Vol: 5, No. 1, Maret 2016
ISSN: 2302 - 2949
PENGARUH PEMASANGAN STATIC VAR COMPENSATOR PADA SISTEM TRANSMISI TENAGA LISTRIK ( Studi Kasus: Sistem Transmisi Tenaga Listrik 150 kV Sumbagut ) Syiska Yana*, Zulkarnaen Pane, Sandro Levi Panggabean Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara * Corresponding author, e-mail :
[email protected]
Abstrak—Studi ini membahas tentang pengaruh pemasangan Static VAR Compensator (SVC) pada sistem transmisi tenaga listrik 150 kV Sumbagut. Metode yang digunakan dalam studi ini adalah simulasi menggunakan komputer dan perhitungan untuk mendapatkan parameter-parameter SVC yang akan disimulasikan. Simulasi dilakukan untuk melihat profil tegangan pada sistem sebelum dan sesudah dipasang SVC. Dari hasil simulasi sebelum pemasangan SVC diperoleh data Bus yang memiliki tegangan kritis atau dibawah standar. Bus yang mengalami tegangan yang dibawah standar atau kritis adalah Bus Aek Kanopan, Kuala Tanjung, Kisaran dan Rantau Parapat. Besar tegangan masing-masing Bus berturutturut 89,92%; 89,92%; 89,97%; dan 89,96%. Setelah pemasangan SVC nilai tegangan pada Bus berubah menjadi 91,7%; 91,74%; 91,7%; dan 91,73%. Dari hasil simulasi dapat dilihat bahwa pemasangan SVC berdampak pada perbaikan profil tegangan sistem transmisi. Kata Kunci : Static Var Compensator, Tegangan, Transmisi Abstract—This paper discussed about the influence of Static VAR Compensator (SVC) in transmission system 150 kV, Sumbagut region. Transmission system and SVC parameters in this study is simulated by using computer. Purpose of simulation was to show voltage profile of the system before and after installed SVC. Based on simulation for the condition before installed SVC, there were four Buses; Aek Kanopan, Kuala Tanjung, Kisaran and Rantau Prapat which have critical voltages sequentially 89,92%; 89,92%; 89,97%; and 89,96%. After installed SVC, voltage profile of the busses increased sequentially 91,7%; 91,74%; 91,7%; dan 91,73%. Based on simulation result, SVC improved voltage profiles in transmission system. Keywords : Static Var Compensator, Voltage, Transmission Copyright © 2016 JNTE. All rights reserved
1. PENDAHULUAN Sistem transmisi tenaga listrik merupakan bagian penting dalam penyaluran tenaga listrik dari pembangkit sampai ke saluran distribusi. Oleh sebab itu keandalan sebuah sistem transmisi sangat perlu ditingkatkan. Salah satu permasalahan pada sistem transmisi adalah stabilitas tegangan. Masalah stabilitas tegangan ini akan berdampak pada kualitas daya pada sistem tenaga listrik. Stabilitas tegangan pada saluran transmisi dapat dikendalikan dengan berbagai cara antara lain adalah pemasangan reactor, Phase Shifting Transformer (PST), dan peralatan Flexible AC Transmission Systems (FACTS) [1-2]. Ketiga peralatan tersebut bekerja dengan cara menginjeksikan ataupun menyerap daya reaktif dari sistem. Pemasangan reactor pada saluran
transmisi merupakan solusi yang sudah lama diterapkan, hal ini dikarenakan reactor merupakan solusi yang paling ekonomis. Solusi lain yang juga sudah lama diaplikasikan adalah pemasangan PST yang biasa dipasang di saluran transmisi yang bekerja dengan cara mengatur tegangan di sisi penerima dan pengirim [1]. Pemanfaatan reactor dan PST memiliki kelemahan yaitu sistem kendali yang masih manual yang tidak cukup cepat dalam merespon perubahan yang terjadi sehingga akan menimbulkan dampak yang kurang menguntungkan untuk sistem yang dinamis. Solusi yang dapat dimanfaatkan untuk mengatasi kekurangan dari reactor dan PST yaitu dengan pemasangan peralatan FACTS. Peralatan FACTS merupakan peralatan yang terdiri dari komponen elektronika daya dan komponen statis yang berfungsi untuk
Received date 2016-02-15, Revised date 2016-03-03, Accepted date 2016-03-04 DOI : 10.20449/jnte.v5i1.157
Vol: 5, No. 1, Maret 2016
mengendalikan parameter pada sistem transmisi AC untuk meningkatkan kualitas daya pada sistem tenaga listrik [3-9]. Perkembangan penelitian dan teknologi telah menghasilkan berbagai macam peralatan FACTS yang dapat dimanfaatkan untuk mengatasi permasalahan pada sistem transmisi AC. Berbagai macam peralatan FACTS dan kompensator konvensional dapat dilihat pada Gambar 1 berikut.
