7
BAB II OPERASI DAN DINAMIKA SISTEM TENAGA LISTRIK
2.1 Dinamika Sistem Tenaga Listrik
Sistem tenaga modern dipresentasikan oleh sebuah sistem interkoneksi yang sangat tergantung pada kontrol untuk memanfaatkan secara optimal sumber daya
yang ada. Sumber yang dapat diperbarui dan ekonomi energi listrik merupakan faktor penentu perkembangan industri yang bisa meningkatkan standar hidup
masyarakat. Sejak revolusi industri, kebutuhan energi listrik meningkat tajam. Sebagian besar energi yang dibutuhkan oleh masyarakat modern disuplai dalam
bentuk energi listrik. Peningkatan kebutuhan energi listrik yang sebanding dengan keterbatasan antara sumber daya dan lingkungan merupakan tantangan yang harus
dihadapi oleh perancang sistem. Sebuah keterbatasan pada penyaluran daya akan menimbulkan usaha untuk meningkatkan kemampuan jaring transmisi dalam
pencarian solusi teknologi terbaik. Perkembangan rekayasa kontrol yang sangat cepat cenderung mengatur penyaluran daya pada saluran transmisi daya listrik sesuai
kebutuhan dan bervariasi dari waktu ke waktu menggunakan kontrol yang terpadu dan optimal.
Dinamika sistem tenaga menjadi faktor penting untuk memenuhi operasi sebuah sistem. Hal itu dipengaruhi oleh komponen-komponen dinamika sistem
seperti generator, jaring transmisi, beban, peralatan Flexible AC Transmision System FACTS, dan peralatan kontrol yang lain.
8
2.2 Kestabilan Sistem Tenaga Listrik
Stabilitas sistem tenaga listrik telah menjadi perhatian utama dalam sebuah sistem operasi. Perhatian itu muncul dari fakta bahwa pada kondisi keadaan mantap
steady state, kecepatan rata-rata untuk semua generator harus sama. Kondisi tersebut dinamakan pada operasi sinkron dari sebuah sistem yang terinterkoneksi.
Gangguan kecil atau besar pada sistem tenaga berdampak pada operasi sinkron. Sebagai contoh, kenaikan atau penurunan tiba-tiba pada beban, atau akibat rugi
pembangkitan, menjadi salah satu jenis gangguan yang berpengaruh sangat signifikan terhadap sistem. Jenis lain dari gangguan adalah jaring transmisi terputus,
beban lebih over load, atau hubung singkat. Dengan demikian diharapkan stabilitas sistem akan menuju ke keadaan mantap dalam waktu singkat setelah gangguan
menghilang. Hal itu merupakan gambaran dari sebuah sistem yang dianggap sukses. Gangguan dapat dibagi menjadi 2 kategori, yaitu gangguan kecil dan
gangguan besar. Gangguan kecil merupakan satu dari elemen sistem dinamik yang dapat dianalisis menggunakan persamaan linear analisis sinyal kecil. Gangguan
kecil yang terjadi berupa perubahan beban pada sisi beban atau pembangkit secara acak, pelan dan bertingkat. Gangguan yang menghasilkan kejutan tiba-tiba pada
tegangan bus adalah jenis gangguan besar yang harus dihilangkan secepatnya. Jika tidak dihilangkan secepatnya, gangguan itu akan sangat mempengaruhi kestabilan
sistem. Tidak hanya besar gangguan, waktu gangguan juga berpengaruh terhadap kestabilan sistem.
9
2.2.1 Kestabilan Steady State
Kestabilan steady state adalah kemampuan sistem tenaga untuk mencapai kondisi stabil pada kondisi operasi baru yang sama atau identik dengan kondisi
sebelum terjadi gangguan setelah sistem mengalami gangguan kecil. Analisis kestabilan steady state menggunakan pendekatan model linear. Kestabilan steady
state pada sistem tenaga dapat disebut sebagai kestabilan sinyal kecil small signal stability. Kestabilan steady state merupakan sebuah fungsi dari kondisi operasi.
2.2.2 Kestabilan Transien
Kestabilan transien adalah kemampuan sistem tenaga untuk mencapai kondisi stabil operasi baru yang dapat diterima setelah sistem mengalami gangguan besar.
