SIMULASIKONTROL DAYA REAKTIF PADA SISTEM HIBRID”

“SIMULASIKONTROL DAYA REAKTIF PADA

SISTEM HIBRID”

TUGAS AKHIR

Sebagai salah satu syarat untuk

mencapai Gelar Sarjana Teknik dari

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Hasanuddin

Oleh :

ANDI AHMAD RISAL

D411 08 886

MUH NUR IHSAN

D411 08 853

JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS HASANUDDIN

2012

SIMULASI KONTROL DAYA REAKTIF

PADA SISTEM HIBRID

TUGAS AKHIR

Diterima dan disahkan sebagai kolokium

Untuk memenuhi persyaratan guna mencapai

Gelar Sarjana Teknik Sub Program Studi

Teknik Energi Listrik

dari

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik


Oleh

Disetujui :

Tanggal…...................

Pembimbing Tugas Akhir

Ir. Tajuddin Waris, MT

NIP. 19650424 199203 1 003

Pembimbing I Pembimbing II

Ir. Zaenab Muslimin, MT

NIP. 19660201 199202 2 002

Ketua Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik


DR.Ir. H. Andani Ahmad, MT

NIP.19601231 198703 1 022

ABSTRAK

Sebuah sistem yang menyajikan simulasi kontrol daya reaktif dari sistem

hibrid turbin angin – mesin diesel yang memiliki generator induksi (induction

generator) untuk sistem konversi tenaga angin dan mesin generator sinkron

(synchronous generator) untuk perangkat lengkap mesin disel (diesel generator).

Untuk menunjukkan kerja sistem.

Tujuan tugas akhir ini yaitu menentukan respon transien masing – masing

parameter dalam hal ini yang diasumsikan perubahan daya reaktif beban,

mengubah – ubah konstanta var regulator (KR) pada statik var konvensator, serta

mengubah – ubah konstanta waktu (TR) pada statik var konvensator. Penelitian

dilakukan dengan menggunakan sistem hibrid turbin angin – mesin diesel.

Simulasi dilakukan dengan menggunakan software MATLAB 7.7. Hasil

penelitian menunjukkan bahwa perubahan daya reaktif beban tidak mempengaruhi

waktu sistem untuk kembali pada kondisi stabil dan perubahan konstanta var

regulator (KR) dan konstatanta waktu (TR) pada statik var konvensator sangat

mempengaruhi waktu kestabilan pada simulasi pengontrolan daya reaktif pada

sistem hibrid turbin angin – mesin diesel.

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah kita panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas

kehendak-Nya tugas akhir ini dapat kami selesaikan dengan baik. Tugas akhir ini

merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada Jurusan Elektro

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.

Meskipun banyak hambatan dan tantangan selama penyusunan tugas akhir

ini, namun berkat bantuan dan kerjasama berbagai pihak, akhirnya penulis dapat

mengatasi hambatan dan tantangan tersebut. Untuk semua itu, pada kesempatan

itu penulis dengan tulus mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada

:

1. Ibu, bapak dan saudara-saudara kami tercinta, serta seluruh keluarga atas

segala doa restu, bantuan, nasehat dan motivasinya. Semoga Allah SWT

membalasnya, amin.

2. Bapak Ir. Tajuddin Waris, MT dan Ibu Ir. Zaenab Muslimin, MT sebagai

Pembimbing I dan Pembimbing II yang telah memberikan bimbingan,

petunjuk, dan saran selama kami menyelesaikan tugas akhir ini.

3. Bapak DR.Ir. H. Andani Ahmad, MT sebagai Ketua Jurusan Elektro Fakultas

Teknik Universitas Hasanuddin, danseluruh staf dan karyawan untuk segala

bantuan dan kemudahan yang diberikan.

4. Seluruh teman - teman di Jurusan Elektro dan khususnya teman-teman PMS

08 yang telah membantu selama perkuliahan dan proses penyusunan tugas

akhir ini sehingga dapat terselesaikan.

Penulis telah berusaha semaksimal mungkin agar tugas akhir ini dapat

terselesaikan dengan baik, namun keterbatasan kemampuan sehingga tugas akhir

ini tampil dengan segala kekurangannya. Oleh karena itu, penulis senantiasa

membuka diri terhadap saran dan kritik yang bertujuan untuk penyempurnaan

tugas akhir ini. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi ilmu

pengetahuan.Amin.

