penentuan batas tegangan steady state dengan

PENENTUAN BATAS TEGANGAN STEADY STATE
DENGAN MENGGUNAKAN KURVA PQ PADA
TEGANGAN BEBAN SENSITIF
KHAIREZA HADI
2208100606
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT
NIP. 1964 04 05 1990 02 1001
Ir. Sjamsjul Anam, MT
NIP. 1963 07 25 1990 03 1002
PENDAHULUAN

Latar Belakang

Batasan Masalah

Tujuan
LATAR BELAKANG
Penggunaan hanya kurva P-V atau Q-V sebagai
kurva steady state dianggap kurang maksimal.
 Banyak penelitian yang hanya menggunakan
satu jenis beban saja, sedangkan pada kondisi
nyata menggunakan jenis beban campuran.

BATASAN MASALAH
Pembahasan mengenai kestabilan steady state
pada transmisi panjang dengan jarak jaringan
280 mile, 345 kV.
 Beban yang disimulasikan adalah jenis beban
statik dari daya konstan, impedansi konstan
dan campuran.
 Hasil simulasi direpresentasikan dengan kurva
PQ.

TUJUAN
Dengan menggunakan analisa dari kurva P-Q
didapatkan batas steady state dari sebuah
system, sehingga dapat mencegah terjadinya
permasalahan pada system tersebut seperti
tegangan jatuh maupun ketidakstabilan.
TINJAUAN PUSTAKA

Teori Kestabilan

Jenis Transmisi
Pembebanan
 Perumusan

TEORI KESTABILAN
Stabilitas sistem tenaga biasanya didefinisikan
sebagai sifat dari sistem tenaga tersebut berada
pada kondisi keseimbangan baik dalam keadaan
normal ataupun abnormal.
Steady state adalah operasi sebuah sistem
dengan karakteristik perubahan yang lambat dan
bertahap atau dapat disebut juga kemampuan
dari suatu sistem tenaga mempertahankan
sinkronisasi antara mesin-mesin setalah
mengalami gangguan yang kecil.
POWER SYSTEM STABILITY
Kestabilan
Rotor Angle Sudut
Stability
Rotor
Small disturbance angle stability
Transient stability
Kestabilan
Frequency Frekuensi
Stability
Kestabilan
Voltage Stability
Tegangan
Huge disturbance voltage stability
GAMBAR 1.
Klasifikasi kestabilan power system (berdasarkan CIGRE Report No. 325)
Small disturbance voltage stability
KESTABILAN SUDUT ROTOR
Kestabilan sudut rotor adalah kemampuan
interkoneksi mesin sinkron pada power system
untuk menghasilkan sinkronisasi. Masalah
kestabilan yang terdapat adalah osilasi
elektromekanik yang terjadi dalam sistem
tenaga. Faktor utama pada masalah ini adalah
cara dimana output daya pada mesin sinkron
bervariasi sesuai osilasi rotor.
KESTABILAN FREKUENSI
Frekuensi yaitu jumlah siklus arus bolak-balik
(alternating current, AC) per detik. Frekuensi listrik
ditentukan oleh kecepatan perputaran dari turbin
sebagai penggerak mula. Salah satu contoh akibat
dari frekuensi listrik yang tidak stabil adalah akan
mengakibatkan perputaran motor listrik sebagai
penggerak mesin-mesin produksi di industri
manufaktur juga tidak stabil. Gangguan-gangguan
yang terjadi pada sistem frekuensi:
 Penyimpangan terus-menerus (Continuous
Deviation)
 Penyimpangan sementara (Transient Deviation)
KESTABILAN TEGANGAN



Tegangan yang baik adalah tegangan yang tetap stabil pada
nilai yang telah ditentukan. Walaupun terjdinya fluktuasi
(ketidak stabilan) pada tegangan ini tidak dapat di
hindarkan, tetapi dapat di minimalkan. Gangguan pada
tegangan antara lain :
Fluktuasi Tegangan; seperti: Tegangan Lebih (Over Voltage),
Tegangan Turun (Drop Voltage) dan tegangan getar (flicker
voltage).
Harmonik Tegangan (Voltage Harmonic); adalah komponenkomponen gelombang sinus dengan frekuensi dan
amplitudo yang lebih kecil dari gelombang asalnya (bentuk
gelombang yang cacat)
Ketidak seimbangan tegangan (Unbalance Voltage);
umumnya terjadi di sistem distribusi karena pembebanan
fasa yang tidak merata.
JENIS TRANSMISI




