terdiri dari 1 slack bus, 2 bus pembangkit, 4 bus beban dan dihubungkan oleh 7 saluran transmisi menunjukkan impedansi (bilangan polar, rectanguler) line charging sebagai data dan penulis akan melakukan penelitian di PT. PLN (Persero) UPB Sumbagut-Nanggro Aceh Darussalam, akan mengambil data dari Sistem Tenaga Listrik yang kapasitas aliran daya disesuaikan dari saluran.

1.2 Perumusan Masalah

Penyebab utama ketidak stabilan tegangan adalah ketidak mampuan dari sistem tenaga listrik untuk memenuhi kebutuhan daya reaktif. Stabilitas tegangan merupakan salah satu masalah terbesar dalam sistem tenaga listrik. Stabilitas tegangan secara umum dengan menginjeksikan daya reaktif kepada bus-bus yang lemah.

Perbaikan stabilitas tegangan dilakukan dengan menempatkan statcom pada sistem tenaga listrik dengan ukuran dan lokasi yang tepat, dan selanjutnya dianalisis nilai indeks stabilitas tegangan pada setiap bus beban sebelum dan setelah pemasangan statcom.

1.3 Batasan Masalah

Penelitian yang dilakukan penulis yang akan dibahas adalah :

a. Aliran daya (dalam MW, MVAR) pada sistem pembangkitan, saluran interkoneksi Sumbagut, NAD dengan menggunakan metode Newton-Raphson, simulasi program ETAP 4.0.

b. Penempatan statcom pada bus yang mempunyai tegangan yang paling rendah disimulasikan menggunakan Matlab.

c. Kondisi tegangan masih dalam batasan tegangan yaitu +5% sampai dengan -10% dari tegangan nominal 150 KV.

d. Tidak digunakan pengalihan switch on dan switch off untuk mengatasi beban yang bermasalah.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah meningkatkan stabilitas tegangan dengan mengaplikasikan dari sistem tenaga listrik PT. PLN (Persero) UPB Sumbagut diketahui beban sistem Sumbagut-NAD dan daya pembangkitan MW, MVAR,MVA dan power factor yang memiliki Gardu Induk, jumlah bus unlimited dan mengetahui, memahami penggunaan ETAP 4.0 untuk aliran daya dan statcom ditempatkan pada sistem tenaga listrik dengan tujuan menganalisis perbaikan stabilitas tegangan mengggunakan Matlab.

a. Untuk menganalisa aliran daya pada saluran transmisi.

b. Untuk menganalisa penempatan dan penggunaan statcom pada saluran transmisi.

1.5 Manfaat Penelitian

Mengacu pada tujuan penelitian ini maka penelitian akan diharapkan dapat memberikan berbagai aspek tentang stabilitas tegangan dan pentingnya untuk mempertahankan profil tegangan yang akan dilakukan.

a. Manfaat teoritis, dapat mengetahui penggunaan alat, atau aplikasi peralatan yang dipasang pada lokasi yang strategis. Alat yang digunakan untuk kontrol sistem tenaga listrik, khusus saluran dikenal dengan peralatan FACTS bertujuan memperbaiki kualitas daya penyaluran dari pembangkit ke beban salah satu peralatannya statcom berfungsi memperbaiki perubahan tegangan.

b. Manfaat praktis, dapat memberikan masukan yang berarti bagi PT PLN (Persero) UPB Sumbagut dalam menggunakan statcom merupakan hubungan cabang perangkat dari FACTS yang terdiri dari perangkat power elektronik untuk mengatur aliran daya, dan meningkatkan kestabilan sistem daya. Statcom mengatur regulasi tegangan terminal dengan cara membangkitkan atau menyerap daya reaktif dari sistem. Jika tegangan sistem lebih rendah, statcom membangkitkan daya reaktif (statcom bersifat kapasitif). Jika tegangan sistem lebih tinggi, statcom menyerap daya reaktif (statcom bersifat induktif). Variasi daya reaktif diatur oleh VSC yang dihubungkan pada sisi sekunder transformator. VSC terdiri dari GTO dan IGBT untuk menghasilkan tegangan dari sumber tegangan DC.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Tenaga Listrik

Sistem tenaga listrik EPS (Electric Power System) adalah rangkaian sistem tenaga listrik dari pembangkitan, transmisi dan distribusi yang dioperasikan secara serentak dalam rangka penyediaan tenaga listrik.

Komponen dasar yang membentuk sistem tenaga listrik adalah generator, transformator, saluran transmisi dan beban. Dalam menganalisis sistem tenaga diperlukan diagram yang dapat mewakili setiap komponen sistem tenaga listrik [3]. Diagram yang selalu digunakan adalah diagram satu garis dan diagram impedansi atau diagram reaktansi Gambar 2.1 adalah diagram satu garis sistem tenaga listrik.

G

Pembangkit Transformator Step-up

Transformator Step-down

Penghantar Sistem

Distribusi

Gambar 2.1 Diagram satu garis sistem tenaga listrik

Stabilitas tegangan adalah kemampuan dari suatu sistem tenaga listrik untuk mempertahankan besar tegangan yang memadai sehingga ketika sistem beban nominal meningkat, daya aktual yang ditransfer ke beban akan meningkat.

7

2.1.1 Stabilitas tegangan

Stabilitas tegangan mengacu pada kemampuan sistem daya untuk menjaga tegangan di semua bus. Hal ini tergantung pada kemampuan untuk mempertahankan/mengembalikan keseimbangan antara permintaan beban-beban pasokan dari sistem daya, ketidak stabilan mungkin terjadi dalam hasil sebuah progresif menurun atau kebangkitan tegangan beberapa bus, dari hasil ketidak stabilan tegangan hilangnya beban di area atau tersandung jaringan transmisi dan elemen lain [5].

