9 analisa tanggapan frekuensi akibat masuknya distributed

Analisa Tanggapan Frekuensi Akibat Masuknya Distributed..........................................Teuku Hasannuddin
ANALISA TANGGAPAN FREKUENSI AKIBAT MASUKNYA DISTRIBUTED
GENERATION PADA SISTEM INTERKONEKSI JAMALI
Teuku Hasannuddin1
1
Dosen Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe
ABSTRAK
Analisa stabilitas dinamik menyangkut tanggapan frekuensi akibat adanya distributed generation pada sistem
interkoneksi Jamali dilakukan untuk mengetahui tanggapan frekuensi dari masing-masing pembangkit sebelum dan
setelah pemasangan distributed generation bila terjadi pelepasan beban dalam rentang waktu satu detik dari detik
kedua sampai dengan detik ketiga sebesar 20% pada setiap bus. Dampak pemasangan distributed generation pada
sistem interkoneksi Jamali dengan tingkat penetrasi sebesar 20% dari jenis generator sinkron bila terjadi pelepasan
beban dalam rentang waktu satu detik dari detik kedua sampai dengan detik ketiga sebesar 20% pada setiap bus
menunjukan perbaikan tanggapan frekuensi dari seluruh pembangkit berupa penurunan frekuensi maksimum
antara 0,16 - 0,37 Hz dan kenaikan lamanya osilasi dan settling time untuk seluruh pembangkit berkisar antara
20,3 - 22,17 detik dan 12,65 - 14,51 detik.
Kata kunci: distributed generation, frekuensi, settling time
I.
Yongning dkk (2006) meneliti mengenai
kestabilan tegangan pada generator dengan
penggerak mulanya turbin angin yang dihubungkan
pada jaringan transmisi 220 kV. Dari penelitian
tersebut menunjukan bahwa karakteristik dari
stabilitas tegangan turbin angin jenis Doubly Fed
Induction Generator (DFIG) lebih baik dari jenis
Induction Generator (IG) dimana turbin angin jenis
Doubly Fed Induction Generator (DFIG) memiliki
tegangan pemulihan yang lebih baik dari jenis
Induction Generator (IG) pada rating yang sama.
Syukriyadin
dan
Gunadin
(2005)
menyimpulkan bahwa untuk kasus sistem Jawa-Bali
500 kV bus 15 (Pedan) adalah merupakan bus yang
terlemah. Sehingga untuk meningkatkan kestabilan
sistem dan perencanaan pengembangan sistem
kedepan maka pada bus ini sebaiknya dipasang
peralatan kompensasi daya reaktif (Compensator,
SVC, Statcom dan lain-lain).
Syahrizal dkk (2005) juga menyatakan
bahwa kestabilan dinamik sistem tenaga dapat
ditingkatkan dengan melakukan metode kontrol
umpan balik yang optimal. Dimana bila tejadi
gangguan sistem lebih cepat mencapai konvergen
dengan overshoot yang rendah.
Zulfikar (2004) dengan adanya penerapan
Power System Stabilizer (PSS) sebagai konpensasi
untuk memperbaiki watak stabilitas sistem tenaga
terhadap pelepasan beban dengan mengamati
perubahan sudut rotor, tegangan dan daya elektrik.
Dari hasil pengamatan menunjukkan bahwa
pemasangan Power System Stabilizer (PSS)
memberikan pengaruh terhadap redaman waktu
osilasi sebesar 50% - 64% dan overshoot sebesar 0 0.13%.
Mithulananthan dkk (2004) meneliti
tentang peletakan distributed generation akan dapat
mengurangi rugi-rugi daya pada jaringan bila
peletakan dan ukuran dari dari generator tersebut
PENDAHULUAN
Distributed generation bukanlah konsep
baru, namun telah lama dikenal dalam dunia sistem
ketenagalistrikan
yang ditandai dengan Total
Energy percobaan sekitar tahun 1960. Yang mana
Distributed generation adalah suatu konsep sistem
tenaga listrik yang tidak terpusat. Di beberapa
wilayah atau negara distributed generation dikenal
dengan istilah yang berbeda-beda, seperti negaranegara Anglo-Saxon dikenal dengan embedded
generation, di Amerika bagian utara dikenal dengan
dispersed generation, dan di Eropa serta sebagian
Asia dikenal dengan decentralised generation
(Knazkins, 2004).
