Proposal(nur Fadhli)d41114522-benar.docx

STUDY PERBAIKAN KESTABILAN SISTEM SULBAGSEL BERDASARKAN KASUS BLACKOUT (11-11-2017) MENGGUNAKAN SIMULINK

PROPOSAL PENELITIAN OLEH:

NUR FADHLI D41114522

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS HASANUDDIN 2018

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi listrik merupakan salah satu energi paling dibutuhkan, apalagi di era modern seperti sekarang. Hal itu dikarenakan energi listrik memiliki sifat fleksibel dan mudah dikonversi menjadi bentuk energi lain. Energi listrik tidak timbul langsung begitu saja. Dibutuhkan pengoperasian sistem tenaga

agar dapat

menghasilkan energi listrik. Dalam pengoperasiannya, sistem tenaga listrik pada umumnya memiliki pusat pembangkitan terdiri dari beberapa generator. Generator ini yang nantinya mendistribusikan tenaga listrik ke konsumen. Sistem tenaga listrik baik dapat dilihat dari bagaimana sistem tenaga tersebut melayani beban berkelanjutan (tegangan dan frekuensi konstan) dan berada pada batas toleransi. Hal tersebut diperuntukkan agar peralatan listrik dapat bekerja dengan baik. Kestabilan sistem tenaga listrik didefinisikan sebagai kemampuan sistem dalam menjaga kondisi operasi seimbang dan kemampuan sistem untuk kembali ke kondisi operasi normal ketika terjadi gangguan. Sedangkan ketidakstabilan sistem dapat terjadi dalam berbagai bentuk, tergantung dari konfigurasi sistem dan model operasinya. Sistem akan masuk pada kondisi ketidakstabilan tegangan ketika terjadi gangguan, peningkatan beban atau pada saat terjadi perubahan kondisi sistem disebabkan oleh drop tegangan yang tidak terkontrol. Penyebab utama ketidakstabilan tegangan adalah ketidakmampuan sistem tenaga untuk memenuhi permintaan daya reaktif. Inti dari permasalahan ini biasanya berhubungan dengan susut tegangan yang terjadi saat daya aktif dan daya reaktif mengalir melalui reaktansi induktif pada jaringan transmisi. Secara mendasar masalah kestabilan berarti menjaga sinkronisasi operasi sistem tenaga. Kestabilan pada sistem tenaga listrik merupakan masalah yang sangat penting dalam penyediaan daya kepada konsumen. Semakin berkembang sistem tenaga listrik dapat mengakibatkan lemahnya performansi sistem ketika

2

mengalami gangguan. Salah satu efek gangguan adalah osilasi elektromekanik. Akbiat jika tidak diredam dengan baik maka sistem akan terganggu dan dapat keluar dari area kestabilannya. Hal itu dapat mengakibatkan pengaruh lebih buruk seperti pemadaman total (blackout). Terjadinya pemadaman total (blackout) pasti akan mengakibatkan berbagai kerugian-kerugian pada konsumen rumah tangga maupun industri. Untuk konsumen rumah tangga, kerugian yang dirasakan seperti tertundanya kegiatan para konsumen yang memerlukan energy listrik . Pada bidang industri, baik industry kecil maupun industry besar. Pasti sangat memerlukan energy listrik dalam menjalankannya. Meskipun konsumen industry biasanya menggunakan alternative cadangan seperti genset. Tapi tetap saja akan mengeluarkan biaya besar dalam penggunaan bahan bakarnya. Belum lagi masalah transportasi, pasti akan mengalami gangguan seperti kemacetan karena tidak berfungsinya lampu lalu lintas. Berdasarkan data PT PLN Persero Kanwil Sulawesi Selatan, Sulawesi Tenggara, Sulawesi Barat (Sulselrabar) mencatat ada sekitar 2.563.104 pelanggan tahun 2017. 73 persen dari angka tersebut berada di Sulsel. Ada sekitar 1,8 juta pelanggan Sulsel yang terkena dampak pemadaman listrik ini. Artinya, PLN sebagai penyuplai listrik, akan mengalami kerugian yang cukup besar. Itu dikarenakan, ada sekitar 1,8 juta pelanggan yang tidak tersalurkan energy yang mengakibatkan PLN rugi karena tidak memperoleh pendapatan dari energy yang tidak tersalurkan tersebut. Belum lagi, jika ada material PLN yang rusak, PLN harus berintesvasi kembali untuk membeli peralatan tersebut. Disisi lain, kepercayaan masyarakat akan turun karena seolah-olah PLN yang memadamkan listrik. Pada tanggal 11 November 2017 terjadi pemadaman total (blackout) pada sistem kelistrikan Sulawesi bagian Selatan (Sulbagsel) pukul 11.15 hingga 23.00 WITA (kurang lebih 11 jam 45 menit). Hal ini disebabkan karena adanya gangguan pada ruas transmisi Tallasa-GI Jeneponto- GI Punagaya. Sehubungan dengan penelitian tentang kasus blackout pada sistem sulbagsel tersebut, maka pada tugas akhir ini penulis akan membuat sebuah study perbaikan dengan menggunakan simulasi dari Matlab Simulink.

