Studi Stabilitas Sistem Tenaga Listrik di Sumbar-Riau - Universitas Negeri Padang Repository
I
DIPA
I
1,AI'ORAN PENELITIAN
Studi Stabilitas Sistem Tenaga Listrik di Surnbar-Riau
oleh :
Drs. -M.Kes.
Oriza Candra, S.T.,M.T.
Penelitian ini dibiayai oleh :
Dana DIPA Universit.:~Negeri Padang Tahun Anggaran 2007
S ~ ~ r iI'crjaajiitn
lt
Kontrak Nomor
H0211I 3 5 / l i ~ I / l ) I'A/2007
I
'1'11rtgg;1120 Marc,!,2007
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI PADANG
2007
I
LEMBARAN IDENTITAS DAN PENGESAHAN
LAPORAN PENELITIAN
I
1.
a. Judul Penelitian
: Studi Stabilitas Sistem T e n a ~
a Listrik di Sumbar-
Riau
b. Bidang llmu
Sistcm Tenaga Listrik
Personalia
a. Ketua Peneliti
Nama Lengkap
Drs. Hambali, M.Kes.
Pangkat/Gol/NlP
Penata /III.c/13 1669089
Fakultas/Juruszn
Teknik / Teknik Elektro
b. Anggota Peneliti
Nama Lengkap
Oriza Candra, M.T.
Pangkat/Gol/NIP
Penata Muda /lII.alI32232490
Fakultas/Jurusan
Teknik / Teknik Elektro
3. Laporan Penelitian
Telah direvisi sesuai saran pereviu
Padang, 30 November 2007
11
/
I
Ketua Pcneliti,
*
. Mengetahui
~ & n FT-UNP
I
I
1
. ,
'
1 3 ,
1
~
/ NIP. 131669089
VIP, 131847374
Ifetua Lembaga Penelitian
dniversitas Negeri Padang,
I
I
I
NIP. 130365634
PENGANTAR
Kegiatan'penelitian mendukung pengembangan ilmu serta terapannya. Dalam
ha1 ini, Lembaga Penelitian Unive-.:sitas Negeri Padang berusaha mendorong dosen
untuk melakukan penel it ian sebagai; bagian integral dari kegiatan mzngajarnya, baik
yang secara langsung dibiayai oleh dana Universitas Negeri Padang maupun dana dari
sumber lain yang relevan atau bekerja sama dengan instansi terkait.
Sehubungan dengan itu, Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang
bekerjasama dengan Pimpinan Uni~ersitas, telah me~fasilitasi peneliti untuk
melaksanakan penelitian tentang ~tudi/StabilitasSislem Tenaga Listrik di SumbarRiau, berdasarkan Surat Perjanjian Konkrak Nomor : 802/H35/KU/DIPA/2007 Tanggal
26 Maret 2007.
Kami menyambut gembira usaha yang di lakukan peneliti untuk menjawab
berbagai permasalahan pembangunan, khususnya yang berkaitan dengan permasalahan
penelitian tersebut di atas. Dengan selesainya penelitian ini, Lrmbaga Penelitian
Universitas Negeri Padang akan dapat memberikan informasi yang dapat dipakai
sebagai bagian upaya penting dalam peningkatan mutu pendidikan pada umumnya. Di
samping itu, hasil penelitian ini juga diharapkan memberikan masukan bagi instansi
terkait dalam rangka penyusunan kebijakan pembangunan.
I
I
Hasil penelitian ini telah ditelaah olch tim pembshas usul dan laporan penelitian,
kemudian untuk tujuan diseminasi, hasil peneiitian ini telah diseminarkan ditingkat
Universitas. Mudah-mudahan penelitian ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pada
umumnya dan khus~~snya
peningkatan mutu staf akademik Universitas Negeri Padang.
Pada kesemyatan ini, kami ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai
pihak yang membantu terlaksananya penelitian ini, terr~tamakepada pimpinan lembaga
terkait yang menjadi objek penelitian, responden yang menjadi sampel penelitian, dan
tim pereviu Lembaga Pe~ielitian Universitas Negeri Padang. Secara khusus, kami
menyampaikan terima kasih kepada Rektor Universitas Negeri Padang yang telah
berkenan memberi bantuan pendanaan b.lgi penelitian ini. Kami yakin tanpa dedikasi
dan kerjasama yang terjalin selama ini,' penelitian ini tidak akan dapat diselesaikan
sebagaimana yang diharapkan dan semoga kerjasama yang baik ini allan menjadi lebih
baik lagi di masa yang akan datang.
Terima kasih.
Padang, November 2007
Ketua Lembaga Penelitian
Universitas Negeri Padang,
Prof. Dr.H. Anas
NIP. 130365634
ad, M.A.
'.
DAFTAK IS1
Halaman
IHALAMAN JUDUI,
i
LEMBAR IDENTITAS DAN PENGESAHAN
PENGANTAR
DAFTAR ISI
.......... . ... ........ .... ... .... .... . ... ............ ...........
.................................................... .............
DAFTAR TABEL
............................................................
BAB I
BAB I1
..
II
...
111
iv
vi
....... . ... ...... ... .. . ... ..... . . . . ......... ............
vii
....... . ... ... ...... .. ... ... . .. ... . ... ..... . ........ . .. . ........ . ..
Vlll
DAFTAR GAMBAR
ABSTRAKS
. . .... . . .. ..... . .. . ... ..
...
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
........ ..... ................................
I
B. Permasalahan
.. .. ... . ...... ... .. ... .......... ...... ...... ..
3
TINJAUAN PUSTAIL4
.................
4
1 . Turbin .............. .............. . ............... .............
4
.................. ....................... ........
4
A. Komponen'Dasar Sistem Tenaga Listrik
2. Governor .. i..
B. Persamaan Ayunan
..... .. ............... .......... .........
5
..... ..... .......
7
. . . . ............... ..............
8
.................................
10
C. Persamaan Generator Model dua sumku
I Eksitasi
D. Persamaan Sistelin
i
E. Pengaruh Sistem Eksitasi
I:. Pengaruh AVI< pada Sinkrunisasi dan
Damping Torsi
. . . . . ..... ..... . . . . . ..... ... . . . . . . . .:. ..... . ..
13
BAB 111
'TUJUAN DAN MANFAAT l'ENELITI..\N
BAB IV
METODE PENELliTlAN
.... .........
I
i
A. Persiapan Data
B. Langkah-langkah Analisis Stabilitas Sistem Tenaga
Listrik
.... . .. . ..... . .. ...... . .. . ..... . . ... .. .. . .. . .....;. . .....
C. Diagram Alir Analisis Stabilitas Sistem Tenaga
Listrik
BAB V
. ................ ...... .. .... ... ... ... ..... ......... . ... .
HASIL DAN PEMBAHASAW
A. Sistem Tenaga Listrik yang Ditinjau
B. Data Pembangkit dan Beban
........ .............
........... ...... .............
C. ~ a t a i d a t aBeban Sistein Tenaga 1,istrik
Sumbar-Riau
. . . . .. .... .. . ..... . .. . ... .. . .. .... .. . .. ... .. . . .
