T E K N I K E L E K T R O S E K O LA H PA S C A S A R J A N A U N I V E R S I TAS GAD JAH MADA Y O GYAKAR TA
STABILITAS SISTEM TENAGA LISTRIK di REGION 4 – PT. PLN (Jawa Timur dan Bali)
Oleh: Arif Nur Afandi
Kuliah Umum STL TE UGM Yogyakarta, Mei 2006
PENDAHULUAN
Latar Belakang Masalah pada sistem tenaga listrik yang sering muncul adalah masalah yang berkaitan dengan dinamika dan stabilitas sistem untuk merespon adanya gangguan yang terjadi. Karena masalah dinamika dan stabilitas sangat berkaitan erat dengan unjuk kerja sistem yang mencerminkan kondisi setiap saat, baik kondisi normal maupun kondisi saat terjadi gangguan, serta kondisi pemulihannya. Nagrath (1989) : Stabilitas sistem tenaga listrik didefinisikan sebagai suatu keadaan sistem untuk kembali lagi ke keadaan normal atau stabil setelah mengalami gangguan.
PENDAHULUAN/Latar Belakang (lanjutan)
Sistem tenaga listrik di Region 4 PT. PLN mencakup : Interkoneksi Region 4 ke Region 3 melalui saluran udara 500 kV dan 150 kV, yang tersambung ke Region 2 dan Region 1 Interkoneksi ke pulau Madura melalui saluran kabel bawah laut 150 kV. Interkoneksi ke pulau Bali melalui saluran kabel bawah laut 150 kV.
PENDAHULUAN/Latar Belakang (lanjutan) Profil Daya Region 1
Load: 5.844 MW Power ability: 5.126 MW Profil Daya Region 3
Load: 2.087,23 MW Power ability: 1.471 MW
Profil Daya Region 2
Load: 2.084,81 MW Power ability: 1.143 MW Profil Daya Region 4
Power ability: 5.124 MW Load: 2.733,3 MW
PENDAHULUAN/Latar Belakang (lanjutan) Profile Daya
Export Import Daya
PENDAHULUAN/Latar Belakang (lanjutan)
Madura
Region 3
Region 4
Bali Saluran kabel bawah laut 150 kV ke pulau Bali putus pada : 8 juni 1994 22 februari 2000.
PENDAHULUAN (lanjutan)
Rumusan masalah 1) Bagaimana respon generator pembangkit tenaga listrik saat terjadi gangguan pada saluran kabel laut ? 2) Bagaimana respon generator pembangkit setelah digunakan Power System Stabilizer (PSS) ?
Tujuan 1) Mengetahui respon generator pembangkit bila terjadi gangguan yang berupa putusnya saluran kabel bawah laut pada saluran menuju pulau Bali. 2) Mengetahui pengaruh penggunaan PSS pada stabilitas sistem tenaga listrik di Region 4 PT. PLN.
LANDASAN TEORI Komponen dasar sistem tenaga listrik
Yu (1983) : Komponen dasar adalah turbin dan governor, generator, eksitasi beserta regulator tegangan, tranformator dan jaringan transmisi. FLD WDG
Line
EX
Water
Turbin Trans
SG
vt
Gov
VR
ref
vt
Vref
Power pool
LANDASAN TEORI (lanjutan)
Power transfer Pe Pmax Pe Pm
E E g b P sinδ e x x g e 0
0
Model pembangkit
/2
LANDASAN TEORI (lanjutan)
Sistem multi mesin Stevenson (1996) : Penyederhanaan sistem multi mesin dapat dilakukan dengan : redaman mesin dapat diabaikan, daya mekanis masukan ke mesin dianggap konstan, setiap mesin dapat diwakili reaktansi yang terhubung seri dengan tegangan dan beban dapat direpresentasikan sebagai impedansi/admitansi.
YL
PL jQL V
2
Yrel
Y11 Y12 Y21 Y22
N
Pk j.Qk Vk . Ykn .Vn n 1
d 2 . k d M k . 2 Dk . k Pmk Pek dt dt
LANDASAN TEORI (lanjutan)
Power system stabilizer (PSS) Yu (1983) : PSS dilakukan dengan masukan umpan balik berupa perubahan kecepatan, perubahan frekuensi atau perubahan akselerasi daya. Kundur (1994) : PSS untuk memberikan peredaman osilasi rotor generator dengan mengotrol sinyal eksitasi
LANDASAN TEORI/Power system stabilizer (lanjutan) VT
Trafo Vref
VC
+
AVR
VR
Exciter
EFD
VPSS PSS a. ESS di Eksitasi Te Tm VT
+
I
-
-
TPSS GEP VPSS PSS
b. PSS di Governor
LANDASAN TEORI/Power system stabilizer (lanjutan)
VT Trafo Vref
+
- VC AVR VPSS
Pemroses S1 S3
VT
S2 S4 f
PE
VR
Exciter
EFD
CARA PENELITIAN Gangguan putusnya saluran kabel bawah laut ke pulau Bali diberikan simulasi branch tripping pada program EDSA di bus Banyuwangi.
