STUDI KESTABILAN PERALIHAN DENGAN METODA KRITERIA SAMA LUAS
(Studi Kasus : PLTA Besai)
TUGAS AKHIR
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Program Strata 1 Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas
OLEH:
AHMAD SURI 06 175 080
DOSEN PEMBIMBING :
HERU DIBYO LAKSONO, MT NIP : 19770107 2005 011 002
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS
DAFTAR ISI
Halaman ABSTRAK
KATA PENGANTAR DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL
BAB I PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang ... 1
1.2.Perumusan Masalah ... 2
1.3.Tujuan Penelitian ... 3
1.4.Manfaat Penelitian ... 3
1.5.Batasan Masalah... 3
1.6.Metodologi Penelitian ... 3
1.7.Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Stabilitas Sistem Tenaga Listrik ... 5
2.2. Persamaan Ayunan ... 6
2.3. Pemodelan Mesin Sinkron Dalam Studi Kestabilan ... 10
2.4. Kriteria Sama Luas Untuk Menentukan Stabilitas Peraihan ... 12
2.4.1. Aplikasi Kriteria Sama Luas : Peningkatan Daya Masukan Peralihan ... 15
2.4.2. Aplikasi Kriteria Sama Luas : Gangguan Tiga Fasa ... 17
2.5. Penyelesaian Numerik Persamaan Nonlinear ... 22
2.5.1 Metode euler’s ... 22
2.6. Metode Newton Raphson ... 24
2.7. Aliran Daya Metode Newton Raphson ... 26
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Pengumpulan Data ... 36
3.2. Aliran Daya Metode Newton Raphson Pada Matlab ... 36
3.3. Metoda Kriteria Sama Luas : Penentuan Stabilitas Peralihan ... 37
3.3.1 Menentukan Daya Input Peralihan Maksimum ... 38
3.3.1.1. Input Data ... 38
3.3.1.2. Perhitungan parameter awal ... 38
3.3.1.3. Perhitungan Berdasarkan Kriteria Sama Luas ... 39
3.3.1.4. Contoh Perhitungan ... 41
3.3.1.5. Perhitungan Dengan Matlab ... 43
3.3.2. Menentukan Sudut Kritis Akibat Gangguan 3 Fasa ... 45
3.3.2.1. Input Data ... 45
3.3.2.2. Perhitungan Parameter Awal ... 45
3.3.2.3. Perhitungan Berdasarkan Kriteria Sama Luas ... 46
3.3.2.4. Contoh Perhitungan ... 48
3.3.2.5. Perhitungan Dengan Matlab ... 54
BAB IV HASIL DAN ANALISA 4.1. Perhitungan dan Analisa Kestabilan Peralihan PLTA Besai ... 57
4.1.1. Model Sistem ... 57
4.1.2. Perhitungan Reaktansi Sistem ... 58
4.1.3. Perhitungan Arus dan Tegangan Generator ... 59
4.1.4. Pengujian dan Analisa Metoda ... 59
4.1.4.1. Input Daya Mekanis Peralihan Maksimum ... 59
4.1.4.2. Gangguan Pada Bus Besai ... 61
4.1.4.3. Gangguan Pada Salah Satu Saluran Tanpa Pemutusan Saluran Setelah Gangguan ... 62
4.1.4.4. Gangguan Ditengah Salah Satu Saluran, Pemutusan gangguan Diikuti Pemutusan Saluran ... 64
4.1.5. Solusi Numerik Persamaan Ayunan ... 65
4.1.5.2. Gangguan Pada Salah Satu Saluran Tanpa Pemutusan Saluran Setelah Gangguan ... 67 4.1.5.3. Gangguan Ditengah Salah Satu Saluran, Pemutusan
gangguan Diikuti Pemutusan Saluran ... 70 4.2. Pengamanan Generator Terhadap Sinkronisasi ... 73 4.3. Standard Waktu Pemutusan Gangguan PLN ... 73
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan ... 74 5.2. Saran ... 74
ABSTRAK
Suatu sistem tenaga listrik dapat dinyatakan bekerja dengan baik jika sistem tersebut mampu melayani beban secara kontinu pada tegangan dan frekuensi konstan. Agar dapat bekerja dengan baik, maka sistem tenaga listrik harus memiliki kemampuan untuk menjaga kestabilannya. Gangguan peralihan yang tidak diatasi secara tepat akan mengganggu kestabilan dan dapat menyebabkan sistem kehilangan sinkronisasi. Untuk mengatasi gangguan peralihan secara tepat, diperlukan studi kestabilan peralihan dalam menjaga kestabilan sistem. Penelitian ini berusaha