BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Muktahir Penelitian tentang

5
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Muktahir
Penelitian tentang pembangkit listrik tenaga minihidro saat ini telah banyak
dilakukan terutama berkaitan dengan analisis aspek ekonomi, aspek lingkungan dan
aspek sosial pembangkit listrik tenaga minihidro. Namun pada penelitian ini akan
dibahas tentang pembangkit listrik tenaga mini hidro yang disimulasikan pada
simulink program software MATLAB untuk mendapatkan kinerja generator yang
tepat.
Suhartama(2014), melakukan penelitian mengenai Analisa Daya Pembangkit
Listrik Tenaga Minihidro Tukad Balian, Tabanan Menggunakan Simulink. Penelitian
ini merupakan pembangunan PLTM dengan sumber potensi aliran sungai dari Tukad
Balian dengan estimasi daya mekanik yang dibutuhkan sebesar 405,9 kW dengan
debit air sebesar 1,23 m3/s. Sedangkan pada beban maksimum 100% daya mekanik
yang dibutuhkan sebesar 3.410,4 kW dengan debit air sebesar 10,55 m 3/s.
Sharma (2013), melakukan penelitian mengenaiMatlab Based Simulation of
Components of Small Hydro-Power Plants mengembangkan model pembangkit
listrik tenaga minihidro skala kecil untuk listrik pedesaan menggunakan simulasi
MATLAB. Hasil simulasi menunjukkan kemungkinan bahwa sumber energi
terbarukan atau alternatifakan menggantikan sumber energi konvensional di masa
depan untuk daerah pedesaan.
Putra (2010), melakukan penelitian mengenai Simulasi Pengaturan Generator
Sinkron Pada PLTM Kemiri, Mojokerto. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui
perubahan daya beban terhadap output generator sinkron pada PLTM Kemiri yang
disimulasikan dengan simulasi pengaturan generator sinkron loop terbuka dan
pengaturan generator sinkron tertutup. Kestabilan tegangan dan frekuensi dapat di
sesuaikan dengan perubahan beban, yang diatur melalui alat pengatur frekuensi yang
5
6
dirancang untuk menggerakkan motor servo untuk mengatur guide vane saat
frekuensi berubah.
Suyono.dkk (2012), melakukan penelitian mengenai Analisis Stabilitas Sistem
Daya Pada Interkoneksi PLTMH Ampelgading di Gardu Induk Turen. Penelitian ini
dilakukan untuk kontinuitas pelayanan terkait dengan stabilitas sistem daya dan
kualitas daya listrik yang di salurkan ke konsumen. interkoneksi PLTM Ampelgading
di Gardu Induk Turen memberikan perbaikan profil tegangan bus Gardu Induksebesar
8,11%, sementara waktu pemulihan sudut rotor generator yang dilengkapi dengan
Turbine Governor adalah 4,004 detik dan waktu pemutusan kritis generator adalah
0,290 detik sesudah gangguan.
2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro
Pembangkit Lisrik Tenaga Mikrohidro adalah istilah yang digunakan untuk
instalasi pembangkit listrik yang menggunakan energi air. Kondisi air yang bisa
dimanfaatkan sebagai sumber daya (resources) penghasil listrik adalah yang memiliki
kapasitas aliran dan ketinggian tertentu serta instalasi. Pembangkit listrik kecil yang
dapat menggunakan tenaga air dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan/head
(dalam meter) dan jumlah debit airnya (m3/detik). Semakin besar kapasitas aliran
maupun ketinggiannya dari instalasi maka semakin besar energi yang bisa
dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.
Kapasitas daya maksimum yang dibangkitkan untuk pembangkit listrik tenaga air
dibagi didalam 3 kategori (Anonim, 2003), yaitu:
1. Pembangkit listrik tenaga air skala besar: kapasitas daya yang dibangkitkan di
atas 10 MW.
2. Pembangkit listrik tenaga minihidro: kapasitas daya yang dibangkitkan antara
200 kW sampai dengan 10 MW.