Makassar, Desember 2012

Penulis

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. ii

ABSTRAK ........................................................................................................... iii

KATA PENGANTAR ......................................................................................... iv

DAFTAR ISI ........................................................................................................ vi

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... x

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiii

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang .................................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah............................................................................. 2

1.3 Tujuan Penelitian .............................................................................. 3

1.4 Batasan Masalah ............................................................................... 4

1. 5 Metode Penelitian ............................................................................. 4

1. 6 Sistematika Penulisan ....................................................................... 5

BAB II LANDASAN TEORI .............................................................................. 7

2. 1 Defenisi Daya Reaktif ...................................................................... 6

2.2 Sumber - sumber Daya Reaktif ........................................................ 6

2.1.1 Generator Sinkron ...................................................................... 6

2.1.1.1 Konstruksi Generator Sinkron ............................................. 7

2.1.1.2 Prinsip Kerja Generator Sinkron ......................................... 8

2.1.1.3 Kecepatan Putar Generator Sinkron ..................................... 10

2.2.2 Kompensator Sinkron ................................................................. 11

2.2.3 Kompensator Kapasitif dan induktif ........................................ 11

2.2.4 Line Transmisi ........................................................................... 12

2.2.5 Kapasitor ................................................................................... 12

2.2.6 Alat Penunjuk Fase (Phase Advancer) ...................................... 14

2. 3 Generator Induksi ............................................................................. 14

2.3.1 Aplikasi Generator Induksi pada Pembangkit Listrik Tenaga

Angin ........................................................................................ 16

2. 3.4 Konsumsi Daya Reaktif pada Generator Induksi ..................... 17

2.4 Pembangkit Listrik Tenaga Angin ( PLTA ) ................................... 18

2.5 Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid ( PLTH ) ...................... 19

2.6 Kompensator Daya Reaktif Statik ( SVC = Static Var Compensator )

......................................................................................................... 21

2.6.1 Karakteristik Realistik SVC ...................................................... 22

2.6.2 TCR (Thyristor Controlled Reactor ) ......................................... 22

BAB III MODEL MATEMATIK SISTEM HIBRID TURBIN ANGIN – MESIN

DIESEL ................................................................................................ 25

3.1 Model Matematik Sistem Hibrid Turbin Angin – Mesin Diesel ..... 25

3. 2 Persamaan Generator Sinkron ......................................................... 29

3.3 Persamaan Static Var Konvebsator (SVC) .................................... 30

3.4 Persamaan Fluks Linkage ............................................................... 30

3.5 Persamaan Generator Induksi ......................................................... 31

3.6 Persamaan Sistem Hibrid PLTA, Generator Induksi, dan Generator

Sinkron ........................................................................................... 32

BAB IV HASIL SIMULASI DAN PEMBAHASAN ........................................ 37

4.1 Hasil Simulasi dan Pembahasan ......................................................... 37

4.1.1 Perubahan Daya Reaktif Beban ................................................. 37

4.1.2 Perubahan Konstanta Var Regulator (KR) pada Static Var

Konvensator (SVC) ................................................................... 44

4.1.3 Perubahan konstanta waktu atau TR pada Static Var Konvensator (

SVC ) .......................................................................................... 49

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 51

5.1 Kesimpulan ....................................................................................... 51

5.2 Saran ................................................................................................. 52

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 53

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1

Gambar 2.2

Rotor salient (kutub sepatu) pada generator sinkron

Gambaran bentuk rotor Non-salient (rotor silinder)

7

8

Gambar 2.3

Gambar 2.4

Gambar 2.5

Gambar 2.6

Gambaran sederhana kumparan 3-fasa dan tegangan yang

dibangkitkan

Hubungan antara daya aktif, daya kompleks dan daya

reaktif

Kurva Karakteristik Kopel - Selip

Diagram Heyland Kerja Generator

9

13

14

15

Gambar 2.7 Skema unit tenaga angin 16

Gambar 2.8 Sistem PLTH yang mengkombinasikan Tenaga Surya,

Tenaga Angin, dan Diesel Generator

20

Gambar 2.9 Karakteristik-karakteristik gabungan dari SVC 22

Gambar 2.10 Rangkaian Thyristor Controlled Reactor (TCR ) 22

Gambar 3.1 Diagram blok sistem hibrid 26

Gambar 3.2 Diagram blok fungsi alih untuk pengontrolan daya reaktif

sistem hibrid turbin angin – mesin diesel

33

Gambar 3.3 Karakteristik Kecepatan Steady-state Governor 34

Gambar 4.1 Respon transien perubahan tegangan pada terminal ( V) 38

Gambar 4.2 Respon transien kondisi perpindahan tegangan ( E’q) 39

Gambar 4.3 Respon transien α radians 40

Gambar 4.4 Respon transien deviasi dalam eksitasi (ΔEfd) 40

Gambar 4.5 Respon transien kondisi internal rentang terhadap tegangan

(ΔEq)