menganalisa kestabilan generator pembangkit dengan metode kriteria sama luas. Metoda ini merupakan metode berdasarkan pada keseimbangan energi dengan pendekatan representasi grafik. Gangguan peralihan yang dipilih adalah gangguan tiga fasa seimbang. Kestabilan sistem yang dianalisa dalam penelitian ini adalah perubahan daya mekanis peralihan maksimum dan sudut daya kritis gangguan tiga fasa. Studi kasus yang digunakan adalah PLTA Besai yang terhubung ke bus Bukitkemuning. Perhitungan dan simulasi penelitian menggunakan bantuan program Matlab 7.0.1 dan toolbox Hadi Saadat. Dari hasil perhitungan dan simulasi program, diperoleh penambahan daya mekanis peralihan maksimum kestabilan sebesar 2.922 pu, sudut kritis pemutusan gangguan terkecil adalah 118.279o, waktu pemutusan gangguan kritis kestabilan tercepat adalah 0.36 detik.
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan listrik di masyarakat semakin meningkat seiring dengan meningkatnya pemanfaatan tenaga listrik pada peralatan-peralatan rumah tangga, kantor dan sebagainya, sehingga pasokan listrik harus ditambah yakni dengan pembangunan pembangkit listrik baru. Selain tersedianya pembangkitan yang cukup, hal lain yang juga harus ditentukan adalah apakah kondisi peralihan jika terjadi gangguan pada pembangkit akan mengganggu operasi normal sistem atau tidak. Hal ini akan berhubungan dengan kualitas listrik yang sampai ke konsumen
berupa kestabilan frekuensi dan tegangan.
Suatu sistem tenaga listrik dapat dinyatakan bekerja dengan baik jika sistem tersebut mampu melayani beban secara kontinu pada tegangan dan frekuensi konstan. Agar dapat bekerja dengan baik, maka sistem tenaga listrik harus memiliki kemampuan untuk menjaga kestabilannya. Kemampuan sistem tenaga listrik untuk menjaga kestabilannya dapat dinyatakan sebagai stabilitas sistem tenaga. Stabilitas sistem tenaga merupakan sifat dari suatu sistem tenaga yang memungkinkannya tetap berada pada keseimbangan pada kondisi operasi normal dan mampu untuk kembali seimbang setelah mengalami suatu gangguan. Gangguan pada sistem tenaga listrik dapat disebabkan oleh berbagai hal dengan tingkat pengaruh yang beragam pula. Diantara gangguan yang dapat terjadi diantaraya perubahan kondisi sistem yang seketika, yang biasanya terjadi akibat adanya gangguan hubung singkat pada sistem tenaga listrik dan pelepasan atau penambahan beban yang besar secara tiba-tiba dapat mengganggu kestabilan yang dimiliki sistem tenaga listrik.
Jika sistem tidak dapat menangani gangguan yang terjadi tepat pada waktunya, maka sistem dapat dinyatakan tidak stabil dan ketidakstabilan akan mempengaruhi seluruh sistem yang ada. Ketidakstabilan yang terjadi pada suatu sistem pembangkitan tenaga listrik mengakibatkan generator kehilangan
2
untuk menjaga sinkronisasi suatu sistem. Salah satu metoda analisa yang dapat digunakan untuk mengetahui karakteristik kestabilan suatu generator adalah dengan metoda kriteria sama luas (equal area criterion). Metoda kriteria sama luas merupakan suatu metoda analisa kestabilan suatu pembangkit yang menggunakan pendekatan secara grafis. Metoda ini menggunakan prinsip keseimbangan luas area yang merupakan representasi dari energi percepatan dan perlambatan putaran rotor. Meskipun metoda ini hanya dapat diaplikasikan pada suatu pembangkit, namun metoda ini secara cepat dapat menentukan nilai masukan daya maksimum peralihan, sudut kritis sinkronisasi (critical clearing angle) dan waktu kritis pemutusan (critical clearing time).