Penelitian ini merupakan sebuah simulasi
mengenai tanggapan frekuensi pada sub sistem 500
kV interkoneksi Jamali dengan adanya penambahan
distributed generation. Pengamatan dilakukan
terhadap semua pembangkit yang terhubung pada
sub sistem 500 kV interkoneksi Jamali yaitu
pembangkit Suralaya, Paiton, Cirata, Gresik,
Sanguling, Grati, Tanjung Jati, dan Muara Tawar
akibat adanya penambahan distributed generation
dari jenis generator sinkron dengan tingkat penetrasi
sebesar 20% pada saat terjadi gangguan berupa
pelepasan beban sebesar 20%.
II.
TINJAUAN PUSTAKA
Hasannuddin (2010) dampak pemasangan
distributed generation pada sisten interkoneksi
Jamali dengan tingkat penetrasi sebesar 20% dari
jenis generator sinkron bila terjadi pelepasan beban
dalam rentang waktu satu detik dari detik kedua
sampai dengan detik ketiga sebesar 20% pada setiap
bus menunjukan perbaikan tanggapan tegangan dari
seluruh pembangkit berupa penurunan tegangan
maksimum antara 0,00 - 0,020 pu.
9
Jurnal Litek Volume 8 Nomor 1, Maret 2011: hal. 9-13
sesuai dengan kondisi sistem tersebut. Dari hasil
penelitian tersebut didapatkan pengurangan rugi-rugi
daya sebesar 80,72% dari total rugi-rugi sebesar
386,5 kW.
Knazkins (2004) distributed generation
memungkinkan memberi pengaruh terhadap sistem
tenaga listrik pada pengoperasian, kendali dan
stabilitas bila perbandingan penetrasinya besar.
Dampak tersebut dapat berupa rugi-rugi pada
jaringan, kualitas daya, hubung singkat yang
berpengaruh terhadap proteksi dan stabilitas sistem.
Pengaruh dari distributed generation pada sistem
tenaga listrik selain sangat ditentukan oleh tingkat
penetrasinya juga sangat ditentukan oleh teknologi
dan model pengoperasian dari distributed generation
tersebut. Jika ukuran dan penempatan dari
distributed generation tersebut sesuai, maka akan
memberikan pengaruh yang baik terhadap kontrol,
operasi dan stabilitas sistem tenaga listrik tersebut.
tersebut bervariasi tidak hanya dari generator
sinkron tetapi lebih meluas kepada generator
asinkron dan pembngkit listrik tanpa mesin berputar
seperti solar cell. Desentralisasi sistem tenaga listrik
disebut juga dengan sistem distribusi aktif, karena
pada sistem distribusinya dihubungkan pembangkit
energi listrik. Gambar 2 menunjukan desentralisasi
sistem tenaga listrik.
Sentralisasi dan desentralisasi
Gambar 2. Desentralisasi sistem tenaga listrik
(distribusi aktif)
Sentralisasi pada awalnya merupakan
pemusatan
pembangkit
energi
listrik
dan
pegoperasiannya pada satu titik atau satu wilayah.
Sejalan dengan perkembangan sistem tenaga listrik
pengertian sentralisasi menjadi meluas, yaitu sistem
tenaga listrik dengan pembangkit energi listriknya
berkapasitas besar yang dihubungkan pada sistem
tegangan tinggi atau sistem transmisi. Sistem seperti
ini disebut juga dengan sistem distribusi pasif.
Penyebutan sistem distribusi pasif karena tidak ada
pembangkit energi listrik yang dihubungkan pada
sub sistem tegangan menengah atau sistem
distribusi. Gambar 1 menunjukan sentralisasi sistem
tenaga listrik.
Teknologi distributed generation
Teknologi distributed generation dapat
berupa dari jenis turbin angin, fuel cell, sel surya,
dan mikro turbin. Tabel.1 berikut ini menunjukan
teknologi dan daya dari distributed generation.
Tabel.1 Teknologi distributed generation
No
Teknologi
Daya
Combined Cycle Gas
1
35−400 MW
T.
