Peningkatan Stabilitas Sistem Transmisi 150 kV Bali Menggunakan

ISSN: 2088-9984
Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2014
Peningkatan Stabilitas Sistem Transmisi 150 kV
Bali Menggunakan Facts Device
I Gede Dyana Arjana, I Nyoman Setiawan, dan I Nyoman Budiastra
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik, Universitas Udayana
Denpasar, Bali, Indonesia
e-mail: [email protected]
Abstrak—Peyaluran energi listrik melalui jaringan transmisi dengan beban yang berubah-ubah, akan menimbulkan
permasalahan seperti rugi daya dan penurunan tegangan sehingga dapat menurunkan stabilitas sistem tersebut.
Usaha untuk menjaga kestabilan sistem jaringan transmisi itu sendiri maka memerlukan suatu sistem kontrol
yang efisien dan handal untuk menjaga stabilitas tegangan system melalui pengendalian aliran daya listrik. Sistem
yang dimaksud adalah peralatan FACTS yaitu UPFC. Pengaturan ini diawali dengan melakukan simulasi load
flow dengan bantuan fasilitas program Load Flow yaiitu ETAP untuk analisa aliran daya pada sistem transmisi
tersebut sehingga mengetahui letak pemasangan UPFC. Selanjutnya dengan membuat simulasi sistem saluran
transmisi 150 kV Bali sebelum dan sesudah pemasangan UPFC. Hasil penelitian menunjukkan pemasangan UPFC
lebih baik dibanding sistem tenaga listrik sebelum pemasangan UPFC yang terlihat dari hasil respon sistem yang
didapat dari hasil simulasi sebelum pemasangan UPFC dan setelah pemasangan UPFC memiliki respon positif yaitu
dapat mengontrol aliran daya sehingga faktor daya dapat meningkat 48.45% dan tegangan pada tiap bus masih
dalam batas-batas yang diijinkan atau standar SPLN (+5%, -10%), namun respon negatif yang ditimbulkan yaitu
meningkatnya THD harmonisa sebesar 3.25 %.
Kata kunci: Saluran Transmisi, UPFC, stabilitas sistem
I.
Pendahuluan
reaktif secara terpisah pada jaring transmisi, sehingga
kemungkinan dapat merubah aliran daya pada sistem
secara bersamaan, dan pasokan energi listrik ke konsumen
dapat terpenuhi [4].
UPFC merupakan salah satu bagian dari peralatan
elektronika daya Flexible AC Transmission System yang
dipasang pada jaring transmisi tenaga listrik. Unified
Power Flow Controller dapat mengatur aliran daya aktif
dan reaktif secara simultan dan fleksibel pada sistem
transmisi. UPFC terdiri dari kombinasi dua voltage source
converter (VSC), yaitu shunt VSC dan series VSC yang
dihubungkan oleh common DC link. Komponen seri
UPFC memiliki fungsi utama sebagai pengatur aliran
daya pada transmisi. Komponen paralel berfungsi untuk
menyuplai atau menyerap daya aktif yang dibutuhkan oleh
konverter seri pada common DC link dan menyerap atau
membangkitkan daya reaktif yang terkontrol, sehingga
dapat memberikan kompensasi reaktif secara simultan
untuk meregulasi tegangan bus UPFC. Pengunaan UPFC
dalam transmisi dapat mengoptimalkan aliran daya pada
saluran transmisi sehingga stabilitas sistem terjaga.
Untuk mengetahui dan menganalisa pengaruh
positif dan negatif dari penggunaan Unified Power Flow
Controller (UPFC) pada sistem transmisi maka penelitian
ini akan dilakukan suatu pemodelan sistem dengan cara
mensimulasikannya ke dalam simulink matlab dan untuk
menentukan load flow pada jaringan penulis menggunakan
bantuan fasilitas program Load Flow.
Jaringan transmisi merupakan bagian terpenting dari
Sistem Tenaga Listrik untuk menyalurkan energi listrik
dari pusat pembangkit ke pusat beban (konsumen). Sistem
tenaga listrik saat ini berkembang pesat ditandai adanya
pembangunan sumber pembangkit yang letaknya saling
berjauhan dan meliputi daerah yang luas, jaringan transmisi
yang mempunyai kapasitas terbatas akan mengalami
kendala dalam menyalurkan energi listrik. Energi listrik
yang disalurkan melalui jaringan transmisi dengan
pengaruh beban yang berubah-ubah, akan menimbulkan
permasalahan pada saat penyalurannya seperti terjadinya
rugi daya dan penurunan tegangan pada jaringan transmisi
yang akan menurunkan kualitas daya pada sistem tersebut.