I
D. Data lrnpedansi Saluran Sistem Pembangkit
Su~nbar-Riau
,
. . . . . .. .. . . . . ...... . .. .. . . .. . .. . ..... . . . . .. ... . .
E. Hasil dan I'embahasan I'enelitian
.... . .. ...... ..........
I. Studi aliran daya ........ . . . ........ ....... ...... .. .........
2. Tanggapan masing-masing pembangkit tenaga listrik
Saat pelepasan beban .. .. . . ....... . ......... . .... . ..........
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
H . Saran - saran
DAFTAR PIJSTAKA
LAMPIRAN
.. .. . . . . .. .... .. . ......... ........ . ...... .. .... .
..... .. . ..... . . . ... . .. . .. . .... . . . .. .. ... . .. . .. . ..... ....
....... .. . . ..... . .. ... . .. . .. . ..... . .. .... .... . . ........ . ...-.. .....
15
DAFTAR TABIEL
Halaman
. ...... . .. ....
18
..... .. ...... .......
19
Tabel. 5.1. Data pembangkit sisterr~tenaga Sumbar-Riau
Tabel. 5.2. Data beban sistem tenaga Surnbar-Kiau
Tabel. 5.2. Data impedansi saluran transmisi Sumbar-Riau
.............
I?
Halaman
Gambar 2.1. Konlponen dasar penlbangkit tcnaga listrik
... . .. ... . ...
Gambar 2.2. Diagran~fasor satu fasa generator rotor silillder
...........
..........................................................
Gambar 2.4. diagram blok model dlla sumbu
..... ..... . .. . ..... . .. ........
Gambar 2.3. Kurva sudut daya
. .... ........
Gambar 2.6. diagram blok sistem eksitasi ..... .. .......... .. ............. .
Gambar 2.7' Diagram blok linier sistem eksitasi generator
. . ........
Gambar 2.8. sistem exsitasi dengan AVR
. . ..... . ...... .. .... ........... . .
Gambar 2.9. blok (,,iagramdengan eksirtasi dan AVR
. .......... .......
Gambar 2.10. Hlok diagram dengan AVK dan PSS
. ... . . . . ..........
Gambar 2.:. diagram blok linier dari model dua sumbu
Gambar 4.1 Diagram alir stabiiitas sistem tenaga listrik
Sumatera Baral-Riau
. . . . . ...... . . . . . . .. .... . . . . . . ..... . .. . .. ...... . ...... .....
Gambar 5.1. Tanggapan sudut rotor pembangkit
Singkarak sebelum dan sesudah mcnggunakan PSS
" " " " """""""
Gambar 5.2 .a Tanggapan tegangan pcmbangki t
Singkarak sebelum menggunakan pSS
""""-""""".-..-....--.---
Gambar 5.2.b. Tanggapan tegangan pembangkit Singkarak
sesudah
PSS
.................................................
Gambar 5.3 .a. Tanggapan daya elektrik pembangkit Singkarak
sebelum tncnggunakan PSS
..............................
Gambar 5.3.b. Tanggapan daya elektrik pcmbangkit Singkarak
sesudah mcnggunakan PSS
.... . ...... ... .. ... . .. .... .. ... ......... ....... ..
Gambar 5.4.a. Tanggapan sudut rotor pembangkit Koto Panjang
sebelum menggunakan PSS
..... ..... ......... ....... ... ....................
Gambar 5.4.b Tanggapan sudut rotor pembangkit Koto Panjang
setelah meliggunakan PSS
... . .... .. . .. .... ... . . . ......... ..... . ..... . ... ..
vii
Gambar 5.5.a. Tanggapan tegangan pcmbangkit Koto Panjang
sebelum menggunakan PSS
..................................................
Gambar 5.5.b Tanggapan tegangan pembangkit Koto Panjang
setelah menggunakan PSS
..................................................
Gambar 5.6.a. 'Tanggapan daya clcktrik pcmbangkit Koto
Panjang sebelum menggunakan PSS
.................................
Gambar 5.6.b Tanggapan daya elektrik pembangkit Koto Pan-jang
.....
Gambar 5.7.a Tanggapan sudut rotor pembangkit Maninjau
scbelum menggu~iakanI'SS
...................................................
Gambar 5.7.b 'Tanggapan sudut rotor pembangki! Maninjau
setelah menggunakan PSS
.....................................................
Gambar 5.8.a. Tanggapan tegangan pembangkit Maninjau
................................................
sebelum menggunakan PS.S
Gambar 5.8.b Tanggapan tegangan pembangki t Maninjau
................................................
sesudah menggunakan PSS
Gambar 5.9;a Tanggapan daj,;selektrik pembangkit Maninjau
................................................
sebelum menggunakan PSS
Gambar 5.9.b Tanggapan daya elektrik pembangkit Maninjau
.................................................
sesudah menggunakan PSS
Ciambar 5.10.a Tanggapan sudu,! rotor pembangkit Ombilin
sebelum menggunakan PSS
i
................................................
Gambar 5.1 O.b Tanggapan sudut rotor pembangkit Ombilin
setelah menggunakan PSS
.....................................................
Gambar 5.1 I .a. Tanggapan tegangan pembangkit Ombilin
sebelum menggunakan PSS
..................................................
Gambar 5.1 I .b Tanggapan tegangan pembangkit Ombilin
sesudah menggunakan PSS
...................................................
Gambar 5.12.a Tanggapan daya e~cktrik'~embangkit
Ombili
sebelum menggunakan PSS
...................................................
Ga~nbar5.1 2.b 'ranggapan daya elcktrik pembangkit Maninjau
sesudah menggunakan PSS
i
................................................
A Study on Stability of Electrical Power System in West Sumatra - Riau
Hambali, Candra Oriza
Program Studi Teknik Elektro
Universitas Negeri Padang
ABSTRACT
The research aimed to finll out the work of each electric power station on
the electrical power system in West Sumatra whether there wcre any disturbances
such as load discharge on lndarung bus.
By surveying respond curlle through a simulation using a program
computer, it was found out a change in rotor angle, tension oscillation and electric
power decrease for each of electrical power station system at the time of a load
discharge on the lndarung bus.
An effectiveness of application of Power System Stabilizer (PSS) as
compensation to fulfill the characteristic of' electric power system toward load
discharge by observing the change in rotor angle, electric tension and power.
Observation results showed that installation o!' l'owcr System Stabilizer (I'SS)
provided attenuation toward oscillation time and attenuation toward overshoot.
The magnitude of the attenuation percmtage of oscillation was 13% - 62% and
attenuation of overshoot was 0 - 0,150 1 %.
Key :Stability, Power System Stabilizer (PSS)
Studi Stahilitas Sistem Tenaga Listrik di Surnhar - Riau
Hamhali, Cantlra Oriza
Program Studi Teknik Elektro
llniversitas Negeri Padang
ABSTKAK
Penelitian ini dilakb'can untuk mngetahui kinerja dari masing-mas,ing
pembangkit pada sistem tenaga listrik di Sumatera Barat
-
Riau bila terjadinya
gangguan berupa perlepasan beban pada bus lndarung
Dengan meninjau kurva respon melaui simula.ii dengan program komputer
dapat diketahui perubahan su()lut rotor, osilasi tegangan dan penurunan daya
elektrik untuk masing-masing sistem pembangkit saat terjadinya pelepasan beban
pada bus lndarung
Efektifitas penerapan Power Sy.slem jCfahilizer (PS,Y) sebagai konpensasi
untuk memperbaiki watak stabilitas sistem tenaga terhaaap. pelepasan beban
dengan mengamati perubahan sudut rotor, tegangan dan daya elektrik. Hasil
pengamatan menunjukkan bahwa pemasangan P o ~ v rSystem Stabilizer (PSS)
memberikan redaman terhadap wsktu osilasi dan redaman terhadap overshoo/.