Data Beban, pembangkit, saluran
Metodologi Studi pustaka untuk mencari data-data sekunder dan teori-teori. Survei lapangan untuk mencari data-data primer yang dibutuhkan. Mengkaji masalah menggunakan software EDSA technical 2000.
Kalibrasi software Untuk mengetahui tingkat validitas program yang digunakan. Uji validitas dilakukan dengan membandingkan hasil running & hasil di buku.
Langkah penelitian
CARA PENELITIAN (lanjutan)
1. Lakukan analisis aliran daya untuk mengetahui tegangan dan daya setiap saluran. 2. Analisis respon awal pembangkit dengan kondisi beban puncak. 3. Berikan simulasi gangguan putusnya saluran kabel bawah laut pada bus Banyuwangi. 4. Analisis respon semua pembangkit. 5. Gunakan Power System Stabilizer (PSS). 6. Ulangi langkah 4 dan 5.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sistem tenaga listrik yang diteliti Bali : 335,8 MW dan 125,8 Mvar Madura : 108,61 MW dan 40,1 Mvar
Jatim : 2.698,6 MW dan 1.360,6 Mvar
Region 3 : 1.858 MW dan -71,4 Mvar
HASIL DAN PEMBAHASAN (lanjutan)
Aliran daya Pengiriman Daya No
Dari
(MVar)
Losses (kW)
78,250
29,295
21,8
148,718
-87,356
571,2
1.040,000
-35,000
3.879,7
794,000
-43,000
9.049,4
15,000
6,600
15,6
Ke (MW)
1
Jawa Timur (Gresik)
Madura (Gilitimur)
2
Jawa Timur (Banyuwangi)
Bali (Gilimanuk)
3
Region 4 (Surabaya)
Region 3 (Ungaran)
4
Region 4 (Kediri)
Region 3 (Pendan)
5
Region 4 (Bojonegoro)
Region 3 (Cepu)
Pembangkitan Bali : 335,8 MW dan 125,8 Mvar
Madura
No
Pembangkit
ke Sistem (kV)
Madura : 108,61 MW dan 40,1 Mvar
Region 3
Region 4
Jatim : 2.698,6 MW dan 1.360,6 Mvar Region 3 : 1.858 MW dan -71,4 Mvar
Bali
Pembangkitan (MW)
(Mvar)
1
Gresik Blok 1A
500
542,100
248,000
2
Gresik Blok 1B
150
431,500
93,000
3
Gilitimur
150
31,400
9,000
4
Gilimanuk
150
99,900
66,000
5
Gresik
150
419,200
124,900
6
Grati A
500
426,900
84,300
7
Grati B
150
225,900
51,600
8
Perak
150
60,100
13,900
9
Pesanggrahan
150
116,000
75,400
10
Sutami
150
105,000
45,600
11
Wlingi
150
35,000
26,600
12
Paiton (Swing)
500
2.661,786
164,609
5.154,786
1.002,909
TOTAL
HASIL DAN PEMBAHASAN (lanjutan)
Pemadaman di Bali Beban No
48,3 Hz 48,1 Hz
Bus MW
Mvar
1
AMPRA
14,4
7,0
2
ASARI
6,0
2,8
3
BRITI
4,0
0,5
4
GLNUK
8,7
4,7
5
GNYAR
33,7
9,6
6
KAPAL
69,5
23,5
7
NGARA
11,7
4,8
8
NSDUA
61,4
16,3
9
PBIAN
32,8
13,3
10
PMRON
24,8
8,8
11
PSGRN
75,4
28,9
12
SANR
13,4
5,6
355,8
125,8
TOTAL
150,4 MW; 53,4 Mvar 23,4 MW; 8,9 Mvar
Semua beban di Bali : 355,8 MW dan 125,8 Mvar Generator pembangkit Gilimanuk : Membangkitkan 99,9 MW dan 66 Mvar, Kapasitas penuh 120 MW dan 90 Mvar Generator pembangkit Pesanggrahan : Membangkitkan 116 MW dan 75,4 Mvar, Kapasitas penuh 120 MW dan 90 Mvar Generator tidak mampu mensuplai seluruh beban yang ada di Bali. Terjadi load shedding pada penyaluran daya listrik.