2.1.2 Kurva P-V

Kurva P-V sangat berguna untuk analisis konseptual stabilitas dan tegangan untuk sistem, di mana P adalah beban total dan V adalah tegangan kritis atau perwakilan bus. P juga bisa transfer daya antara transmisi atau interkoneksi. tegangan pada beberapa bus dapat diplot.

Untuk analisis konseptual kurva P-V nyaman pada saat karakteristik beban sebagai fungsi dari tegangan [6]. Gambar 2.2 [5] menunjukkan titik lokus dari tegangan menurun yang mengungkapkan sebagai titik kritis.

Gambar 2.2 Kurva P-V pada bus beban

Titik hubungan ini mengungkapkan kinerja beban memberikan tunak, untuk rangkaian stabilitas strain line linier, sedangkan puncak kritis titik menyatakan kondisi operasi stabil dan titik kritis mengekspresikan ketidakstabilan kondisi operasi. 2.1.3 Kurva Q-V

Analisis stabilitas tegangan melalui kurva Q-V ini adalah untuk melihat kondisi total banyak muatan (MVAR bagaimana) sistem strain menuju titik kritis dan menurun. Berarti sistem kinerja dalam penyaluran daya reaktif telah melampaui kinerja sistem itu sendiri. Gambar 2.3 [5] menunjukkan titik lokus dari tegangan menurun yang mengungkapkan sebagai titik kritis

Gambar 2.3 Kurva Q-V pada bus beban

Titik hubungan ini mengungkapkan kinerja beban memberikan steady-state untuk rangkaian stabilitas strain line linier, sedangkan atas titik kritis mengungkapkan kondisi usaha yang stabil dan di bawah titik kritis mengungkapkan kondisi operasi tidak stabil.

2.2 Aliran Daya

Aliran daya di saluran listrik dapat dihitung apabila tegangan di masing-masing bus saluran telah diketahui. Jadi masalah utama perhitungan aliran daya adalah menghitung tegangan di masing-masing bus bila sumber arus injeksi di masing-masing bus diketahui [2]. Namun dalam saluran tenaga listrik khususnya dalam perhitungan aliran daya biasanya bukan injeksi arus yang diketahui melainkan injeksi daya. Masalahnya hanya dapat diselesaikan secara iterasi yakni secara bertahap mencari tegangan bus yang sesuai agar bersama dengan injeksi arus yang ditimbulkan tegangan yang sedemikian itu menghasilkan daya yang sama dengan daya yang diketahui.

2.3 Klasifikasi Bus

Dalam sistem tenaga setiap bus terdapat empat besaran yaitu dihubungkan dengan daya aktif (P), daya reaktif (Q) besaran bus, magnitude tegangan (IVI) dan

sudut fasa δ. Dalam solusi aliran daya dua dari empat jumlah yang ditentukan dan dua

sisanya akan dihitung melalui solusi persamaan [9]. Bus digolongkan dalam tiga jenis sebagai berikut :

1. Bus-PQ atau lazim disebut bus beban, komponen daya aktif P maupun daya reaktif Q dua-duanya diketahui. Hal ini diinginkan untuk mengetahui

besarnya tegangan (IVI) dan sudut fasa δ melalui solusi aliran

daya.Tegangan pada bus dapat diizinkan untuk berbeda dalam nilai yang

ditentukan misalnya +5% dan -10% dari tegangan nominal 150 KV ia juga dikenal sebagian bus beban.

2. Bus – PV atau lazim disebut bus pembangkit. Di sini daya aktif PG dan besar tegangan (IVI) yang diketahui sesuai dengan peringkat yang ditetapkan. Hal ini diperlukan untuk mengetahui pembangkitan QG

3. Bus penadah (slack bus) atau bus berayun (swing bus). Di sini kedua besaran

tegangan (IVI) dan sudut beban δ diketahui, ini akan mengurus daya

tambahan yang dibutuhkan dan kerugian transmisi. Hal ini diperlukan untuk mengetahui daya nyata dan daya reaktif (P

daya reaktif dan sudut

fasa θ bus, ia juga dikenal sebagai bus generator atau bus yang dikontrol.

G dan QG

Di sini slack bus atau swing bus dan sejak P dan Q tidak diketahui (IVI) dan ) di bus.

harus ditentukan. Biasanya sudut δ = 00

Solusi aliran daya dapat dicapai oleh setiap metode iteratif, melihat metode Newton-Raphson diterapkan dalam masalah aliran daya seperti diuraikan di atas, dua variabel yang diterapkan pada setiap bus dan variabel sisanya diperoleh melalui solusi aliran daya [8].

digunakan di bus dan semua sudut bus

lainnya disajikan [7].

Variabel tambahan yang akan ditentukan solusi pengaturan arus beban, mengatur transformator, kapasitansi, resistansi dan lain-lain. Jika variabel-variabel tertentu yang diizinkan untuk bervariasi di kawasan dibatasi oleh pertimbangan praktis (batas atas dan batas bawah, daya nyata, daya reaktif, bus batas tegangan dan

berbagai pengaturan tap-transformator). Hasil dalam solusi aliran daya masing-masing terkait dengan nilai dari variabel yang ditetapkan [10].

Tabel 2.1 Klasifikasi bus pada sistem tenaga

Tipe Bus Besaran yang diketahui Besaran yang tidak diketahui

Slack I V I = 1,0; θ = 0 P, Q

Gene rator (PV bus) P, I V I Q, θ

Load (PQ bus) P, Q I V I , θ

2.4 Persamaan Aliran Daya

Persamaan aliran daya secara sederhana, untuk sistem yang memiliki 2 bus. Pada setiap bus memiliki sebuah generator dan beban [1,8,11], walaupun pada kenyataannya tidak semua bus memiliki generator. Penghantar menghubungkan antara bus 1 dengan bus 2. Pada setiap bus memiliki 6 besaran elektris yang terdiri dari: PD, PG, QD, QG

G1

Bus 1

Load 1

Bus 2

Load 2 G2

Line

, V, dan δ [1]. Gambar 2.4 [1] dapat dihasilkan persamaan aliran

daya dengan menggunakan diagram impedansi.

