STABILITAS SISTEM TENAGA LISTRIK
di REGION 4 – PT. PLN (Jawa Timur dan Bali)
Arif Nur Afandi
T E K N I K E L E K T R O S E K O L A H P A S C A S A R J A N A U N I V E R S I T A S G A D J A H M A D A Y O G Y A K A R T A
Oleh:
Yogyakarta, Mei 2006 Kuliah Umum STL TE UGM
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Masalah pada sistem tenaga listrik yang sering muncul adalah masalah yang berkaitan dengan dinamika dan stabilitas sistem untuk merespon adanya gangguan yang terjadi.
Karena masalah dinamika dan stabilitas sangat berkaitan erat dengan unjuk kerja sistem yang mencerminkan kondisi setiap saat, baik kondisi normal maupun kondisi saat terjadi gangguan, serta kondisi pemulihannya.
Nagrath (1989) :
Stabilitas sistem tenaga listrik didefinisikan sebagai suatu keadaan sistem untuk kembali lagi ke keadaan normal atau stabil setelah mengalami gangguan.
PENDAHULUAN/Latar Belakang (lanjutan)
Sistem tenaga listrik di Region 4 PT. PLN mencakup :
Interkoneksi Region 4 ke Region 3 melalui saluran udara 500 kV dan 150 kV, yang tersambung ke Region 2 dan Region 1
Interkoneksi ke pulau Madura melalui saluran kabel bawah laut 150 kV.
Interkoneksi ke pulau Bali melalui saluran kabel bawah laut 150 kV.
Profil Daya Region 1
Load: 5.844 MW
Power ability: 5.126 MW Load: 2.084,81 MW Power ability: 1.143 MW
Profil Daya Region 2
Profil Daya Region 3
Load: 2.087,23 MW
Power ability: 1.471 MW
Profil Daya Region 4
Power ability: 5.124 MW Load: 2.733,3 MW
PENDAHULUAN/Latar Belakang (lanjutan) Profile Daya
PENDAHULUAN/Latar Belakang (lanjutan)
Saluran kabel bawah laut 150 kV ke pulau Bali putus pada : 8 juni 1994 22 februari 2000. Madura Bali Region 4 Region 3
Rumusan masalah
1) Bagaimana respon generator pembangkit tenaga listrik saat terjadi gangguan pada saluran kabel laut ?
2) Bagaimana respon generator pembangkit setelah digunakan Power System Stabilizer (PSS) ?
Tujuan
1) Mengetahui respon generator pembangkit bila terjadi
gangguan yang berupa putusnya saluran kabel bawah laut pada saluran menuju pulau Bali.
2) Mengetahui pengaruh penggunaan PSS pada stabilitas sistem tenaga listrik di Region 4 PT. PLN.
LANDASAN TEORI
Komponen dasar sistem tenaga listrik
Yu (1983) :
Komponen dasar adalah turbin dan governor, generator, eksitasi beserta regulator tegangan, tranformator dan jaringan transmisi. Water Turbin Gov VR FLD WDG SG Trans Line ref V ref EX vt t v Power pool
Power transfer
Model pembangkit
LANDASAN TEORI (lanjutan)
/2 0 Pe 0 Pm Pmax Pe δ sin e x g x b E g E e P
Sistem multi mesin
Stevenson (1996) :
Penyederhanaan sistem multi mesin dapat dilakukan dengan : redaman mesin dapat diabaikan, daya mekanis masukan ke mesin dianggap konstan, setiap mesin dapat diwakili reaktansi yang terhubung seri dengan tegangan dan beban dapat
direpresentasikan sebagai impedansi/admitansi.
LANDASAN TEORI (lanjutan)
2 V jQ P YL L L 22 21 12 11 Y Y Y Y Yrel
N n n kn k k k jQ V Y V P 1 . . . mk ek k k k k P P dt d D dt d M . . . 2 2Power system stabilizer (PSS)
Yu (1983) :
PSS dilakukan dengan masukan umpan balik berupa perubahan kecepatan, perubahan frekuensi atau perubahan akselerasi
daya.
Kundur (1994) :
PSS untuk memberikan peredaman osilasi rotor generator dengan mengotrol sinyal eksitasi
LANDASAN TEORI/Power system stabilizer (lanjutan) Trafo AVR Exciter PSS EFD VR VT VC Vref VPSS VT I + - - a. ESS di Eksitasi PSS Te Tm TPSS + - - b. PSS di Governor GEP VPSS
LANDASAN TEORI/Power system stabilizer (lanjutan) Trafo AVR VR Exciter EFD VT VC Vref VPSS + - - Pemroses VT f PE S1 S2 S3 S4
CARA PENELITIAN
Gangguan putusnya saluran kabel bawah laut ke pulau Bali diberikan simulasi branch tripping pada program EDSA di bus Banyuwangi.