3

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah disebutkan, maka penelitian ini akan dilakukan simulasi terhadap hasil data yang telah didapat. Sehingga perumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana upaya atau tindakan pencegahan dari sisi kestabilan yang dapat dilakukan pada kasus pemadaman total (blackout) ? 2. Bagaimana respons sistem kelistrikan Sulbagsel ketika terjadi gangguan atau pemicu terjadinya kasus pemadaman total (blackout) ?

1.3 Tujuan Penelitian

1. Mengetahui upaya atau tindakan dari sisi kestabilan yang dapat dilakukan pada kasus pemadaman total (blackout) 2. Mengetahui respons sistem kelistrikan Sulbagsel ketika terjadi gangguan atau pemicu terjadinya kasus pemadaman total (blackout)

1.4 Manfaat Penelitian

1. Dapat memberikan upaya atau tindakan dapat dilakukan pada kasus pemadaman total (blackout) 12 Desember 2017 , setidaknya yang padam disekitar ruas yang terjadi gangguan 2. Dapat menjadi dasar untuk penelitian selanjutnya yang berhubungan dengan kasus blackout

1.5 Batasan Masalah

Perbaikan Kestabilan Sistem Sulbagsel Berdasarkan Kasus Blackout ini akan dibahas lebih mendalam ketika sudah dilakukan simulasi menggunakan Matlab Simulink

4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Blackout Pada Jaringan Listrik

Pada operasi dan perencanaan sistem tenaga, kestabilan tegangan menjadi salah satu isu utama karena hal ini sangat berkaitan erat dengan masalah keandalan dan keamanan sistem. Kestabilan tegangan adalah kemampuan sistem tenaga untuk menjaga kondisi tegangan di setiap bus pada nilai yang dapat diterima dalam kondisi operasi normal dan setelah gangguan. Jika terjadi ketidakstabilan tegangan maka dapat memicu terjadinya keruntuhan/ penurunan tegangan (Voltage Collapse), yang berakibat pemadaman total (blackout). Dapat dilihat pada Gambar 2.1

Gambar 2.1 Skema Voltage Collapse yang mengakibatkan Black Out

Blackout pada jaringan listrik biasa disebut pemadaman listrik atau mati listrik. Dalam sistem kelistrikan, penyaluran listrik dibagi menjadi 3 bagian. Pembangkit, transmisi dan distribusi. Pada sistem pembangkit penyabab blackout biasanya disebabkan oleh gangguan pada unit pembangkitan (PLTU, PLTD, PLTA dll). Gangguan yang menyebabkan pembangkit trip atau mati tentunya akan menyebabkan pasokan listrik pada sistem berkurang. Hal ini biasanya ditandai dengan frekuensi yang menurun. Jika frekuensi terlalu turun dan