Gambar 2.4 Diagram satu garis sistem 2 bus

Saluran

Gambar 2.5 [1] merupakan diagram impedansi di mana generator sinkron direpresentasikan sebagai sumber yang memiliki reaktansi dan transmisi model π (phi). Beban diasumsikan memiliki impedansi konstan dan daya konstan pada diagram impedansi. G1 G2 B e b a 1 B e b a 2 1 ˆ E 1 G jX 1 ˆ G I 1 ˆ D I 1

ˆI ZS

p

y jB

 

2 yp

jB   2

S

R jX_S

2 ˆ E 2 G jX 2 ˆ G I 2 ˆ D I 2 ˆ I 1 ˆ

V Vˆ2

n n

Gambar 2.5 Diagram impedansi sistem 2 bus Besar daya pada bus 1 dan bus 2 adalah:

(

1 1

) (

1 1

)

1 1

1 SG SD PG PD j QG QD

S = − = − + − ...(2.1)

(

2 2

) (

2 2

)

2 2

2 SG SD PG PD j QG QD

S = − = − + −

...(2.2)

Gambar 2.6 merupakan penyederhanaan dari Gambar 2.5 menjadi daya bus (bus daya) untuk masing-masing bus.

[image:32.612.204.436.135.236.2]

ˆ

Gambar 2.6 Bus daya dengan transmisi model π untuk sistem 2 bus

Besarnya arus yang diinjeksikan pada bus 1 dan bus 2 adalah:

1 1

1 ˆ ˆ

ˆ

D

G I

I

I = − ...(2.3)

2 2

2 ˆ ˆ

ˆ

D

G I

I

I = − ...(2.4)

Semua besaran adalah diasumsikan dalam sistem per-unit, sehingga:

(

)

1

* 1 1 1 1 1 * 1 1

1 VˆIˆ P jQ P jQ Vˆ Iˆ

S = = + ⇒ − = ...(2.5)

(

)

2

* 2 2 2 2 2 * 2 2

2 Vˆ Iˆ P jQ P jQ Vˆ Iˆ

S = = + ⇒ − = ...(2.6)

ˆ

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

Bus Power Bus

Power

Gambar 2.7 Aliran arus pada rangkaian ekuivalen

Aliran arus dapat dilihat pada Gambar 2.7 [1] di mana arus pada bus 1 adalah:

1 1

1 ˆ ˆ

ˆ _{I I}

I = ′+ ′′

(

)

S

p V V y

y V

Iˆ₁ = ˆ₁ + ˆ₁ − ˆ₂

(

)

1

( )

2

1 ˆ ˆ

ˆ _{y y V y V}

I = _p + _S + − _S

...………...2.7)

2 12 1 11

1 ˆ ˆ

ˆ _{Y V Y V}

I = + _{.………(2.8)}

Di mana.

Y11 adalah jumlah admitansi terhubung pada bus 1 = yP +yS………...(2.9)

Y12 adalah admitansi negatif antara bus 1 dengan bus 2 = −yS………...2.10)

Untuk aliran arus pada bus 2 adalah:

2 2

2 ˆ ˆ

ˆ _{I I}

I = ′ + ′′

(

)

S

p V V y

y V

Iˆ₂ = ˆ₂ + ˆ₂ − ˆ₁

( )

1

(

)

2

2 ˆ ˆ

ˆ _{y V y y V}

I = − _S + _p + _S ...(2.11)

2 22 1 21

1 ˆ ˆ

ˆ _{Y V Y V}

I = + ………...2.12)

Di mana.

Y22 adalah jumlah admitansi terhubung pada bus 2 = yP +yS………...2.13)

Y21 adalah admitansi negatif antara bus 2 dengan bus 1 = −yS =Y12………...(2.14)

[image:34.612.195.453.569.673.2]

Dari Persamaan (2.8) dan (2.12) dapat dihasilkan Persamaan dalam bentuk matrik, yaitu:           =     2 1 22 21 12 11 2 1 ˆ ˆ V V Y Y Y Y I I ...(2.15)

Notasi matrik dari Persamaan (2.15) adalah:

bus bus

bus Y V

I = ...(2.16)

Persamaan (2.5) hingga (2.16) yang diberikan untuk sistem 2 bus dapat dijadikan sebagai dasar untuk penyelesaian persamaan aliran daya sistem n-bus.

Gambar 2.8.a [1] menunjukkan sistem dengan jumlah n-bus di mana bus 1 terhubung dengan bus lainnya. Gambar 2.8.b [1] menunjukkan model transmisi untuk sistem n-bus. Bus 1

ˆ

Bus 2 Bus 3 Bus n

Gambar 2.8.a Sistem n-bus

Bus 1

ˆ

Bus 2 atau

Bus 3 atau

Bus n atau

V₁ V₂

V₃

V₄

Gambar 2.8.b Model transmisi π untuk sistem n – bus Persamaan yang dihasilkan dari Gambar 2.8.b adalah:

( ) ( )

S S

( )

n Sn

n P P

P V y V y V V y V V y V V y

y V

Iˆ₁ = ˆ_{1 12}+ ˆ_{1 13}+...+ ˆ_{1 1} + ˆ₁− ˆ_{2 12}+ ˆ₁− ˆ_{3 13}+...+ ˆ₁− ˆ ₁

(

yP yP yPn yS yS ySn

)

Vn yS V yS V ySnVn

Iˆ₁= ₁₂+ ₁₃+...+ ₁ + ₁₂+ ₁₃+...+ ₁ ˆ − ₁₂ˆ₂− ₁₃ˆ₃+...− ₁ ˆ ...(2.17)

n nV Y V

Y V Y V Y

Iˆ₁ = ₁₁ˆ₁ + ₁₂ˆ₂ + ₁₃ˆ₃ +...+ ₁ ˆ ...(2.18)