Besarnya persentase redaman waktu osilasi
13%
- 62%
overshoof 0 - 0.150 1%.
Kata kunci :Stabilitas, Power System Stabilizer (PSS)
detik dan redaman
,.
RAB l
YENDAHULUAN
A. Latar belakang
Salah satu I iasalah yang munci~ldalarn sistcm tcnaga listrik jika teriadi '
gangguan adalah masalah dinamika dan stabilitas sistem. Stabilitas sistem tenaga
yaitu keadaan sistem mercspc~n gangguan saat operasi normal
dengan
mengelnbalikan ke suatu koridlsi operasi normal kembali. Ga~gguanpada sistem
dapat menimbulkan osilasi terhadap variabel-variabel sistem, seperti tegangan,
frekuensi, dan daya. Sementara kebutuhan mcnghendaki sistem yang andal yaitu
dimana variabel tersebut di atas bernilai tetap pada suatu titik operasi tertentu.
Karena itu permasalahan dalam stabilitas sistem adalah bagaimana agar osilasi
yang terjadi akibat gangguan tcrsebut dapat secepat mungkin kembali ke kondisi
normal.
Guna keperluan analisis ada tiga kondisi yang harus dipertimbangkan
yaitu stabilitas keadaan mantap, stabilitag lransien dan ctabilitas dinamik.
Stabilitas keadaan mantap adalah keandalan sistcm tenaga lintilk mempertahankan
keadaan sinkron yaiti~kesamaan parameter tegangafi, freki~ensidan daya antsra
mesin dalam sistem dan e.uternnl tie l i r , terhadap
~
ganggilan kecil, gangguan kecil
perlahan adalah fluktuasi bcban normal rata-rata, yang diatasi aksi pengaturan
tegangan dan governor turbin otomatis. Jika transfer daya dilampaui, mesin baik
secara individual atau secara group akan berhenti beroperasi sinkron, fluktuasi
tegangan yang besar akan terjadi dan batas stabilitas keadaan mantap untuk
seluruh sistem akan dicapai. Hilangnya sinkron ialah kemungkinan akibat dari
beban tiba-tiba dipasang afau dilepas dan terjadi gangguan di bawah batas
keadaan mantap. Dengan pedl~bahanyang cepat atau pembebanan yang tiba-tiba,
ayunan akan terjadi pada sistem dan kehilangan sinkron akan terjadi, sebagaimana
perubahan beban yang terjadi dengan perlahan.
Stabilitas dinamik iala i kemampuan sistcm tcnaga inempertahankan
I
keadaan serempak sctelah ayulnan pertama (periode stabilitas transien) hingga
/
sisteni ~ncncapaikondisi kese~mbangankcadaan mantap yang baru bila waktu
cukilp sctclali gangguan, governor pcnggcrak
inula akan mcnambah atail
inzngurangi encrgi masukan ~ ~ n t u mcncapai
k
kcseinibangan antara cncrgi
masukan dan beban. Riasanya ini f.crjadi antara I samp;li 1.5 detik setc! 7h
gangguan. Periode antara governor rnulai bereaksi dan keseimbangan keadaan
mantap ditetapkan kembali adalah periodc karakteristik stabilitas dinamik sistem
yang efektif. Studi stabilitas dinarnik mencakup interval waktu
panjang, barang kali 5
--
yang lebih
10 detik, sekali-scka!i sampai 30 detik, tergantung pada
inersia sistem dan karakteristik governor.
Stabilitas transier, adalah keandalan untuk mempertahankan keadaan
serempak setelah gangguan besar tiba-tiba. Periode gangguan teutarna saat
governor dapat bekerja, yaitu ayunan pertama rotor mesin selama satu detik
mengikuti gangguan tersel,ut periode stabilitas transien. Waktu eksaknya
tergantung pada karakteristik mesin dan sistem transmisi. Gangguan besar tibatiba meliputi hubung singkat, pengamanan gangguan , perubahan beban tiba-tiba
dan kegagalan [ripping jaringan dan generator. D.~ya maksimum yang dapat
ditransfer melalui sistem tanpa \kehilangan stabilitas di bawah gangguan tiba-tiba
disebut batas stabilitas transiei. Faktor yang mempengaruhi stabilitas transien
yaitu kekuatan jaringan transmisi dan tie- line ke sistem-sistem yang berdekatan,
karakteristik unit-unit pembangkit melip~ltirnomen inersia bagian yang berputar,
reaktansi transient dan karakteristik mngnetik saturasi dari stato- dan rotor. Faktor
lain adalah kecepatan dari rnelepas atau menghubung dari peralatan jaringan
transmisi dan kembali dapat melayani beban. Sebagaimana
kasus stabilitas
keadaan mantap, kecepatan sistem eksirasi generator merespon adslab penting
mempertahankan stabilitas transien. Gangguan sistem biasanya disertai penurunan
tegangan sistem dengan cepat, rnaka pemulihan tegangan dengzn cepat ke normal
adalah pent'ng untirk mempertahankan stabilitas.
Pada pengoperasian sistem tenaga listrik dapat saja terjadi gangguan
seperti lepasnya h b a n pada salah satu bus yang mengakibatkan ketidakstabilan'
sistem. Guna mengantisipasi dimasa yang akan datang seperti kejadian lepasnya
beban pada salah satu bus pc,rlu dilakukan suatu penelitian. Penelitian ini
dilakukan dengan mensimulasikan lepasnya beban pada salak satu bus, kemi~dian
melihat respon yang tci-jadi pada pembangkit besar yang ada pada sistem SumbarRiau yaitu PI,TA Singkarak, PI,TA Manin.jau, P1,TIJ Ombilin dan PLTA Koto
Pan-jang. Pada I'cmbangkit juga dipnsang suatu alat pcnstabil ynng disebut dcngan
Power Sysfem S'tahilizer (PSS).
1,aporan I'enclilian
DlPA 2007
2
R. Permasalahan
Masalah
siabilitas tenaga listrik dapnt dir~~muskanbeberapa masalah
yaitu:
I
I. Bagaimana respon dari pembangkit Lenaga listrik d; Sumbar-Riau bila
tet-jadinya gangguan ?
2. Se-jauhmana perbaikan dinatnika sistem tenaga listrik yang dihasilkan
dengan adanya pemasangan Power .Sy.rlem S~uhilizer(PSS)
: s t ! [ . .
.
, .
.
..., . >-.
.-
P. ,e
..
.
. .
. .:. .\ '.,
~_ - -- ..-.--_____.
.
.
7
#
,
,%
.-\
r
L.)