3. Pembangkit listrik tenaga mikrohidro: kapasitas daya yang dibangkitkan di
bawah 200 kW.
7
Secara teknis, pembangkit listrik tenaga minihidro memiliki tiga komponen
utama yaitu air (sumber energi), turbin, dan generator.
Besarnya daya mekanik yang dapat dihasilkan PLTM di turbin dapat dihitung
sebagai berikut :
2.3 Sistem dan Bagian – Bagian Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM)
Pembangkit listrik tenaga minihidro merupakan salah satu pembangkit listrik
yang ramah lingkungan bersisat renewable dan mampu menyediakan listrik secara
kontinuitas.Namun PLTM memiliki biaya yang tidak sedikit dan memerlukan waktu
yang yang cukup lama dalam pembangunannya.Secara umum PLTM memiliki 3
komponen utama dalam membangkitkan energi listrik, yaitu :
2.3.1 Air
Air merupakan salah satu sumber energi, karena air tersimpan energi potensial
(pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air (hydropower)
adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Air yang mengalir dengan
kapasitas tertentu disalurkan dengan ketinggian tertentu menuju rumah instalasi
(powerhouse). Di rumah instalasi air tersebut akan menggerakkan turbin dimana
turbin sendiri dipastikan akan menerima energi air tersebut dan mengubahnya
menjadi energi mekanik berupa berputarnya poros turbin. Turbin air akan berputar
setelah mendapat tekanan air (p), dan perputaran turbin dimanfaatkan untuk
menggerakkan generator dengan menggunakanv-belt. Dari generator akan dihasilkan
energi listrik yang akan masuk ke sistem kontrol arus listrik sebelum dialirkan ke
rumah-rumahatau keperluan lainnya (beban).
2.3.2 Turbin Air
Turbin air adalah alat untuk mengubah energi potensial menjadi energy
mekanik.Energi mekanik kemudian diubah menjadi energi listrik oleh generator.
Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi
8
kinetic,turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin
reaksi. Untuk menghasilkan putaran poros didasarkan sebagai berikut(SSM, 2013) :
a. Tinggi air (water head)
b. Arus desain
c. Kecepetan rotasi (rotational speed)
Kecepetan spesifikasi turbin berhubungan dengan putaran turbin dan faktor
kavitasi.Semakin besar kecepetan spesifikasi turbin, semakin besar kecepetan turbin
dan semakin besar juga faktor kavitasi yang berpengaruh pada besarnya tinggi hisap.
Oleh karena itu, untuk menentukan kecepatan spesifik yang sesuai, agar penempatan
turbin (tinggi hisap turbin) bebas dari kavitasi, maka dilakukan perhitungan dengan
menetapkan kecepatan putar turbin yang telah ada dipasaran (SSM, 2013).
Aplikasi yang tersedia dari semua jenis turbin air memiliki kecocokan untuk
besarnya kapasitas daya listrik pada pembangkit listrik.Turbin yang paling umum
digunakan untuk head yang rendah sampai menengah adalah Francis Turbin dan
Kaplan Turbin.Turbin Bulb menggunakan lorong air dimana turbin dan generator
ditampung pada satu tempat.Turbin Tubular merupakan turbin yang dialiri air tanpa
menggunakan lorong air. Selain itu, turbin Crossflow dapat digunakan pada head
yang rendah sampai menengah.Turbin Pelton dan Impuls digunakan untuk head yang
tinggi (Watt, 2005).
Tabel 2.1 Jenis turbin berdasarkan prinsip kerjanya
Turbine Type
High< 40 m
Impulse
Head Pressure
Medium 20-40 m
 Pelton
 Crossflow
 Turgo
(Banki)
Low 5-20 m
- Crossflow (Banki)
 Turgo
Reaction
- Francis
Pelton
- Pump as Turbine (PAT)
- Propeller
- Kaplan
- Propeller
Sumber :Manuals and GuidelinesforMicro-hydropower
- Kaplan Developmentin Rural ElectrificationVolume I
9
1. Turbin impuls
Turbin impuls adalah turbin air yang kerjanya merubah seluruh energi air
(yang terdiri dari energi potensial+tekanan+kecepatan) yang tersedia menjadi energy
kinetik untuk memutar turbin,sehingga menghasilkan energi kinetik. Energi potensial
air diubah menjadi energi kinetik pada nozel. Setelah membentuk sudu arah
kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse).
Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin dengan tekanan
sama karena aliran air yang keluar dari nozel tekanannya adalah sama dengan tekanan
atmosfer sekitarnya. Semua energi dengan ketinggian dan tekanan ketika masuk ke
sudu, jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. Adapun bagian – bagian turbin
impuls adalah sebagai berikut :
a. Turbin pelton
Turbin pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air
yang disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nozel. Fungsi utama nozel
adalah untuk mengubah tekanan air menjadi menjadi suatu kecepatan aliran untuk
memutar runner. Turbin pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling
efisien. Turbin pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi.
Gambar 2.1 Turbin Pelton
Sumber : A Guide To UK Mini-Hydro Developments
10
Turbin pelton merupakan salah satu turbin air yang prinsip kerjanya
memanfaatkan energi potensial air menjadi energy listrik tenaga air(hydropower).
Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk sedemikian
sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran air tersebut
akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan
membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan daya yang besar,
sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nozel. Dengan demikian diameter
pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil. Turbin pelton untuk
pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala
mikrohead 20 meter sudah mencukupi.
b. Turbin turgo
Turbin turgo memiliki kecepatan putar lebih besar dari turbin pelton.
Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga
menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan. Turbin turgo dapat
beroperasi pada head 30 sampai dengan 300 meter. Turbin turgo merupakan turbin
impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozle memutar sudu pada sudut
20o.
Gambar 2.2 Sudu turbin turgo
Sumber : A Guide To UK Mini-Hydro Developments
11
c. Turbin crossflow
Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin MichellBanki merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang
merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow. Turbin crossflow dapat
dioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10 m3/sec dan head antara 1 sampai
dengan 200 m.
Turbin crossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya sesuai
dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi
konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar memutar sudu
dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian
meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada
sepasang piringan paralel.
Gambar 2.3 Turbin Crossflow
Sumber : A Guide To UK Mini-Hydro Developments
2. Turbin reaksi
Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan
terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini
memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat
berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin
12
reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah
turbin. Adapun yang termasuk turbin reaksi adalah sebagai berikut :
a. Turbin francis
Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara
sumber air tekanan tinggi dari ketinggian 10 sampai 300 meter di bagian masuk dan
air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin francis menggunakan sudu pengarah.
Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pada turbin
francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang
dapat diatur sudutnya. Baling-baling dan runner terbuat dari baja. Untuk penggunaan
pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur
merupakan pilihan yang tepat.
Gambar 2.4 Turbin francis
Sumber : A Guide To UK Mini-Hydro Developments
b. Turbin kaplan & propeller
Turbin kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini
tersusun dari propeller seperti pada perahu. Propeller tersebut biasanyamempunyai
tiga hingga enam sudu. Turbin kapalan dapat diatur menyesuaikan dengan beban
yang ada ,dan mempunyai sudut efisiensinsi paling tinggi ketika beban tidak penuh.
13
Gambar 2.5 Turbin Kaplan
Sumber : A Guide To UK Mini-Hydro Developments
2.3.3 Generator
Generator berfungsi apabila suatu penghantar diputarkan didalam sebuah
medan magnet sehingga memotong garis garis gaya magnet maka pada ujung
penghantar tersebut akan ditimbulkan garis gaya listrik (GGL) yang mempunyai
satuan volt.Pemilihan jenis generator yang sesuai dengan kapasitas minihidro adalah
jenis generator synchronous dengan eksitasi sendiri yang memiliki poros horizontal
yang tepat digunakan.Generator induksi tidak cocok digunakan karena mempunyai
kekurangan didalam pengaturan sistem frekuensi atau tegangan.