HASIL DAN PEMBAHASAN/Respon generator (lanjutan)
Respon generator Sudut rotor (Pembangkit Gilitimur)
Tanpa PSS :
PSS di governor :
PSS di eksitasi :
Osilasi: 7,74 detik
Osilasi: 7,68 detik
Osilasi: 7,62 detik
Overshoot: -4,010
Overshoot: -3,990
Overshoot: -40
HASIL DAN PEMBAHASAN/Respon generator (lanjutan) Daya elektrik (Pembangkit Gilitimur)
Tanpa PSS :
PSS di governor :
PSS di eksitasi :
Osilasi: 6,76 detik
Osilasi: 4,14 detik
Osilasi: 2,64 detik
Overshoot: 31,35 MW
Overshoot: 31,33 MW
Overshoot: 31,34 MW
HASIL DAN PEMBAHASAN/Respon generator (lanjutan) Tegangan (Pembangkit Gilitimur)
Tanpa PSS :
PSS di governor :
PSS di eksitasi :
Osilasi: 4,21 detik
Osilasi: 4,35 detik
Osilasi: 3,77 detik
Overshoot: 0,939 pu
Overshoot: 0,937 pu
Overshoot: 0,936 pu
HASIL DAN PEMBAHASAN (lanjutan)
Perubahan pembangkitan Posisi No
Pembangkit awal
1
b. Daya elektrik (MW) c. Tegangan (pu)
b. Daya elektrik (MW) c. Tegangan (pu)
b. Daya elektrik (MW) c. Tegangan (pu)
-
2667,830
2536,920
130,910
1,000
1,000
0,000
-2,990
-1,070
-1,920
542,100
536,770
5,330
0,982
0,983
-0,001
GRATI A a. Sudut rotor (0) b. Daya elektrik (MW)
c. Tegangan (pu) 7
b. Daya elektrik (MW) c. Tegangan (pu)
426,900
422,400
4,500
0,989
0,990
-0,001
-7,870
-7,370
-0,500
225,900
222,770
3,130
0,979
0,978
0,001
-1,520
4,540
b. Daya elektrik (MW)
60,100
59,560
0,540
0,000
c. Tegangan (pu)
0,937
0,937
0,000
a. Sudut rotor (0)
-17,130
-15,640
-1,490
105,000
102,760
2,240
0,948
0,946
0,002
-15,680
-14,410
-1,270
35,000
34,520
0,480
0,943
0,941
0,002
431,500
426,960
0,961
0,961
9
b. Daya elektrik (MW)
31,400
31,050
0,350
b. Daya elektrik (MW)
0,931
0,931
0,000
c. Tegangan (pu) 10
0,35 MW s/d 130,91 MW
SUTAMI
-1,400
GRESIK
-0,50 s/d -1,920
Daya elektrik: -5,910
-1,630
PERUBAHAN
Sudut rotor:
-7,430
1,380
-4,060
c. Tegangan (pu)
-1,910
a. Sudut rotor (0)
-0,250
-5,460
b. Daya elektrik (MW)
-1,720
PERAK
a. Sudut rotor (0)
a. Sudut rotor (0)
-3,630
GRATI B a. Sudut rotor (0)
8
GILITIMUR
c. Tegangan (pu) 5
-
GRESIK BLOK 1B a. Sudut rotor (0)
4
-
GRESIK BLOK 1A a. Sudut rotor (0)
3
6
PAITON a. Sudut rotor (0)
2
akhir
Reduksi Posisi
WLINGI a. Sudut rotor (0)
-2,450
-1,000
-1,450
419,200
414,730
4,470
b. Daya elektrik (MW)
0,933
0,933
0,000
c. Tegangan (pu)
Tegangan:
-0,001 pu s/d 0,002 pu
HASIL DAN PEMBAHASAN (lanjutan)
Reduksi Overshoot PSS pada Governor No
Generator
1
PAITON a. Sudut rotor (0)
2
4
% Over
Osilasi (detik)
% osilasi
Over shoot
% Over
Osilasi (detik)
% osilasi
-
-
-
-
-
-
-
-
0,100
0,004
0,540
10,365
2,310
0,090
2,370
45,489
c. Tegangan (pu)
0,002
0,199
1,150
21,218
0,002
0,199
2,760
50,923
-0,050
6,329
1,000
13,831
-0,050
6,329
1,050
14,523
b. Daya elektrik (MW)
0,370
0,069
0,100
1,647
1,200
0,223
2,920
48,105
c. Tegangan (pu)
0,001
0,101
0,360
7,392
0,002
0,202
1,420
29,158
a. Sudut rotor (0)
0,060
4,082
0,090
1,148
0,020
1,361
0,190
2,423
b. Daya elektrik (MW)
0,260
0,061
0,420
7,650
0,830
0,194
1,740
31,694
c. Tegangan (pu)
0,000
0,000
1,680
28,141
0,002
0,207
3,220
53,936
-0,020
0,499
0,060
0,775
-0,010
0,249
0,120
1,550
b. Daya elektrik (MW)
0,020
0,064
2,620