ISSN: 2302 - 2949
daya listrik [3]. Penggunaan SVC terutama ditujukan untuk memberikan respon yang cepat terhadap perubahan beban sehingga dapat meningkatkan faktor daya dan menjaga kestabilan tegangan di sisi sumber kapanpun dibutuhkan. Oleh sebab itu lokasi pemasangan SVC sangat penting diperhatikan agar dapat bekerja secara efektif. Idealnya SVC dipasang di titik tengah saluran transmisi, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Lokasi pemasangan SVC pada saluran transmisi [1]
Gambar 1. Peralatan FACTS dan kompensator konvensional [3] Berdasarkan Gambar 1 dapat dilihat berbagai macam peralatan FACTS yang terbagi atas dua kelompok yaitu kelompok thyristor valve dan voltage source converter. Pada tulisan ini yang akan dibahas adalah pengaruh pemasangan salah satu jenis peralatan FACTS yaitu Static Var Compensator (SVC) pada sistem transmisi tenaga listrik 150 kV, Sumatera bagian utara (Sumbagut).
Berdasarkan Gambar 2 dapat dibuat kurva karakteristik kontrol SVC. Kurva karakteristik kontrol SVC ditunjukkan pada Gambar 3. Garis ADB pada merupakan batas kontrol SVC, sedangkan garis OA merupakan batas kapasitor dan BC batas induktor. Arus SVC (ISVC) bernilai positif jika suseptansi SVC bersifat induktif, yang diperlihatkan pada persamaan (1).
I SVC BSVCVSVC
(1)
2. STATIC VAR COMPENSATOR
Dimana: ISVC = arus SVC BSVC = suseptansi SVC VSVC = tegangan SVC
SVC merupakan salah satu peralatan FACTS yang berfungsi untuk mengatur aliran daya pada sistem dengan cara mengubah tegangan pada sistem dengan menginjeksikan atau menyerap daya reaktif pada sistem [4-5]. SVC bekerja berdasarkan magnitude tegangan pada sistem. Jika tegangan sistem rendah maka SVC akan menginjeksikan daya reaktif (kapasitif) dan sebaliknya jika tegangan sistem tinggi maka SVC akan menyerap daya reaktif (induktif). Berikut ini beberapa keuntungan penggunaan SVC antara lain; menjaga stabilitas tegangan sistem, mengurangi rugi-rugi transmisi, dan meningkatkan kapasitas transmisi penyaluran
Gambar 3. Kurva karakteristik kontrol SVC [3]
Jurnal Nasional Teknik Elektro
81
Vol: 5, No. 1, Maret 2016
ISSN: 2302 - 2949
Nilai steady state tegangan bus SVC dihitung dari perpotongan karakteristik sistem dan karakteristik kontrol pada Gambar 4. Karakteristik sistem merupakan garis lurus dengan sudut negatif yang besarnya dapat dihitung menggunakan persamaan (2).
