Paper ID: 130
Desain Analog Prototype Model of Static Syncronous Compensator (STATCOM) Pada Single Machine Infinite Bus (SMIB) Menggunakan Deferential Evolution (DE) Rodhi Kelvianto1) Herlambang Setiadi2) Imam Robandi3) 13)
Jurusan Teknik Elektro ITS, Surabaya 60111, 2) Curtin University of Technology, Perth Western Australia 6845, email: 1 )
[email protected], 2)
[email protected]
Abstrak – Dalam makalah ini dibahas tentang koordinasi Static Synchronous Compensator (STATCOM) pada Single Machine Infinite Bus (SMIB). Agar diperoleh koordinasi yang optimal, parameter STATCOM dioptimisasi menggunakan Deferential Evolutionary (DE). Dari simulasi yang dilakukan terlihat bahwa parameter STATCOM yang dioptimisasi menggunakan DE dapat mempercepat time settling dari frekuensi plant tersebut. Pada beban 0.01 pu untuk SMIB tanpa kontroler diperoleh overshoot -0.02663 pu dan time settling 16.5 detik. Untuk SMIB dengan STATCOM konvensional diperoleh overshoot -0.0241 pu dan time settling 14.45 detik. Untuk SMIB dengan STATCOM yang dioptimisasi menggunakan DE diperoleh overshoot 0.02406 pu dan time settling 11.57 detik. Kemudian pada beban 0.05 pu untuk SMIB tanpa kontroler diperoleh overshoot -0.0289 pu dan time settling 17.09 detik. Untuk SMIB dengan STATCOM konvensional diperoleh overshoot -0.0262 pu dan time settling 15.51 detik. Untuk SMIB dengan STATCOM yang dioptimisasi menggunakan DE diperoleh overshoot 0.02606 pu dan time settling 11.58 detik Kata Kunci: SMIB, STATCOM, DE 1.
PENDAHULUAN
Perkembangan pesat teknologi menyebabkan meningkatnya jumlah konsumsi energi listrik. Listrik yang disuplai ke konsumen tidak hanya harus baik dalam kuantitas, tetapi juga harus baik dalam kualitas. Oleh sebab itu kehandalan stabilitas tenaga listrik sangat diperlukan. Kestabilan sistem tenaga listrik harus dipertahankan dengan baik. Kestabilan sistem tenaga listrik selalu terganggu oleh berbagai macam gangguan, diantaranya gangguan yang bersifat transien dan bersifat dinamik. Penyebab gangguan adalah gangguan besar sedangkan penyebab gangguan dinamik adalah perubahan kecil seperti perubahan beban. Jika suatu waktu terjadi perubahan beban secara tiba-tiba maka hal ini menyebabkan terganggunya stabilitas sistem. Perubahan daya pembangkitan menyebabkan deviasi frekuensi pada
sistem. Oleh karena itu untuk mengatasi gangguan ini, pada unit generator tidak bisa hanya mengandalkan governor sebagai kontrol kecepatan, tetapi juga harus dibantu oleh kontroler tambahan. Fungsi utama kontrol tambahan yaitu mengembalikan nilai deviasi frekuensi menjadi nilai referensi jika terjadi gangguan[1]. Dalam paper ini dijelaskan tentang Desain Static Syncronous Compensator (STATCOM) pada Single Machine Infinite Bus (SMIB) menggunakan Deferensial Evolutionary (DE), dimana model linier dari mesin sinkron yang terhubung ke bus infinite (SMIB) di kontrol dengan Static Syncronous Compensator (STATCOM) yang di optimasi menggunakan Artificial Intelegent (AI) Deferensial Evolutionary (DE). 2.
DASAR TEORI
2.1. SMIB Single Machine Infinite Bus (SMIB) merupakan sebuah sistem satu mesin yang menyalurkan daya ke bus tidak terhingga[2]. Disebut tidak terhingga karena jarak antara mesin dengan beban dianggap sangat jauh melalui saluran transmisi dengan ikatan variabel yang lemah sehingga tegangan di bus yang tidak terhingga dapat di asumsikan sebagai harga yang tidak terusik[2]. Pada sistem ini sebuah generator direpresentasikan dengan mesin tunggal (single machine) untuk mewakili sebuah pembangkit tenaga listrik yang terdiri dari beberapa generator[2]. Generator dihubungkan dengan saluran ganda melalui transformator. Dengan sumber tegangan tetap, saluran transmisi dihubugkan dengan sebuah bus. Magnitude frekuensi dan fase tegangan diasumsikan tidak berubah dengan perubahan beban[2]. Dalam paper ini yang digunakan yaitu SMIB model Haadi Sadat yang dapat dilihat pada gambar 3 di bawah ini.
