Analisis Kontingensi [PDF]

Citation preview

Modul DigSILENT Power Factory 15.1



ANALISIS KONTINGENSI MENGGUNAKAN SOFTWARE DIGSILENT POWER FACTORY 15.1



NAMA



: NURHIDAYAH



NIM



: 421 13 025



KELAS



: IVA D4 TEKNIK LISTRIK



PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG 2016



I.



Tujuan Percobaan 1



1. Mengetahui pengertian analisis kontingensi. 2. Mampu membuat rangkaian menggunakan software DIgSILENT Power Factory. 3. Mampu mensimulasikan sistem kelistrikan tersebut dengan software DIgSILENT Power Factory. 4. Mampu menganalisa hasil simulasi dan melihat kondisi sistem setelah dilakukan analisis kontingensi. II.



Teori Dasar II.1 Kondisi Operasi Sistem Tenaga Listrik Menurut Dhar (19982) kondisi operasi suatu sistem tenaga listrik dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu: 1. Kondisi normal 2. Kondisi darurat 3. Kondisi untuk pemulihan kembali (restorative). Kondisi normal merupakan suatu kondisi yang kebutuhan seluruh beban pada system dapat dilayani dengan memenuhi seluruh batasanbatasan operasi. Gangguan yang terjadi dengan lepasnya unit pembangkit, hubung singkat dengan terbukanya saluran transmisi, kenaikan beban diluar perkiraan dan lain-lain dapat meyebabkan dua bentuk kondisi darurat. Dalam kondisi darurat pertama, system tenaga listrik berada dalam keadaan stabil, tetapi beroperasi dengan pelanggaran terhadap beberapa batasan operasi. Namun demikian, pada kondisi ini kebutuhan beban konsumen dapat dilayani, tetapi timbul kondisi tegangan dan frekuensi yang tidak normal sehingga terjadi pelanggaran batas-batas pembebanan beberapa saluran dan peralatan. Kondisi darurat ini dapat ditoleransi dalam periode waktu tertentu. Dalam kondisi darurat kedua, sistem tenaga listrik menjadi tidak stabil, sehingga beban-beban tidak dapat disuplai sepenuhnya. Hal ini menyebabkan pelanggaran terhadap batas pembebanan dan batas operasi. Jika tindakan perbaikan tidak dilakukan dengan segera, maka system akan mengalami pemadaman secara total (sistem black out).



2



Kondisi operasi system tenaga listrik dapat ditunjukkan seperti pada gambar 1. Dalam kondisi pemulihan kembali, tindakan perbaikan dilakukan



sehingga system dapat kembali ke kondisi normal yang baru atau ke kondisi normal seperti keadaan semula. Menurut Dhar (1982), sistem tenaga listrik dikatakan dalam kondisi aman jika sistem mempunyai kemampuan mengatasi sejumlah gangguan tanpa menimbulkan kondisi darurat. Menurut Beng dan Tjing (1995), keamanan sistem tenaga listrik dapat diartikan sebagai suatu kemampuan sistem tenaga listrik untuk bertahan dari beberapa gangguan yang tak terduga sehingga pelayanan tenaga listrik mengalami gangguan yang minimal kualitasnya. Dengan demikian, kondisi operasi normal suatu sistem tenaga listrik dipertimbangkan aman, jika ada pembebanan lebih atau pelanggaran terhadap batas kemampuan suatu peralatan, serta tidak terjadi ketidakstabilan transient untuk setiap gangguan karena sejumlah kontingensi-kontingensi yang layak. Jadi, kondisi yang aman tidak hanya memenuhi batas-batas pembebanan dan operasi, tetapi juga batas keamanan. Jika batasan keamanan tidak dipenuhi, maka system menjadi tidak aman dan operasi system tenaga listrik dalam kondisi siaga.