Kecepatan putar disesuaikan dengan kecepatan turbin, kecepatan standar yang
tersedia dipabrik adalah 500, 600, 750, 1000, 1500 rpm. Apabila kecepatan turbin
tidak sama dengan salah satu kecepatan tersebut maka digunakan roda gigi.
Kapasitas generator harus ditentukan dengan teliti, agar tidak terjadi pengertian yang
berbeda tentang daya output dari turbin untuk desain tinggi jatuh dan faktor daya (cos
phi).
14
2.4
Sistem dan Kondisi Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM)
Tukad Balian
Dalam pembangkitan energi listrik PLTM memiliki beberapa komponen-
komponen yaitu :
1.
Bendungan
Konstruksi bendungan bertipe bendungan tetap dengan pasangan batu.
Panjang bendungan adalah 40 m dengan elevasi crest bendungan terletak pada
ketinggian 125 m. Adapun lahan untuk areal bendung adalah sekitar 80 x 50 m2 =
4000 m2. Konstruksi bendung direncanakan terbuat dari beton dan pasangan batu
yang menumpu pada dasar sungai berupa pasir, kerikil dan batu besar dan
dibawahnya terdapat pondasi batuan breksi yang mempunyai kekerasan dan daya
dukung yang cukup tinggi. Ambang bendung direncanakan mampu mengalirkan debit
banjir dengan periode banjir 100 tahunan.
Langkah-langkah dalam perencanaan bendungan antara lain (SSM, 2013):
a. Menghitung tinggi muka air banjir rencana : tinggi banjir dihitung dengan
mengacu pada standar perencanaan irigasi. Sedangkan tinggi mercu ditentukan
dari besar tinggi jatuh yang dibutuhkan. Untuk elevasi tanggul ditentukan dengan
menambahkan tinggi jagaan yang cukup dari elevasi muka air banjir.
b. Menentukan bentuk bendungan : bendungan dirancang berdasarkan standar
perencanaan irigasi.
c. Lebar efektif mercu bendugan : lebar efektif mercu bendungan adalah lebar
bendungan yang bermanfaat untuk melewatkan debit, yaitu lebar bendung
dikurangi pengaruh pintu pembilas dan pilar- pilar termasuk pangkal bendungan
(abutment).
2.
Struktur pengambilan (Intake Structure)
Struktur pengambilan adalah struktur untuk mengalihkan air ke dalam pipa
atau air dari sungai menuju ke jalur air. Aliran air harus mampu mengalihkan jumlah
yang diperlukan ke penstock tanpa menghasilkan dampak negatif pada lingkungan
15
sekitarnya dan dengan kehilangan tinggi (head loss) sekecil mungkin.Desain ini,
berdasarkan geologi, hidrolik, struktur dan pertimbangan ekonomi.Perawatan khusus
juga diperlukan untuk menghindari pemeliharaan yang tidak perlu dan masalah
operasional yang tidak dapat diperbaiki dengan mudah.
Aliran air terdiri dari struktur bendungan gravitasi beton dan memiliki dua
pintu air untuk mengalirkan atau membuang sidemen.Fasilitas ini dirancang untuk
menghilangkan sampah yang mengalir disungai, yang dapat merusak perlatan turbin.
Pada PLTM Tukad Balian elevasi ambang intake adalah EL.125,00 m ditetapkan
berdasarkan kebutuhan elevasi air di saluran penghantar, sedangkan lahan untuk areal
intake adalah 400m2.
3.
Bak pengendap dan bak penenang (settling basin)
Bak pengendap dan bak penenang dibangun untuk menenangkan aliran air
yang akan masuk ke turbin kemudian mengarahkannya masuk ke pipa pesat dan
sebagai penyaringan terakhir sampah dan endapan partikel padatagar tidak masuk ke
dalam turbin. Bak pengendap ini akan memungkinkan partikel pasir mengendap dan
dibuang.
4.