BAR 11
TINJAUAN PUSTAKA
A. Komponen dasar sistem tenaga listrilc
Guna memahami watak sistem tenaga listrik 'dan desain kendali untuk
perbaikan kinerja, perlu diketah(1i komponen dasar dari pembangkit tenaga listrik.
Komponen dasar dari pembangkit tenaga listrik
gambar 2.1. secara sistematik. Pada gambar ditunjukan
dengan kecepatan um pan balik
diperlihatkan pada
turbir. dan governor
A m , generator SG, eksi tas: regulator tegangan
VR derlgan umpan balik tegangan, transformator dan jaringan transmisi.
r--I
Line
.
.
.
Power
pool
+
amb bar 2.1. Komponcn dasar pcrnbangkit tcnaga listrik
I . Turbin
Konvcrsi cnergi mekanik'dcngan turbin uap adalah proses termodinamik.
dimana uap diekspansikan melalui turbin tekanan rendah, mcnengah dan tinggi
secara normal semuanya pada satu poros. Energi uap tekanan tinggi dan
temperature tinggi dari boiler dikonversikan mcnjadi eriergi mckanik mclalui sirip
turbin dan dialihkan ke poros yang tcrhubung dengan generator.
2. Governor
Fungsi governor adalah unt~tkmernpertahankan kecepatan konstan, yaitu
kecepatan sinkron turbin-generator set. Bila kecepatan turun, guna menaikkkan
keluaran daya listrik maka akan mcngirirn sinyal ke governor u n t u k menaikkan
masukan daya mekanik ke turbin dan bila kccepatan naik maka daya masuh?n
merkanik dikurangi guna ~nempertahankankcccpatan konstan. I'ada pembangkit
yang bcsar govcrnor rncmbcrikan li~ngsikcndali daya dan lickucnsi. dari area
yang berada didalam interkoneksi besa~.
R. Persamaan Ayunan.
I
Pad4 kondisi operasi normal posisi rclntivc sumbu rotcr dan sumbu medan
magnetik adalah tetap. Sudut antara keduanya disebut sudut daya atau sudut torsi.
Sclama gangguan, rotor ukan rncngalami pcrlarnbntan atau pcrccpatan lcrhadap
putaran sinkron t~tugne!omo/ivcfi)t-cc
(turt~/)
cclah udara, dan memulai gerak
relative. Persarnaan yang menggalnbarkan gerak relative tersebut adalah
persamaan ayunan. Jika setelah periode osilasi, rotor kembali ke kecepatan
sinkron-generator akan mempertahankan stabilitas. Jika gangguan tidak diikuti
dengan perubahan daya, rotor kembali ke posisi semula. Jika gangguan diikuti
perubahan pembangkitan, beban atau kondisi jaringan, rotor akan menuju sudut
daya operasi yang baru relative dengan medan putar yang kembali sinkron.
Diagram fasor illustrasi generator silindris dua kutup pada gambar 2.2.
Gambar 2.2. Diagram fasor satu fasa geneiator rotor silinder
I
Dari gambar 2.2, sudul daya 6, adalah sudut antara ~ n m rotor
f
F, dan
1%
mmf resultan celah udara E,, , keduanya berputar dengan kecepatan sinkron. Juga
sudut antara emf E yang dibangkitkan tanpa beban dan resultan tegangan stator
El,. . Jika fluks bocor dan resistansi jangkar generator diabeikan, sudut antara E
dan tegangan terminal V adalah 6 yang merupakan sudut daya.
Generator sinkron yang membangkitkan torsi elektromagnetik
berputar dengan kecepatan o ,serta torsi mekanik Tn, pada rotor,
steady sfufc.dengan mengabaikan rugi-ritgi adalah
T,
dan
maka opersi
Jika .J
adalah kombinasi momen inersia dari penggerak mula dan generator,
dengan mengabaikan gesekan dan torsi peredarn, dari hukum rotasi dirxoleh
Dalam bentuk persamaan daya
I
Persamaan ayunan dengan konsjanta inersia
I
M Fd26",
=
P, - P, ................................................................ (3)
Dalam bentuk perunit
Dengan E'
tegangan transien dibelakang reaktansi transien x',
tegangan p..tda tak terhingga (bus 2), x,,
(bus- I), V
reaktansi antara bus I dan bus 2, ini
adalah bentuk sederhana darai persamaan aliran daya dan dasar untuk memahami
masalah stabilitas. Hubungan daya yang dipindahkan bergantung pada reaktansi~
alih dan sudut antara dua tegangan. Kurva $, versus S adalah diperlihatkan
pada galnbar 2.3. di bawah ini
!
Galnbar 2.3. Kurva sudut daya
Naiknya keluaran daya gcrxrator yang m~tngkin hingga daya listrik
maksimum ditransfer. Daya maksiml~rn ini dinyatakan sehagai limit stahil:,as
S I C ( U ~ .vlu/e.
Y
dan teriadi saat sudut 90".
Jika usaha lncmperluas B
dilakukan c_lengan menambah daya masukan porus.
maka keluaran daya listrik akan menurun dari titik
$I,,,x,
mesin akan mengalami
percepatan hingga kehilangan sinkron dengan bus tak terhingga.
C. Persarnz~angenerator model dua srlmhu
Pada penelitian ini, model yar.g akan dipakai untuk mesin sinkron adalah
model dua sumbu. Pada model ini, efek transien diperhitwngkan sedangkan efek
subtransien diabaikan. Efek transien disebut didominasi oleh rangkaian-rangkaian
rotor, yaitu rangkaian medan pada sumbu d dan rangkaian ekivalen pada sumbu q
yang dibentuk oleh rotor solid. Asumsi tambahan yang dibuat untuk model ini
adalah pada persamaan te;:angan dalam bentuk /id dan /iq (turunan pertama dari
fluksi lingkup sumbu d dan sumbu q diabaikan dibandingkan kompon\~ntegangan
kecepatan (speed voltage) dsn w = co,, = Ipu . Jadi mesin hanya akan memiliki
dua rangkaian stator dan dud rangkaian rotor. Diagram blok dari model tersebut
dapatdilihat pada garnbar 2.4.
Gambar 2.4. diagram blok model dua sumbu
Persamaan generator
linierisasi persamaan (7) menghasilkan:
Gambar 2.5. diagr,am blok linier dari model dua sumbu
D. Persarnaan sistcm cksitasi
!
Sistem kontrol eksitasi umumnya terdiri dari beberai~akomponen yaitu
penyearah (rectifier), pengatur tcgangaii (voltage regulator) dan komparator,
(penguat amplifire) dan exciter.
Sistem eksitasi yang ditinjau untuk generator
dari sistem tenaga listrik
ditunjukkan pada gambar 2.6 berikut
Gambar 2.6. tliagriirn blok sistcm cksitasi
Laporan Pcnclitian
DII'A 2007
Deskripsi ruang keadaan dari sistein eksitasi tersebut adalah
K 1:
V 1.. = --- E,,
I
- -- V
5, -
,
, .
K
1
v,,= --(v,.
- v,)--V,
r,1
"A
untuk:
r,
= koristanta
waktui imput regulator
K , . = penguatan rangkaian penstabil regulator
r,.