Analisis kestabilan transien menggunakan pendekatan model nonlinear. Kestabilan transien pada sistem tenaga adalah respon output yang mencapai kondisi operasi
steady state yang diizinkan dan sistem yang dapat kembali ke posisi semula pada saat sistem mengalami gangguan. Kestabilan transien merupakan fungsi dari kondisi
operasi dan gangguan. Di samping dua kategori di atas, Professor William D. Stevenson
menambahkan satu kategori, yaitu kestabilan dinamik. Secara konsep kestabilan steady state dan dinamik adalah sama. Hal penting lain yang harus dicatat adalah
walaupun sistem beroperasi dalam kondisi tidak stabil secra transien, tetapi kestabilan sinyal kecil pada sistem tersebut perlu dijaga setiap waktu. Secara umum,
kestabilan tergantung pada beban sistem. Peningkatan beban dapat memicu ketidakstabilan. Hal itu menunjukkan bahwa menjaga kestabilan sistem merupakan
hal penting meskipun berada di bawah kondisi beban berat.
10
2.3 Operasi Sistem Tenaga
DyLiacco, Fink, dan Carlson mengklasifikasikan operasi sistem tenaga menjadi 5 lima keadaan, yaitu keadaan aman, keadaan siaga, keadaan darurat,
keadaan berbahaya, dan keadaan restoratif. Klasifikasi operasi sistem tenaga secara rinci dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Keadaan Aman
Pada keadaan ini semua batasan persamaan tegangan V
t
dan pertidaksamaan arus I dipenuhi. Pada keadaan ini, pembangkitan dianggap
cukup mensuplai kebutuhan beban yang ada serta tidak ada peralatan yang melebihi batas kerja. Demikian juga pada keadaan ini, batas cadangan cukup
untuk memenuhi tingkat keamanan dengan mengutamakan sistem utama. Aktivitas berikutnya adalah meningkatkan kepuasan keamanan.
2. Keadaan Siaga
Perbedaan antara keadaan ini dengan keadaan aman adalah tingkat keamanan di bawah ambang batas. Hal tersebut menimbulkan bahaya gangguan yang
berasal dari berbagai variabel yang tidak seimbang arus, tegangan dan frekuensi ketika sistem terganggu. Hal itu dapat terjadi akibat variabel
keamanan sistem tidak terintegrasi dengan baik. Kontrol pencegahan perlu dilakukan untuk melakukan transisi dari keadaan siaga ke keadaan aman.
11
3. Keadaan Darurat
Untuk gangguan besar, sistem dapat masuk ke dalam keadaan darurat. Di sini variabel I terganggu, dan bagaimanapun juga sistem akan tetap utuh dan
kontrol darurat dapat digunakan untuk memperbaiki sistem menuju ke keadaan siaga. Jika kontrol tersebut tidak efektif, dan gangguan awal cukup
besar dan melebihi batas sistem, maka sistem akan jatuh dan mencapai keadaan berbahaya.
4. Keadaan Berbahaya
Keadaan berbahaya terjadi jika dua variabel I dan V
t
diganggu. Gangguan pada keseimbangan variabel berdampak pada pelepasan beban sistem.
Kontrol darurat diusahakan untuk menghindari sistem jatuh total. 5.
Keadaan Restoratif Keadaan ini merupakan transisi untuk variabel I yang bertemu dengan
kontrol darurat, tetapi variabel V
t
belum dapat terpenuhi. Dari keadaan ini, sistem dapat berpindah ke kedua jenis keadaan siaga atau aman.
Untuk pengembangan lebih lanjut dalam pendefinisian keadaan sistem, darurat sistem tenaga dapat didefinisikan sebagai:
1. Krisis Viabilitas, krisis ini terjadi akibat ketidakseimbangan antara
pembangkit, beban, transmisi lokal atau sistem luas. 2.
Krisis Stabilitas, krisis ini merupakan hasil akumulasi energi pada ayunan sistem sehingga mengacaukan integritas sistem.
12
Keadaan berbahaya berhubungan dengan karakteristik kesalahan dari sebuah sistem dan kehilangan integritas sistem, termasuk pemecahan yang tidak dapat
terkontrol. Hal itu menjelaskan bahwa objek kontrol pada keadaan darurat seharusnya menghindari transisi dari keadaan darurat ke keadaan bahaya. Oleh sebab
itu, pengetahuan tentang dinamika sistem sangat penting untuk mendesain kontroler yang berhubungan dengan keadaan sistem.
2.4 Permasalahan Dinamika Sistem Tenaga
Kategori