Beberapa studi stabilitas dengan prinsip kriteria sama luas telah dilakukan, diantaranya adalah Eko Prasetyo dari ITS Surabaya melakukan studi kestabilan sistem tenaga listrik Jawa-Bali dengan membandingan penggunaan metoda kriteria sama luas terhadap sistem komputasi CNN. Misbahul Ulum dari UNS Surabaya melakukan studi kestabilan peralihan dalam menentukan clearing time terhadap satu contoh model menggunakan metoda kriteria sama luas dengan bantuan Matlab. Ankit Jha, Lalthangliana Raltee, Ashwinee Kumar, dan Pinak Ranjan Pati sekelompok mahasiswa Institut Teknologi Rourkela telah melakukan studi lainnya tentang stabilitas peralihan dengan metoda kriteria sama
luas menggunakan pemodelan simulink. Sumit Paudyal, Ramakhrisna Gokaraju, Mhindar S. Shegli Cheng telah membandingkan pendeteksian kondisi lepas sinkron menggunakan kriteria sama luas terhadap metoda skema segi empat konsentris. Penelitian ini menggunakan metoda kriteria sama luas dalam analisa kestabilan suatu pembangkit terhadap sistem tenaga listrik dengan menentukan daya input maksimum dan sudut kritis operasional agar pembangkit tetap berada dalam kestabilan atau mampu menjaga sinkronisasi.
1.2 Perumusan Masalah
3 1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan nilai daya masukan maksimum generator dan sudut kritis pemutusan gangguan dalam menjaga sinkronisasi suatu pembangkit yang diinterkoneksikan ke dalam sistem tenaga listrik.
1.4 Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai pedoman dalam analisa kestabilan dan proteksi suatu pembangkit baru yang akan diinterkonesikan ke dalam sistem tenaga listrik yang sudah ada.
1.5 Batasan Masalah
Adapun batasan dalam penelitian ini adalah
a. Analisa kestabilan dilakukan menggunakan metoda kriteria sama luas yang diterapkan pada satu pembangkit.
b. Sistem yang dianalisa adalah sistem generator pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA) Besai terhadap sistem Sumatera Bagian Selatan Tengah (Sumbagselteng) yang dianggap sebagai sistem yang stabil.
c. Kondisi mula sistem untuk menentukan besar pembangkitan daya reaktif
dan tegangan bus tidak terhingga ditentukan dengan metoda Newton Raphson.
d. Gangguan yang dianalisa berupa gangguan tiga fasa simetris.
e. Perhitungan dan simulasi sistem menggunakan bantuan software Matlab 7.0.1 dengan toolbox yang telah dikembangkan oleh Hadi Saadat.
1.6 Metode Penelitian
Adapun metode penelitian dalam tugas akhir ini adalah a. Studi literatur
Studi literatur dilakukan dengan cara mempelajari literatur yang berhubungan dengan metoda yang digunakan dalam penelitian.
4
o Parameter generator berupa nilai reaktansi peralihan, konstanta
inersia, pembangkitan daya aktif dan reaktif.
o Karakteristik transformator pembangkit berupa nilai reaktansi o Karakteristik saluran transmisi berupa nilai reaktansi
o Konfigurasi rangkaian dari generator hingga bus yang dinyatakan
sebagai bus tidak terhingga.
c. Pengolahan data (evaluasi dan penyesuaian data) d. Perhitungan dan pengujian metoda.
e. Analisa data hasil pengujian
1.7 Sistematika Laporan
Adapun sistematika penulisan laporan tugas akhir ini adalah
BAB I Pendahuluan, mencakup latar belakang masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan
BAB II Tinjauan Pustaka, menjelaskan teori yang berhubungan dengan kestabilan sistem tenaga listrik, pemodelan generator, persamaan ayunan, metoda kriteria sama luas, metoda iterasi Newton Raphson, sistem satuan per-unit
BAB III Metodologi Penelitian, menjelaskan langkah-langkah yang dilakukan dalam melakukan penelitian
BAB IV Hasil dan Analisa, menjelaskan tentang hasil dan analisa dari perhitungan nilai sudut dan waktu pemutusan maksimum serta perbandingan terhadap standar yang ditetapkan.