Sangat penting untuk mengoptimalkan sistem jaringan
transmisi dengan tetap menjaga kualitas daya, sehingga
memerlukan suatu sistem kontrol yang efisien dan handal
untuk pengendalian aliran daya listrik sekaligus juga
menjaga kestabilan sistim jaringan transmisi itu sendiri.
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi
dibidang sistem tenaga listrik, untuk meningkatkan
kemajuan transmisi daya listrik dengan menggunakan
suatu peralatan pada jaringan transmisi. Peralatan yang
dimaksud adalah Flexible AC Transmission System
(FACTS) merupakan peralatan elektronik solid state
yang berfungsi untuk mengendalikan jaringan transmisi
secara fleksibel, dapat mengendalikan daya aktif dan daya
127
Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2014
ISSN: 2088-9984
II. Kajian Pustaka
pada Gambar 1 Dimana VS dan VR masing masing
sebagai tegangan pengirim dan penerima, VSh dan VSe
merepresentasikan UPFC dengan sumber tegangan
shunt dan seri, terhubung ke jaringan transmisi pada
titik tengahnya (Mid-point). VSh dihubungkan ke jaringan
melalui transformator shunt yang direpresentasikan
sebagai XSh, dan VSe dihibungkan ke jaringan melalui
transformator seri yang direpresentasikan sebagai XSe.
B. Simulink Matlab
Simulink adalah suatu aplikasi khusus dalam Matlab,
dimana telah disediakan blok-blok fungsi sederhana
ataupun kompleks. Untuk dapat menggunakan blokblok tersebut, pengguna cukup mengetik simulink dalam
command window.
C. ETAP
ETAP Power Station dapat melakukan penggambaran
single line atau one line diagram secara grafis dan
mengadakan beberapa analisa atau studi, yaitu Load Flow
(aliran daya), Short Circuit, motor starting, harmonisa,
transient stability, protective device coordination, dan
cable derating.
A. UPFC
UPFC merupakan piranti FACTS (Flexible AC
Transmission System) sebagai kendali yang dapat
mengontrol secara simultan tiga parameter sistem tenaga
lisrik (Impedansi saluran, Sudut fasa, dan tegangan).
UPFC menggunakan dua buah converter yang dapat
membangkitkan sumber tegangan serempak (syncrhronous
voltage source).
1. Struktur Dasar UPFC
Struktur UPFC dasar yaitu terdiri dari 2 buah Voltage
Sourced Converters (VSC), yang saling terhubung
dengan Common DC Link melalui DC Storage Capacitor.
Setiap Converter terhubung ke sistem melalui coupling
transformer, dimana Converter 1 terhubung paralel
dengan line transmisi melalui shunt transformer
(Boosting Transformer) dan dikenal sebagai STATCOM
(Static synchronous compensator), sedangkan converter
2 terhubung seri dengan line transmisi melalui series
transformer (Exciting Transformer) dan dikenal sebagai
SSSC (Static synchronous series compensator).
III. Metodologi Penelitian
2. P
rinsif Kerja UPFC
Prisif kerja UPFC yaitu konverter 2 sebagai fungsi
utama UPFC untuk menginjeksikan tegangan sebesar
Vpq dengan magnitude Vpq dan sudut phasa yang dapat
dikendalikan seri dengan saluran transmisi melalui exciting
transformer. Tegangan yang diinjeksikan berperan sebagai
sumber tegangan AC sinkron (synchronous ac voltage
source). Arus saluran transmisi mengalir melalui sumber
tegangan AC sinkron yang mengalami perubahan daya
aktif dan reaktif. Diantara konverter 2 dan sistem AC, daya
reaktif yang diubah pada tegangan terminal AC diubah
ke daya DC pada kapasitor DC sebagai permintaan daya
aktif. Fungsi utama konverter 1 adalah untuk memberikan
atau menyerap daya aktif yang diminta oleh konverter
2 pada rangkaian DC bersama. Daya pada rangkaian
DC dikonversi kembali ke AC dan dikopel ke saluran
transmisi melalui boosting transformer, konverter 1 juga
dapat menyerap daya reaktif yang dapat dikendalikan, jika
diinginkan maka akan memberikan kompensasi reaktif
shunt secara bebas untuk saluran transmisi.