41

Gambar 4.6 Respon transien dari statik var konvensator, generator

induksi, dan generator sinkron pada perubahan daya reaktif

sebesar 1%

42

Gambar 4.7

Gambar 4.8

Gambar 4.9

Gambar 4.10

Gambar 4.11

Respon transien dari statik var konvensator, generator


sebesar 5%

Respon transien dari statik var konvensator, generator


sebesar 10%

Respon transien pada perubahan konstanta var regulator

(KR) = 0


(KR) = 150


(KR) = 300

42

43

45

46

46

Gambar 4.12 Respon transien pada perubahan konstanta var regulator

(KR) = 450

47

Gambar 4.13 Respon transien pada masing masing perubahan konstanta

var regulator KR = 0, KR = 150, KR = 300, dan KR = 450

48

Gambar 4.14 Respon transien pada masing masing perubahan konstanta

waktu pada statik var konvensator TR = 0.5 TR = 0.75, dan

TR = 0.1

49

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel III.1 Data simulasi sistem hibrid 37

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Energi listrik merupakan energy utama yang dibutuhkan manusia dalam

melayani kebutuhannya sehari-hari. Hampir semua peralatan yang mendukung

kegiatan manusia baik secara langsung maupun tidak langsung, memerlukan

energy listrik. Dikarenakan begitu mudahnya energy listrik diubah menjadi bentuk

energy lain dengan harga yang relative murah, menyebabkan energy ini dipilih

sebagai alternative utama dalam penyediaan energi. Berbagai pihak

memanfaatkan energy listrik ini untuk digunakan dalam berbagai bidang

kehidupan, baik industri, rumah tangga, komersial maupun pemerintahan.

Sebagai penyedia jasa listrik, utilitas atau perusahaan listrik dituntut

mampu menyediakan suplai daya listrik kepada beban atau para pelanggannya

dengan kuantitas dan kualitas yang baik dan handal, yang memenuhi standar yang

telah ditentukan dan disepakati. Kuantitas daya listrik dapat dipenuhi dengan

jumlah pembangkit listrik yang sesuai dengan kebutuhan beban atau dengan

peralatan-peralatan kompensator jaringan transmisi untuk meningkatkan kapasitas

penyaluran daya listrik.

Adapun kualitas suplai daya listrik yang baik dan handal secara umum

meliputi kontinuitas suplai, yaitu suplai yang kontinu dan tidak terganggu, nilai

tegangan yang konstan, yaitu tegangan dijaga supaya tetap atau kalaupun

bervariasi masih dalam batas-batas toleransi yang ditentukan.Selanjutnya, suplai

daya listrik juga ditentukan oleh kualitas frekuensi yaitu frekuensi yang tidak

mengalami variasi berlebihan.

Sejalan dengan pertambahan beban yang tidak diikuti dengan kenaikan

kapasitas system dan frekuensi akan menyebabkan system beroperasi pada

ketidak stabilan tegangan. Penyebab lain ketidak stabilan tegangan yang tidak

kalah pentingnya adalah ketidak mampuan system tenaga dalam memenuhi

permintaan daya reaktif.

Pada system tenaga listrik, pengoperasian kompensator dilakukan untuk

mencegah dan menghambat ketidak stabilan tegangan. Kompensastor dalam hal

ini adalah kompensator daya reaktif statik (Static Var Compensator = SVC)

Berdasarkan uraian di atas, maka dalam tugas akhir ini akan dipelajari dan

dianalisa peran Static Var Compensator (SVC) pada simulasi pengontrolan daya

reaktif pada system hybrid turbin angin - mesin diesel.