3. METODOLOGI Pada studi ini, metodologi yang digunakan untuk melihat pengaruh pemasangan SVC pada sistem transmisi tenaga listrik 150 kV Sumbagut adalah dengan simulasi komputer. Simulasi dilakukan dua tahap, yang pertama dilakukan simulasi untuk melihat aliran daya dan profil tegangan sistem sebelum pemasangan SVC, dan yang kedua simulasi setelah pemasangan SVC. Simulasi menggunakan data-data transmisi yang diperoleh dari PT. PLN (Persero), berupa single line diagram dan data-data pembangkit, saluran dan beban. Gambar rangkaian simulasi dapat dilihat pada Gambar 7. Sistem transimisi tenaga listrik 150 kV Sumbagut terdiri dari 45 Bus. Parameter SVC dihitung menggunakan persamaan berikut berikut [9]:
Gambar 4. Kurva karakteristik perhitungan titik operasi SVC [3]
VSVC VTH X TH I SVC
V P 2Vi m sin im X ij
[2]
Dimana: VTH= tegangan thevenin bus SVC XTH= reaktansi thevenin bus SVC SVC terbagi atas dua tipe yaitu Thyristor Switched Capacitor (TSC-TCR) dan Fixed Capacitor Thyristor Controlled Reactor (FCTCR)[6]. SVC tipe TSC-TCR yang ditunjukkan pada Gambar 5. TSC-TCR memiliki kelebihan yaitu lebih fleksibel dibandingkan tipe FC-TCR. Dari Gambar 5 dapat dilihat bahwa TSC-TCR dipasang pada sisi sekunder transformator penurun tegangan. Pada rangkaian tersebut, tegangan diambil dari sisi tegangan tinggi bus SVC.
(3)
Nilai suseptansi SVC, BSVC:
1 BL BSVC XC
(4)
Dan:
BL
2 2 sin2 X L
(5)
Dimana α adalah sudut penyalaan thyristor.
Gambar 5. Rangkaian dasar SVC tipe TSCTCR [6]
82
Jurnal Nasional Teknik Elektro
Vol: 5, No. 1, Maret 2016
ISSN: 2302 - 2949
Gambar 7. Simulasi sistem transmisi tenaga listrik 150 kV Sumbagut 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Simulasi dilakukan untuk melihat profil tegangan pada sistem dengan dua kondisi yaitu sebelum menggunakan SVC dan setelah menggunakan SVC. Hasil simulasi untuk kondisi sebelum menggunakan SVC dapat dilihat pada Tabel 1. Dari data pada Tabel 1 dapat dilihat bahwa Bus yang memiliki tegangan dengan nilai kritis adalah Bus Aek Kanopan, Kisaran, KualaTanjung, dan Rantau Parapat, dengan besar persentase tegangan 89,92%; 89,92%; 89,97%; dan 89,96%. Empat Bus tersebut merupakan Bus yang akan dipilih untuk pemasangan SVC. Berdasarkan Gambar 7 juga dapat dilihat bahwa posisi Bus Aek Kanopan, Kisaran, Kuala Tanjung, dan Rantau Parapat juga berdekatan. Rangkaian sederhana untuk ke empat Bus dapat dilihat pada Gambar 8. Berdasarkan Gambar 8 ditentukan lokasi pemasangan SVC yaitu Bus Kisaran. Hasil simulasi setelah pemasangan SVC dapat dilihat pada Tabel 2.
Jurnal Nasional Teknik Elektro
Gambar 8. Posisi Bus Aek Kanopan, Kisaran, KualaTanjung, dan Rantau Parapat Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa tegangan pada ke empat Bus meningkat menjadi 91,7%; 91,74%; 91,7%; dan 91,73%. Pemasangan SVC pada Bus Kisaran tidak hanya memperbaiki tegangan pada ke empat Bus tapi juga memperbaiki tegangan diseluruh Bus. Hasil ini membuktikan bahwa SVC memberikan pengaruh terhadap perbaikan tegangan sistem.