Metode yang digunakan dalam usulan tugas akhir ini
adalah dengan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Simulasi Load Flow menggunakan ETAP untuk
mengetahui load flow pada saluran transmisi.
2. Membuat blok diagram.
a. Pemodelan sistem kelistrikan Bali 150 kV tanpa
UPFC dalam simulink matlab.
b. Pemodelan sistem kelistrikan Bali 150 kV dengan
UPFC dalam simulink matlab.
3. Menentukan input/output pengontrolan.
a. Menentukan parameter dari masing-masing
input.
b. Menentukan parameter dari output yang
diinginkan.
4. Melakukan simulasi.
5. Melakukan analisa terhadap respon keluaran sistem
yang dihasilkan setelah menggunakan UPFC.
Analisis dilakukan sesuai yang tergambar dalam bagan
alir pada Gambar 2.
3. Model UPFC
Rangkaian eqivalen
Sistem Bali membangkitkan total daya sebesar
650.666 MW. Sesuai analisis pada program ETAP
Electrical
Engineering
Software
dengan
total
pembangkitan sebesar 650.666 MW maka diperoleh hasil
analisis yang menunjukkan bahwa susut daya pada sistem
kelistrikan Bali pada kondisi eksisting tahun 2013 sebesar
32.406 MW. Susut daya terbesar penghantar yang terjadi
pada saluran Kapal-Baturiti sebesar 6.204 MW, KapalPayangan sebesar 2.792 MW, dan Baturiti-Pemaron
sebesar 2.614 MW
Gambar 3 menampilkan simulasi tanpa UPFC,
sedangkan simulasi dengan UPFC ditunjukkan pada
Gambar 4.
dari
UPFC,
IV. Hasil dan Pembahasan
diperlihatkan
Gambar 1. Rangkaian eqivalen dari UPFC [8].
128
ISSN: 2088-9984
Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2014
Mulai
Parameter saluran transmisi
yang akan dimodelkan
a.
impedansi
b.
resistansi
c.
reaktansi
d.
induktansi
Simulasi Load Flow menggunakan
ETAP untuk mengetahui load flow
pada saluran transmisi
Pembuatan diagram blok
Pemodelan sistem kelistrikan Bali
150 kV dengan UPFC dalam
simulink matlab
Pemodelan sistem kelistrikan Bali
150 kV tanpa UPFC dalam
simulink matlab
Gambar 3. Gambar simulasi tanpa UPFC.
Menentukan parameter masingmasing input dan output
Menentukan parameter masingmasing input dan output
Simulasi pemodelan sistem
kelistrikan Bali 150 kV tanpa UPFC
dan dengan UPFC
Simulasi pemodelan sistem
kelistrikan Bali 150 kV dengan
UPFC
Analisa hasil simulasi pemodelan sistem
lelistrikan Bali 150 kV tanpa UPFC
Simulasi pemodelan sistem
kelistrikan Bali 150 kV dengan
UPFC
Tidak
Performa Sistem Stabil
Faktor daya ≥ 0.85
Tegangan ± 15%
Ya
Selesai
Gambar 4. Gambar simulasi dengan UPFC.
Gambar 2. Diagram alir alur analisis.
Perbandingan dan selisih perbandingan antara sistem
tanpa UPFC dan sistem dengan UPFC dilakukan dengan
cara membandingkan hasil simulasi sistem tanpa UPFC
dan sistem dengan UPFC disajikan pada Tabel 2 dan 3.