5

pembangkit lain tidak bisa menutupi kekurangan, pada jaringan listrik ada sistem pengaman Under Frekuensi Relay (UFR) bekerja. UFR bekerja jika frekuensi terlalu rendah. Hal ini menyebabkan beberapa daerah akan mengalami pemadaman listrik. Pada jaringan transmisi dan distribusi gangguannya hampir sama. Antara gangguan alam, kerusakan alat karena umur atau karenanya kesalahan pemasangan (human error'), bisa juga ada pengalihan aliran listrik guna perawatan atau perbaikan alat. Ketiga bagian pada sistem kelistrikan ini (pembangkit, transmisi dan distribusi) saling berkaitan. Hal yang paling menakutkan dan dihindari adalah black out total, dimana listrik pada jaringan benar-benar kosong atau kekurangan. Ada banyak penyebab terjadinya pemadaman total atau Blackout. Diantaranya seperti kerusakan di stasiun listrik/PLT, kerusakan jaringan kabel, atau bagian lain dari sistem distribusi, di gardu listrik , sebuah sirkuit pendek(korsleting), atau kelebihan muatan. Akan tetapi, hal paling berpengaruh terhadap terjadinya Blackout adalah sistem distribusi tenaga listrik

2.1.1

Sistem Distribusi Tenaga Listrik

Sistem distribusi merupakan suatu hal dengan gangguan paling banyak, sehingga masalah utama dalam operasi sistem distribusi ialah dengan mengatasi gangguan. Menurut Marsudi (1990 : 14) jumlah gangguan dalam sistem distribusi relative banyak dibandingkan dengan jumlah gangguan pada bagian sistem yang lain seperti pada unit pembangkit, saluran transmisi, dan transformator gardu induk. Sistem distribusi tenaga listrik merupakan sistem yang menyalurkan energy listrik dari pusat pembangkit tenaga listrik(Power Station) di tingkat tegangan yang diperlukan. Pada umumnya, Power Station terdiri dari beberapa bagian yaitu Gardu Induk, Jaringan Distribusi Primer, Gardu Distribusi, Jaringan Distribusi Sekunder. Gangguan pada peralatan tenaga listrik sudah menjadi bagian dari pengoperasian peralatan tenaga listrik. Mulai dari pembangkit, transmisi hingga

6

pusat-pusat beban tidak pernah lepas dari berbagai macam gangguan. Bagian dari peralatan tenaga listrik yang sering mengalami gangguan adalah kawat transmisinya (kira-kira 70-80% dari seluruh gangguan) Hal ini disebabkan luas dan panjang kawat transmisi yang terbentang dan yang beroperasi di kondisi udara yang berbeda-beda dimana umumnya yang lewat udara (di atas tanah) lebih rentan terhadap gangguan dari pada ditaruh didalam tanah (underground). Akibat-akibat yang ditimbulkan gangguan 1. Menginterupsi kontinuitas pelayanan daya kepada para konsumen apabila gangguan itu sampai menyebabkan terjadinya pemutusan suatu rangkaian yang dapat menyebabkan rusaknya suatu unit pembangkit 2. Penurunan tegangan yang cukup besar menyebabkan rendahnya kualitas tenaga listrik dan merintangi kerja normal pada peralatan konsumen 3. Pengurangan stabilitas sistem dan menyebabkan jatuhnya generator 4. Merusak peralatan pada daerah terjadinya gangguan Dari empat akibat yang ditimbulkan gangguan tersebut, semuanya akan berujung pada pemadaman total atau blackout. Untuk menghindari terjadinya pemadaman total atau blackout maka kita harus memperhatikan keandalan sistem.

2.1.2

Konsep Dasar Keandalan Sistem

Menurut Hajek yang dikutip dalam Irawati (1999:20), keandalan adalah istilah statistik pada umumnya didefinisikan sebagai probabilitas bahwa selama suatu jangka waktu tertentu dalam kondisi yang telah ditetapkan, sebuah peralatan atau sistem akan bekerja dengan cara yang dapat diterima. Menurut Willis (2004 : 103), keandalan yaitu kemampuan dari sistem pengiriman kekuatan untuk membuat tegangan listrik yang siap secara terus menerus dan cukup dengan mutu kepuasan, untuk memenuhi kebutuhan konsumen. Secara umum,keandalan didefinisikan sebagai kemungkinan (Probability)dari sistem mampu bekerja sesuai dengan kondisi operasi tertentu dalam jangka waktu