= konstanta
K,
= penguatan
I
DIPA
I
1,AI'ORAN PENELITIAN
Studi Stabilitas Sistem Tenaga Listrik di Surnbar-Riau
oleh :
Drs. -M.Kes.
Oriza Candra, S.T.,M.T.
Penelitian ini dibiayai oleh :
Dana DIPA Universit.:~Negeri Padang Tahun Anggaran 2007
S ~ ~ r iI'crjaajiitn
lt
Kontrak Nomor
H0211I 3 5 / l i ~ I / l ) I'A/2007
I
'1'11rtgg;1120 Marc,!,2007
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI PADANG
2007
I
LEMBARAN IDENTITAS DAN PENGESAHAN
LAPORAN PENELITIAN
I
1.
a. Judul Penelitian
: Studi Stabilitas Sistem T e n a ~
a Listrik di Sumbar-
Riau
b. Bidang llmu
Sistcm Tenaga Listrik
Personalia
a. Ketua Peneliti
Nama Lengkap
Drs. Hambali, M.Kes.
Pangkat/Gol/NlP
Penata /III.c/13 1669089
Fakultas/Juruszn
Teknik / Teknik Elektro
b. Anggota Peneliti
Nama Lengkap
Oriza Candra, M.T.
Pangkat/Gol/NIP
Penata Muda /lII.alI32232490
Fakultas/Jurusan
Teknik / Teknik Elektro
3. Laporan Penelitian
Telah direvisi sesuai saran pereviu
Padang, 30 November 2007
11
/
I
Ketua Pcneliti,
*
. Mengetahui
~ & n FT-UNP
I
I
1
. ,
'
1 3 ,
1
~
/ NIP. 131669089
VIP, 131847374
Ifetua Lembaga Penelitian
dniversitas Negeri Padang,
I
I
I
NIP. 130365634
PENGANTAR
Kegiatan'penelitian mendukung pengembangan ilmu serta terapannya. Dalam
ha1 ini, Lembaga Penelitian Unive-.:sitas Negeri Padang berusaha mendorong dosen
untuk melakukan penel it ian sebagai; bagian integral dari kegiatan mzngajarnya, baik
yang secara langsung dibiayai oleh dana Universitas Negeri Padang maupun dana dari
sumber lain yang relevan atau bekerja sama dengan instansi terkait.
Sehubungan dengan itu, Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang
bekerjasama dengan Pimpinan Uni~ersitas, telah me~fasilitasi peneliti untuk
melaksanakan penelitian tentang ~tudi/StabilitasSislem Tenaga Listrik di SumbarRiau, berdasarkan Surat Perjanjian Konkrak Nomor : 802/H35/KU/DIPA/2007 Tanggal
26 Maret 2007.
Kami menyambut gembira usaha yang di lakukan peneliti untuk menjawab
berbagai permasalahan pembangunan, khususnya yang berkaitan dengan permasalahan
penelitian tersebut di atas. Dengan selesainya penelitian ini, Lrmbaga Penelitian
Universitas Negeri Padang akan dapat memberikan informasi yang dapat dipakai
sebagai bagian upaya penting dalam peningkatan mutu pendidikan pada umumnya. Di
samping itu, hasil penelitian ini juga diharapkan memberikan masukan bagi instansi
terkait dalam rangka penyusunan kebijakan pembangunan.
I
I
Hasil penelitian ini telah ditelaah olch tim pembshas usul dan laporan penelitian,
kemudian untuk tujuan diseminasi, hasil peneiitian ini telah diseminarkan ditingkat
Universitas. Mudah-mudahan penelitian ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pada
umumnya dan khus~~snya
peningkatan mutu staf akademik Universitas Negeri Padang.
Pada kesemyatan ini, kami ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai
pihak yang membantu terlaksananya penelitian ini, terr~tamakepada pimpinan lembaga
terkait yang menjadi objek penelitian, responden yang menjadi sampel penelitian, dan
tim pereviu Lembaga Pe~ielitian Universitas Negeri Padang. Secara khusus, kami
menyampaikan terima kasih kepada Rektor Universitas Negeri Padang yang telah
berkenan memberi bantuan pendanaan b.lgi penelitian ini. Kami yakin tanpa dedikasi
dan kerjasama yang terjalin selama ini,' penelitian ini tidak akan dapat diselesaikan
sebagaimana yang diharapkan dan semoga kerjasama yang baik ini allan menjadi lebih
baik lagi di masa yang akan datang.
Terima kasih.
Padang, November 2007
Ketua Lembaga Penelitian
Universitas Negeri Padang,
Prof. Dr.H. Anas
NIP. 130365634
ad, M.A.
'.
DAFTAK IS1
Halaman
IHALAMAN JUDUI,
i
LEMBAR IDENTITAS DAN PENGESAHAN
PENGANTAR
DAFTAR ISI
.......... . ... ........ .... ... .... .... . ... ............ ...........
.................................................... .............
DAFTAR TABEL
............................................................
BAB I
BAB I1
..
II
...
111
iv
vi
....... . ... ...... ... .. . ... ..... . . . . ......... ............
vii
....... . ... ... ...... .. ... ... . .. ... . ... ..... . ........ . .. . ........ . ..
Vlll
DAFTAR GAMBAR
ABSTRAKS
. . .... . . .. ..... . .. . ... ..
...
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
........ ..... ................................
I
B. Permasalahan
.. .. ... . ...... ... .. ... .......... ...... ...... ..
3
TINJAUAN PUSTAIL4
.................
4
1 . Turbin .............. .............. . ............... .............
4
.................. ....................... ........
4
A. Komponen'Dasar Sistem Tenaga Listrik
2. Governor .. i..
B. Persamaan Ayunan
..... .. ............... .......... .........
5
..... ..... .......
7
. . . . ............... ..............
8
.................................
10
C. Persamaan Generator Model dua sumku
I Eksitasi
D. Persamaan Sistelin
i
E. Pengaruh Sistem Eksitasi
I:. Pengaruh AVI< pada Sinkrunisasi dan
Damping Torsi
. . . . . ..... ..... . . . . . ..... ... . . . . . . . .:. ..... . ..
13
BAB 111
'TUJUAN DAN MANFAAT l'ENELITI..\N
BAB IV
METODE PENELliTlAN
.... .........
I
i
A. Persiapan Data
B. Langkah-langkah Analisis Stabilitas Sistem Tenaga
Listrik
.... . .. . ..... . .. ...... . .. . ..... . . ... .. .. . .. . .....;. . .....
C. Diagram Alir Analisis Stabilitas Sistem Tenaga
Listrik
BAB V
. ................ ...... .. .... ... ... ... ..... ......... . ... .
HASIL DAN PEMBAHASAW
A. Sistem Tenaga Listrik yang Ditinjau
B. Data Pembangkit dan Beban
........ .............
........... ...... .............
C. ~ a t a i d a t aBeban Sistein Tenaga 1,istrik
Sumbar-Riau
. . . . .. .... .. . ..... . .. . ... .. . .. .... .. . .. ... .. . . .
I
D. Data lrnpedansi Saluran Sistem Pembangkit
Su~nbar-Riau
,
. . . . . .. .. . . . . ...... . .. .. . . .. . .. . ..... . . . . .. ... . .