Pipa pesat (penstock)
Penstock atau pipa pesat adalah pipa yang menyalurkan air kemudian
dihubungkan pada sebuah elevasi yang lebih rendah ke sebuah roda air, sehingga
menimbulkan air berkecepatan tinggiuntuk memutar turbin.
Faktor – faktor yang menjadi pertimbangan dalam menetukan pipa pesat
adalah :
a. Pemilihan rute dipilih sedemikian rupa untuk memperoleh panjang dan belokan
seminimum mungkin tetapi kuat dengan pondasi kokoh.
b. Diameter pipa pesat harus dipertimbangkan dengan teliti untuk mendapatkan
diameter ekonomis.
16
c. Tekanan hidrolik maksimum yang digunakan untuk mendesain, apabila diisi air
harus mencapai nilai maksimum, untuk mencegah tekanan hidrostatik.
Pertimbangan terhadap korosi, terutama untuk kondisi air dengan pH< 4.
d. Penentuan ketebalan pipa diperhitungkan terhadap tekanan air maksimum akibat
beda tinggi (head) serta juga harus memperhitungkan kemungkinan terjadinya
korosi pipa pesat akibat karat.
Pipa baja ringan direncanakan dalam skema PLTM Tukad Balian untuk
mengalirkan dari bak penenang ke power house.Pipa baja dapat dipasang di atas atau
di bawah tanah, tergantung pada faktor seperti sifat dari tanah itu sendiri, bahan pipa,
temperatur di sekitar dan persyaratan lingkungan. Pipa yang akan dipasang diatas
tanah akan didukung oleh pendukung beton bertulang. Sistem pipa harus mempunyai
ukuran yang memastikan kehilangan head (head loss) cukup kecil dan sidemen yang
dihasilkan air lebih minimal.Ketebalan dari pipa harus disesuaikan dengan
persyaratan keselamatan tekanan serta untuk meminimalkan biaya.
Kehilangan tinggi dalam saluran penghantar dan sistem pipa (head loss in
waterway and piping system) harus diperhatikan untuk mengurangi kehilangan energi
(energy losses) atau kehilangan tinggi (head loss) sehingga tinggi bersih (net head)
dapat dijaga semaksimal mungkin. Kehilangan tinggi dalam pipa dapat disebabkan
oleh banyak faktor seperti :
a. Kehilangan tinggi karena gesekan (friction)
Dalam jaringan pipa yang relatif panjang walaupun jenis pipa yang digunakan terbuat
dari material yang licin, namun masih terdapat kerugian dari faktor gesekan.
Kehilangan tinggi karena gesekan dapat dihitung menggunakan persamaan DarcyWeisbach berikut:
b. Kehilangan tinggi karena bengkokan pipa (pipe bend)
Kebanyakan sistem pipa terdiri dari jalur yang lurus sehingga efisiensi tekanan air
dapat dipertahankan.Kondisi ideal tersebut tidak selalu dapat terpenuhi mengingat
jalur yang dilalui oleh jaringan pipa tidak selalu dalam kondisi jatuh air yang baik di
17
beberapa tempat, sehingga pipa harus dibengkokkan.Semakin banyak bengkokan
maka semakin banyak pula energi yang hilang dalam pipa.
5.
Rumah pembangkit (power house)
Rumah pembangkit berfungsi untuk melindungi peralatan mekanikal-
elektrikal sepertiturbin, generator, dan peralatan kontrol dari perubahan cuaca.Selain
itu rumahpembangkit juga harus menyesuaikan jumlah, jenis dan kapasitas
turbin/generator.Bangunan ini biasanya diperkuat dengan kerangka beton bertulang
dan dibagi menjadi ruang turbin, ruang kontrol, dan switchgear.
Konstruksi rumah pembangkit direncanakan dari beton bertulang dan atap dari
rangka baja yang lokasinya berada di sisi kanan sungai. Gedung pembangkit ini
mempunyai dimensi : lebar 22,50 m, panjang 46,00 m, tinggi 12,00 m serta terdapat 4
buah pintu pembilasan dengan ukuran 1,50 m x 1,50 m. Lahan untuk gedung
pembangkit ini sekitar 1035 m2.