II.2



Pengertian Analisis Kontingensi



3



Kontingensi adalah suatu kejadian yang disebabkan oleh kegagalan atau pelepasan dari satu atau lebih generator dan/atau transmisi. Istilah ini berkaitan erat dengan kemampuan suatu sistem tenaga listrik untuk melayani beban bila terjadi gangguan pada salah satu komponennya. Untuk alasan kontingensi pula, lebih dari satu saluran digunakan untuk menyalurkan daya listrik ke beban, meski sebenarnya dalam keadaan normal. Analisis kontingensi adalah komponen sangat penting dari fungsi pengujian sistem keamanan dan merupakan sebagai kelanjutan hasil program load flow untuk memperhitungkan berbagai kondisi yang mungkin terjadi dalam sistem dimasa yang akan datang dengan melakukan berbagai kontingensi. Penganalisaan terhadap kontingensi yang mungkin terjadi sangat diperlukan untuk menentukan langkahlangkah pengoperasian sistem yaitu untuk mengatasi terjadinya kasuskasus yang ditimbulkan oleh kontingensi tersebut. II.3



Seleksi Kontingensi Untuk melakukan pengelompokan saluran maka diperlukan suatu parameter yang dapat dipakai untuk menghitung seberapa parah pengaruh saluran tersebut pada sistem tenaga, ide Performasi index (IP) dapat memenuhi kebutuhan ini. Definisi performasi index (IP) adalah sebagai berikut: P IP = Pmax Penjelasan rumus diatas : IP : Performasi index P : Daya yang mengalir pada saluran Pmax : Kapasitas maximum saluran. Bila nilai IP lebih dari 1 maka nilai ini dikatakan overload dan bila dibawah 1 maka saluran tersebut baik-baik saja, semakin besar nilai PI semakin jelek kondisi dari sistem.



III.



Gambar Rangkaian III.1 Kondisi Normal



4



Gambar 2. Kondisi normal



III.2



Kondisi Kontingensi



5



Gambar 3. Kondisi kontingensi III.3



Kondisi Pemulihan



Gambar 4. Kondisi pemulihan IV.



Data Percobaan  Synchronous Machine Active Power: 300 MW; Reactive Power: 96 Mvar; Nominal Apparent Power: 299 MVA; Nominal Voltage: 70kV; Power Factor: 0.8 6







Single Busbar Single Busbar: 70 kV Single Busbar (1): 20kV Single Busbar (2): 20kV Single Busbar (3): 20kV Single Busbar (4): 70kV Single Busbar (5): 20kV







Transformator Trafo 1: Rated Power: 100 MVA; HV-Side: 70kV; LV-Side: 20kV Trafo 2: Rated Power: 250 MVA; HV-Side: 70kV; LV-Side: 20kV







Line Line 1: 30km; Rated Voltage: 20kV Line 2: 40km; Rated Voltage: 20kV Line 3: 60km; Rated Voltage: 70kV Line 4: 30km; Rated Voltage: 20kV







Beban Beban 1: Active Power: 5MW; Reactive Power: 20Mvar Beban 2: Active Power: 5MW; Reactive Power: 20Mvar Beban 3: Active Power: 70MW; Reactive Power: 100Mvar Beban 4: Active Power: 100MW; Reactive Power: 150Mvar



V.



Langkah Percobaan 5.1 Kondisi Normal



A. Langkah 1 : Menggambar Single Line 1. Menginstall Dig SILENT 15.1 pada laptop atau komputer anda. 2. Membuka program Dig SILENT 15.1 yang telah anda install dengan mengklik 2 kali icon Dig SILENT pada layar desktop anda.



3. Selanjutnya akan tampil seperti gambar dibawah



7



4. Untuk membuat projek baru, klik file lalu New dan pilih Project.



5. Selanjutnya akan tampil seperti gambar dibawah.



Ubah nama project sesuai yang diinginkan.



8



6. Setelah anda mengganti nama project anda tadi, maka akan muncul tampilan awal lembar kerja dari program DigSILENT dan berikut element – element yang nantinya akan digunakan.



7. Untuk membuat single line pertama yang kita pilih adalah Single Busbar System.



Lalu meletakkan pada lembar kerja seperti gambar dibawah.



9



8. Selanjutnya akan dihubungkan antara busbar 1 dengan busbar 2 dengan menggunakan transformator dan memilih icon 2-Winding Transformator.



Maka akan tampil seperti gambar dibawah.



9. Selanjutnya kita memilih generator sebagai pembangkit sebuah system yang akan dijalankan dan klik icon Synchronous Machine.



10



Kemudian menghubungkan dengan single busbar yang pertama dan meletakkannya diatas, seperti pada gambar.



