1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pertumbuhan ekonomi, teknologi, dan industri mengakibatkan peningkatan kebutuhan energi listrik, karena di masa ini hampir semua alat bantu pekerjaan manusia untuk menunjang pertumbuhan tersebut memerlukan energi listrik. Pertumbuhan tersebut tentunya berdampak positif, sehingga untuk menjamin keberlangsungannya, penyedia listrik harus selalu mampu menyediakan pasokan energi listrik yang dibutuhkan. Secara umum, produksi energi listrik skala besar dilakukan pada lokasi yang jauh dari pusat beban karena ketersediaan sumber energi, kebutuhan sistem pembangkit oleh kondisi tertentu yang tidak didapat di pusat beban, dan keterbatasan sumber energi, sehingga energi listrik dikirimkan ke pusat-pusat beban melalui saluran transmisi dengan kapasitas yang terbatas, dan pada pengoperasiannya dapat menimbulkan permasalahan stabilitas sistem tenaga listrik. Stabilitas sistem tenaga listrik adalah kemampuan sistem tenaga yang memungkinakan mesin bergerak sinkron dalam sistem pada operasi normal dan dapat kembali ke keadaan seimbang setelah terjadi gangguan. Stabilitas sistem tenaga listrik dapat dilkasifikasikan menjadi stabilitas tunak (steady state), stabilitas
peralihan
(transient),
dan
1
stabilitas
dinamis
(dynamic).
2
Flexible alternating current transmission system (FACTS) merupakan peralatan yang dibuat dari komponen elektronik solid state untuk mengatur dan mengendalikan energi listrik secara fleksibel (Zhang, X. P., 2006). Peralatan FACTS dapat dikategorikan menjadi 2 generasi, yaitu generasi pertama seperti thyristor controlled phase shifters (TCPS), thyristor controlled series capacitor (TCSC), dan static VAR compensator (SVC) serta generasi kedua seperti static compensator (STATCOM), static synchronous series comppensator (SSSC), dan unified power flow controlled (UPFC). Di antara jenis-jenis FACTS tersebut, UPFC memiliki kemampuan lengkap dalam hal kendali pada saluran transmisi tenaga listrik (Sun, Mei, & Lu, 2003). Kemampuan tersebut adalah pengendalian tegangan, pengendalian reaktans saluran transmisi dan pengendalian sudut fase antar dua bus, yang dapat dilakukan baik secara terpisah maupun secara simultan, dan UPFC mampu meredam osilasi serta memperbaiki stabilitas sistem. Namun, UPFC hanya mampu mengendalikan besaran-besaran tersebut pada satu saluran transmisi. Untuk mampu menangani lebih dari satu saluran dalam satu alat, digunakan multi-line UPFC atau generalized unified power flow controller (GUPFC) yang juga merupakan peralatan FACTS terbaru. GUPFC digunakan untuk mencapai Optimal Power Flow (OPF) pada sistem tenaga listrik, dengan melakukan perubahan tegangan, reaktansi dan sudut pada saluran. Namun, dengan penambahan GUPFC pada sistem tidak boleh mengganggu kestabilan dinamis, bahkan diharapkan mampu memperbaiki kondisi dinamis sistem.
3
Penelitian tentang pengaruh GUPFC sudah banyak dilakukan untuk analisis stabilitas statis dan dinamis. Beberapa studi pada GUPFC yang telah dilakukan Jabr (2010), Zhang (2003) dalam analisis statis. Pada penelitian yang dilakukan oleh Hadi (2011), Lubis (2012) dan Masgumelar (2011) mengisvestigasi pengaruh pemasangan GUPFC dengan kendali power oscillation damping (POD) yang dikoordinasikan dengan power system stabilizer (PSS) pada sistem tenaga multimesin. Masgumelar (2011) melakukan perhitungan konvensional dengan kendali berbasis lead-lag satu tingkat, sedangkan Aryahadi (2013) menggunakan kendali berbasis lead-lag dua tingkat dengan metode particle swarm optimization (PSO). Hasil penelitian menunjukkan GUPFC-POD pada sistem tenaga multi-mesin dapat memperbaiki stabilitas sistem dengan meredam osilasi pada sudut rotor, perubahan kecepatan sudut, dan daya elektrik. Kendali tambahan pada mesin digunakan PSS sedangkan pada GUPFC digunakan POD. Metode pengendalian untuk PSS dan POD bisa bervariasi, seperti proportional integral differential (PID) dan lead-lag. Jaleel (2013) telah membuktikan bahwa metode lead-lag memberikan hasil yang paling baik pada pengendalian PSS, sehingga pada penelitian ini digunakan metode lead-lag. Kendali lead-lag terdiri atas blok washout, gain, dan compensation block. Compensation block dapat terdiri atas satu atau lebih tingkat. Semakin banyak tingkat, maka semakin banyak parameter yang bisa dikendalikan. Metode optimasi digunakan untuk mencari parameter optimal dari kendali lead-lag tersebut.
