Stabilitas Transien (Sudut Rotor) [PDF]

Citation preview

STABILITAS SUDUT ROTOR



3. STABILITAS TRANSIEN (SUDUT ROTOR) 3.1 Pengantar Stabilitas Sudut Rotor Stabilitas Transien adalah kemampuan dari suatu sistem tenaga untuk menjaga sinkronisasi ketika terganggu dari suatu gangguan transien yang besar, yang terdiri dari: -



Gangguan pada penghantar, trafo dan bus Trip pembangkitan Lepasnya beban



Dampak dari gangguan ini menyebabkan penyimpangan dari sudut rotor generator yang sangat dipengaruhi oleh hubungan antar daya output dan sudut rotor yang sifatnya non-linier.



3.1.1 Penyederhanaan Model dari Transient Stability Untuk perhitungan stabilitas transien dasar menggunakan suatu sistem dan model sederhana seperti pada gambar ....



Gambar. Sistem generator tunggal – infinite bus



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



1



STABILITAS SUDUT ROTOR



Gambar..: Jaringan ekivalen



Gambar..: Reduksi jaringan ekivalen Gambar ...: Representasi sistem dengan generator direpresentasikan oleh model klasik Daya output elektrikal generator adalah sebagai berikut:



𝑃𝑒 =



𝐸 ′ 𝐸𝐵 𝑠𝑖𝑛𝛿 = 𝑃𝑚𝑎𝑥 𝑠𝑖𝑛𝛿 𝑋𝑇



Asumsi resistansi stator diabaikan, sehingga 𝑃𝑒 merepresentasikan daya air-gap yang diasumsikan sama dengan daya terminal.



3.1.2 Hubungan antara Daya-Sudut Kurva hubungan daya dan sudut rotor, dengan persamaan diatas dapat digambarkan sebagai berikut:



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



2



STABILITAS SUDUT ROTOR



Gambar ..: Kurva hubungan antara daya dan sudut rotor Kurva 1 merepresentasikan penghantar dengan 2 transmisi, dimana pada titik ”a” (𝑃0 = 𝑃𝑚 ). Kurva 2 merepresentasikan penghantar dengan satu transmisi tidak beroperasi sehingga impedansi jaringan 𝑋𝑇 berubah (menjadi lebih besar), sehingga 𝑃𝑚𝑎𝑥 kurva 2 lebih rendah dari kurva 1, dimana 𝑃0 = 𝑃𝑚 beroperasi pada titik ”b”.



2.2.3 Respon Sistem Terhadap Gangguan Hubung Singkat a. Kondisi Stabil terhadap Gangguan Hubung Singkat Berikut adalah respon sistem terhadap waktu penormalan pada t-cl tertentu untuk kasus stabil.



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



3



STABILITAS SUDUT ROTOR



Gambar ..: Kurva hubungan antara daya dan sudut rotor Kronologis gangguan adalah sebagai berikut: a. Pra gangguan 



Kedua transmisi beroperasi, sehingga 𝑃𝑒 = 𝑃𝑚 , 𝛿 = 𝛿0







Beroperasi pada titik ”a”



b. Pada saat gangguan 



Pada saat gangguan, daya output 𝑃𝑒 akan turun karena hubung singkat, sehingga titik operasi bergerak dari ”a” ke ”b.







Inersia pembangkit menahan 𝛿 untuk berubah secara instan







𝑃𝑚 > 𝑃𝑒 , sehingga rotor akan diakselerasi ke titik operasi c



c. Paska gangguan



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



4



STABILITAS SUDUT ROTOR







Pada saat penghantar yang terganggu ditripkan, titik operasi bergerak ke titik ”d”.







𝑃𝑚 > 𝑃𝑒 , sehinga percepatan rotor turun







Kecepatan rotor 𝜔𝑟 > 𝜔0 , sehingga 𝛿 meningkat







Titik operasi bergerak dari titik ”d” ke titik ”e” sehingga luas 𝐴1 > 𝐴2 .







Pada titik operasi e, kecepatan rotor 𝜔𝑟 > 𝜔0 dan 𝛿 = 𝛿𝑚







𝑃𝑒 > 𝑃𝑚 , sehingga percepatan rotor 𝜔𝑟 diperlambat dan kecepatan sudut rotor 𝜔𝑟 menuju𝜔0







Sudut rotor menurun dan titik operasi bergerak kembali dari titik ”e” ke ”d”.







Tanpa damping, rotor akan terus berisolasi.



b. Kondisi Tidak Stabi lterhadap Gangguan Hubung Singkat



Gambar ..: Kurva hubungan antara daya dan sudut rotor Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



5



STABILITAS SUDUT ROTOR



Pada kondisi tidak stabil luas area 𝐴2 yang diatas 𝑃𝑚 kurang dari luas area 𝐴1 . Pada saat titik operasi mencapai ”e”, energi kinetik yang diperoleh pada saat periode akselerasi tidak cukup untuk bertambah, sehingga kecepatan sudut rotor masih diatas 𝜔0 dan 𝛿 bertambah secara kontinu. Disebelah kanan titik ”e”,𝑃𝑒 < 𝑃𝑚 sudut rotor akan dipercepat lagi, kecepatan rotor dan sudut rotor meningkat akan menyebabkan hilang sinkron (loss of synchronism).