128
1.1 Blok STATCOM Washout Filter (1) (2)
sTW 1 sTW Gambar 3 : Diagram Blok Washout Filter
1.2 Blok STATCOM Amplifier (3)
Gambar 1 : SMIB Hadit Saadat Model[3]
(4)
2.2. Static Syncronous Compensator Flexible Alternating Current Tranmission Systems (FACTS) devices jenis Static Syncronous Compensator (STATCOM) merupakan perangkat elektronik yang berbasis syncronous voltage generator. Dengan mengontrol/mengatur magnitude dari tegangan STATCOM, daya reaktif bergantian diantara STATCOM dan saluran transmisi. Meskipun begitu, nilai shunt compensator di sistem tenaga dapat di control.
sKB 1 sKB Gambar 4 : Diagram Blok Amplifier
1.3 Blok STATCOM Phase Compensator (5) (6)
1 sT1 1 sT 2
1 sT3 1 sT4
I
Gambar 5 : Diagram Blok Phase Compensator node ∆V
E
2.
VDC V
Vref
ω
ref
(b)
(a)
Gambar 2 : STATCOM system: (a) VSC connected to the AC network via a shunt-connected transformer; (b) STATCOM schematic representation [7]
1/s Blok Parameter Rangkaian analog dari sebuah parameter 1/s dinyatakan dalam bentuk rangkaian integrator penguat operasional. Untuk mendapatkan nilai s = 1detik maka melalui asumsi t=RC maka nilai R = 1 KΩ dan nilai C = 1000 μF. Rangkaian integrator ini ditambah dengan rangkaian penguatan terbalik karena bersifat penguatan terbalik seperti terlihat pada Gambar 6[4].
.
Pada paper ini, model STATCOM akan dikonversikan menjadi rangkaian listrik dengan menggunakan amplifier. Setelah itu, setiap diagram block akan dikonversikan menjadi tiap parameter yang direpresentasikan. Blok akan dibagi menjadi 3 bagian yaitu parameter blok, 1/s parameter blok, dan blok penjumlahan[4]. 1. Parameter blok Untuk mengkonversi ke dalam sebuah rangkaian penguat opersional sebuah blok diagram, kita akan melakukan pemecahan blok diagram sehingga terdiri dari blok-blok parameter, 1/s, dan penjumlah secara terpisah. Pemecahan blok ini tidak dilakukan jika blok telah terdiri dari satu blok parameter, seperti blok gain[4].
129
Gambar 6 : 1/s Parameter Analog Circuit
3.
Blok Penjumlahan Terdapat dua jenis rangkaian penjumlahan yang dipakai dalam pembahasan kali ini yaitu penjumlahan positif-positif dan penjumlahan positif-negatif.
pada persamaan 4 di bawah ini. Dimana trial vector, ui,g , memiliki nilai objective fuction sama atau lebih kecil dari pada targer vector xi,g, maka ia mengganti target vector pada pembangkitan atau iterasi berikutnya. Sebaliknya, jika trial vector ui,g, memiliki nilai objective function yang lebih besar dibanding target vektor xi,g, maka target vektor tetap menjadi anggota pada pembangkitan atau iterasi selanjutnya. Proses seleksi pada DE diilustrasikan pada gambar 5 di bawah ini[5].
R3 100 Ω 100 Ω
+12V -
in
+12V -
1 kΩ +
out
100 Ω +
100 Ω n
100 Ω 100 Ω
-12V -12V
Gambar 7 : Positive-negative Summation Circuit
(4)
Gambar 8 : Positive-Positive Summation Circuit
2.3. Deferetial Evolution Deferensial Evolutionary Algorthm (DE) merupakan algoritma pencarian yang berbasis populasi yang menggunakan siklus perulangan dari rekombinasi dan seleksi menggiring populasi menuju nilai optimum global. Metode ini pertama kali diperkenalkan oleh Storn dan Prince pada tahun 1995[5]. 1. Inisialisasi Dalam Defferensial Evolution penginisialisasian dilakukan secara random (acak) dan memiliki batasanbatasan yaitu batas atas dan bawah. Persamaan inisialisasi dalam DE dapat dinyatakan dalam persamaan 1 di bawah ini[5]. (7) 2. Mutasi Persamaan mutasi dalam Defferensial Evolution (DE) dapat dinyatakan pada persamaan 2 di bawah ini[5]. (2) 3. Crossover Dalam Defferensial Evolution(DE) crossover berfungsi untuk melengkapi strategi pencarian mutasi differensial. Crossover bertujuan untuk membentuk trial vector dari nilai paramater yang akan di gandakan dari dua vektor berbeda, yaitu vektor awal dengan vektor mutant. Persamaaanya dapat dinyatakan pada persamaan 3 di bawah ini[5].
