SyahwilAlwi.Blogspot.Com

1. Suatu sistem pengendalian daya reaktif dari suatu pembangkit listrik tenaga uap/gas dengan model diagram blok seperti berikut KA = 28

Tegangan referensi V = 1 p.u dalam keadaan steady state
Sistem dibebani sehingga terjadi perubahan tegangan sebesar ΔV = 0.02 p.u, ΔV = 0.04 p.u, dan ΔV = 0.06 p.u.Tentukannlah respon sistem pada ketiga keadaan tersebut diatas dan Simulink.

Jawab :
Dari model Bagan kotak diatas kita bisa gambarkan pada Simulink MATLAB, dengan membuat beberapa subsitem tiap bagian pengendali seperti gambar berikut :








Untuk menampilkan grafik hasil Simulink dibuat listing m-file pada matlab sebagai berikut :
subplot(311), plot(Timer,Vref), grid on, xlabel('Waktu [sec]'), ylabel('Tegangan Refrensi [pu]')
subplot(312), plot(Timer,VB), grid on, xlabel('Waktu [sec]'), ylabel('Perubahan Tegangan [pu]')
subplot(313), plot(Timer,Vt), grid on, xlabel('Waktu [sec]'), ylabel('Tegangan Terminal Generator [pu]')

Hasil grafik Simulink :

Analisis hasil Simulink:
Setelah menjalankan Simulink, terlihat bahwa pada dasarnya pengendalian daya reaktif merupakan pengendalian untuk mempertahankan tegangan sistem meskipun ada perubahan atau fluktuasi beban. Dari grafik terlihat bahwa tegangan refernsi yang di inginkan adalah 1 p.u, pada saat terjadi perubahan beban sehingga menyebabkan penurunan tegangan misalnya 0.02 p.u , 0.04 p.u, 0,06 p.u maka respon pengendali tetap mempertahankan tegangan sistem sangat mendekati atau sama dengan 1 p.u. meskipun terlihat bahwa setiap penurunan atau kenaikan tegangan pada beban, keluaran pada pengendali terjadi overshoot atau berosilasi beberapa detik tetapi kembali ke steady state,(lebih jelasnya lihat grafik).

2.Sebuah sistem LFC seperti yang ditunjukkan pada gambar 12.9 dengan parameter-parameter :
Konstantan waktu turbint τT =0.5 sec
Konstanta waktu governor τg = 0.25 sec
Konstanta inersia generator H= 8 sec
Regulasi kecepatan governor = R per unit
Variasi beban 1,6 % untuk perubahan 1% frekunsi, atau D = 1.6
a.Gunakan Routh-Hurwitz array (Appendix B.21) untuk mencari batas R agar sistem Stabil.
b.Gunakan MATLAB rlocus function untuk mentukan plot root-locus

Jawab:
Fungsi transfer loop terbuka dari gambar diatas adalah :

Dengan mensubsitusi parameter-parameter diatas, diperoleh :
,
K G(s)H(s)=K/((16 S+1,6 ) ( 1+0,25 S )( 1+0,5 S) ) →K=1/R

=K/( 〖2s〗^3+ 12,2 s^2+ 17,2 s+1,6 )
Persamaan karakteristik dari gambar diatas adalah :

1+KG(s)H(s)=1+K/( 〖2s〗^3+ 12,2 s^2+ 17,2 s+1,6 )=0

Sehingga persamaan karakteristik polynomialnya adalah :
〖2s〗^3+ 12,2 s^2+ 17,2 s+1,6=0

Susunan Routh Hurwis pada polynomial diatas ( Rumus lihat Appendis B.21)-buku hadi saadat
s3 2 17,2
s2 12,2 1,6 + K

s1 206,64 – 2K
12,2 0
s0 1,6 + k 0

Dari baris s1 kita dapat melihat sistem stabil jika K kurang dari 103,32 (lihat perhitungan dibawah) dan pada baris s0 sistem stabil jika. K harus lebih besar dari – 1,6 dengan nilai yang K positif.