I.2 Rumusan Permasalahan

Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan di atas, terdapat

beberapa masalah yang dapat dirumuskan sebagai berikut:

1. Bagaimana melihat respon transien masing – masing parameter pada sistem

hibrid turbin angin - mesin diesel dengan mengubah ubah beban daya reaktif

pada sistem.


hibrid turbin angin - mesin diesel dengan mengubah ubah konstanta var

regulator (KR) pada statik var konvensator (SVC).


hibrid turbin angin - mesin diesel dengan mengubah ubah konstanta waktu

(TR) pada statik var konvensator (SVC).

I.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian tugas akhir ini ialah

1. Melihat respon transien masing – masing parameter pada sistem hibrid turbin

angin - mesin diesel dengan mengubah ubah beban daya reaktif pada sistem.


angin - mesin diesel dengan mengubah ubah konstantavar regulator (KR) pada

statik var konvensator (SVC)


angin - mesin diesel dengan mengubah ubah konstanta waktu (TR) pada statik

var konvensator (SVC).

I.4 Batasan Masalah

Agar lebih terperinci dan lebih mudah dipahami, topic penelitian tugas

akhir ini dibatasi pada permasalahan berikut:

1. Penelitian ini diterapkan pada sistem hibrid turbin angin - mesin diesel

menggunakan software simulasi MATLAB.

2. Proses pengontrolan daya reaktif pada saat sistem dalam keadaan mantap,

pengaruh daya aktif dianggap konstan.

I.5 Metode Penelitian

Dalam penyusunan tugas akhir ini ada beberapa metode yang akan kami

gunakan yaitu:

1. Metode Pengambilan Data

Metode pengambilan data dilakukan dengan pengambilan data secara

langsung.

2. Metode Analisis Data

Metode analisis data yaitu dengan menganalisa dan menghitung perhitungan

yang terkait dengan tujuan penelitian.

3. Studi Literature

Studi literature yaitu mengadakan studi dari buku, internet dan sumber bahan

pustaka atau informasi lainnya yang terkait dengan materi yang dibahas dalam

tulisan ini.

4. Diskusi dan Konsultasi

Melakukan Tanya jawab secara langsung kepada pembimbing dan kepada

pihak-pihak professional yang ada berhubungan dengan tugas akhir ini.

I.6 Sistematika Penulisan

Pembahasan proyek akhir ini memiliki susunan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisi tentang penguraian secara singkat latar belakang, rumusan

masalah, tujuan, batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika

penulisan.

BAB II TEORI DASAR

Pada bab ini akan dijelaskan tentang teori penunjang yang digunakan

dalam pembuatan proyek akhir ini.

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bab ini akan menampilkan Studi Literatur, Pencarian Data, dan hasil

penelitian.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dibahas tentang data yang telah dikumpulkan, akan

dilakukan analisis berupa perhitungan ulang yang sesuai dengan teori.

BAB V PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dari pembahasan permasalahan dan

saran-saran untuk perbaikan dan penyempurnaan tugas akhir ini.

BAB II

LANDASAN TEORI

II. 1 Definisi Daya Reaktif

Pengertian daya reaktif adalah daya yang digunakan untuk membentuk

medan magnet beban. Satuan daya reaktif adalah VAR (Volt ampere reactive). Ini

menyimpan medan energi yang berubah melalui setiap siklus AC. Perangkat yang

menyimpan energi berdasarkan medan magnet yang dihasilkan oleh aliran arus

dikatakan menyerap daya reaktif. Listrik arus, baik aktual dan potensial, harus

hati-hati dikendalikan untuk sistem daya untuk beroperasi dalam batas tegangan

diterima. Arus daya reaktif dapat menimbulkan substansial perubahan tegangan

sistem, yang berarti bahwa perlu untuk mempertahankan daya reaktifnya.

II.2 Sumber – Sumber daya Reaktif

Kebanyakan peralatan terhubung ke sistem listrik akan menghasilkan atau

menyerap daya reaktif, namun tidak semua dapat digunakan secara ekonomis

untuk mengontrol tegangan. Ada beberapa sumber daya reaktif yaitu :

II.2.1 Generator sinkron

Mesinsinkron dapat dibuat untuk menghasilkan atau menyerap daya

reaktif tergantung pada eksitasi (suatu bentuk kontrol generator) diterapkan. Itu

output dari mesin sinkron continuously variable selama rentang operasi dan

regulator tegangan otomatis dapat digunakan untuk mengontrol output sehingga

dapat menjaga konstan sistem tegangan.