10. Selanjutnya menambahkan single busbar yang ketiga dan untuk menghubungkan



busbar



kedua



dan



ketiga,



gunakan



line



untuk



menghubungkannya. Klik icon line.



11



Kemudian akan tampil seperti gambar



11. Pada



single



busbar



ketiga



kita



tambahkan



2



beban



dan



menghubungkannya, klik icon general load.



12



B. Langkah 2 : Memasukkan Nilai Parameter 1. Pada step ini, pertama kita mengatur synchronous machine yang ada pada busbar system, klik iconnya lalu pada pilihan type - kita memilih new project type – name (BAKARU) – Nominal Aparent Power (299 MVA) – Nominal Voltage (70 kV) – Power Factor (0.8) - OK. Lalu pada option Load Flow kita kembali mengatur – klik Reference Machine – Active Power (300MW) – Reactive Power (96 Mvar) OK.



13



2. Mengubah nilai tegangan pada setiap busbar. Untuk single busbar klik 2x dan mengubah nilainya menjadi 70kV, single busbar (1) ubah menjadi 20kV, dan single busbar (2) ubah menjadi 20kV.



3. Mengubah nilai parameter untuk transmisi dengan klik 2x icon transformator pada lembar kerja yang telah dibuat. Untuk mengubah nilainya, pada Type klik 14



panah kebawah dan pilih New Project Type. Ubah Name menjadi TRAFO 1 Rated Power (100 MVA) - Rated Voltage untuk HV-Side (70kV) dan LV-Side (20kV), lalu OK.



4. Pada icon line klik 2x, ubah Name menjadi Line 1.



15



Selanjutnya ubah Length of Line menjadi 30 km, lalu pada Type klik panah bawah, pilih New Project Type, Line Type.



Ubah Rated Voltage menjadi 20 kV, Cable/OHL pilih Overhead Line. Pilih load flow ubah Conductor Material menjadi Aluminium-Steel, lalu OK.



16



5. Untuk mengubah nilai pada beban, klik 2x pada beban yang terdapat pada single busbar (2). Ubah name menjadi Beban 1, kemudian pilih Load Flow ubah Active Power (5 MW) dan Reactive Power (20 Mvar). Lakukan hal yang sama pada beban 2 dengan nilai yang sama pada beban 1, lalu OK.



C. Langkah 3 : Menjalankan Simulasi Load Flow 1. Untuk menjalankan/RUN, pilih Calculate Load Flow, pilih Excute.



17



2. Selanjutnya akan tampil rangkaian pada saat kondisi normal.



3. Untuk melihat hasil datanya, pilih Output Calculation Analysis, pilih Completed System Report, kemudian klik All dan Execute. Maka akan tampil semua data yang dilihat.



18



4. Berikut merupakan data system tenaga listrik saat kondisi normal.



19



20



5.2 Kondisi Kontingensi 1. Tambah single busbar dan hubungkan single busbar (2) ke single busbar yang baru ditambahkan menggunakan line, untuk tegangan pada single busbar (3) ubah menjadi 20kV kemudian tambahkan 2 beban ke single busbar (3) seperti pada gambar.



2. Klik 2x line, ubah sehingga menjadi sama seperti Line 1 hanya Length of Line ubah menjadi 40 km. 3. Terdapat dua beban, untuk beban pertama ubah namanya menjadi BEBAN 3 dengan Active Power 70 MV dan Reactive Power 100Mvar. Kemudian untuk beban kedua ubah menjadi BEBAN 4 dengan Active Power 100 MV dan Reactive Power 150Mvar, lalu OK.



21



4. Untuk menjalankan/RUN sama halnya dengan simulasi pertama, pilih Calculate Load Flow, kemudian Execute. 5. Berikut hasil dari kondisi kontingensi



22



5.3 Kondisi Pemulihan 1. Dengan menambahkan 2 single busbar yaitu single busbar (4) dan single busbar (5) dan 1 tranformator. 2. Menghubungkan single busbar dengan single busbar (4) menggunakan line, kemudian menghubungkan single busbar (5) dengan single busbar (3) menggunakan line, seperti pada gambar dibawah.