3.2. Praktikum Stabilitas Transien (Sudut Rotor) Pada program Digsilent Powerfactory, simulasi transien dapat dievaluasi menggunakan kurva P- δ.



3.2.1 Menginput parameter dinamik di komponen tenaga listrik Untuk studi stabilitas transien parameter dinamik yang harus diisi pada generator adalah sebagai berikut: 1. Data dasar (basic data) generator. 2. Data sistem eksitasi. 3. Data sistem governor. Berikut adalah langkah-langkah untuk memasukkan parameter dinamik pada generator, adalah sebagai berikut: 1. Data dasar (basic data) generator dapat diisikan pada library generator pada sheet RMS-Simulation.



2. Data sistem eksitasi dapat dilakukan dengan klik kanan pada generator yang akan di set AVR nya, define > Automatic Voltage Regulator (AVR)



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



6



STABILITAS SUDUT ROTOR



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



7



STABILITAS SUDUT ROTOR



3. Kemudian pilih tipe AVR dapat dipilih pada Database \ Library \ Models (old version) \ IEEE \ Models 4. Input data parameter AVR pada kolom dibawah ini



5. Tipe frame yang akan kita tentukan dapat dipilih pada Database \ Library \ Models (old version) \ IEEE \ Frames \ IEEE-SYM Frame 6. Setelah seting Sistem Eksistasi / AVR kemudian, data governor dapat dilakukan dengan klik kanan pada generator yang akan di set governor nya, define > Governor and Turbine



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



8



STABILITAS SUDUT ROTOR



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



9



STABILITAS SUDUT ROTOR



7. Kemudian pilih tipe governor dapat dipilih pada Database \ Library \ Models (old version) \ IEEE \ Models 8. Input data parameter governor pada kolom dibawah ini



9. AVR dan Governor yang sudah terpasang pada frame adalah sebagai berikut



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



10



STABILITAS SUDUT ROTOR



3.2.2 Menentukan skenario gangguan Beberapa skenario gangguan yang dapat dilakukan untuk mengevaluasi stabilitas transien pada suatu sistem dapat dilakukan sebagai berikut: 1. Simulasi respon pembangkit terhadap gangguan pada sistem sederhana. 2. Simulasi respon pembangkit terhadap gangguan pada sistem 9 bus.



3.2.3 Membuat dan menjalankan kurva P- δ Untuk membuat kurva P- δ pada program Digsilent Powerfactory, berikut langkah-langkahnya. 1. Set skenario gangguan pada transmisi, klik kanan pada jaringan DefineShort circuit event



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



11



STABILITAS SUDUT ROTOR



2. Set tipe gangguan pada transmisi, baik waktu (Execution Time) dan jenis gangguan (Fault Type)



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



12



STABILITAS SUDUT ROTOR



3. Set pembukaan PMT pada jaringan setelah terjadi gangguan, klik kanan DefineSwitch Event



4. Set waktu pembukaan PMT transmisi (Execution Time) dan perintah pada PMT (Breaker or Element Action)



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



13



STABILITAS SUDUT ROTOR



5. Semua event dapat dilihat dan diedit pada



6.



(Edit simulation events)



Setelah skenario gangguan telah diset, selanjutnya menampilkan parameter yang akan ditampilkan, dalam hal ini adalah parameter generator P (daya) dan δ (sudut rotor).



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



14



STABILITAS SUDUT ROTOR



7. Parameter dapat ditampilkan dengan klik



(Edit result variables)



8. Insert sheet gambar untuk menampilkan kurva / grafik, dengan klik kanan pada sheet, Insert PageCreate New Page



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



15



STABILITAS SUDUT ROTOR



9. Pilih NewVirtual Instrument PanelExecute



10. Untuk Kurva P- δ, maka pilih Create VIX-Y Plot



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



16



STABILITAS SUDUT ROTOR



11. Pilih parameter yang akan ditampilkan dengan klik kanan pada grafik, kemudian isikan dengan parameter yang telah kita tentukan.



12. Kemudian jalan simulasi transien, dengan urutan klik



(Calculate initial conditions)



dan (Start simulation) 13. Setelah run program Kurva P- δ dapat ditampilkan



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



17



STABILITAS SUDUT ROTOR



3.2.4 Penentuan Critical Fault Clearing Time Untuk membuat fault clearing time pada secara manual adalah sebagai berikut:



1. Untuk Kurva P- δ yang masih pada kondisi stabil dapat dilihat pada Kurva P- δ seperti yang diatas.



2. Untuk mendapatkan besar fault clearing time adalah dengan memperbesar jarak waktu antara gangguan dan pelepasan PMT secara bertahap sampai diperoleh Kurva P- δ yang tidak stabil.



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



18



STABILITAS SUDUT ROTOR



3.3. Studi Kasus Untuk studi kasus akan menggunakan sistem 9 busbar yang akan dievaluasi kestabilannya dengan fault clearing tertentu. 1. Berikut adalah sistem 9 busbar yang akan dievaluasi kestabilannya untuk setiap gangguan pada tiap penghantar.



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



19



STABILITAS SUDUT ROTOR



2. Set ganguan 3 fasa pada transmisi pada penghantar Line 7-6. 3. Set waktu pelepasan PMT pada pada penghantar Line 7-6. 4. Buat Kurva P- δ untuk skenario di atas, kemudian ulangi untuk transmisi yang lain.



Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal



20