Di mana:

n S S

S n P P

P y y y y y

y

Y11= 12 + 13 +...+ 1 + 12 + 13 +...+ 1 ...(2.19)

= jumlah semua admitansi yang dihubungkan dengan bus 1

n S n S

S Y y Y y

y

Y₁₂ =− ₁₂; ₁₃ =− ₁₃; ₁ =− ₁ ...(2.20)

Persamaan (2.21) dapat disubtitusikan ke Persamaan (2.5) menjadi Persamaan (2.22), yaitu:

∑

₌ = n j j ijV Y I 1 1 ˆ ˆ _...(2.21)

∑

₌ = = − n j j jV Y V I V jQ P 1 1 * 1 1 * 1 1

1 ˆ ˆ ˆ ...(2.22)

∑

₌ = − n j j ij i i

i jQ V YV

P

1

* _ˆ

ˆ _{i=1,2,...,n...(2.23)}

Persamaan (2.23) merupakan representasi persamaan aliran daya yang non linear. Untuk sistem n-bus, seperti Persamaan (2.15) dapat dihasilkan Persamaan (2.24) yaitu:                           =               n nn n n n n n V V V Y Y Y Y Y Y Y Y Y I I I ˆ : ˆ ˆ ... : ... : : ... ... ˆ : ˆ ˆ 2 1 2 1 2 22 21 1 12 11 2 1 ...(2.24)

Notasi matrik dari Persamaan (2.24) adalah.

bus bus

bus Y V

I = ...(2.25)

Di mana: =

            = nn n n n n bus Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y ... : ... : : ... ... 2 1 2 22 21 1 12 11

matrik bus admitansi...2.26)

2.5 Metode Aliran Daya

Pada sistem multi-bus, penyelesaian aliran daya dengan metode persamaan aliran daya. Metode yang digunakan pada umumnya dalam penyelesaian aliran daya, yaitu metode: Gauss-Seidel, Fast Decoupled dan Newton-Raphson, pada tesis ini akan dibahas dengan menggunakan metode Newton-Raphson [11,17].

2.5.1 Metode Newton-Raphson

Dalam metode Newton-Raphson secara luas digunakan untuk permasalahan Persamaan non-linear. Penyelesaian Persamaan ini menggunakan permasalahan yang linear dengan solusi pendekatan. Metode ini dapat diaplikasikan untuk satu Persamaan atau beberapa Persamaan dengan beberapa variabel yang tidak diketahui [13,16].

Untuk Persamaan non-linear yang diasumsikan memiliki sebuah variabel seperti Persamaan (2.27).

) (x

f

y = ...(2.27)

Persamaan (2.27) dapat diselesaikan dengan membuat Persamaan menjadi 0

) (x =

f ...(2.28)

Menggunakan deret Taylor Persamaan (2.28) dapat dijabarkan menjadi Persamaan (2.29).

( )

( )( )

( )( )

... ! 2 1 ! 1 1 )

( 2 0 2

0 2

0 0

0 + − + − +

= x x

dx x df x x dx x df x f x f

( )( )

0 !

1

0

0 − =

+ n n n x x dx x df n ...(2.29)

Turunan pertama dari Persamaan (2.29) diabaikan, pendekatan linear menghasilkan Persamaan (2.30).

( )

( )( )

0 )

( 0

0

0 + − =

= x x

dx x df x f x f ...(2.30) Dari.

( )

( )

x dx df x f x x 0 0 0

1= − ...(2.31)

Bagaimana pun, untuk mengatasi kesalahan notasi, maka Persamaan (2.31) dapat diulang seperti Persamaan (2.32).

( )

( )

x dx df

x f x

x ₍₀₎

) 0 ( ) 0 ( ) 1 ( − = ...(2.32) Di mana. x(0) x

= Pendekatan perkiraan (1)

Oleh karena itu, rumus dapat dikembangkan sampai iterasi terakhir (k+1), menjadi Persamaan (2.33).

= Pendekatan pertama

( )

( )

x dx df x f x x _k k k k ) ( ) ( ) ( ) 1 ( + = − ...(2.33)

( )

( )

( ) ) ( ) ( ) 1 ( ' k k k k x f x f x

x + = − ...(2.34)

Jadi,

( )

( )

( ) ) (

' k

k

x f

x f x=−

∆ ...(2.35)

) ( ) 1

(k k

x x

x= −

∆ + _...(2.36)

[image:39.612.215.464.273.414.2]

Metode Newton-Raphson secara grafik dapat dilihat pada Gambar 2.9 [13] ilustrasi Metode Newton-Raphson

Gambar 2.9 Ilustrasi metode Newton-Raphson

Pada Gambar 2.9 dapat dilihat kurva garis melengkung diasumsikan grafik

Persamaany =F(x). Nilai x pada garis x merupakan nilai perkiraan awal kemudian ₀

dilakukan dengan nilai perkiraan kedua hingga perkiraan ketiga.

2.6 Metode Newton-Raphson dengan Koordinat Polar

Besaran-besaran listrik yang digunakan untuk koordinat polar, pada umumnya seperti Persamaan (2.37).

i i

i V

V = ∠δ ; V_j = V_j ∠δ_j ; dan Y_ij = Y_ij ∠θ_ij...(2.37)

Persamaan arus (2.21) pada Persamaan sebelumnya dapat diubah kedalam Persamaan polar (2.38).