23



3. Mengubah data pada Line. Ubah Name menjadi Line 3, pada Type klik panah bawah, pilih New Project Type, Line Type dan ubah Rated Voltage (70kV), cable/OHL pilih menjadi Overhead Line, kemudian pilih Load Flow untuk Conductor Material ubah menjadi Aluminium Steel.



4. Mengubah tegangan busbar untuk single busbar (4) menjadi 70 kV dan single busbar (5) menjadi 20 kV. 5. Selanjutnya mengubah nilai



parameter



pada



transformator, klik



2x



tranformator. Ubah Name menjadi TRAFO 2, Rated Power (250MVA), HVSide (70kV), LV-Side (20kV).



24



6. Kemudian mengubah data line yang mengubungkan antara single busbar (5) dan single busbar (3). Ubah Name menjadi Line 3, klik panah bawah, pilih New Project Type, Line Type dan ubah Rated Voltage (20kV), cable/OHL pilih menjadi Overhead Line, kemudian pilih Load Flow untuk Conductor Material ubah menjadi Aluminium Steel.



7. Untuk menjalankan/RUN klik Calculate Load Flow, klik Execute. 8. Sehingga menjadi seperti gambar dibawah yang merupakan hasil simulasi untuk menormalkan kembali kondisi system tenaga listrik yang telah mengalami kontingensi.



25



9. Untuk melihat datanya, klik Output Calculation Analysis



26



VI. Tabel Percobaan VI.1 Kondisi Normal Busbar/Terminal



27



Single Line



Rated



Bus Voltage



Voltage



Voltage kV 70



p.u. 1.000



kV 70



deg 0.00



Deviation % 0



Single Busbar (1)



20



0.988



19.76



-0.17



-1.5



Single Busbar (2)



20



0.988



19.76



-0.17



-1.5



Single Busbar



Total system summary Generation



Load



Load Losses



Total Losses



MW



MW



MW



MW



10.00



10.00



0.00



0.00



Mvar



Mvar



Mvar



Mvar



40.52



40.00



0.52



0.52



6.2 Kondisi Kontingensi Busbar/Terminal Single Line



Rated



Bus Voltage



Voltage



Voltage kV 70



p.u. 1.000



kV 70



deg 0.00



Deviation % 0



Single Busbar (1)



20



0.902



18.03



-3.43



-10



Single Busbar (2)



20



0.902



18.03



-3.43



-10



Single Busbar



Total system summary Generation



Load



Load Losses



Total Losses



MW



MW



MW



MW



180.00



180.00



0.00



0.00



28



Mvar



Mvar



Mvar



Mvar



332.98



290.00



42.98



42.98



6.3 Kondisi Pemulihan Busbar/Terminal Single Line



Rated



Bus Voltage



Voltage



Voltage kV 70



p.u. 1.000



kV 70



deg 0.00



Deviation % 0



Single Busbar (1)



20



0.974



19.49



-0.91



-3%



Single Busbar (2)



20



0.974



19.49



-0.91



-3%



Single Busbar (3)



20



0.974



19.49



-0.91



-3%



Single Busbar (4)



70



1.000



70



0.00



0



Single Busbar (5)



20



0.974



19.49



-0.91



-3%



Single Busbar



Total system summary



VII.



Generation



Load



Load Losses



Total Losses



MW



MW



MW



MW



180.00



180.00



0.00



0.00



Mvar



Mvar



Mvar



Mvar



305.06



290.00



10.52



10.52



Lembar Pengamatan Peran utama dari suatu sistem tenaga listrik adalah menyediakan dan menyalurkan energi listrik secara andal dan terus menerus kepada beban. Secara umum keandalan sistem tenaga listrik dapat didefinisikan sebagai suatu kemampuan sistem untuk memberikan suatu pasokan tenaga listrik yang cukup dengan kualitas yang memuaskan. Keandalan sistem tenaga