6.
Trailrace
Trailrace merupakan tempat air dalam pipa yang mengalir ke power house
,kembali kesungai. Desain trailrace harus memastikan bahwa ,selama aliran air cukup
tinggi atau kondisi banjir,air di trailrace tidak begitu tinggi sehingga tidak
mengganggu operasi turbin. Trailrace biasanya dibangun dengan kanal beton
bertulang dengan log berhenti (stop log) untuk mengontrol tingkat air. Trailrace
harus dirancang untuk memastikan tidak ada kerusakan akibat tekanan air yang
tinggi.
Trailrace terletak di tepi Tukad Balian, dengan muka air trailrace dalam
keadaan normal EL. 84,00 m.
18
7.
Perhitungan debit air
Untuk mengetahui besarnya debit air Sungai Tukad Balian PT Bali energi
menggunakan perhitungan debit air debit andalan metode neraca air F.J Mock dan
metode Wert , yang dirumuskan sebagai berikut :
Perhitungan menggunakan metode neraca air F.J Mock
Q
:
Dro :
Dimana :
Ws :
Q
:
Bf
(Dro + Bf) A/ (Jumlah Hari x 86,40)
(2.1)
Ws – I
R – Et
debit andalan, m3/dt
Dro :
direct run off, m3/dt/km2
:
base flow, m3/dt/km2
A
:
catchment area, DAS, km2
I
Ws :
water surplus, mm
:
infiltrasi, mm
Vn
:
storage volume, mm
P
:
curah hujan, mm
Et
:
evapotranspirasi penman modifikasi, mm
I
:
Infiltrasi = 30% water surplus di musim basah dan 50% di
Musim kemarau
P-EL:
water surplus, mm
Eto :
evapotranspirasi pada bendung terbuka
Vn
EL
:
Va
:
Vn – (Vn-1) = storage bulanan, mm
:
0,5 (1 + K) I + K x V (n – 1)
K
:
koefisien inflitrasi = 0,80
Eto – E = limit evapotranspirasi, mm
19
Perhitungan debit andalan air menggunakan metode Wert
Run off rata-rataR = 155 x (P/1000)2,5 mm untuk P < 1800 mm/thn
(2.2)
R = 0,94 x P – 1018 mm untuk P > 1800 mm/thn
Debit rata-rata Q = A/(8,76*3,60) x R
Dimana,
P = Curah hujan tahunan rata-rata (mm/thn)
A = Daerah aliran sungai (km2)
2.5
Pemodelan Sistem Dinamik dengan Simulink
Simulink merupakan program (software) tambahan dari MATLAB yang
dibuat oleh MathWorks Inc. Program ini digunakan untuk menampilkan pemodelan
sistem simulasi, dan analisis sistem dinamis. Software ini dirancang dengan tampilan
grafis atau biasa disebut dengan software dengan Graphical User Interface (GUI).
Komponen-komponen yang disediakan
oleh simulink dalam library
dikelompokkan sesuai kebutuhan dalam BLOCKSET GROUP. Kebutuhan simulasi
sistem tenaga listrik, model dari komponen-komponen dapat dipilih dari group
SimPowerSystem. Suatu blok dalam simulink melambangkan sistem dinamik dasar
yang terdiri atas suatu set input, set state dan set output
State merupakan suatu variabel yang menentukan output blok dan memiliki
nilai terbaru (current value), yaitu fungsi nilai sekarang dari suatu fungsi nilai
sebelumnya yang dimiliki state dan atau input. Suatu blok yang mempunyai state
harus menyimpan nilai sebelumnya (previous value) dari state untuk menghitung
current statenya
2.5.1
Hydraulic Turbine
Pengaturan daya mekanik yang diperoleh turbin air dapat disimulasikan
dengan mengaplikasikan blok hydraulic turbine yang dapat dilihat pada gambar
berikut
20
Gambar 2.6 Hydraulic turbine
Terminal Pref menunjukkan referensi daya mekanik yang ditransmisikan
kepada turbin air dalam satuan pu. masukan wref dan Pref diberi masukan berupa
konstanta. Terminal wref merupakan terminal yang memberikan masukan berupa
kecepatan refrensi bagi turbin air dalam satuan pu. we dan dw masing – masing
merupakan masukan yang membutuhkan umpan balik berupa kecepatan poros deviasi
kecepatannya. Daya nyata generator yang diputar oleh turbin yang dikendalikan
governor diumpanbalikkan melalui terminal Peo. Seluruh masukan yang berupa
umpan balik diperoleh dari demultiplexing sinyal dari terminal m pada blok
generator.