(206,64-2K)/12,2 =0

K= 206,64/2=103,32
.
Sehingga sistem stabil jika K < 103,32 Bilamana R=1/K maka untuk sistem stabil harus : R >1/103,32 atau R>0,009678


Dengan menggunakan matlab listing program berikut :
num = 1;
den =[2 12.2 17.2 1.6];
figure (1),rlocus(num, den)

hasil program routh –Locus dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar : Plot Routch locus hasil Matlab
a. Asusmi tidak ada frekuensi – dependent atau D = 0, cari deviasi frekuensi steady state dan suplai pembangkitan baru pada setiap unit.
b. Variasi beban 0,804 % untuk setiap 1 % perubahan frekuensi , atau D = 0,804. Cari deviasi frekuensi steady state dan suplai pembangkitan baru pada setiap unit.
Jawab :
Pertama, kita cari regulasi kecepatan governor masing-masing generator dengan mengambil MVA dasar 1000 MVA.

R_1=1000/400 x 4 %= 0,1 pu

〖 R〗_2=1000/800 x 5 %= 0,0625 pu
Perubahan beban per unit :
∆PL=(130 MW)/1000= 0,13 pu

Rumus untuk mecari deviasi steady state frekuensi untuk beberapa generator dengan kecepatan regulasi R1, R2…. Rn adalah :
∆wss=(-∆PL). 1/(D+1/R_1 +1/R_2 +⋯1/R_n )
Sehingga diperoleh:
∆ω_ss=(-0,13). 1/(0+1/0,1+1/0,0625 ) = -0,13/(10+16)=- 0,005 pu


Maka deviasi frekuensi steady state dalam Hz adalah :
∆f=(∆ω_ss x frekuensi steady state )=-0,005 x 60=-0.3 Hz

Sedangkan frekuensi baru akibat penambahan beban adalah :
f=fo+ ∆f=60+(-0,3)=59,7 Hz
Perubahan pembangkitan untuk masing-masing generator :
∆ P_1= -(∆ω_ss )/(R_1 ) = -(-0,005 )/0,1=0,05 pu=0,05 x 1000 MW=50 MW

∆ P_2= -(∆ω_ss )/R_2 = - (-0,005 )/0,0625=0,08 pu=0,08 x 1000 MW=80 MW

Dengan demikian Maka :
Unit 1 mensuplai daya ( 200 + ∆ P 1)=200+50=250 MW
Unit 2 mensuplai ( 500 + ∆ P 2)=500+80=580 MW
Dengan frekuensi operasi 59,7 Hz

b. Untuk D = 0,804 , Deviasi frekuensi steady state per unit adalah :

∆ω_ss =(-0,13). 1/(0,804+1/0,1+1/0,0625 ) = -0,13/(0,804+10+16)=- 0,00485 pu
Sehingga deviasi frekuensi steady state dalam Hz adalah :

∆f=(∆ω_ss x frekuensi steady state )=-0,0048 x 60 = -0,291 Hz
Dan frekuensi baru akibat penambahan beban adalah :
.f=fo+ ∆f=60+(-0,29)=59,71 Hz
Perubahan pembangkitan untuk masing-masing generator :
∆ P 1= -(∆ω_ss )/(R1 ) = -(-0,0048 )/0,1=0,048 pu=0,0485 x 1000 MW=48,5 MW

∆ P 2= -∆Wss/R2 = - (-0,0048 )/0,0625=0,0768 pu=0,0768 x 1000 MW =76,8 MW

Dengan demikian Maka :
Unit 1 mensuplai ( 200 + ∆ P 1)=200+48,5=248 ,5MW
Unit 2 mensuplai ( 500 + ∆ P 2)=500+76,8=576,8 MW = 577 MW
Dengan frekuensi operasi 59,71 Hz

4.Jelaskan fungsi AGC pada :
a. Sistem interkoneksi antar statsiun pembangkit
b. Pada sistem area tunggal
Jawab :
a.Automatic generation control adalah sama dengan Load frequency control (LFC) yaitu Peralatan yang secara otomatis merespon sinyal dari control center secara real-time untuk mengatur daya aktif keluaran dari generator yang berada dalam suatu area tertentu sebagai tanggapan terhadap perubahan frekuensi sistem, pembebanan tie-line, atau keduanya. pada sistem interkoneksi berfungsi untuk menjaga frekuensi sistem tiap daerah/bus yang diinginkan, dan/atau mewujudkan pertukaran daya aktif dengan area lain dalam batas yang dikehendaki sehingga dapat mengakomodasi tuntutan beban yang berfluktuasi.