29



listrik ditentukan oleh penilaian kecukupan (adequacy assesment) dan penilaian keamanan (security assesment). Hal itu berarti keandalan suatu sistem tenaga listrik ditentukan oleh kemampuan sistem untuk memasok energi listrik yang cukup ke pelanggan yang memenuhi persyaratan dengan cara yang memuaskan dan kemampuan sistem untuk tetap mampu bertahan akibat adanya gangguan yang mendadak seperti hubung singkat atau hilangnya elemen sistem yang tak dapat diantisipasi. Synchronous Machine atau Pembangkit Listrik Tenaga Air (Bakaru) memiliki daya sebesar 300MW yang akan disalurkan ke beban dengan Nominal Apparent Power 299 MVA dan transmisi dengan Rated Power 100 MVA, lalu akan melewati single busbar (1) tegangan 20kV yang akan menghubungkan dengan single busbar (2) tegangan 20 kV melalui line dengan jarak 30km yang akan melayani 2 beban. Dimana beban 1 adalah sebesar 5 MW dan beban 2 sebesar 5 MW. Jadi, dapat dikatakan saat sistem kondisi normal penurunan tegangan pada single bubsar atau voltage deviation hanya -1,5% dari 20kV menjadi 19,76kV. Disaat beban awal hanya 10MW, kemudian ada tambahan beban dari beban 3 yaitu 70MW dan beban 4 yaitu 100MW dengan total keseluruhan beban yaitu 180MW atau 302 MVA. Hal tersebut mengakibat kondisi darurat dari sisi transmisi yang hanya memiliki kapasitas 100MVA dan harus melayani beban sebesar 302MVA dan kondisi kritis juga dialami oleh single busbar yang mengalami penurunan tegangan melebihi batas normal yaitu -10% dari 20kV menjadi 18,03kV sehingga mengakibatkan kontingensi. Untuk mengatasi permasalah tersebut, dilakukan dengan menambah instalasi saluran transmisi baru yang menghubungkan beban 3 dan beban 4 dengan jarak 30km. Dengan pemasangan instalasi saluran transmisi baru tersebut pembebanan pada saluran transmisi yang ada sebagian dialihkan ke saluran transmisi yang baru dengan demikian beban pada saluran transmisi yang lama berkurang. Disamping itu, dengan pemasangan instalasi transmisi baru tersebut jaringan antara single busbar (1) sampai single busbar (5) menjadi terhubung secara loop tidak lagi radial sehingga



30



akan meningkatkan keandalan sistem. Pada saat kondisi pemulihan ditambahkan jaringan transmisi baru sebesar 250MVA. Dengan adanya transmisi baru dapat mengembalikan keandalan system terutama pada single busbar, yang tadinya mengalami penurunan sebesar -10% sehingga voltage deviation menjadi -3% atau 19,49 kV.



VIII. Kesimpulan 1. Pada saat kondisi normal bus voltage yang terdapat pada single busbar 70kV, single busbar (1) dan single busbar (2) turun dari 20kV menjadi 19,76kV dimana voltage deviation -1.5%. Hal tesebut masih dikatakan normal karena batas penurunan tegangan yang normal batas -5%. Beban yang dilayani hanya 10MW dari kapasitas generator 300MW 2. Pada saat kondisi kontingensi bus voltage yang terdapat pada single busbar 70kV, single busbar (1) dan single busbar (2) turun dari 20kV menjadi 18.03kV dimana voltage deviation -10%. Dikatakan kontingensi karena telah melewati batas penurunan tegangan yang hanya -5% turun menjadi -10%. Hal tersebut terjadi karena adanya penambahan beban yang sangat besar yaitu 180MW atau 302 MVA sedangkan kapasitas transmisi hanya mampu melayani sebesar 100MVA. 3. Pada saat kondisi pemulihan ditambahkan jaringan transmisi baru sebesar 250MVA, dengan 2 single busbar (4) 70kV dan single busbar (5) 20kV



31



agar mampu melayani beban sehingga keandalan system kembali menjadi kondisi normal. Setelah ditambahkan yang tadinya penurunan tegangan -10% telah naik sehingga hanya menjadi -3% dan hal tersebut masih dikatakan dalam kondisi normal.



IX. Daftar Pustaka Alvarado, Fernando. dan Oren, Shmuel. 2004. Transmission System Operation and Interconnection. University of Wisconsin, Madison, Wisconsin. Marsudi, Djiteng. 1990. Operasi Sistem Tenaga Listrik. Balai Penerbit dan Humas ISTN, Jakarta. Panduan Dig SILENT Power Factory 15.1



32