∑

₌ = n j j ij

i Y V

I 1 j ij n j j ij

i Y V

I =

∑

∠θ +δ

=1

...(2.38)

Persamaan (2.38) dapat disubstitusikan kedalam Persamaan daya (2.39) pada Persamaan sebelumnya menjadi Persamaan (2.39).

i i i

i jQ V I

P − = *

i i

i V

V* = ∠−δ V_i*= conjugate dari V _i

j ij n j j ij i i i

i jQ V Y V

P − = ∠−δ

∑

∠θ +δ

=1 j i ij n j j ij i i

i jQ V Y V

P − =

∑

∠θ −δ +δ

=1 ...(2.39) Di mana: ( )

(

)

(

)

j i ij j i ij j j Cos

e θij−δi+δj ≅ θ −δ +δ + θ −δ +δ

sin ...(2.40)

Persamaan (2.39) dan (2.40) dapat diketahui Persamaan daya aktif (2.41) dan Persamaan daya reaktif (2.42).

(

( ) ( )

)

1 ) ( ) ( ) (

cos _{ij i}k _jk

n j k j ij k i k

i V Y V

P =

∑

θ −δ +δ

= ...(2.41)

(

( ) ( )

)

1 ) ( ) ( ) (

sin _{ij i}k _jk

n j k j ij k i k

i V Y V

Q =−

∑

θ −δ +δ

=

...(2.42)

Persamaan (2.41) dan (2.42) merupakan langkah awal perhitungan aliran daya menggunakan metode Newton-Raphson. Penyelesaian aliran daya menggunakan proses iterasi (k+1). Untuk iterasi pertama (1) nilai k = 0, merupakan nilai perkiraan awal (initial estimate) yang ditetapkan sebelum dimulai perhitungan aliran daya [14,15].

Hasil perhitungan aliran daya menggunakan Persamaan (2.41) dan (2.42) dengan nilai

) (k

i

P dan (k)

i

Q . Hasil nilai ini digunakan untuk menghitung nilai (k)

i P

∆ dan (k)

i Q

∆ .

Menghitung nilai (k)

i P

∆ dan (k)

i Q

∆ menggunakan Persamaan (2.43) dan (2.44).

( ) ( )k calc i spec i k

i p P

P = _, − _,

∆ ...(2.43)

( ) ( )k calc i spec i k

i Q Q

Q = _, − _,

∆ ...(2.44)

Hasil perhitungan (k)

i P

∆ dan (k)

i Q

∆ digunakan untuk matrik Jacobian pada

Persamaan (2.45).

                    ∆ ∆ ∆ ∆                             ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ =                     ∆ ∆ ∆ ∆ ) ( ) ( ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( ) ( 2 ) ( ) ( 2 2 ) ( 2 ) ( 2 2 ) ( 2 ) ( 2 ) ( ) ( 2 ) ( ) ( 2 2 ) ( 2 ) ( 2 2 ) ( 2 ) ( ) ( 2 ) ( ) ( 2 : : ... ... : : : : : : ... ... ... ... : : : : : : ... ... : : k n k n k k n k n k n n k n k n n k k n k k n k n k n n k n k n n k k n k k k n k k n k V V V Q V Q Q Q V Q V Q Q Q V P V P P P V P V P P P Q Q P P δ δ δ δ δ δ δ δ δ δ .(2.45)

Persamaan (2.45) [8] dapat dilihat bahwa perubahan daya berhubungan dengan perubahan besar tegangan dan sudut fasa.

Secara umum Persamaan (2.45) dapat disederhanakan menjadi Persamaan (2.46).

      ∆ ∆       =       ∆∆ ( ) ) ( 4 3 2 1 ) ( ) ( k k k k V J J J J Q P δ ...(2.46)

Besaran elemen matriks Jacobian Persamaan (2.46) adalah.

a) J

(

)

∑

_≠ − +

=

∂∂ j i

k j k i ij ij k j k i k i i Y V V

P ( ) ( ) ( ) ( ) )

(

sinθ δ δ δ 1 ...(2.47)

(

( ) ( )

)

) ( ) ( ) (

sin _{ij i}k _jk

ij k j k i k j i Y V V P δ δ θ δ =− − +

∂∂ j ≠i...(2.48)

b) J

(

( ) ( )

)

) ( ) ( ) ( cos cos

2 _{ij i}k _jk

i j ij k j ii ii k i k i

i _{V Y V Y}

V P δ δ θ θ + − + = ∂∂

∑

≠ 2 ....(2.49)

(

( ) ( )

)

) ( ) (

cos jk

k i ij ij k i k j i Y V V P δ δ θ − + = ∂

∂ _{j≠i...(2.50)}

c) J

(

)

∑

_≠ − + = ∂ ∂ i j k j k i ij ij k j k i k i i Y V V

Q ( ) ( ) ( ) ( ) )

(

cosθ δ δ δ 3 ...(2.51)

(

( ) ( )

)

) ( ) ( ) (

cos _{ij i}k _jk

ij k j k i k j

i _{V V Y}

Q δ δ θ δ =− − + ∂ ∂ i

j ≠ ...(2.52)

d) J

(

)

∑

_≠ − + − − =

∂∂ j i

k j k i ij ij k j ii ii k i k i

i _{V Y V Y}

V

Q ( ) _{( ) ( ) ( ) ( )}

sin sin

2 θ θ δ δ

4 ...(2.53)

(

( ) ( )

)

) ( ) (

sin jk

k i ij ij k i k j i Y V V Q δ δ θ − + − = ∂ ∂

j≠i...(2.54)

Setelah nilai matrik Jacobian dimasukkan kedalam Persamaan (2.46) maka nilai

) (k

i

δ

∆ dan ∆V (k_i ) dapat dicari dengan menginversikan matrik Jacobian seperti

Persamaan (2.55).       ∆∆       =       ∆ ∆ − ) ( ) ( 1 4 3 2 1 ) ( ) ( k k k k Q P J J J J V δ ...(2.55)

Setelah nilai ∆δ_i(k) dan ∆V (k_i ) diketahui nilainya maka nilai ∆δ_i(k+1) dan ∆V _i(k+1)

dapat dicari dengan menggunakan nilai (k)

i

δ

∆ dan (k)

i V

∆ ke dalam Persamaan (2.56)

dan (2.57).