83
Vol: 5, No. 1, Maret 2016
ISSN: 2302 - 2949
Tabel 1. Sebelum menggunakan SVC Nominal kV
P (MW)
Q (Mvar)
Voltage
Aek Kanopan
150
Banda Aceh
150
89,92
23,678
10,975
91,39
197,123
Belawan
96,569
150
91,06
739,297
865,858
Binjai
150
90,95
471,948
336,549
Bireun
150
91,16
260,015
93,45
Brastagi
150
90,33
41,417
60,596
Denai
150
90,44
48,179
34,689
G. Para
150
90,14
33,706
17,325
G. Tua
150
90,01
38,762
20,923
GIS Listrik
150
90,31
84,754
60,676
Glugur
150
90,54
94,468
69,405
Idie
150
90,97
70,36
17,497
KIM
150
90,38
143,544
104,045
Kisaran
150
89,92
86,553
57,702
Kuala Namu
150
90,4
46,246
34,684
Kuala Tanjung
150
89,97
198,288
154,683
Labuhan
150
90,96
65,653
42,481
Labuhan Angin
150
90,44
229,359
113,7
Lamhotma
150
90,98
28,956
15,99
Langsa
150
90,94
164,703
32,836
Lhoukseumawe
150
91,04
235,338
66,307
Mabar
150
90,58
152,324
110,869
Martabe
150
90,14
75,843
45,077
Namorambe Padang Sidempuan Pangkalan Brandan Paya Geli
150
90,46
81,353
59,546
150
90,07
150,484
86,944 50,18
150
90,63
404,569
313,008
Payapasir Pematangsianta r Perbaungan
150
90,73
453,465
379,941
150
90,18
146,392
67,243
150
90,29
101,658
90,763
Porsea
150
90,29
179,507
89,361
Rantau Parapat
150
89,96
99,905
Renun
150
90,31
Sei Rotan
150
90,53
Sibolga
150
90,27
Sidikalang
150
Sigli Sipan Sipahoras 1 Sipan Sipahoras 2 Tanjung Morawa
150
Bus ID
150
150
10,544 MW atau berkurang sebanyak 14%. Perbandingan nilai tegangan sistem sebelum dan setelah pemasangan SVC dapat dilihat pada Gambar 9. Tabel 2. Setelah menggunakan SVC Nominal kV
Bus ID
Voltage
P (MW)
Q (Mvar)
Aek Kanopan
150
91,7
23,666
9,803
Banda Aceh
150
92,99
197,198
99,925
Belawan
150
92,63
749,556
816,353
Binjai
150
92,56
470,44
335,065
Bireun
150
92,78
259,327
99,19
Brastagi
150
92,03
41,683
53,414
Denai
150
92,11
48,484
34,909
G. Para
150
91,87
33,559
17,439
G. Tua
150
91,78
38,849
19,808
GIS Listrik
150
92
85,297
61,065
Glugur
150
92,2
95,062
69,841
Idie
150
92,6
69,997
19,434
KIM
150
92,06
144,455
104,706
Kisaran
150
91,7
87,136
58,1
Kuala Namu
150
92,08
46,539
34,905
Kuala Tanjung
150
91,74
200,122
141,378
Labuhan
150
92,55
66,048
42,737
Labuhan Angin
150
92,15
229,444
117,503
Lamhotma
150
92,56
28,962
16,257
Langsa
150
92,57
163,326
33,037
Lhoukseumawe
150
92,67
234,392
72,145
Mabar
150
92,22
153,276
111,561
Martabe
150
91,88
76,174
44,101
150
92,13
82,017
58,911
150
91,83
150,971
83,733
150
92,54
117,627
44,929
53,063
Namorambe Padang Sidempuan Pangkalan Brandan Paya Geli
150
92,27
407,681
311,614
77,812
51,615
Payapasir
150
92,36
457,653
371,31
635,208
566,855
Pematangsiantar
150
91,91
146,244
70,483
221,452
120,255
Perbaungan
150
91,99
102,936
85,438
90,29
17,605
28,25
Porsea
150
92,01
179,572
92,295
91,33
308,601
129,065
Rantau Parapat
150
91,73
100,061
49,672
Renun
150
92,02
77,837
50,003
Sei Rotan
150
92,18
642,613
546,977 117,139
90,92
90,27
119,281
0
0
150
90,27
0
0
Sibolga
150
92
221,491
150
90,45
72,735
54,393
Sidikalang
150
92
16,958
21,734
Tarutung
150
90,28
34,503
23,591
150
92,93
308,203
134,866
Tebing Tinggi
150
90,15
251,88
204,464
150
92
0
0
Tele
150
90,28
8,932
7,81
Titi Kuning
150
90,39
256,14
223,162
150
92
0
0
Tualang Cut
150
90,9
20,27
17,374
Sigli Sipan Sipahoras 1 Sipan Sipahoras 2 Tanjung Morawa
150
92,12
73,227
54,71
Tarutung
150
92
33,824
16,654
Tebing Tinggi
150
91,88
254,298
190,052
Tele
150
91,99
8,689
5,629
Titi Kuning
150
92,07
259,176
217,035