respon sistem yang didapat dari sebelum pemasangan
UPFC dan setelah pemasangan UPFC memiliki respon
positif yaitu dapat mengontrol aliran daya sehingga
faktor daya dapat meningkat 48.45% dan tegangan
masih dalam batas-batas yang diijinkan atau standar
SPLN (+5%, -10%), ini dikarenakan UPFC tersebut yang
bekerja mengontrol tegangan untuk dapat menaikkan atau
menurunkan daya aktif dan daya reaktif yang diperlukan
oleh saluran transmisi agar sistem lebih baik dan stabil
dengan menggunakan 2 konvertor yang ada dalam UPFC
tersebut dan menginjeksikannya ke saluran transmisi
dengan bantuan Coupling Transformer. Dengan demikian
dapat dikatakan bahwa sistem dengan UPFC memiliki
kualitas dan kesetabilan sistem yang jauh lebih baik
dibandingkan sistem tanpa UPFC namun respon negatif
yang ditimbulkan yaitu timbulnya harmonisa sebesar
30.28%, hal ini disebabkan karena UPFC merupakan suatu
peralatan elektronika daya yang memiliki sifat non linier
sehingga akan menimbulkan Grafik kandungan THD yang
berdampak pada saluran transmisi tersebut.
Tabel 1. Rangkuman Hasil Analisis Aliran Daya Kondisi Eksisting
2013.
No
Uraian
Nilai
1
Total Pembangkitan Bali
495.800 MW
2
Trans. Jawa-Bali
154.866 MW
3
Total Daya
650.666 MW
4
Daya Per GI
Keterangan
Swing (Kabel laut sirkuit 1,2)
19.599 MW
GI Amlapura
7.240 MW
GI Antosari
8.470 MW
GI Baturiti
46.448 MW
GI Gianyar
11.260 MW
GI Gilimanuk
77.920 MW
GI Kapal
14.970 MW
GI Negara
64.317 MW
GI Nusa Dua
66.790 MW
GI Padang Sambian
20.531 MW
GI Payangan
38.840 MW
GI Pemaron
113.177 MW
GI Pesanggaran
35.930 MW
GI Pklod
92.769 MW
GI Sanur
5
Susut Daya total
32.406 MW
6.204 MW
Saluran Kapal-Baturiti
6
Susut terbesar
saluran
2.792 MW
Saluran Kapal-Payangan
2.614 MW
Saluran Baturiti-Pemaron
V.
Kesimpulan
Dari hasil simulasi dan analisis yang telah dilakukan
mengenai pemasangan unified power flow controller
129
Seminar Nasional dan Expo Teknik Elektro 2014
ISSN: 2088-9984
Tabel 3. Selisih Perbandingan Sistem Tanpa UPFC dan Sistem Dengan
UPFC.
Tabel 2. Perbandingan Sistem Tanpa UPFC dan Sistem Dengan UPFC
Sistem Tanpa UPFC
No
Parameter
Kapal
Baturiti
Kapal
Payangan
Baturiti
Pemaron
Sistem Dengan UPFC
Kapal
Baturiti
Kapal
Payangan
Baturiti
Pemaron
No
Parameter
Selisih Perbandingan Sistem Tanpa UPFC
dan Dengan UPFC
KapalBaturiti
KapalPayangan
BaturitiPemaron
1
Daya Aktif
(MW)
5.46
18.04
20.39
8.87
34.32
39.67
1
Daya Aktif
(MW)
3.41
16.28
19.28
2
Daya
Reaktif
(MVAR)
5.86
19.89
26.24
2.72
11.09
16.15
2
Daya Reaktif
(MVAR)
2.96
8.8
10.09
Faktor
Daya
3
Faktor Daya
0.2744
0.2797
0.3126
3
0.6816
0.6718
0.6135
0.956
0.9515
0.9261
4
14.8%
11.6%
135
135
130
144
155
145
Tegangan
Pada Saluran
(kV)
6.6%
4
Tegangan
Pada
Saluran
(kV)
5
THD
0.11%
0.12%
0.12%
4.6%
3.00%
3.25%
5
THD
4.49
2.88
3.13
Unified Power Flow Controller (UPFC) pada sistem
kelistrikan Bali 150kV ke dalam simuling matlab. Dari
hasil analisa tersebut diketahui letak susut terbesar
pengantar terdapat pada Kapal-Baturiti sebesar 6.204
MW, Kapal-Payangan sebesar 2.792 MW, dan BaturitiPemaron sebesar 2.614 MW.