Internal Combustion
2
5 kW −10 MW
Engines
3
Combustion Turbine
1−250 MW
4
Micro-Turbines
35 kW −1 MW
5
Small Hydro
1−100 MW
6
Micro Hydro
25 kW −1 MW
7
Wind Turbine
200 W −3 MW
8
Photovoltaic Arrays
20 W −100 kW
Solar Thermal, Central
1−10 MW
9
Receiver
Solar Thermal, Lutz
10−80 MW
10
System
11 Biomass Gasification
100 kW −20 MW
12 Fuel Cells, PhosAcid
200 kW −2 MW
Fuel Cells, Molten
250 kW −2 MW
13
Carbonate
Fuel Cells, Proton
1−250 kW
14
Exchange
Fuel
Cells,
Solid
250 kW −5 MW
15
Oxide
16 Geothermal
5−100 MW
17 Ocean Energy
0.1−1 MW
18 Stirling Engine
2−10 kW
19 Battery Storage
0.5−5 MW
Gambar 1. Sentralisasi sistem tenaga listrik
(distribusi pasif)
Desentralisasi sistem tenaga listrik pada awalnya
merupakan penempatan pembangkit energi listrik
secara terdistribusi, artinya setiap wilayah atau kota
memiliki pembangkit energi listrik tersendiri dan
pembangkit energi listrik tersebut satu sama lainnya
tidak terhubung (tidak terkoneksi). Sejalan dengan
perkembangan teknologi dibidang pembangkitan
pengertian desentralisasi sistem tenaga listrik lebih
meluas yaitu pembangkit energi listrik yang satu
samalainnya saling terhubung (interkoneksi) dan
jenis dari teknologi pembangkit energi listrik
10
Analisa Tanggapan Frekuensi Akibat Masuknya Distributed..........................................Teuku Hasannuddin
sinkron. Bila terjadi perubahan beban, atau
gangguan hubung singkat maka kecepatan sinkron
generator akan berubah, untuk mengembalikan
kecepatan sinkron generator maka governor akan
mengatur masukan daya mekanik (uap, air atau gas)
sehingga kecepatan sinkron generator kembali
kepada kecepatan semula.
Komponen dasar sistem tenaga listrik
Komponen
sistem
tenaga
listrik,
diperlihatkan pada Gambar 3. Pada gambar tersebut
ditunjukkan unit pembangkit yang terdiri dari
penggerak mula dan generator, trafo, jaringan yang
terdiri dari transmisi dan distribusi, dan beban.
Generator
Umumnya generator yang terhubung pada
sistem yang besar adalah generator sinkron tiga
phasa. Fungsi dari generator sinkron adalah
mengubah energi mekanik yang datang dari turbin
menjadi energi listrik yang disalurkan ke beban.
Komponen utama dari generator sinkrion ini adalah:
 belitan jangkar
 belitan medan
Pada generator yang berkapasitas besar
belitan jangkarnya terletak pada stator dan belitan
medannya terletak pada rotor.
Gambar 3. Komponen sistem tenaga
listrik
Unit pembangkit
Machowski (1997) pada sistem tenaga
listirk moderen sumber energi primer untuk
menggerakan penggerak mula (prime over) tidak
hanya berupa bahan bakar fosil seperti minyak, batu
bara, dan gas, akan tetapi sudah menggunakan energi
yang dapat diperbaharui yang bersumber dari biogas,
hidro, angin, solar, geothermal, gelombang laut.
Dimana energi tersebut memiliki tingkat pencemaran
lingkungan yang rendah.
Komponen dasar pada unit pembangkit
berupa penggerak mula (prime over) yang terdiri
dari turbin, governor beserta peralatan kontrol
kecepatannya, dan generator sinkron, eksitasi, dan
regulator tegangan dengan tegangan umpan
baliknya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.
III.
METODE PENELITIAN
Penelitian
ini
dimaksudkan
untuk
mengamati perubahan frekuensi sistem interkoneksi
sub sistem 500 kV Jamali akibat masukya
distributed generation pada sistem tersebut. Tahaptahap penelitian yang dilakukan sebagai berikut:
1. Membuat one line diagram sebelum dan setelah
pemasangan distributed generation.
2. Menentukan nilai ekivalen daya dan konstanta
inersia (H) generator. Pada sub sistem 500 kV
Jamali generator yang terpasang pada setiap
busnya terdiri dari beberapa generator, untuk
membatasi banyaknya persamaan ayunan maka
dalam simulasi penelitian ini generator tersebut
digabungkan menjadi satu generator ekivalen
sehingga perlu dihitung kapasitas daya dan
konstanta inersia dari generator ekivalen
tersebut. Nilai tersebut dihitung dengan
persamaan berikut:
n
Gambar 4. Komponen dasar pembangkit
adalah
kecepatan
(1)
H ekivalen   H i ,i = 1, ....n
(2)
i 1
n
Turbin
Telah dikenal bermacam-macam turbin
seperti turbin air, turbin uap, gas, angin dan lain
sebagainya, dimana setiap turbin mempunyai
karakteristik yang berbeda-beda. Pada turbin uap
konversi energi mekanik merupakan proses
termodinamik, dimana uap diekspresikan melalui
turbin tekanan rendah, menengah dan tinggi, secara
normal semuanya pada satu poros. Energi uap yang
dihasilkan pada boiler oleh turbin dikonversikan
menjadi energi mekanik melalui sudu-sudu turbin
yang terhubung dengan poros generator.