Data
Beban, pembangkit, saluran
Metodologi
Studi pustaka untuk mencari data-data sekunder dan teori-teori. Survei lapangan untuk mencari data-data primer yang dibutuhkan. Mengkaji masalah menggunakan software EDSA technical 2000.
Kalibrasi software
Untuk mengetahui tingkat validitas program yang digunakan.
Langkah penelitian
1. Lakukan analisis aliran daya untuk mengetahui tegangan dan daya setiap saluran.
2. Analisis respon awal pembangkit dengan kondisi beban puncak. 3. Berikan simulasi gangguan putusnya saluran kabel bawah laut pada bus Banyuwangi. 4. Analisis respon semua pembangkit.
5. Gunakan Power System Stabilizer (PSS).
6. Ulangi langkah 4 dan 5.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sistem tenaga listrik yang diteliti
Jatim : 2.698,6 MW dan 1.360,6 Mvar Region 3 : 1.858 MW dan -71,4 Mvar
Bali : 335,8 MW dan 125,8 Mvar Madura : 108,61 MW dan 40,1 Mvar
Aliran daya HASIL DAN PEMBAHASAN (lanjutan)
No Dari Ke
Pengiriman Daya Losses
(kW)
(MW) (MVar)
1 Jawa Timur (Gresik) Madura (Gilitimur) 78,250 29,295 21,8 2 Jawa Timur (Banyuwangi) Bali (Gilimanuk) 148,718 -87,356 571,2 3 Region 4 (Surabaya) Region 3 (Ungaran) 1.040,000 -35,000 3.879,7 4 Region 4 (Kediri) Region 3 (Pendan) 794,000 -43,000 9.049,4 5 Region 4 (Bojonegoro) Region 3 (Cepu) 15,000 6,600 15,6
Madura Bali Region 4 Region 3 No Pembangkit ke Sistem (kV) Pembangkitan (MW) (Mvar) 1 Gresik Blok 1A 500 542,100 248,000 2 Gresik Blok 1B 150 431,500 93,000 3 Gilitimur 150 31,400 9,000 4 Gilimanuk 150 99,900 66,000 5 Gresik 150 419,200 124,900 6 Grati A 500 426,900 84,300 7 Grati B 150 225,900 51,600 8 Perak 150 60,100 13,900 9 Pesanggrahan 150 116,000 75,400 10 Sutami 150 105,000 45,600 11 Wlingi 150 35,000 26,600 12 Paiton (Swing) 500 2.661,786 164,609 TOTAL 5.154,786 1.002,909 Pembangkitan
Bali : 335,8 MW dan 125,8 Mvar Madura : 108,61 MW dan 40,1 Mvar
Jatim : 2.698,6 MW dan 1.360,6 Mvar Region 3 : 1.858 MW dan -71,4 Mvar
Pemadaman di Bali
HASIL DAN PEMBAHASAN (lanjutan)
Semua beban di Bali : 355,8 MW dan 125,8 Mvar Generator pembangkit Gilimanuk :
Membangkitkan 99,9 MW dan 66 Mvar, Kapasitas penuh 120 MW dan 90 Mvar Generator pembangkit Pesanggrahan :
Membangkitkan 116 MW dan 75,4 Mvar, Kapasitas penuh 120 MW dan 90 Mvar
Generator tidak mampu mensuplai seluruh beban yang ada di Bali. Terjadi load shedding pada penyaluran daya listrik.