Tualang Cut
150
92,53
20,396
17,482
Dari hasil simulasi juga dapat dilihat bahwa tidak hanya tegangan sistem yang diperbaiki tapi juga mengurangi jumlah losses sistem. Losses sistem berkurang dari 12,221 MW menjadi
84
Jurnal Nasional Teknik Elektro
Vol: 5, No. 1, Maret 2016
ISSN: 2302 - 2949
Gambar 9. Perbandingan tegangan sebelum dan sesudah pemasangan SVC. 5. KESIMPULAN Berdasarkan hasil simulasi dapat disimpulkan bahwa pemasangan SVC pada sistem transmisi dapat meningkatkan tegangan sistem pada Bus Aek Kanopan, Kisaran, KualaTanjung, dan Rantau Parapat, dengan besar persentase tegangan 89,92%; 89,92%; 89,97%; dan 89,96% menjadi 91,7%; 91,74%; 91,7%; dan 91,73%. Tegangan sistem tidak hanya meningkat pada ke empat Bus tersebut saja akan tetapi juga memperbaiki tegangan pada seluruh Bus. Pemasangan SVC pada sistem transmisi tidak hanya memperbaiki tegangan sistem namun juga mengurangi losses sistem sebesar 14%, yaitu dari 12,221 MW menjadi 10,544 MW. Sehingga dapat disimpulkan pemasangan SVC terbukti berpengaruh dalam memperbaiki profil tegangan dan losses sistem. Studi lebih lanjut dari studi ini adalah melakukan optimasi untuk menentukan lokasi pemasangan SVC yang lebih optimum dengan menggunakan metode optimasi berbasis algoritma genetika ataupun metode lainnya.
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
DAFTAR PUSTAKA [1]
Padiyar, K.R., FACTS Controller in Transmission and Distribution, New Age International (P) Limited Publisher (2007).
Jurnal Nasional Teknik Elektro
[8]
Sastry Verdam, R., Mulukutla S. Sarma, Power Quality: VAR Compensation in Power Systems, CRC Press (2009). Hirdesh Chaturvedi, Paramjeet Kaur, Power Quality Enhancement using Different “FACTS” Devices, International Journal of Engineering Research and Development Vol. 10, pp. 51-57 (2014). Mohan Matur, R., Rajiv K Varma, Thyristor-Based Facts Controllers for Electrical Transmission Systems, John Wiley & Sons, Inc. (2002). Ramlal Das, D. K. Tanti, Transient Stability of 11-Bus System Using SVC and Improvement of Voltage Profile In Transmission Line Using Series Compensator, American Journal of Electrical Power and Energy Systems, pp. 76-85, (2014) John J. Paserba, How FACTS Controllers Benefit AC Transmission Systems, Mitsubishi Electric Power Products S.RaviKumar, B.Ramoji Rao, D.Ramesh, The Study of Voltage Profile and Power Quality with SVC in Transmission System at Different Loads , International Journal of Engineering Research and Applications, Vol.3, pp. 543-549 (2013). Guneet Kour, G. S. Brar, Jaswanti Dhiman, Improvement by Voltage Profile by Static Var Compensators in Distribution Substation, International
85
Vol: 5, No. 1, Maret 2016
[9]
ISSN: 2302 - 2949
Journal of Instrumentation Science pp: 21-24, (2012) Tarlochan Kaur, Sandeep Kakran, Transient Stability Improvement of Long Transmission Line System by Using SVC, International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, Vol. 1, pp. 218-227, (2012).
Biodata Penulis Syiska Yana, merupakan staff pengajar di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara sejak Tahun 2011 sampai sekarang. Bidang ketertarikan penulis yaitu kualitas daya, smart grid, power elektronik dan energi terbarukan. Penulis juga aktif dalam berbagai kegiatan penelitian dan pengabdian masyarakat yang berhubungan dengan bidang ketertarikan penulis.
86
Jurnal Nasional Teknik Elektro