7

yang ditentukan, dengan kata lain keandalan disebut juga kecukupan atau ketersediaan (availability). Keandalan memiliki sifat non deterministic (terjadi secara kebetulan) tapi probabilistic (sesuatu yang bersifat acak, tidak pasti, namun dapat dianalisa dengan teori probabilitas). Dalam mendefinisikan keandalan terhadap gangguan terdapat tiga faktor yang memegang peranan penting yaitu: 1. Kemingkinan (Probability) Angka yang menyatakan berapa kali gangguan terjadi dalam waktu tertentu pada suatu sistem atau saluran 2. Bekerja dengan baik (Performance) Menunjukkan kriteria kontinuitas saluran sistem penyaluran tenaga listrik tanpa mengalami gangguan 3. Periode waktu Periode waktu merupakan lama saluran bekerja dengan baik sesuai dengan fungsinya. Semakin lama saluran digunakan, maka akan semakin banyak kemungkinan terjadinya kegagalan.

2.2 Kestabilan Sistem Tenaga Listrik

Kestabilan sistem tenaga listrik secara luas dapat didefinisikan sebagai kemampuan dari satu sistem tenaga listrik untuk tetap berada dalam kondisi seimbang dalam operasi normal dan dapat memperoleh kembali kondisi seimbang setelah sistem mengalami gangguan. Oleh karena itu, perlu pengklasifikasian kestabilan sistem tenaga berdasarkan faktor kontribusi yang menyebabkan ketidakstabilan.

8

Stabilitas Tegangan Akibat Gangguan Kecil

Stabilitas Sudut Rotor

Stabilitas Sistem Tenaga

Cepat Stabilitas Transien Cepat

Stabilitas Frekuensi

Lama Stabilitas Tegangan Akibat Gangguan Kecil

Stabilitas Tegangan

Stabilitas Tegangan Akibat Ganggual Luas

Cepat

Lama

Gambar 2.2 Klasifikasi Sistem Tenaga

Tujuan dari kestabilan sistem tenaga itu sendiri ialah untuk menentukan rotor mesin yang terganggu agar dapat kembali kekadaan normal degan kecepatan konstan. Artinya, pada kondisi ini kecepatan rotor harus menyimpang dari kecepatan sinkron, paling tidak untuk beberapa waktu. Penyeimbangan kecepatan rotor yang terlalu lama dapat membuat mesin menjadi rusak. Analisis kestabilan biasanya digolongkan kedalam 3 jenis, tergantung pada sifat dan besarnya gangguan yaitu : 1. Kestabilan Keadaan Tetap (Steady State Stability) 2. Kestabilan Dinamis (Dynamic Stability) 3. Kestabilan Peralihan (Transient Stability)

9

2.2.1

Kestabilan Keadaan Tetap (Steady State Stability)

Kestabilan Keadaan Tetap didefinisikan sebagai suatu kemampuan sistem tenaga listrik untuk menerima gangguan kecil yang bersifat gradual, yang terjadi disekitar titik keseimbangan pada kondisi tetap. Kestabilan ini tegantung pada karakteristik komponen yang terdapat pada sistem tenaga listrik antara lain: Pembangkit, Beban, Jaringan Transmisi, dan Kontrol Sistem itu sendiri. Model pembangkit yang digunakan adalah pembangkit yang sederhana (aumber tegangan konstan) karena hanya menyangkut gangguan kecil disekitar titik keseikmbangan. Saat daya yang dikirim generator meningkat, rotor akan mendahului sumbu referensi medan putarnya dan akibat adanya inertia bagian yang berputar maka akan terjadi overshoot dari posisi keseimbagan. Saat kondisi sistem stabil, terjadi osilasi rotor yang terendam. Jika osilasi ini tidak terendam, msein akan kehilangan sinkronisasinya. Hal ini mengakibatkan sistem menjadi tidak stabil. Pada

Gambar

2.2,

dapat

dilihat

grafik

hubungan

kestabilan

dan

ketidakstabilan sudut rotor terhadap waktu. Dikatakan kondisi stabil , apabila terjadi gangguan osilasi rotor terendam. Sedangkan, dapat dikatakan pada kondisi tidak stabil, apabila osilasi ini tidak terendam saat terjadi gangguan yang mengakibatkan mesin akan kehilangan sinkronisasinya.