No Bus Beban MW Mvar 1 AMPRA 14,4 7,0 2 ASARI 6,0 2,8 3 BRITI 4,0 0,5 4 GLNUK 8,7 4,7 5 GNYAR 33,7 9,6 6 KAPAL 69,5 23,5 7 NGARA 11,7 4,8 8 NSDUA 61,4 16,3 9 PBIAN 32,8 13,3 10 PMRON 24,8 8,8 11 PSGRN 75,4 28,9 12 SANR 13,4 5,6 TOTAL 355,8 125,8 48,3 Hz 48,1 Hz 150,4 MW; 53,4 Mvar 23,4 MW; 8,9 Mvar
HASIL DAN PEMBAHASAN/Respon generator (lanjutan) Tanpa PSS : Osilasi: 7,74 detik Overshoot: -4,010 PSS di governor : Osilasi: 7,68 detik Overshoot: -3,990 PSS di eksitasi : Osilasi: 7,62 detik Overshoot: -40
Sudut rotor (Pembangkit Gilitimur)
HASIL DAN PEMBAHASAN/Respon generator (lanjutan) Tanpa PSS : Osilasi: 6,76 detik Overshoot: 31,35 MW PSS di governor : Osilasi: 4,14 detik Overshoot: 31,33 MW PSS di eksitasi : Osilasi: 2,64 detik Overshoot: 31,34 MW
HASIL DAN PEMBAHASAN/Respon generator (lanjutan) Tanpa PSS : Osilasi: 4,21 detik Overshoot: 0,939 pu PSS di governor : Osilasi: 4,35 detik Overshoot: 0,937 pu PSS di eksitasi : Osilasi: 3,77 detik Overshoot: 0,936 pu
Perubahan pembangkitan
HASIL DAN PEMBAHASAN (lanjutan)
No Pembangkit Posisi Reduksi Posisi awal akhir 1 PAITON a. Sudut rotor (0) - - - b. Daya elektrik (MW) 2667,830 2536,920 130,910 c. Tegangan (pu) 1,000 1,000 0,000 2 GRESIK BLOK 1A a. Sudut rotor (0) -2,990 -1,070 -1,920 b. Daya elektrik (MW) 542,100 536,770 5,330 c. Tegangan (pu) 0,982 0,983 -0,001 3 GRESIK BLOK 1B a. Sudut rotor (0) -0,250 1,380 -1,630 b. Daya elektrik (MW) 431,500 426,960 4,540 c. Tegangan (pu) 0,961 0,961 0,000 4 GILITIMUR a. Sudut rotor (0) -5,460 -4,060 -1,400 b. Daya elektrik (MW) 31,400 31,050 0,350 c. Tegangan (pu) 0,931 0,931 0,000 5 GRESIK a. Sudut rotor (0) -2,450 -1,000 -1,450 b. Daya elektrik (MW) 419,200 414,730 4,470 c. Tegangan (pu) 0,933 0,933 0,000 6 GRATI A a. Sudut rotor (0) -3,630 -1,720 -1,910 b. Daya elektrik (MW) 426,900 422,400 4,500 c. Tegangan (pu) 0,989 0,990 -0,001 7 GRATI B a. Sudut rotor (0) -7,870 -7,370 -0,500 b. Daya elektrik (MW) 225,900 222,770 3,130 c. Tegangan (pu) 0,979 0,978 0,001 8 PERAK a. Sudut rotor (0) -7,430 -5,910 -1,520 b. Daya elektrik (MW) 60,100 59,560 0,540 c. Tegangan (pu) 0,937 0,937 0,000 9 SUTAMI a. Sudut rotor (0) -17,130 -15,640 -1,490 b. Daya elektrik (MW) 105,000 102,760 2,240 c. Tegangan (pu) 0,948 0,946 0,002 10 WLINGI a. Sudut rotor (0) -15,680 -14,410 -1,270 b. Daya elektrik (MW) 35,000 34,520 0,480 c. Tegangan (pu) 0,943 0,941 0,002 PERUBAHAN Sudut rotor: -0,50 s/d -1,920 Daya elektrik: 0,35 MW s/d 130,91 MW Tegangan: -0,001 pu s/d 0,002 pu
Reduksi Overshoot
HASIL DAN PEMBAHASAN (lanjutan)
No Generator
PSS pada Governor PSS pada Eksitasi Over shoot % Over Osilasi (detik) % osilasi Over shoot % Over Osilasi (detik) % osilasi 1 PAITON a. Sudut rotor (0) - - - - b. Daya elektrik (MW) 0,100 0,004 0,540 10,365 2,310 0,090 2,370 45,489 c. Tegangan (pu) 0,002 0,199 1,150 21,218 0,002 0,199 2,760 50,923 2 GRESIK BLOK 1A a. Sudut rotor (0) -0,050 6,329 1,000 13,831 -0,050 6,329 1,050 14,523 b. Daya elektrik (MW) 0,370 0,069 0,100 1,647 1,200 0,223 2,920 48,105 c. Tegangan (pu) 0,001 0,101 0,360 7,392 0,002 0,202 1,420 29,158 3 GRESIK BLOK 1B a. Sudut rotor (0) 0,060 4,082 0,090 1,148 