Governor
Governor
mempertahankan
Pekivalen   Pi ,i= 1, ....n
3.
4.
i 1
Menentukan model governor dan eksitasi setiap
generator.
Menentukan jumlah distributed generation
berdasarkan besarnya tingkat penetrasi dengan
menggunakan persamaan berikut;
PL 
PDG
PBebanPuncak
 100%
(3)
dengan PL adalah tingkat penetrasi (Knazkins,
2004). Pada simulasi ini dipilih tingkat penetrasi
sebesar 20%, sehingga total daya yang dipikul
oleh
distributed
generation
dengan
peralatan
untuk
konstan generator
11
Jurnal Litek Volume 8 Nomor 1, Maret 2011: hal. 9-13
mengunakan persamaan (3) adalah sebesar
1993,6 MW.
Menentukan lokasi penempatan distributed
generation, yaitu distributed generation
dipasang pada tegangan menengah 20 kV
(sistem distribusi). Pada simulasi ini untuk
membedakan antara generator besar pada sistem
500 kV dengan distributed generation pada
tegangn 20 kV yaitu dengan pemisah antara
distributed generation dengan bus berupa
panjang jaringan sejauh 10 km.
Simulasi aliran daya sistem tenaga listrik sub
sistem 500 kV Jamali
untuk mengetahui
tegangan dan daya yang dibangkitkan oleh
generator-generator pada beban puncak sistem.
Membuat gangguan kecil (small signal) pada
sub sistem 500 kV Jamali. Gangguan kecil
tersebut berupa pelepasan beban secara
bertingkat dimulai dari detik pertama sampai
detik ketiga sebesar 20% pada setiap bus.
Simulasi stabilitas dinamik sistem tenaga tanpa
distributed generation, dengan mengamati
frekuensi dari generator besar yang terhubung
pada sub sistem 500 kV Jamali
Simulasi stabilitas dinamik sistem tenaga
dengan adanya distributed generation, dengan
mengamati frekuensi dari generator besar yang
terhubung pada tegangan 500 kV.
5.
6.
7.
8.
9.
IV.
Analisa hasil simulasi dilakukan dengan
membandingkan tanggapan frekuensi dari setiap
pembangkit yang terhubung pada sub sistem 500 kV
interkoneksi Jamali. Tanggapan setiap pembangkit
yang akan dibandingkan yaitu tanggapan frekuensi
sebelum dan setelah pemasangan distributed
generation (Gambar 7).
TANGGAPAN FREKUENSI
50.60
50.55
50.50
50.45
50.40
50.35
50.30
Suralaya
V.
Frequency (Hertz )
G_SAGULING
G_PAITON
G_GRATI
G_GRESIK
G_MTWA R
G_SURA LA Y A
G_TJATI
50.000
5.00
10.00
15.00
20.00
Time in Seconds
25.00
30.00
Gambar 5.Tanggapan Frekuensi Sebelum DG
=
=
Frequency(Hertz)
Frequency (Hertz )
50.400
G_CIRA TA
G_SA GULING
G_PA ITON
G_GRA TI
G_GRESIK
50.200
G_M TWA R
G_SURA LA Y A
G_TJA TI
50.000
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
Time in Seconds
25.00
Paiton
Mtaw ar
Gresik
Sanguling
Dengan DG
KESIMPULAN
Setelah dilakukan simulasi stabilitas dinamik
akibat masuknya distributed generation pada sistem
interkoneksi Jamali dapat disimpulkan:
1. Tanggapan
frekuensi
dari
setiap
pembangkit dengan adanya distributed
generation dan adanya pelepasan beban
sebesar 20% pada setiap bus dalam rentang
waktu 1 detik dari detik ke 2 sampai detik
ke 3 menunjukkan adanya perbaikan
frekuensi
maksimum
dari
setiap
pembangkit. Akan tetapi disisi lain
memberi dampak yang kurang baik yaitu
bertambahnya overshoot.
2. Perbaikan frekuensi maksimum dari seluruh
pembangkit berkisar antara 0,16 - 0,37 Hz.
3. Kenaikan lamanya osilasi untuk seluruh
pembangkit berkisar antara 20,3 - 22,17
detik.
4. Kenaikan settling time untuk seluruh
pembangkit berkisar antara 12,65 - 14,51
detik.