E. Hasil dan I'embahasan I'enelitian
.... . .. ...... ..........
I. Studi aliran daya ........ . . . ........ ....... ...... .. .........
2. Tanggapan masing-masing pembangkit tenaga listrik
Saat pelepasan beban .. .. . . ....... . ......... . .... . ..........
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
H . Saran - saran
DAFTAR PIJSTAKA
LAMPIRAN
.. .. . . . . .. .... .. . ......... ........ . ...... .. .... .
..... .. . ..... . . . ... . .. . .. . .... . . . .. .. ... . .. . .. . ..... ....
....... .. . . ..... . .. ... . .. . .. . ..... . .. .... .... . . ........ . ...-.. .....
15
DAFTAR TABIEL
Halaman
. ...... . .. ....
18
..... .. ...... .......
19
Tabel. 5.1. Data pembangkit sisterr~tenaga Sumbar-Riau
Tabel. 5.2. Data beban sistem tenaga Surnbar-Kiau
Tabel. 5.2. Data impedansi saluran transmisi Sumbar-Riau
.............
I?
Halaman
Gambar 2.1. Konlponen dasar penlbangkit tcnaga listrik
... . .. ... . ...
Gambar 2.2. Diagran~fasor satu fasa generator rotor silillder
...........
..........................................................
Gambar 2.4. diagram blok model dlla sumbu
..... ..... . .. . ..... . .. ........
Gambar 2.3. Kurva sudut daya
. .... ........
Gambar 2.6. diagram blok sistem eksitasi ..... .. .......... .. ............. .
Gambar 2.7' Diagram blok linier sistem eksitasi generator
. . ........
Gambar 2.8. sistem exsitasi dengan AVR
. . ..... . ...... .. .... ........... . .
Gambar 2.9. blok (,,iagramdengan eksirtasi dan AVR
. .......... .......
Gambar 2.10. Hlok diagram dengan AVK dan PSS
. ... . . . . ..........
Gambar 2.:. diagram blok linier dari model dua sumbu
Gambar 4.1 Diagram alir stabiiitas sistem tenaga listrik
Sumatera Baral-Riau
. . . . . ...... . . . . . . .. .... . . . . . . ..... . .. . .. ...... . ...... .....
Gambar 5.1. Tanggapan sudut rotor pembangkit
Singkarak sebelum dan sesudah mcnggunakan PSS
" " " " """""""
Gambar 5.2 .a Tanggapan tegangan pcmbangki t
Singkarak sebelum menggunakan pSS
""""-""""".-..-....--.---
Gambar 5.2.b. Tanggapan tegangan pembangkit Singkarak
sesudah
PSS
.................................................
Gambar 5.3 .a. Tanggapan daya elektrik pembangkit Singkarak
sebelum tncnggunakan PSS
..............................
Gambar 5.3.b. Tanggapan daya elektrik pcmbangkit Singkarak
sesudah mcnggunakan PSS
.... . ...... ... .. ... . .. .... .. ... ......... ....... ..
Gambar 5.4.a. Tanggapan sudut rotor pembangkit Koto Panjang
sebelum menggunakan PSS
..... ..... ......... ....... ... ....................
Gambar 5.4.b Tanggapan sudut rotor pembangkit Koto Panjang
setelah meliggunakan PSS
... . .... .. . .. .... ... . . . ......... ..... . ..... . ... ..
vii
Gambar 5.5.a. Tanggapan tegangan pcmbangkit Koto Panjang
sebelum menggunakan PSS
..................................................
Gambar 5.5.b Tanggapan tegangan pembangkit Koto Panjang
setelah menggunakan PSS
..................................................
Gambar 5.6.a. 'Tanggapan daya clcktrik pcmbangkit Koto
Panjang sebelum menggunakan PSS
.................................
Gambar 5.6.b Tanggapan daya elektrik pembangkit Koto Pan-jang
.....
Gambar 5.7.a Tanggapan sudut rotor pembangkit Maninjau
scbelum menggu~iakanI'SS
...................................................
Gambar 5.7.b 'Tanggapan sudut rotor pembangki! Maninjau
setelah menggunakan PSS
.....................................................
Gambar 5.8.a. Tanggapan tegangan pembangkit Maninjau
................................................
sebelum menggunakan PS.S
Gambar 5.8.b Tanggapan tegangan pembangki t Maninjau
................................................
sesudah menggunakan PSS
Gambar 5.9;a Tanggapan daj,;selektrik pembangkit Maninjau
................................................
sebelum menggunakan PSS
Gambar 5.9.b Tanggapan daya elektrik pembangkit Maninjau
.................................................
sesudah menggunakan PSS
Ciambar 5.10.a Tanggapan sudu,! rotor pembangkit Ombilin
sebelum menggunakan PSS
i
................................................
Gambar 5.1 O.b Tanggapan sudut rotor pembangkit Ombilin
setelah menggunakan PSS
.....................................................
Gambar 5.1 I .a. Tanggapan tegangan pembangkit Ombilin
sebelum menggunakan PSS
..................................................
Gambar 5.1 I .b Tanggapan tegangan pembangkit Ombilin
sesudah menggunakan PSS
...................................................
Gambar 5.12.a Tanggapan daya e~cktrik'~embangkit
Ombili
sebelum menggunakan PSS
...................................................
Ga~nbar5.1 2.b 'ranggapan daya elcktrik pembangkit Maninjau
sesudah menggunakan PSS
i
................................................
A Study on Stability of Electrical Power System in West Sumatra - Riau
Hambali, Candra Oriza
Program Studi Teknik Elektro
Universitas Negeri Padang
ABSTRACT
The research aimed to finll out the work of each electric power station on
the electrical power system in West Sumatra whether there wcre any disturbances
such as load discharge on lndarung bus.
By surveying respond curlle through a simulation using a program
computer, it was found out a change in rotor angle, tension oscillation and electric
power decrease for each of electrical power station system at the time of a load
discharge on the lndarung bus.
An effectiveness of application of Power System Stabilizer (PSS) as
compensation to fulfill the characteristic of' electric power system toward load
discharge by observing the change in rotor angle, electric tension and power.
Observation results showed that installation o!' l'owcr System Stabilizer (I'SS)
provided attenuation toward oscillation time and attenuation toward overshoot.
The magnitude of the attenuation percmtage of oscillation was 13% - 62% and
attenuation of overshoot was 0 - 0,150 1 %.
Key :Stability, Power System Stabilizer (PSS)
Studi Stahilitas Sistem Tenaga Listrik di Surnhar - Riau
Hamhali, Cantlra Oriza
Program Studi Teknik Elektro
llniversitas Negeri Padang
ABSTKAK
Penelitian ini dilakb'can untuk mngetahui kinerja dari masing-mas,ing
pembangkit pada sistem tenaga listrik di Sumatera Barat
-
Riau bila terjadinya
gangguan berupa perlepasan beban pada bus lndarung
Dengan meninjau kurva respon melaui simula.ii dengan program komputer
dapat diketahui perubahan su()lut rotor, osilasi tegangan dan penurunan daya
elektrik untuk masing-masing sistem pembangkit saat terjadinya pelepasan beban
pada bus lndarung
Efektifitas penerapan Power Sy.slem jCfahilizer (PS,Y) sebagai konpensasi
untuk memperbaiki watak stabilitas sistem tenaga terhaaap. pelepasan beban
dengan mengamati perubahan sudut rotor, tegangan dan daya elektrik. Hasil
pengamatan menunjukkan bahwa pemasangan P o ~ v rSystem Stabilizer (PSS)
memberikan redaman terhadap wsktu osilasi dan redaman terhadap overshoo/.