( ) ( ) ( )k i k i k

i δ δ

δ +1 = +∆

...(2.56)

( ) ( ) ( )k i k

i k

i V V

V +1 = +∆ ...(2.57)

Nilai δ_i(k+1) dan V (_ik+1) hasil perhitungan dari Persamaan (2.56) dan (2.57) merupakan

perhitungan pada iterasi pertama. Nilai ini digunakan kembali untuk perhitungan iterasi ke-2 dengan cara memasukan nilai ini ke dalam Persamaan (2.41) dan (2.42) sebagai langkah awal perhitungan aliran daya, dengan diperolehnya hasil output aliran beban dari sistem dengan metode Newton-Raphson adalah merupakan output yang digunakan dalam analisis penempatan stabilitas tegangan menggunakan statcom [16].

Perhitungan aliran daya pada iterasi ke-2 mempunyai nilai k = 1. Iterasi perhitungan aliran daya dapat dilakukan sampai iterasi ke-n. Perhitungan selesai

apabila nilai ∆Pi(k) dan

) (k

i Q

∆ mencapai nilai 2,5.10-4

Perhitungan aliran daya menggunakan metode Newton-Raphson .

1. Membentuk matrik admitansi Yrel 2. Menentukan nilai awal V

sistem. (0)

, δ(0), Pspec, Qspec.

3. Menghitung daya aktif dan daya reaktif berdasarkan Persamaan (2.41) dan (2.42).

4. Menghitung nilai ∆Pi(k) dan

) (k

i Q

∆ berdasarkan Persamaan (2.43) dan

(2.44).

5. Membuat matrik Jacobian berdasarkan Persamaan (2.46) sampai Persamaan (2.54).

6. Menghitung nilai δ(k+1)

dan (k+1)

V berdasarkan Persamaan (2.56) dan

(2.57).

7. Hasil nilai δ(k+1) dan V(k+1) dimasukkan kedalam Persamaan (2.41) dan

(2.42) untuk mencari nilai ∆P dan ∆Q. Perhitungan akan konvergensi jika

nilai ∆P dan ∆Q≤ 10-4

8. Jika sudah konvergensi maka perhitungan selesai, jika belum konvergensi maka perhitungan dilanjutkan untuk iterasi berikutnya.

.

2.7 Static Compensator (STATCOM)

Merupakan perangkat yang terhubung dalam derivasi, terdiri dari sebuah transformator kopling yang melayani mata rantai antara sistem tenaga listrik dan tegangan kontrol sinkron yang menghasilkan gelombang tegangan membandingkannya dengan salah satu sistem listrik untuk mewujudkan pertukaran daya reaktif. Sistem kontrol Statcom menyesuaikan pada setiap saat tegangan terbalik

sehingga arus injeksi pada jaringan di dalam kuadrat dengan tegangan saluran dalam kondisi P = 0 dan Q = 0 [20,21,22].

Statcom adalah konverter perangkat tegangan berbasis sumber, yang mengubah tegangan input DC menjadi tegangan output AC untuk mengkompensasi kebutuhan aktif dan reaktif dari sistem.

Statcom memiliki karakteristik yang lebih baik, ketika tegangan sistem cukup untuk memperoses output statcom, output daya reaktif maksimum yang tidak akan terpengaruh oleh besarnya tegangan. Oleh karena itu, menunjukkan karakteristik arus konstan ketika tegangan rendah.

[image:46.612.201.437.420.534.2]

Diagram skema dan karakteristik statcom ditunjukkan pada Gambar 2.10 [18] dan Gambar 2.11[19].

Gambar 2.10 Struktur dari Statcom

V

V

[image:47.612.167.472.118.274.2]

Gambar 2.11 Typical karakteristik V-I Statcom

[image:47.612.182.459.499.584.2]

Jadi, ketika beroperasi pada batas tegangannya, jumlah kompensasi daya reaktif yang lebih diberikan dari statcom. Hal ini karena pada batas tegangan rendah daya reaktif yang jatuh menitikberatkan turun sebagai kuadrat dari tegangan, di mana MVAR = f (BV2), tapi yang jatuh menitikberatkan dari linier dengan statcom di mana MVAR = f (V-I). Hal ini membuat kemampuan kontrol daya reaktif dari Statcom pada saat sistem bermasalah.

Gambar 2.12 Satu fasa rangkaian dari Statcom

Gambar 2.12 [18] di mana VVR mewakili tegangan di terminal statcom dan VK adalah tegangan dalam daya sistem bus. Dasar-dasar operasi statcom adalah bahwa

V

V V

amplitudo dan sudut fasa drop tegangan, Gambar di atas dapat dikendalikan,

menentukan jumlah dan arah aliran daya aktif dan reaktif melalui reaktansi jika kita mengambil sebagai acuan untuk menyederhanakan formulasi, persamaan

tegangan dan daya yang digunakan untuk rangkaian.

2.8 Prinsip Kerja Statcom

Statcom menghasilkan tegangan 3 phasa seimbang dan fasa yang besarnya dapat disesuaikan dengan cepat dengan menggunakan saklar semikonduktor. Statcom terdiri dari sumber tegangan inverter dengan kapasitor DC, transformator kopling, sinyal pembangkit dan rangkaian kontrol.

Sumber tegangan inverter untuk transmisi statcom beroperasi dalam mode multi – jembatan Gambar 2.13 [27] menunjukkan rangkaian ekivalen fasa-tunggal di mana statcom dikontrol dengan mengubah sudut fasa antara tegangan keluaran inverter dan tegangan bus pada titik sambungan titik yang sama. Inverter tegangan Vi diasumsikan dalam fasa dengan tegangan terminal Vt AC.