G_CIRA TA
0.00
Tjati
Dari gambar 7 terlihat bahwa perbaikan frekuensi
maksimum terbesar terjadi pada pembangkit
Tanjung Jati dengan nilai 0,37 Hz, dan perbaikan
frekuensi maksimum terkecil terjdi pda pembangkit
Grati dengan nilai 0,16 Hz.
Analisa juga dilakukan terhadap nilai frekuensi
setiap generator pada keadaan steady state yaitu
sebelum adanya distributed generator frekuensi
stabil pada nilai 50,35Hz seperti terlihat pada
gambar 5. Nilai ini adalah nilai diatas nilai
nominalnya yaitu 50 Hz. Dan setelah pemasangan
distributed generator frekuensi setiap generator pada
keadaan steady state adalah 50 Hz seperti pada
gambar 6. Nilai ini sesuai dengan nilai nominal dari
frekuensi sistem yaitu 50Hz.
Frequency(Hertz)
50.200
Grati
Gambar 7. Perbandingan tanggapan frekuensi
sebelum dan setelah pemasangan DG.
Hasil dari simulasi pada penelitian ini dapat
dirinci menjadi beberapa bagian yaitu :
1. Tanggapan frekuensi pada keadaan gangguan
kecil (small signal) sebelum pemasangan
distributed generation.(Gambar 5)
2. Tanggapan frekuensi pada keadaan gangguan
kecil (small signal) setelah pemasangan
distributed generation. (Gambar 6)
50.400
Cirata
Tanpa DG
HASIL DAN PEMBAHASAN
=
=
Fmax (Hz) Fmax (Hz) Fmax (Hz) Fmax (Hz) Fmax (Hz) Fmax (Hz) Fmax (Hz) Fmax (Hz)
30.00
Gambar 6.Tanggapan Frekuensi Setelah DG
12
Analisa Tanggapan Frekuensi Akibat Masuknya Distributed..........................................Teuku Hasannuddin
5.
Frekuensi
kembali
stabil
setelah
pemasangan distributed generator pada nilai
50 Hz.
Pascasarjana Program Studi Teknik Elektro
UGM Yogyakarta.
DFTAR PUSTAKA
Abdel-Galil, T.K., Abu-Elanien, A.E.B., ElSaadany, E.F., Girgis, A.,
Mohamed,
Y.A.R.I., Salama, M.M.A., and Zeineldin,
H.H.M., 2007, “Protection Coordination
Planning With Distributed Generation”,
Final Report – CETC-Varennes-149 (TR),
Canada.
Chi,Y.,Liu,Y., dan Wang,W..,2006, “Voltage
Stability Analysis of Wind Farm Integration
into Transmission Network”, International
Conference on Power System Technology
Hasannuddin, 2010, Studi Stabilitas Dinamik
Menyangkut Tanggapan Tegangan Akibat
Masuknya Distributed Generation Pada
Sistem
Interkoneksi
Jamali,
Jurnal
Litek,Volume 7 Nomor 1, Jurusan Teknik
Elektro, Politeknik Negeri Lhokseumawe
Kundur, P. ,1994, “Power System Stability and
Control”, McGraw-Hill, Inc. New York.
Knazkins,V.,2004, “Stability of Power Systems with
Large Amounts of Distributed Generation”,
KTH Institution, Stockholm, Sweden.
Mithulananthan,N.,Oo,T.,dan
Phu,L.V.,
2004,
“Distributed Generator Placement in Power
Distribution
System
Using
Genetic
Alogaritm to Reduce Losses”, Thammasat
Int.J.Sc.Tech Vol.9,No3.
Machowski, J.,Bialek. J.W., dan Bumby, J.R. ,1997,
“Power System Dynamics and Stability”,
John Willey and Sons New York
Syukriyadin dan Gunadin,I.C,2005, “Prediksi
Voltage Collapse Pada Sistem Interkoneksi
Jawa-Bali Menggunakan Metode Modal
Analysis”, Jurnal Rekayasa Elektrika, Vol.4
No.2.
Syahrijal dan Ramon., 2005, “Penggunaan Metode
Kontro Umpan Balik Optimal Untuk
Menambah Kestabilan Dinamik Sistem
Tenaga Listrik” , Jurnal rekayasa elektrikal,
Voleme 4 No1.
William D. Stevenson, Jr.,1982, “Elements Of
Power System Analysis” , McGraw-Hill
Inc.
Zulfikar. ,2004., “Studi Stabilitas Sistem Tenaga
Listrik di Sumatera Utara”, tesis Program
13