Besarnya persentase redaman waktu osilasi
13%
- 62%
overshoof 0 - 0.150 1%.
Kata kunci :Stabilitas, Power System Stabilizer (PSS)
detik dan redaman
,.
RAB l
YENDAHULUAN
A. Latar belakang
Salah satu I iasalah yang munci~ldalarn sistcm tcnaga listrik jika teriadi '
gangguan adalah masalah dinamika dan stabilitas sistem. Stabilitas sistem tenaga
yaitu keadaan sistem mercspc~n gangguan saat operasi normal
dengan
mengelnbalikan ke suatu koridlsi operasi normal kembali. Ga~gguanpada sistem
dapat menimbulkan osilasi terhadap variabel-variabel sistem, seperti tegangan,
frekuensi, dan daya. Sementara kebutuhan mcnghendaki sistem yang andal yaitu
dimana variabel tersebut di atas bernilai tetap pada suatu titik operasi tertentu.
Karena itu permasalahan dalam stabilitas sistem adalah bagaimana agar osilasi
yang terjadi akibat gangguan tcrsebut dapat secepat mungkin kembali ke kondisi
normal.
Guna keperluan analisis ada tiga kondisi yang harus dipertimbangkan
yaitu stabilitas keadaan mantap, stabilitag lransien dan ctabilitas dinamik.
Stabilitas keadaan mantap adalah keandalan sistcm tenaga lintilk mempertahankan
keadaan sinkron yaiti~kesamaan parameter tegangafi, freki~ensidan daya antsra
mesin dalam sistem dan e.uternnl tie l i r , terhadap
~
ganggilan kecil, gangguan kecil
perlahan adalah fluktuasi bcban normal rata-rata, yang diatasi aksi pengaturan
tegangan dan governor turbin otomatis. Jika transfer daya dilampaui, mesin baik
secara individual atau secara group akan berhenti beroperasi sinkron, fluktuasi
tegangan yang besar akan terjadi dan batas stabilitas keadaan mantap untuk
seluruh sistem akan dicapai. Hilangnya sinkron ialah kemungkinan akibat dari
beban tiba-tiba dipasang afau dilepas dan terjadi gangguan di bawah batas
keadaan mantap. Dengan pedl~bahanyang cepat atau pembebanan yang tiba-tiba,
ayunan akan terjadi pada sistem dan kehilangan sinkron akan terjadi, sebagaimana
perubahan beban yang terjadi dengan perlahan.
Stabilitas dinamik iala i kemampuan sistcm tcnaga inempertahankan
I
keadaan serempak sctelah ayulnan pertama (periode stabilitas transien) hingga
/
sisteni ~ncncapaikondisi kese~mbangankcadaan mantap yang baru bila waktu
cukilp sctclali gangguan, governor pcnggcrak
inula akan mcnambah atail
inzngurangi encrgi masukan ~ ~ n t u mcncapai
k
kcseinibangan antara cncrgi
masukan dan beban. Riasanya ini f.crjadi antara I samp;li 1.5 detik setc! 7h
gangguan. Periode antara governor rnulai bereaksi dan keseimbangan keadaan
mantap ditetapkan kembali adalah periodc karakteristik stabilitas dinamik sistem
yang efektif. Studi stabilitas dinarnik mencakup interval waktu
panjang, barang kali 5
--
yang lebih
10 detik, sekali-scka!i sampai 30 detik, tergantung pada
inersia sistem dan karakteristik governor.
Stabilitas transier, adalah keandalan untuk mempertahankan keadaan
serempak setelah gangguan besar tiba-tiba. Periode gangguan teutarna saat
governor dapat bekerja, yaitu ayunan pertama rotor mesin selama satu detik
mengikuti gangguan tersel,ut periode stabilitas transien. Waktu eksaknya
tergantung pada karakteristik mesin dan sistem transmisi. Gangguan besar tibatiba meliputi hubung singkat, pengamanan gangguan , perubahan beban tiba-tiba
dan kegagalan [ripping jaringan dan generator. D.~ya maksimum yang dapat
ditransfer melalui sistem tanpa \kehilangan stabilitas di bawah gangguan tiba-tiba
disebut batas stabilitas transiei. Faktor yang mempengaruhi stabilitas transien
yaitu kekuatan jaringan transmisi dan tie- line ke sistem-sistem yang berdekatan,
karakteristik unit-unit pembangkit melip~ltirnomen inersia bagian yang berputar,
reaktansi transient dan karakteristik mngnetik saturasi dari stato- dan rotor. Faktor
lain adalah kecepatan dari rnelepas atau menghubung dari peralatan jaringan
transmisi dan kembali dapat melayani beban. Sebagaimana
kasus stabilitas
keadaan mantap, kecepatan sistem eksirasi generator merespon adslab penting
mempertahankan stabilitas transien. Gangguan sistem biasanya disertai penurunan
tegangan sistem dengan cepat, rnaka pemulihan tegangan dengzn cepat ke normal
adalah pent'ng untirk mempertahankan stabilitas.
Pada pengoperasian sistem tenaga listrik dapat saja terjadi gangguan
seperti lepasnya h b a n pada salah satu bus yang mengakibatkan ketidakstabilan'
sistem. Guna mengantisipasi dimasa yang akan datang seperti kejadian lepasnya
beban pada salah satu bus pc,rlu dilakukan suatu penelitian. Penelitian ini
dilakukan dengan mensimulasikan lepasnya beban pada salak satu bus, kemi~dian
melihat respon yang tci-jadi pada pembangkit besar yang ada pada sistem SumbarRiau yaitu PI,TA Singkarak, PI,TA Manin.jau, P1,TIJ Ombilin dan PLTA Koto
Pan-jang. Pada I'cmbangkit juga dipnsang suatu alat pcnstabil ynng disebut dcngan
Power Sysfem S'tahilizer (PSS).
1,aporan I'enclilian
DlPA 2007
2
R. Permasalahan
Masalah
siabilitas tenaga listrik dapnt dir~~muskanbeberapa masalah
yaitu:
I
I. Bagaimana respon dari pembangkit Lenaga listrik d; Sumbar-Riau bila
tet-jadinya gangguan ?
2. Se-jauhmana perbaikan dinatnika sistem tenaga listrik yang dihasilkan
dengan adanya pemasangan Power .Sy.rlem S~uhilizer(PSS)
: s t ! [ . .
.
, .
.
..., . >-.
.-
P. ,e
..
.
. .
. .:. .\ '.,
~_ - -- ..-.--_____.
.
.
7
#
,
,%
.-\
r
L.)