Terminal Pm dan gate merupakan output dari blokgovernor yang dapat dipilih
berdasarkan kebutuhan. Pm dihubungkan dengan masukan dengan masukan generator
sinkron jika besaran yang diukur dari keluaran blok HTG berupa besaran daya
mekanik. Jika besaran yang diukur berupa besar bukaan pintu air (gate opening),
maka output blok HTG yang dihubungkan dengan generator adalah terminal gate.
2.5.2
Synchronous machine ( mesin sinkron )
Gambar model mesin sinkron terdapat masukan dan keluaran, masukan
(input) terdiri atas Pm dan Vf. Sedangkan keluarannya (output) terdiri dari m,A,B,C.
21
Gambar 2.7 Synchronous machine
Pm menggambarkan daya masukan mekanik yang terhubung pada poros
mesin sinkron.Nilai Pm menentukan mode operasi mesin sinkron. Jika mesin sinkron
tersebut dioperasikan sebagai generator, diberi nilai konstanta positif atau
dihubungkan dengan keluaran dari blok penggerak mula. Jika mesin sinkron
dioperasikan sebagai motor, maka Pm diberi nilai konstanta negatif atau suatu fungsi
matematis (Kumar,2013).
A,B,C merupakan terminal output tegangan 3 fasa yang dihubungkan dengan
beban generator atau catu tegangan motor sinkron. A,B,C adalah tiga gulungan diatur
secara elektrik oleh 120 simetris satu sama lain.
Vf merupakan input kedua pada blok mesin sinkron yang menggambarkan
nilai tegangan eksitasi yang dipakai pada mesin sinkron. Nilai tegangan tersebut
dapat diperoleh dari menghubungkan terminal Vf dengan blok Voltage regulator atau
memberikan suatu nilai konstanta tertentu. m merupakan keluaran berupa suatu
vector yang mengandung 22 macam sinyal. Sinyal – sinyal tersebut dapat dipisah –
pisahkan (demultiplex) menggunakan blokbus selector.
2.5.3
Three Phase Paralel RLC Load
Blok tiga phase paralel RLC merupakan beban seimbang tiga fase sebagai
kombinasi paralel dari elemen RLC. Pada frekuensi tertentu, beban menunjukkan
impedansi konstan. Daya aktif dan reaktif yang pada beban sebanding dengan kuadrat
tegangan yang diberikan.
22
Gambar 2.8 Three-phase paralel load
Didalam blok beban 3 phase terdapat parameter – parameter yang dapat diatur
sesuai dengan beban nyata. Nominal fase ke fase tegangan Vn merupakan tegangan
beban dalam volt RMS (Vrms). Nominal fn frekuensi dalam hertz (Hz).
Daya aktif (P) merupakan daya aktif beban tiga phase dalam watt (W). Daya reaktif
QL daya reaktif tiga phase induktif QL dalam vars.
Berikut ini adalah persamaan untuk menghitung daya yang dirumuskan sebagai
berikut:
=
=
×
√
(2.3)
×
Q = S x sin φ
Dimana :
ø
P
= Daya aktif
V
= Tegangan
I
= Arus
Cosø (Power faktor) = 0,8 (SPLN-09.III.P3)