4
Kendali optimal harus sesuai dengan kondisi operasi sistem. Metode kendali optimal dapat dilakukan dengan perhitungan konvensional atau dengan metode meta-heuristik seperti genetic algorithm (GA), particle swarm optimization (PSO), ant colony optimization (ACO), bacterial foraging algorithm (BFA), bat algorithm (BA) dan flower pollination (FP). FP merupakan metode meta-heuristik yang termasuk
dalam
kelompok
swarm intellegence,
di
mana
untuk
menyelesaikan persoalan optimasi digunakan karakteristik perilaku sekelompok organisme yang saling bekerjasama untuk mencapai nilai optimal tertentu dalam suatu fungsi objektif. Kelompok organisme pada metode FP adalah polinator. FP merupakan metode yang relatif baru, karena ditemukan oleh Yang (2012), sehingga belum banyak peneliti yang menggunakan metode optimasi FP. Salah satu contohnya adalah untuk menyelesaikan permainan sudoku (Raouf et al, 2014). Meskipun belum banyak peneliti yang menggunakan metode FP, namun metode ini sangat menjanjikan dan mampu menunjukkan performa yang lebih baik dibanding GA dan PSO pada berbagai fungsi uji (Yang, 2012). Dari latar belakang tersebut, pokok permasalahan yang akan dibahas adalah bagaimana
kendali
optimal
GUPFC
pada
sistem
multi-mesin
dengan
menggunakan PSS dan POD berbasis lead-lag yang dioptimasi menggunakan FP. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, rumusan masalah pada penelitian ini antara lain :
5
1. Kualitas dan Kapasitas tenaga listrik terus bertambah, sementara pembangunan infrastruktur tidak sederhana. 2. Penambahan peralatan FACTS: GUPFC ke sistem dapat mengubah karakter dinamis dari sistem. 3. Salah satu cara untuk meningkatkan kestabilan sistem adalah dengan penambahan power system stabilizer (PSS) pada mesin dan power oscillation damping (POD) pada GUPFC. 4. PSS dan POD perlu lebih dikendalikan dan dikoordinasikan agar kestabilan dicapai. 5. Dibutuhkan kendali optimal GUPFC pada sistem multi-mesin. 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah pada penelitian ini antara lain : 1. Peralatan FACTS yang digunakan adalah GUPFC 2. Peralatan FACTS yang digunakan terdiri atas peralatan FACTS sebelum terpasang pengendali dan setelah terpasang pengendali. Pengendali berupa POD dan PSS. Parameter POD dan PSS dioptimasi. 3. Konfigurasi sistem sebagai studi kasus dalam penelitian ini adalah sistem tenaga terdiri dari tiga mesin, empat bus dan satu GUPFC yang dipasang di bus pada mesin satu. Penelitian ini merupakan hasil analisis dinamis dan mengamati keadaan osilasi awal, overshoot, dan settling time sudut rotor dan perubahan kecepatan sudut pada mesin satu sebelum dan setelah terpasang GUPFC.
6
1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini antara lain : 1. Mengetahui parameter kendali GUPFC yang optimal dengan menggunakan metode FP. 2. Mengetahui unjuk kerja kestabilan sistem pada salah satu generator, pada sistem sebelum terpasang GUPFC (Dengan PSS dan tanpa PSS) dan sistem terpasang GUPFC (Tanpa PSS tanpa POD, dengan PSS tanpa POD dan dengan PSS dengan POD). 1.5 Manfaat Penelitian Setelah diketahui hasil penelitian mengenai Penalaan Parameter Kendali GUPFC Pada Sistem Tenaga Multimesin Menggunakan flower pollination (FP), maka diharapkan akan diperoleh manfaat sebagai berikut : 1. Menambah
wawasan
masalah
sistem
tenaga
listrik,
dengan
mengetahui karakteristik GUPFC pada kestabilan sistem tenaga dan perubahan parameter yang dilakukan. 2. Karakteristik GUPFC dapat memperbaiki kestabilan osilasi pada sistem multimesin saat terjadi gangguan berupa kenaikan daya elektrik, sehingga dapat diimplementasikan pemasangan GUPFC pada sistem kelistrikan di Indonesia. 1.6 Sistematika Penulisan Penelitian Penulisan laporan penelitian ini terdiri dari 5 bab, yaitu :
7
Bab I : Pendahuluan, berisi pembahasan mengenai latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan penelitian. Bab II : Dasar Teori, berisi mengenai konsep dasar model mesin, model sistem multimesin, generalized unified power flow control (GUPFC), Model linear sistem terpasang GUPFC, kendali PSS dan POD, kestabilan sistem dan flower pollination (FP). Bab III : Metode penelitian, berisi mengenai alat dan bahan penelitian, diagram alir penelitian, variabel penelitian, perhitungan parameter sistem tenaga mesin, perancangan kendali PSS dan POD, dan fungsi obyektif untuk penalaan parameter dengan FP. Bab IV : Hasil penelitian dan Pembahasan, berisi pengujian dan pembahasan unjuk kerja berbagai rancangan sistem tenaga multimesindengan penalaan parameter kendali menggunakan algoritma FP. Bab V : Kesimpulan dan Saran, berisi kesimpulan dan saran hasil dari penelitian.