Tidak Stabil

Sudut Rotor

Stabil

Waktu

Gambar 2.3 Kondisi Stabil dan Tidak Stabil

10

2.2.2

Kestabilan Dinamis (Dynamic Stability)

Kestabilan Dinamis didefinisikan sebagai Kemampuan sistem tenaga listrik untuk kembali ketitik keseimbangan setelah timbul gangguan yang relative kecil secara tiba-tiba dalam waktu yang lama. Analisa kestabilan dinamis lebih kompleks karena memasukkan komponen kontrol otomatis dalam perhitungannya. Setelah terjadi gangguan, governer penggerak awal akan bereaksi untuk menaikkan atau menurunkan daya input guna mengembailakn keseimbangan antara daya masuk dengan beban listrik yang ada. Perioda antara saat governer mulai bereaksi sampai dengan terjadinya kondisi keseimbangan inilah yang disebut kestabilan dinamis. Pada periode ini, governer membukan atau menutup katup untuk menaikkan atau menurunkan daya masuk pada penggerak mula. Ketika governer mendeteksi penurunan kecepatan, maka katup uap akan terbuka untuk menaikkan kecepatan. Akan tetapi, saat menaikkan kecepatan terjadi ketidakseimbangan dimana daya mekanik akan melebihi beban. Berbuhung kecepatan melebihi batas normal, maka governer akan berusaha untuk menurunkan kecepatan. Sebagai hasilnya, terjadi osilasi pada daya masuk dan putaran rotor. Apabila osilasi ini terendam, maka sistem akan menjadi stabil.

2.2.3

Kestabilan Peralihan (Transient Stability)

Kestabilan Peralihan didefinisikan sebagai kemampuan sistem untuk mencapai suatu titik keseimbangan atau sinkronisasi setelah mengalami gangguan yang besar sehingga sistem kehilanbgan stabilitas karena gangguan terjadi diatas kemampuan sistem. Analisa kestabilan peralihan adalah analisa

yang utama

untuk menelaah perilaku sistem daya seperti gangguan yang berupa : 1. Perubahan beban yang mendadak karena terputusnya unit pembangkit 2. Perubahan pada jaringan transmisi misalnya gangguan hubung singkat atau pemutusan saklar.

11

Setelah hilangnya pembangkitan, tidak ada keseimbangan antara daya mekanik dengan bban listrik. Pada kondisi daya mekanik yang kurang, inertia rotor yang berputar memberikan energy tersimpannya yang mengakibatkan putaran generator akan menurun begitu pula frekuensinya. Apabilan beban yang lepas maka kecepatan mesin akan bertambah atau frekuensinya meningkat. Respon eksitasi juga sangat mempengaruhi kestabilan sistem. Gangguan pada sistem, biasanya diikuti dengan turunya tegangan dan pengembalian tegangan ke kondisi normal secara cepat. Hal itu sangat penting untuk menjaga stabilitas.

2.3 Waktu Kritis Pemutusan

Waktu kritis pemutusan merupakan waktu maksimum suatu gagguan (kondisi tidak normal) untuk segera mungkin ditripkan dari sebuah sistem. Hal ini dimaksudkan, untuk meminimalisir pengaruh yang dapat ditimbulkan oleh gangguan dimana sistem diupayakan tetap stabil. Kecepatan pemutusan gangguan terdiri dari: a) Kecepatan kerja relai b) Kecepatan buka pemutus tenaga (CB) c) Untuk relai tertentu, termasuk waktu kirim sinyal teleproteksi Untuk waktu kritis pemutusan CB itu sendiri adalah waktu kritis pemutusan dari CB apabila terjadi gangguan dan CB tidak segera trip maka akan memberikan pengaruh pada sistem. Dalam hal ini, waktu kritis pemutusan dari CB termasuk waktu pemadaman busur api oleh media pemadaman yang digunakan oleh CB. Juga tetap memperhitungkan kecepatan kerja relai karena bagaimanapun, CB merupakan satu kesatuan sistem proteksi pada relai Waktu kritis pemutusan dapat ditentukan dengan melihat grafik sudut rotor mesin-mesin sinkron. Dalam hal ini yaitu sudut rotor beberapa pembangkit utama dimana waktu kritis yang merupakan waktu terdekat ke kondisi tidak stabil ini merupakan ukuran terhadap kondisi kestabilan transient sebuh sistem.