Gambar 2.13 Statcom

Statcom pasokan daya reaktif ke sistem AC jika besar Vi lebih besar dari pada Vt, menarik daya reaktif dari sistem AC jika besarnya Vt lebih besar dari Vi

Daya aktif dapat ditukar antara statcom dan EPS (Electric Power System) pertukaran antara inverter dan sistem AC dapat dikontrol menyesuaikan sudut tegangan output dari inverter ke sudut tegangan dari sistem AC, ini berarti bahwa inverter tidak dapat memberikan daya aktif ke sistem AC, DC membentuk akumulasi energi jika tegangan keluaran inverter mendahului tegangan dari sistem AC. Di sisi lain, inverter dapat menyerap daya aktif dari sistem AC jika tegangan yang tertunda sehubungan dengan sistem tegangan AC.

.

Menggunakan persamaan klasik yang menggambarkan aliran daya aktif dan reaktif sejalan dalam hal Vi dan Vs, impedansi trafo (yang dapat diasumsikan sebagai ideal) dan perbedaan sudut antara kedua bus, kita dapat menentukan P dan Q. Sudut antara Vs dan Vi dalam sistem ini d. Ketika statcom beroperasi dengan d = 0 kita dapat melihat bagaimana daya aktif mengirim ke perangkat sistem menjadi nol sedangkan daya reaktif terutama akan tergantung pada modul tegangan. Kondisi operasi ini berarti bahwa arus yang melewati trafo harus memiliki perbedaan +/- 900 phasa ke Vs. Dari Gambar 2.14 Prinsip operasi dari statcom, jika lebih besar dari Vi, Vs, reaktif akan dikirim ke statcom sistem (operasi kapasitif) yang berasal dari aliran arus. Dalam kasus sebaliknya, reaktif akan diserap dari sistem melalui statcom (operasi induktif) dan arus akan mengalir dalam arah yang berlawanan. Akhirnya jika modul Vs dan Vi adalah sama, tidak akan ada atau aliran arus atau reaktif dalam sistem [28,29].

Dengan demikian kita dapat mengatakan bahwa dalam keadaan vertikal tetap Q hanya tergantung pada perbedaan antara mode Vs dan tegangan Vi. Jumlah daya reaktif sebanding dengan perbedaan tegangan antara Vs dan Vi. Pertukaran daya aktif antara statcom dan Electric Power System (EPS). pertukaran antara inverter dan sistem AC dapat dikontrol menyesuaikan sudut tegangan output dari inverter ke sudut tegangan dari sistem AC. Ini berarti bahwa inverter tidak dapat menyediakan daya aktif ke sistem AC. DC membentuk akumulasi energi jika tegangan keluaran inverter berjalan sebelum tegangan dari sistem AC.

Mode Gelombang Fasor Deskripsi

Mode beban tidak ada

jika Vi = VS ,Iis=0

Mode operasi kapasitif

Jika Vi > Vs, Iis tampaknya termuka saat ini karena besarnya dengan arus dapat dikontrol terus menerus oleh Vi

Mode operasi

, fungsinya statcom akan sebagai reactansi kapasitip kapasitor yang terus terkendali

induktif

Jika Vi < Vs, Iis tampaknya tertinggal saat dalam mode ini, fungsinya statcom akan sebagai reaktor yang reaktansi induktif terus terkendali

Gambar 2.14 Prinsip operasi dari statcom

Vi

Vi

Vi

Vi

(b)Vi>Vs

(a)Vi =Vs

Iis

Iis

(c)Vi<Vs

Vi

Vi jx.Iis

jx.Iis

Iis=leading

Iis=lagging

2.9 Matlab -Simulink

Matlab merupakan salah satu paket program (software) komputer yang berhubungan erat dengan matrices, numerics, visualization, grafhics, dan lain-lain. Di samping itu di dalam Matlab ini juga terdapat beberapa fasilitas yang lainnya seperti: toolboxes dengan commuication, wavalet, fuzzy logic, statistics, signal

processing, control system, simulink, blocksets dengan power system blockset, DSP

blockset, nonlinear control design dan stateflow. [30,31,33].

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

Diagram alir penelitian yang digunakan, dapat dilihat pada Gambar 3.1, buat diagram satu garis sistem Sumbagut-Nanggro Aceh Darussalam, masukkan data-data dari pembangkit, transformator, transmisi dan beban yang diperlukan, gunakan metode Newton-Raphson dengan menjalankan program ETAP 4.0 untuk keluaran aliran daya dapat diketahui setelah program dapat dijalankan, untuk melihat keluaran aliran daya dari hasil simulasi di semua bus menurut standar SPLN dimana batas tegangan di bus adalah V= +5% sampai dengan V= -10% dari tegangan nominal, jika ya hasil dapat di tuliskan menurut standar SPLN dan jikalau tidak tentukan lagi bus bermasalah yang tidak memenuhi standar menurut SPLN, dan injeksikan di bus yang bermasalah dengan menggunakan program Matlab melalui statcom, tes lagi tegangan bus yang bermasalah, jikalau tidak di tambahkan nilai MVAR, jikalau ya yang sudah di tes, menurut standar SPLN tegangan V= +5% sampai dengan -10% dari tegangan nominal, di bus tidak bermasalah lagi, kembali gunakan metode Newton-Raphson menggunakan ETAP 4.0 untuk aliran daya sehingga tuliskan lagi hasil simulasi kedalam tabel maka program simulasi sudah dapat dihentikan dan selesai.

34

Ya

Tidak

Tidak Ya

[image:53.612.116.464.122.629.2]

Gambar 3.1 Diagram Alir penelitian

Mulai

Gunakan Metode Newton-Raphson Menggunakan ETAP 4.0

Untuk aliran daya Input data, pembangkit, transformator, transmisi, beban

Tulis Hasil

Selesai

Tentukan Bus Bermasalah

Tambah Nilai MVAR

Semua Bus V+=5%

V-=10%

Tes Tegangan Bus Bermasalah

V+=5%

V-=10%

Injeksikan bus bermasalah dengan Statcom menggunakan MATLAB

Buat diagram satu garis

3.2 Sumber Data

Data yang diperoleh dari PT.PLN (Persero) UPB Sumbagut-Nanggro Aceh Darussalam dimana data yang dimaksud antara lain meliputi:

a. Data diagram satu garis sistem Sumbagut-Nanggro Aceh Darussalam b. Data pembangkitan (KV, MW, MVAR)

c. Data transformator (KV, MVA)

d. Data saluran transmisi 150 KV (panjang R, X, Y) e. Data bus (KV, %)

f. Data beban sistem Sumbagut-Nanggro Aceh Darussalam.