Rangkaian Kutub Empat
Karena saluran transmisi
tersebut
selalu
dapat
digambarkan dengan dua
jepitan masuk dan dua jepitan
keluar,
sehingga
saluran
transmisi
dapat
dilayani
sebagai kutub empat.
Persyaratan
representasi
kutub empat pada rangkaian
listrik adalah :
Pasif
Linier
Bilateral

dan
JENIS TRANSMISI

Transmisi Pendek
Z  R  j L
Parameter saluran terpusat (diukur
pada ujung-ujung saluran) dan
kapasitansi diabaikan
Relasi tegangan dan arus untuk
saluran pendek
Dimana pada transmisi pendek :
A = 1 ; B = Z ; C = 0 ; D = 1
JENIS TRANSMISI
TRANSMISI MENENGAH

Rangkaian Penganti T

Rangkaian Pengganti 
bila
bila
maka
A=1+
maka
A=1+
C=Y
D =A
B=Z+
B=Z
D =A
C=Z+
JENIS TRANSMISI

Transmisi Panjang
Z '  zC sinh   Z
Y'
2
sinh 

z
y

Y' 1

tanh
2 ZC
2
Y '  tanh .1 / 2


2 2
2
l
zc
: Impedansi Seri persatuan panjang
: Admitansi shunt per phasa saluran
panjang
: Panjang saluran
: Impedansi Karakteristik (=
)

: Konstanta Propagasi(=
A=
B=
C=
D=A
z.y
)
PEMBEBANAN

Beban Statik
Model beban static mengungkapkan karakteristik beban pada saat
waktu instan sesuai dengan fungsi aljabar bus tegangan magnitude dan
frekuensi pada kondisi instan. Komponen daya aktif P dan komponen
daya reaktif Q dianggap terpisah.
P = P0 [p1V2+p2V+p3]
Q = Q0 [q1V2+q2V+q3]
Dimana P dan Q adalah komponen aktif dan reaktif beban ketika
tegangan magnitude bus adalah V. Tanda 0 mengidentifikasikan nilai
variabel masing-masing pada kondisi operasi awal.
Permodelan ini dimaksudkan untuk model ZIP, yaitu komponen
constant impedance (Z), constant current (I), dan constant power (P).
Parameter pada model adlah koefisien p1, p2, dan p3 serta q1, q2, dan
q3 mendefinisikan proporsi untuk setiap komponen. Pada tegangan
tinggi, Q cenderung lebih tinggi.
PEMBEBANAN





Beban Dinamik
Studi daerah osilasi, kestabilan tegangan dan kestabilan
jangka panjang memerlukan beban dinamis untuk
dimodelkan. Studi sistem dengan konsentrasi motor yang
besar juga memerlukan perepresentasi beban dinamis.
Aspek dinamis lain pada komponen beban yang perlu
diperhatikan dalam studi kestabilan, seperti.
Pemadaman lampu ketika tegangan turun dan penyalaan
kembali ketika tegangan recovers.
Operasi relay, termasuk relay panas dan relay arus lebih.
Beban dengan kontrol suhu, seperti pemanas/pendingin
ruang, pemanas air dan lemari es.
Respon ULTC pada tranformator distribusi, pengatur
tegangan dan pengatur tegangan pada capasitor bank.
GAMBAR 2
Contoh model campuran beban static dan dinamik
PERUMUSAN
Dari persamaan ABCD didapatkan
dimana Vr adalah referensi vektor dan
Sehingga dari persamaan tersebut, dihasilkan
dimana,
PERUMUSAN

Constant Power Load
Jika :
P R = PO
QR = QO
sehingga
dimana
PERUMUSAN

Constant Impedance
Load
Jika :
sehingga
dimana
PERUMUSAN
 Mixed
Load
sehingga
Jika :
Dimana,
= Komponen beban terhadap daya konstan
= Komponen beban
terhadap arus konstan
= Komponen beban
terhadap impedansi konstan.
+
+
=1
dimana
DATA & METODOLOGI