12

Adapun persamaan yang menunjukkan rumus dasar dalam penentuan waktu kritis pemutusan CB terhadap sistem mesin tunggal. 𝑡𝑐 = √

2𝐻(𝛿𝑐 − 𝛿𝑜) 𝜋. 𝑓𝑜. 𝑃𝑚

Dimana : tc = waktu kritis pemutusan h = konstanta inersia (MJ/MVA) 𝛿𝑐𝑟= sudut kritis rotor 𝛿𝑐 = sudut mula-mula rotor Pm = daya mekanik generator

13

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan pada ruas yang terjadi gangguan yaitu transmisi Tallasa-GI Jeneponto- GI Punagaya dan pengambilan data dilakukan pada PT PLN (Persero) UPB Sulselrabar pada Februari-Maret 2018 3.2 Metode penelitian Tahapan yang dilakukan didalam penelitian ini adalah perumusan masalah, studi literature, program simulasi dan penulisan laporan 1. Perumusan Masalah Merupakan dasar pemikiran dalam penelitian ini. Dimana dalam penelitian ini, latar belakang permasalahan akan dianalisis. 2. Studi literatur Langkah pertama yang dilakukan sebelum melakukan penelitian adalah studi literature. Studi literatur dimaksudkan untuk mempelajari berbagai sumber referensi atau teori (buku,jurnal,internet) yang berkaitan dengan sistem kestabilan, karakteristik sistem sulbagsel dan Matlab Simulink 3. Program simulasi Simulasi yang dipakai pada penelitian ini yaitu Simulink

merupakan

bagian

tambahan

dari

Matlab Simulink. software

MATLAB

(Mathworks Inc.). Simulink dapat digunakan sebagai sarana pemodelan, simulasi dan analisis dari sistem dinamik dengan menggunakan antarmuka grafis (GUI). Simulink terdiri dari beberapa kumpulan toolbox yang dapat digunakan untuk analisis sistem linier dan non-linier. Beberapa library

14

yang sering digunakan dalam sistem kontrol antara lain math, sinks, dan sources. 4. Penulisan laporan Sesuai dengan data yang telah didapat yang berhubungan dengan Perbaikan kestabilan Sistem Sulbagsel dan dimasukkan ke Matlab Simulink , penulis mulai menulis laporan penelitian ini. 3.3 Alat dan Bahan 

Alat Penelitian Pada penelitian ini menggunakan alat penelitian berupa perangkat keras dan perangkat lunak sebagai tools untuk merancang aplikasi tersebut, yaitu: 1. Perangkat keras a. Intel Core i3 6006U-2.0Ghz b. RAM 4GB c. Layar dengan resolusi 1366 x 768 – HD 2. Perangkat lunak a. Windows 10 Family b. Microsoft Office 2007 c. Matlab Simulink



Bahan Penelitian

Dalam melakukan simulasi menggunakan Matlab Simulink, perangkat lunak ini membutuhkan beberapa bahan penelitian, yaitu: Data-data yang diambil dari PT PLN (Persero) UPB Sulselrabar

15

3.4

Diagram alir penelitian MULAI

STUDI LITERATUR

ALAT & BAHAN

TINJAU LAPANGAN

RANCANGAN SIMULINK

MULAI SIMULASI

PENGOLAHAN DATA

ANALISIS & PEMBAHASAN

KESIMPULAN

SELESAI

16

PERBAIKAN