Untuk menganalisa aliran daya pada sistem pembangkitan Sumbagut – Nanggro Aceh Darussalam yang akan digunakan dalam penelitian ini, maka dapat menggunakan data Gambar dan dapat dilihat pada Gambar diagram satu garis sistem pembangkitan Sumbagut – Nanggro Aceh Darussalam seperti terlihat pada (Lampiran 1).

Data pembangkit yang digunakan untuk menganalisa aliran daya pada sistem pembangkitan Sumbagut-Nanggro Aceh Darussalam dapat dilihat pada Tabel 3.1 (Lampiran 2).

Data penghantar saluran transmissi sistem Sumbagut- Nanggro Aceh Darussalam dapat dilihat pada Tabel 3.2 (Lampiran 3).

Data beban malam dan data beban pagi sistem Sumbagut-Nanggro Aceh Darussalam dapat dilihat pada Tabel 3.3 (Lampiran 4).

3.3 Instrumen Penelitian

Instrumen atau alat bantu yang digunakan dalam menganalisa penelitian ini adalah dengan menjalankan program ETAP4.0/Matlab menggunakan Laptop merek ACSR yaitu perangkat keras dan lunak.

a. Aspire 4930.

b. Intel core 2 Duo processor T5800 (2.0 GHz.800 MHz FSB, 2MB, I.2 cache). c. 14.1’’ WXGA Acsr Crystal Brite TMLCD.

3.4 Pemodel Sebelum dipasang Statcom pada Bus Bermasalah

Gambar 3.2 memperlihatkan rangkaian model sistem transmisi sebelum dipasang statcom pada bus yang bermasalah dimana ada pembangkit transformator, transmisi, beban malam dan beban pagi, maka yang akan diperbaiki di bus yang bermasalah.

Gambar 3.2 Rangkaian Transmisi Sebelum dipasang Statcom

[image:56.612.119.516.262.484.2]

3.5 Pemodel Statcom pada Bus Bermasalah

Gambar 3.3 memperlihatkan model Matlab/Simulink yang merupakan suatu model sistem transmisi untuk memperbaiki daya reaktif menggunakan statcom. Bus yang akan diperbaiki adalah bus-bus yang mengalami penurunan tegangan, menurut SPLN tegangan V= +5% sampai dengan -10% dari tegangan nominal 150 KV dari Gambar 3.3 model Matlab simulink akan di simulasikan menggunakan statcom.

Gambar 3.3 Rangkaian model Matlab/Simulink pengoperasian Statcom Dari Gambar 3.3 terdiri dari beberapa komponen yaitu:

a. Sumber tegangan yang dapat di program, diberikan informasi tegangan, dan frekwensi.

b. Bus dari sumber tegangan.

c. Transformator penaik tegangan : Delta/Y d. Bus dari transformator.

g.

e. Three-phase PI section line. f. Bus saluran.

g. Transformator penurun tegangan Yg h. Bus beban Y.

/Delta.

i. Transformator coupling Y/Y. j. Statcom.

[image:57.612.116.523.355.634.2]

Gambar 3.4 memperlihatkan model pengatur statcom yang terdiri dari blok diagram abc transformation, blok PI, blok transformation abc, blok generator dan blok PLL (Phase Locked Loop).

Gambar 3.4 Model Pengatur Statcom Data Matlab/Simulink proses statcom di lihat (Lampiran 5).

BAB 4 HASIL ANALISA

4.1 Hasil Analisa Aliran Daya Pada Saat Sistem Beban Malam

Tinjauan aliran daya pada saat sistem kondisi normal, analisa Aliran Daya pada saat sistem beban malam adalah pada saat beban jam 19.00 seluruh pembangkit yang ada pada sistem Sumbagut beroperasi. Hasil analisa Aliran Daya (P + jQ), kondisi tegangan masih dalam batasan tegangan yaitu +5% sampai dengan -10% dari tegangan nominal 150 KV, dari tinjauan analisa Aliran Daya sistem Sumbagut-Nanggro Aceh Darussalam menggunakan simulasi program ETAP 4.0

Dari hasil analisa Aliran Daya tersebut dapat diketahui, kondisi tegangan masih dalam batasan tegangan menurut SPLN, lihat Tabel 4.1, Aliran Daya, tegangan dan Tabel 4.2 persen tegangan.

Tabel 4.1 Hasil Analisa Aliran Daya Saat Sistem Beban Malam.

NO Bus Aliran Daya

Tegangan (Volt)

Dari ke P jQ KV %

1 BLWCC SROTAN 1 138.7 177.0 150 100

SROTAN 2 138.7 177.0 BNJAI 1 72.8 48.8

BNJAI 2 72.8 48.8

BLWTU PPSAR 1 99.6 95.3 150 100

PPASR 2 99.6 95.3

LBHAN 16.1 9.8

2 LBHAN BLWTU 16.1 9.8 149.860 99.91

LHTMA 7.5 4.6

3 LHTMA LBHAN 7.5 4.6

4 PPASR BLWTU 1 99.6 95.3 148.660 99.11

Tabel 4.1 (Lanjutan)

NO Bus

Dari ke

Aliran Daya P jQ

Tegangan (Volt) KV %

BLWTU 2 99.6 95.3

SROTN 1 66.7 68.6

SROTN 2 66.7 68.6

MABAR 1 16.3 10.3

MABAR 2 19.5 11.2

PGELI 1 71.0 45.6

PGELI 2 71.0 45.6