0,020 1,361 0,190 2,423 b. Daya elektrik (MW) 0,260 0,061 0,420 7,650 0,830 0,194 1,740 31,694 c. Tegangan (pu) 0,000 0,000 1,680 28,141 0,002 0,207 3,220 53,936 4 GILITIMUR a. Sudut rotor (0) -0,020 0,499 0,060 0,775 -0,010 0,249 0,120 1,550 b. Daya elektrik (MW) 0,020 0,064 2,620 38,757 0,010 0,032 4,120 60,947 c. Tegangan (pu) 0,000 0,000 0,040 0,950 0,001 0,107 0,440 10,451 5 GRESIK a. Sudut rotor (0) -0,020 2,198 0,710 7,701 -0,008 0,879 0,350 3,796 b. Daya elektrik (MW) 2,450 0,585 0,860 13,586 3,000 0,717 3,480 54,976 c. Tegangan (pu) 0,000 0,000 0,170 3,761 0,002 0,213 0,800 17,699 PENGURANGAN Overshoot (PSS di eksitasi): Sudut rotor : 0,775 % - 40,548 % Daya elektrik: 1,647 % - 38,757 % Tegangan: 0,95 % - 27,899 % Overshoot (PSS di governor) Sudut rotor : 0,000 % - 6,329 % Daya elektrik: 0,004 % - 0,585 % Tegangan: 0,000 % - 0,199 %
HASIL DAN PEMBAHASAN/Reduksi osilasi (lanjutan)
No Generator
PSS pada Governor PSS pada Eksitasi Over shoot % Over Osilasi (detik) % osilasi Over shoot % Over Osilasi (detik) % osilasi 6 GRATI A a. Sudut rotor (0) - - 0,500 6,545 - - 0,290 3,796 b. Daya elektrik (MW) 0,280 0,066 0,940 16,123 0,810 0,191 1,940 33,276 c. Tegangan (pu) 0,001 0,100 1,380 25,229 0,002 0,201 2,360 43,144 7 GRATI B a. Sudut rotor (0) -0,020 0,296 0,180 2,853 -0,040 0,592 0,230 3,645 b. Daya elektrik (MW) 0,180 0,080 0,480 8,205 0,590 0,263 2,660 45,470 c. Tegangan (pu) 0,000 0,000 1,230 18,807 0,002 0,203 2,070 31,651 8 PERAK a. Sudut rotor (0) -0,020 0,343 2,190 34,707 -0,020 0,343 1,940 30,745 b. Daya elektrik (MW) 0,030 0,050 0,810 15,820 0,080 0,134 2,500 48,828 c. Tegangan (pu) 0,001 0,106 0,140 3,104 0,002 0,212 0,750 16,630 9 SUTAMI a. Sudut rotor (0) - - 1,120 29,016 - - 1,770 45,855 b. Daya elektrik (MW) 0,130 0,126 1,470 24,873 0,400 0,386 3,050 51,607 c. Tegangan (pu) 0,000 0,000 1,680 28,331 0,001 0,105 2,650 44,688 10 WLINGI a. Sudut rotor (0) -0,020 0,140 2,690 32,332 -0,030 0,210 2,470 29,688 b. Daya elektrik (MW) 0,030 0,086 0,820 13,689 0,100 0,288 2,310 38,564 c. Tegangan (pu) 0,000 0,000 0,320 6,202 0,001 0,106 0,730 14,147 PENGURANGAN Osilasi (PSS di eksitasi): Sudut rotor : 0,000 % - 45,855 % Daya elektrik: 33,276 % - 60,947 % Tegangan: 10,451 % - 53,936 % Osilasi (PSS di governor) Sudut rotor : 0,000 % - 34,707 % Daya elektrik: 1,647 % - 38,757 % Tegangan: 0,95 % - 28,331 % Reduksi Osilasi
PENUTUP
Kesimpulan
1) Respon pembangkit tenaga listrik di Region 4 terhadap gangguan yang berupa putusnya saluran kabel bawah laut yang menuju pulau Bali
mengalami perubahan dan osilasi, hal ini ditinjau dari tanggapan sudut rotor, tegangan dan daya elektrik pada semua pembangkit. Untuk semua
pembangkit perubahan sudut rotor berkisar 00 –1.920 dan lama waktu
osilasi tegangan berkisar antara 4,21 – 6,54 detik.
2) Penggunaan Power System Stabilizer (PSS) pada sistem tenaga listrik di Region 4 memberikan kontribusi pada perbaikan unjuk kerja sistem
pembangkit. Pemasangan PSS pada governor memberikan perbaikan
waktu osilasi tegangan sebesar 0,95 % - 28,331 %, sedangkan
pemasangan PSS pada eksitasi memberikan perbaikan waktu osilasi
Arif Nur Afandi