Jaringan single circuit 345 kV
dengan panjang 280 mile.
Impedansi seri = 0.0480 +
j0.4584  per mile
Admitansi paralel = j6.418x10-6
mho/mile
Dengan 100 MVAb dan 345 kVb.
20 % beban daya konstan dan 80
% beban impednasi konstan
DATA & METODOLOGI
HASIL SIMULASI

Constant Power Load
Dari perumusan pada
constant power load
akan didapatkan data
seperti
pada
tabel
berikut
Po
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
Qomin1
2.7133
2.6613
2.5609
2.4106
2.2087
1.9533
1.6427
1.2748
0.8475
0.3585
-0.1945
-0.8142
-1.5032
-2.2646
-3.1014
-4.0170
Qomax1
-842.0498
-833.2160
-824.3338
-815.4017
-806.4180
-797.3809
-788.2885
-779.1388
-769.9297
-760.6590
-751.3242
-741.9227
-732.4519
-722.9088
-713.2902
-703.5928
HASIL SIMULASI

Constant
Impedance
Load
Dari perumusan pada
constant
impedance
load akan didapatkan
data seperti pada tabel
berikut
Po
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
Qomin2
91.5477-0.9625i
91.5477-1.4625i
91.5477-1.9625i
91.5477-2.4625i
91.5477-2.9625i
91.5477-3.4625i
91.5477-3.9625i
91.5477-4.4625i
91.5477-4.9625i
91.5477-5.4625i
91.5477-5.9625i
91.5477-6.4625i
91.5477-6.9625i
91.5477-7.4625i
91.5477-7.9625i
91.5477-8.4625i
Qomax2
91.5477+0.9625i
91.5477+1.4625i
91.5477+1.4625i
91.5477+2.4625i
91.5477+2.9625i
91.5477+3.4625i
91.5477+3.9625i
91.5477+4.4625i
91.5477+4.9625i
91.5477+5.4625i
91.5477+5.9625i
91.5477+6.4625i
91.5477+6.9625i
91.5477+7.4625i
91.5477+7.9625i
91.5477+8.4625i
HASIL SIMULASI

Mixed Load
Jenis campuran beban yang digunakan terdiri
atas 20% constant power load dan 80%
constant impedance load.
Dari perumusan pada mixed load, dan di run
dengan menggunakan MATLAB, maka
didapatkan :
Q 03 = -4.1091
HASIL SIMULASI
Grafik PO terhadap QO untuk semua tipe beban
HASIL SIMULASI
Dengan menggunakan perumusan diatas, dapat juga dihasilkan kurva P-V
untuk Constant Power Load dan Constan Impedance Load dari data berikut
Po
(pu)
Vr1 (Tegangan Constant Power Load)
(pu)
Vr2 (Tegangan Constant Impedance
Load)
(pu)
0
1.1275
1.1275
0.5
1.0744
1.0649
1
0.9801
0.9868
1.5
0.7197 + 0.1275i
0.9047
2
0.7646 + 0.3572i
0.8257
2.5
0.8071 + 0.4888i
0.7535
3
0.8474 + 0.5919i
0.6891
3.5
0.8859 + 0.6795i
0.6324
4
0.9228 + 0.7570i
0.5827
4.5
0.9583 + 0.8273i
0.5392
5
0.9925 + 0.8920i
0.5010
5.5
1.0255 + 0.9524i
0.4674
6
1.0575 + 1.0092i
0.4376
6.5
1.0886 + 1.0629i
0.4112
7
1.1189 + 1.1141i
0.3875
7.5
1.1483 + 1.1630i
0.3663
HASIL SIMULASI
Grafik PV untuk Constant Power Load dan Constant Impedance Load
KESIMPULAN




Dari hasil simulasi dan perumusan dapat disimpulkan
bahwa :
Dari grafik dapat ditentukan daerah diatas kurva
menandakan daerah operasi yang tidak mungkin,
sedangankan untuk daerah dibawah kurva merupakan
daerah operasi normal.
Daerah kestabilan yang terkecil adalah untuk beban daya
konstan dan yang terbesar adalah beban impedansi konstan
pada daerah kuadran positif untuk semua nilai Qo.
Beban impedansi konstan adalah beban dengan kestabilan
tegangan lebih besar dibandingkan beban impedansi
konstan.
Daerah kestabilan operasi untuk beban campuran
tergantung dari komposisi komponen-komponen bebannya.