BAR 11
TINJAUAN PUSTAKA
A. Komponen dasar sistem tenaga listrilc
Guna memahami watak sistem tenaga listrik 'dan desain kendali untuk
perbaikan kinerja, perlu diketah(1i komponen dasar dari pembangkit tenaga listrik.
Komponen dasar dari pembangkit tenaga listrik
gambar 2.1. secara sistematik. Pada gambar ditunjukan
dengan kecepatan um pan balik
diperlihatkan pada
turbir. dan governor
A m , generator SG, eksi tas: regulator tegangan
VR derlgan umpan balik tegangan, transformator dan jaringan transmisi.
r--I
Line
.
.
.
Power
pool
+
amb bar 2.1. Komponcn dasar pcrnbangkit tcnaga listrik
I . Turbin
Konvcrsi cnergi mekanik'dcngan turbin uap adalah proses termodinamik.
dimana uap diekspansikan melalui turbin tekanan rendah, mcnengah dan tinggi
secara normal semuanya pada satu poros. Energi uap tekanan tinggi dan
temperature tinggi dari boiler dikonversikan mcnjadi eriergi mckanik mclalui sirip
turbin dan dialihkan ke poros yang tcrhubung dengan generator.
2. Governor
Fungsi governor adalah unt~tkmernpertahankan kecepatan konstan, yaitu
kecepatan sinkron turbin-generator set. Bila kecepatan turun, guna menaikkkan
keluaran daya listrik maka akan mcngirirn sinyal ke governor u n t u k menaikkan
masukan daya mekanik ke turbin dan bila kccepatan naik maka daya masuh?n
merkanik dikurangi guna ~nempertahankankcccpatan konstan. I'ada pembangkit
yang bcsar govcrnor rncmbcrikan li~ngsikcndali daya dan lickucnsi. dari area
yang berada didalam interkoneksi besa~.
R. Persamaan Ayunan.
I
Pad4 kondisi operasi normal posisi rclntivc sumbu rotcr dan sumbu medan
magnetik adalah tetap. Sudut antara keduanya disebut sudut daya atau sudut torsi.
Sclama gangguan, rotor ukan rncngalami pcrlarnbntan atau pcrccpatan lcrhadap
putaran sinkron t~tugne!omo/ivcfi)t-cc
(turt~/)
cclah udara, dan memulai gerak
relative. Persarnaan yang menggalnbarkan gerak relative tersebut adalah
persamaan ayunan. Jika setelah periode osilasi, rotor kembali ke kecepatan
sinkron-generator akan mempertahankan stabilitas. Jika gangguan tidak diikuti
dengan perubahan daya, rotor kembali ke posisi semula. Jika gangguan diikuti
perubahan pembangkitan, beban atau kondisi jaringan, rotor akan menuju sudut
daya operasi yang baru relative dengan medan putar yang kembali sinkron.
Diagram fasor illustrasi generator silindris dua kutup pada gambar 2.2.
Gambar 2.2. Diagram fasor satu fasa geneiator rotor silinder
I
Dari gambar 2.2, sudul daya 6, adalah sudut antara ~ n m rotor
f
F, dan
1%
mmf resultan celah udara E,, , keduanya berputar dengan kecepatan sinkron. Juga
sudut antara emf E yang dibangkitkan tanpa beban dan resultan tegangan stator
El,. . Jika fluks bocor dan resistansi jangkar generator diabeikan, sudut antara E
dan tegangan terminal V adalah 6 yang merupakan sudut daya.
Generator sinkron yang membangkitkan torsi elektromagnetik
berputar dengan kecepatan o ,serta torsi mekanik Tn, pada rotor,
steady sfufc.dengan mengabaikan rugi-ritgi adalah
T,
dan
maka opersi
Jika .J
adalah kombinasi momen inersia dari penggerak mula dan generator,
dengan mengabaikan gesekan dan torsi peredarn, dari hukum rotasi dirxoleh
Dalam bentuk persamaan daya
I
Persamaan ayunan dengan konsjanta inersia
I
M Fd26",
=
P, - P, ................................................................ (3)
Dalam bentuk perunit
Dengan E'
tegangan transien dibelakang reaktansi transien x',
tegangan p..tda tak terhingga (bus 2), x,,
(bus- I), V
reaktansi antara bus I dan bus 2, ini
adalah bentuk sederhana darai persamaan aliran daya dan dasar untuk memahami
masalah stabilitas. Hubungan daya yang dipindahkan bergantung pada reaktansi~
alih dan sudut antara dua tegangan. Kurva $, versus S adalah diperlihatkan
pada galnbar 2.3. di bawah ini
!
Galnbar 2.3. Kurva sudut daya
Naiknya keluaran daya gcrxrator yang m~tngkin hingga daya listrik
maksimum ditransfer. Daya maksiml~rn ini dinyatakan sehagai limit stahil:,as
S I C ( U ~ .vlu/e.
Y
dan teriadi saat sudut 90".
Jika usaha lncmperluas B
dilakukan c_lengan menambah daya masukan porus.
maka keluaran daya listrik akan menurun dari titik
$I,,,x,
mesin akan mengalami
percepatan hingga kehilangan sinkron dengan bus tak terhingga.
C. Persarnz~angenerator model dua srlmhu
Pada penelitian ini, model yar.g akan dipakai untuk mesin sinkron adalah
model dua sumbu. Pada model ini, efek transien diperhitwngkan sedangkan efek
subtransien diabaikan. Efek transien disebut didominasi oleh rangkaian-rangkaian
rotor, yaitu rangkaian medan pada sumbu d dan rangkaian ekivalen pada sumbu q
yang dibentuk oleh rotor solid. Asumsi tambahan yang dibuat untuk model ini
adalah pada persamaan te;:angan dalam bentuk /id dan /iq (turunan pertama dari
fluksi lingkup sumbu d dan sumbu q diabaikan dibandingkan kompon\~ntegangan
kecepatan (speed voltage) dsn w = co,, = Ipu . Jadi mesin hanya akan memiliki
dua rangkaian stator dan dud rangkaian rotor. Diagram blok dari model tersebut
dapatdilihat pada garnbar 2.4.
Gambar 2.4. diagram blok model dua sumbu
Persamaan generator
linierisasi persamaan (7) menghasilkan:
Gambar 2.5. diagr,am blok linier dari model dua sumbu
D. Persarnaan sistcm cksitasi
!
Sistem kontrol eksitasi umumnya terdiri dari beberai~akomponen yaitu
penyearah (rectifier), pengatur tcgangaii (voltage regulator) dan komparator,
(penguat amplifire) dan exciter.
Sistem eksitasi yang ditinjau untuk generator
dari sistem tenaga listrik
ditunjukkan pada gambar 2.6 berikut
Gambar 2.6. tliagriirn blok sistcm cksitasi
Laporan Pcnclitian
DII'A 2007
Deskripsi ruang keadaan dari sistein eksitasi tersebut adalah
K 1:
V 1.. = --- E,,
I
- -- V
5, -
,
, .
K
1
v,,= --(v,.
- v,)--V,
r,1
"A
untuk:
r,
= koristanta
waktui imput regulator
K , . = penguatan rangkaian penstabil regulator
r,.
= konstanta
K,
= penguatan
I