Gambar 9 : Proses seleksi pada DE
3.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam paper ini ditunjukkan bahwa SMIB di koordinasikan dengan STATCOM. Untuk mendapatkan koordinasi yang maksimal parameter pada STATCOM yaitu Tw, Kb, Tb, T1, T2, T3, T4 di optimasi dengan menggunakan DE. Plant dari SMIB yang di koordinasikan dengan menggunakan STATCOM di simulasikan di simulink, dan DE di simulasikan dengan M-file yang terdapat pada sofwere MATLAB, gangguan (noise) yang diberikan bernilai 0.01 pu dan 0.05 pu. Parameter terbaik ditunjukkan pada tabel 1 dan gambar 10 menunjukkan grafik konvergensinya.
(3) 4. Seleksi Pada Differensial Evolution ada yang dinamakan seleksi yang berguna dalam menentukan vector yang akan menjadi anggota populasi untuk iterasi selanjutnya. Persamaan dari seleksi ini dapat dilihat
Gambar 10 : Grafik Konvergensi DE
130
Tabel 1: Nilai Parameter STATCOM
Keterangan Tw Kb Tb T1 T2 T3 T4
Tabel 3: Hasil Simulasi
Nilai 7.5058 3.0049 0.0410 1.6109 0.0141 0.0367 0.1154
Parameter Overshoot (pu) Time Settling (detik)
Tanpa Kontroler -0.0289
STATCOM Konvensional -0.0262
STATCOM DE -0.02606
17.09
15.51
11.58
Tabel 2 di bawah ini menunjukan perbandingan nilainilai parameter dari SMIB yang tidak di control, SMIB yang di control dengan STATCOM, dan SMIB yang di optimasikan menggunakan Defferensial Evolution (DE) dan pada gambar 11 menunjukan grafik frekuensi dari SMIB yang tidak di control, SMIB yang di control menggunakan STATCOM, dan SMIB yang di control dengan STATCOM yang di optimasi menggunakan Defferensial Evolution (DE) dengan gangguan sebesar 0.01 pu. Gambar 12 : Perbandingan Hasil Respon Frekuensi dengan perubahan beban 0.05 pu.
Tabel 2: Hasil Simulasi
Parameter Overshoot (pu) Time Settling (detik)
Tanpa Kontroler -0.02663
STATCOM Konvensional -0.0241
STATCOM DE -0.02406
16.5
14.45
11.57
4. KESIMPULAN Dari hasil simulasi didapatkan bahwa mengontrol SMIB menggunakan STATCOM dan di optimasi dengan DE memberikan hasil yang optimal dan dapat mengurangi osilasi pada sistem tersebut. Dan hasil dari SMIB yang di control dengan STATCOM dan di optimasikan menggunakan DE dengan perubahan beban 0.01 pu didapatkan overshoot frekuensi bernilai -0.02406 pu dan time settling frekuensi bernilai 11.57 detik sedangkan pada perubahan beban 0.05 pu didapatkan overshoot frekuensi bernilai -0.02606 pu dan time settling frekuensi bernilai 11.58 detik Dengan demikian terlihat bahwa SMIB yang di controler dengan STATCOM dan di optimasi dengan DE memiliki performa yang lebih baik. DAFTAR REFERENSI
Gambar 11 : Perbandingan Hasil Respon Frekuensi dengan perubahan beban 0.01 pu.
Dalam tabel 3 di bawah ini menunjukan perbandingan nilai-nilai parameter dari SMIB yang tidak di control, SMIB yang di control dengan STATCOM, dan SMIB yang di optimasikan menggunakan Defferensial Evolution (DE) dan pada gambar 12 menunjukan grafik frekuensi dari SMIB yang tidak di control, SMIB yang di control menggunakan STATCOM, dan SMIB yang di control dengan STATCOM yang di optimasi menggunakan Defferensial Evolution (DE) dengan gangguan sebesar 0.05 pu.
[1] Mochamad Avid Fassamsi, “Optimal Tunning PID Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) Menggunakan Imperialist Competitive Algorithm (ICA) Untuk Meredam Osilasi Daya Pada Sistem Kelistrikan Jawa Bali 500 kV”, Tugas Akhir, Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia 2010 [2] K.K Wendy, Z.A.M. Benie , As’adi, A. Musyafa, and R. Imam. “Optimization of Capacitive Energy Storage (CES) for Improved Transient Stability on Single Machine Infinite Bus (SMIB) using Differential Evolution Algorithm” presented at APTECS, Surabaya, Indonesia, 2010. [3] Hadi Saadat,”Power System Analysis 2nd Edition”, McGrowHill, 2004.
131
[4] Akbar Swandaru, Soedibyo, Ardyono Priyadi Imam Robandi “Optimum Coordination of Capasitive Energy Storage and Analog Prototype Model of STATCOM in Multimachine power System Using ICA”, Proceedings of Internasional Seminar on Applied Technology, Science, and Arts(3rd APTECS), Surabaya, 6 Dec. 2011, ISSN 20861931.
[5] AM Benie Zakariya, “ Desain Optimal PI pada Doublu FED Induction Generator (DFIG) menggunakan Diferential Evolutionary”, Tugas Akhir, Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia 2011
132