Secara umum AGC memiliki tiga tujuan utama
1.Untuk terus menjaga frekuensi sistem agar sangat dekat atau sama dengan nilai nominal yang ditentukan (misalnya, 50 Hz).
2.Untuk menjaga nilai pertukaran daya antara daerah control
3.Untuk menjaga pembangkitan setiapi unit genrator dengan nilai paling ekonomis.

b.Pada sistem area tunggal AGC hanya berfungsi untuk menjaga frekuensi sistem agar mendekati atau sama dengan nilai nominal yang ditentukan, demikian pula untuk mengatasi beban yang berfluktuasi.(no.1)

4.a. Jelaskan fungsi FACTS pada sistem tenaga listrik
b. Jelaskan fungsi kendali STATCOM ( Static Var Compensator ) pada STL
c. Jelaskan fungsi United Power Flow Controller (UPFC) pada sistem transmisi.
Jawab :
a. FACTS singkatan dari Flexible AC Transmission Sistem dan pertama kali dikembangkan oleh Electric Power Research Institute (EPRI) di Palo Alto negara bagian California di Amerika Serikat. Fungsi dari FACTS diantaranya :
1.Peningkatan kapasitas pengaliran daya listrik pada sistim jaringan transmisi dan juga untuk menyediakan peralatan kendali daya listrik yang terpercaya pada jalur transmisi yang diinginkan.
2.Untuk menyediakan peralatan yang fleksible dalam pengaturan atau pengendalian ketiga parameter aliran daya listrik yakni Tegangan, sudut fasa dan daya. Dengan pengaturan dan pengendalian yang fleksibel ini maka harapan untuk memaksimalkan kapasitas transmisi pada tingkat batas panas (thermal rating) akan terwujud.
3.FACTS dapat memanfaatkan jaringan transmisi daya listrik secara fleksibel pada tingkat yang dekat dengan batas panas (thermal limit) transmisi secara aman dengan menghindari kemungkinan terjadinya kelebihan beban (overloading).
4.FACTS akan menghemat banyak biaya untuk penambahan penyediaan daya listrik karena menghindari pembangunan jaringan transmisi baru. Keuntungan ekonomi lain dari pengoperasikan jaringan transmisi pada batas panas ini adalah dengan dapat diturunkannya generation reserve margin yang biasanya disediakan untuk keperluan cadangan (backup). Dengan peralatan FACTS, generation reserve margin dapat dikurangi dari 18% menjadi kurang dari 15%. Selisih dari penurunan tersebut tentunya berarti peningkatan efisiensi penggunaan daya listrik yang disediakan oleh generator dan secara bersamaan akan berarti pula penambahan penyediaan kebutuhan daya listrik.

b.Pada sistem tenaga listrik STATCOM berfungsi untuk mempertahankan tegangan pada bus yang ditempatkan STATCOM sehingga mencegah terjadinya voltage collapse. Jika beban pada bus ini naik maka tegangan pada bus ini akan turun dan akan mempengaruhi tegangan pada bus-bus lain. Ketika tegangan pada beberapa bus turun secara cepat secara berbarengan maka fenomena voltage collapse akan terjadi. Fungsi STATCOM salah satunya adalah mencegah fenomena ini.


c.UPFC merupakan peralatan elektronika daya yang dipasang pada saluran transmisi. UPFC terdiri dari exciting transformer (ET), boosting transformer (BT), dua gate turn-off (GTO) thyristor tiga fasa berbasis converter, sumber tegangan (voltage source converter), dan kapasitor hubung DC. Unified Power Flow Controller (UPFC) dapat mengatur aliran daya aktif dan reaktif secara simultan dan fleksibel pada sistem transmisi daya listrik dengan mengatur parameter saluran transmisi seperti tegangan, impedansi, dan sudut fase. UPFC terdiri dari kombinasi dua voltage source converter (VSC), yaitu shunt VSC dan series VSC yang dihubungkan oleh common DC link. Komponen seri UPFC memiliki fungsi utama sebagai pengatur aliran daya pada transmisi. Komponen paralel berfungsi untuk menyuplai atau menyerap daya aktif yang dibutuhkan oleh konverter seri pada common DC link dan menyerap atau membangkitkan daya reaktif yang terkontrol, sehingga dapat memberikan kompensasi reaktif secara independent untuk meregulasi tegangan bus UPFC. Pengunaan UPFC dalam transmisi dapat meningkatkan available power dan mengurangi rugi-rugi pada saluran transmisi.