38,757
0,010
0,032
4,120
60,947
c. Tegangan (pu)
0,000
0,000
0,040
0,950
0,001
0,107
0,440
10,451
-0,020
2,198
0,710
7,701
-0,008
0,879
0,350
3,796
b. Daya elektrik (MW)
2,450
0,585
0,860
13,586
3,000
0,717
3,480
54,976
c. Tegangan (pu)
0,000
0,000
0,170
3,761
0,002
0,213
0,800
17,699
GRESIK BLOK 1A
PENGURANGAN
Overshoot (PSS di eksitasi):
Sudut rotor : 0,775 % - 40,548 % Daya elektrik: 1,647 % - 38,757 % Tegangan: 0,95 % - 27,899 %
GRESIK BLOK 1B
GILITIMUR
a. Sudut rotor (0)
5
Over shoot
b. Daya elektrik (MW)
a. Sudut rotor (0)
3
PSS pada Eksitasi
GRESIK a. Sudut rotor (0)
Overshoot (PSS di governor) Sudut rotor : 0,000 % - 6,329 % Daya elektrik: 0,004 % - 0,585 % Tegangan: 0,000 % - 0,199 %
HASIL DAN PEMBAHASAN/Reduksi osilasi (lanjutan)
Reduksi Osilasi PSS pada Governor No
Generator
6
GRATI A
Over shoot
% Over
Osilasi (detik)
% osilasi
Over shoot
% Over
Osilasi (detik)
% osilasi
-
-
0,500
6,545
-
-
0,290
3,796
b. Daya elektrik (MW)
0,280
0,066
0,940
16,123
0,810
0,191
1,940
33,276
c. Tegangan (pu)
0,001
0,100
1,380
25,229
0,002
0,201
2,360
43,144
-0,020
0,296
0,180
2,853
-0,040
0,592
0,230
3,645
b. Daya elektrik (MW)
0,180
0,080
0,480
8,205
0,590
0,263
2,660
45,470
c. Tegangan (pu)
0,000
0,000
1,230
18,807
0,002
0,203
2,070
31,651
-0,020
0,343
2,190
34,707
-0,020
0,343
1,940
30,745
b. Daya elektrik (MW)
0,030
0,050
0,810
15,820
0,080
0,134
2,500
48,828
c. Tegangan (pu)
0,001
0,106
0,140
3,104
0,002
0,212
0,750
16,630
-
-
1,120
29,016
-
-
1,770
45,855
b. Daya elektrik (MW)
0,130
0,126
1,470
24,873
0,400
0,386
3,050
51,607
c. Tegangan (pu)
0,000
0,000
1,680
28,331
0,001
0,105
2,650
44,688
-0,020
0,140
2,690
32,332
-0,030
0,210
2,470
29,688
b. Daya elektrik (MW)
0,030
0,086
0,820
13,689
0,100
0,288
2,310
38,564
c. Tegangan (pu)
0,000
0,000
0,320
6,202
0,001
0,106
0,730
14,147
a. Sudut rotor (0)
7
GRATI B a. Sudut rotor (0)
8
SUTAMI a. Sudut rotor (0)
10
PENGURANGAN
Osilasi (PSS di eksitasi):
Sudut rotor : 0,000 % - 45,855 % Daya elektrik: 33,276 % - 60,947 % Tegangan: 10,451 % - 53,936 %
PERAK a. Sudut rotor (0)
9
PSS pada Eksitasi
WLINGI a. Sudut rotor (0)
Osilasi (PSS di governor) Sudut rotor : 0,000 % - 34,707 % Daya elektrik: 1,647 % - 38,757 % Tegangan: 0,95 % - 28,331 %
PENUTUP
Kesimpulan 1) Respon pembangkit tenaga listrik di Region 4 terhadap gangguan yang berupa putusnya saluran kabel bawah laut yang menuju pulau Bali mengalami perubahan dan osilasi, hal ini ditinjau dari tanggapan sudut rotor, tegangan dan daya elektrik pada semua pembangkit. Untuk semua pembangkit perubahan sudut rotor berkisar 00 –1.920 dan lama waktu osilasi tegangan berkisar antara 4,21 – 6,54 detik. 2) Penggunaan Power System Stabilizer (PSS) pada sistem tenaga listrik di Region 4 memberikan kontribusi pada perbaikan unjuk kerja sistem pembangkit. Pemasangan PSS pada governor memberikan perbaikan waktu osilasi tegangan sebesar 0,95 % - 28,331 %, sedangkan pemasangan PSS pada eksitasi memberikan perbaikan waktu osilasi tegangan sebesar 10,451 % - 53,936 %.
Arif Nur Afandi
Teknik Elektro Sekolah Pascasarjana, Universitas Gadjah Mada