(UPFC) pada sistem kelistrikan Bali 150 kV dapat
simpulkan sebagai berikut :
1). Respon sistem yang didapat dari sebelum
pemasangan UPFC dan setelah pemasangan UPFC
memiliki respon positif yaitu dapat mengontrol aliran
daya sehingga faktor daya dapat meningkat 48.45%
dan tegangan masih dalam batas-batas yang diijinkan
atau standar SPLN (+5%, -10%), ini dikarenakan UPFC
tersebut yang bekerja mengontrol tegangan untuk dapat
menaikkan atau menurunkan daya aktif dan daya reaktif
yang diperlukan oleh saluran transmisi agar sistem lebih
baik dan stabil dengan menggunakan 2 konvertor yang
ada dalam UPFC tersebut dan menginjeksikannya ke
saluran transmisi dengan bantuan Coupling Transformer.
Dengan demikian dapat dikatakan bahwa sistem dengan
UPFC memiliki kualitas dan kesetabilan sistem yang
jauh lebih baik dibandingkan sistem tanpa UPFC
namun respon negatif yang ditimbulkan yaitu timbulnya
harmonisa sebesar 30.28%, hal ini disebabkan karena
UPFC merupakan suatu peralatan elektronika daya yang
memiliki sifat non linier sehingga akan menimbulkan
Grafik kandungan THD yang berdampak pada saluran
transmisi tersebut.
2). Pengujian performa UPFC menunjukan sistem
dengan UPFC dapat menaikkan daya aktif hampir
sebanding dengan daya reaktif yang diturunkan pada line
transmisi. Hal ini dapat terlihat seperti pada line transmisi
Kapal-Baturiti yaitu pada sistem tanpa UPFC daya aktif
5.46 MW sedangkan sistem dengan UPFC meningkat
8.87MW dengan selisih 3.41 MW dan sistem tanpa
UPFC daya reaktif 5.86 MVAR sedangkan sistem dengan
UPFC menurun 2.72 MVAR dengan selisih 2.9 MVAR,
sehingga faktor daya yang dihasilkan juga meningkat pada
0.6816 sebelum pemasangan UPFC dan 0.9560 setelah
pemasangan UPFC dengan selisih 0.2744. pemasangan
UPFC dan 0.9514 setelah pemasangan UPFC dengan
selisih 0.2696.
3). Dengan menggunakan bantuan analisis pada
program ETAP Electrical Engineering Software. Maka
dapat diketahui dimana letak loses load flow terbesar
sehingga dapat mengetahui letak tempat pemasangan
Referensi
[1]
Cekmas Cekdin, 2007. Sistem Tenaga Listrik, Contoh Soal
dan Penyelesaiannya Menggunakan Matlab. Penerbit ANDI,
Yogyakarta.
[2]
Imam Robandi dan Bedy Kharisma,”Design of Interval Type2 Fuzzy Logic Based Power System Stabilizer”,Proceedings
Of World Academy Of Science, Engineering And Technology
Volume 31 July 2008.
[3]
Imam Robandi, “Desain Sistem Tenaga Modern”, Andi
Yogyakarta, 2006
[4]
Lijun Cai dan István Erlich, “Fuzzy Coordination of FACTS
Controllers for Damping Power System Oscillations”, IEEE
Transactions On Fuzzy Systems, Vol. 15, No. 1, February 2008
[5]
L.Gyugyi, at.al,”The Unified Power Flow Controller: A new
approach to power transmission control,” IEEE Trans. Power
Delivery, Vol.10, pp 1085-1097, Apr 1995
[6]
L.Gyugyi.: “Unified Power Flow Control Concept for Flexible
AC Transmission Systems”, IEE Proc., General. Trans. Distrib.,
1992, 139,(4), pp. 323–331.systems’, IEE Proc. C, 1992, 139, (4),
pp. 32S332
[7]
N.G.Hingorani, High Power Elelctronics, Scientific American,
Novembar 1993.
[8]
NOROOZIAN, M., ANGQUIST, L., GHANDARI, M.,
andANDERSON, G.: ‘Improving power system dynamics by
series-connectedFACTS devices’, IEEE Trans., 1997, PWRD-12,
(4), pp. 1635-1641.
[9]
Padiyar, K. R. Power System Dynamics-Stability and Control.
Jhon Wiley, Singapore, 1996
[10] R. Nelson, Transmission Power Flow Control, IEEE Transactions
on Power Delivery, April 1994.
[11] Tobing, B. 2003. Peralatan Tegangan Tinggi. Jakarta: PT
Gramedia Pustakan Utama.
[12] T.S. Hutauruk, Transmisi Tenaga Listrik, Erlangga, Jakarta,
1985.
130