II.2.1.1 Konstruksi Generator Sinkron

Pada generator sinkron, arus DC diterapkan pada lilitan rotor untuk

mengahasilkan mdan magnet rotor. Rotor generator diputar oleh prime mover

menghasilkan medan magnet berputar pada mesin. Medan magnet putar ini

menginduksi tegangan tiga fasa pada kumparan stator generator. Rotor pada

generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang besar. Kutub

medan magnet rotor dapat berupa salient (kutub sepatu) dan dan non salient (rotor

silinder). Gambaran bentuk kutup sepatu generator sinkron diperlihatkan pada

gambar 2.1.

Gambar 2.1 Rotor salient (kutub sepatu) pada generator sinkron

Pada kutub salient, kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor

sedangkan pada kutub non salient, konstruksi kutub magnet rata dengan

permukaan rotor.

Rotor silinder umumnya digunakan untuk rotor dua kutub dan empat

kutub, sedangkan rotor kutub sepatu digunakan untuk rotor dengan empat atau

lebih kutub. Pemilihan konstruksi rotor tergantung dari kecepatan putar prime

mover, frekuensi dan rating daya generator. Generator dengan kecepatan 1500

rpm ke atas pada frekuensi 50 Hz dan rating daya sekitar 10MVA menggunakan

rotor silinder. Sementara untuk daya dibawah 10 MVA dan kecepatan rendah

maka digunakan rotor kutub sepatu. Gambaran bentuk kutup silinder generator

sinkron diperlihatkan pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Gambaran bentuk rotor Non-salient (rotor silinder)

Arus DC disuplai ke rangkaian medan rotor dengan dua cara:

1. Menyuplai daya DC ke rangkaian dari sumber DC eksternal dengan sarana

slip ring dan sikat.

2. Menyuplai daya DC dari sumber DC khusus yang ditempelkan langsung

pada batang rotor generator sinkron.

II.2.1.2 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Jika sebuah kumparan diputar pada kecepatan konstan pada medan

magnethomogen, maka akan terinduksi tegangan sinusoidal pada kumparan

tersebut. Medan magnet bisa dihasilkan oleh kumparan yang dialiri arus DC atau

oleh magnet tetap. Pada mesin tipe ini medan magnet diletakkan pada stator

(disebut generator kutub eksternal / external pole generator) yang mana energi

listrik dibangkitkan padakumparan rotor. Hal ini dapat menimbulkan kerusakan

pada slip ring dan karbon sikat, sehingga menimbulkan permasalahan pada

pembangkitan daya tinggi. Untuk mengatasi permasalahan ini, digunakan tipe

generator dengan kutub internal (internal pole generator), yang mana medan

magnet dibangkitkan oleh kutub rotor dan tegangan AC dibangkitkan pada

rangkaian stator. Tegangan yang dihasilkan akan sinusoidal jika rapat fluks

magnet pada celah udara terdistribusi sinusoidal dan rotor diputar pada kecepatan

konstan. Tegangan AC tiga fasa dibangkitan pada mesin sinkron kutub internal

pada tiga kumparan stator yang diset sedemikian rupa sehingga membentuk beda

fasa dengan sudut 120°. Bentuk gambaran sederhana hubungan kumparan 3-fasa

dengan tegangan yang dibangkitkan diperlilhatkan pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Gambaran sederhana kumparan 3-fasa dan tegangan yang

dibangkitkan

Pada rotor kutub sepatu, fluks terdistribusi sinusoidal didapatkan dengan

bentuk sepatu kutub. Sedangkan pada rotor silinder, kumparan rotor disusun

secara khusus untuk mendapatkan fluks terdistribusi secara sinusoidal. Untuk tipe

generator dengan kutub internal (internal pole generator), suplai DC yang

dihubungkan ke kumparan rotor melalui slip ring dan sikat untuk menghasilkan

medan magnet merupakan eksitasi daya rendah. Jika rotor menggunakan magnet

permanen, maka tidak slip ring dan sikat karbon tidak begitu diperlukan.

II.2.1.3 Kecepatan Putar Generator Sinkron

Frekuensi elektris yang dihasilkan generator sinkron adalah sinkron

dengan kecepatan putar generator. Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian

elektromagnet dengan suplai arus DC. Medan magnet rotor bergerak pada arah

putaran rotor. Hubungan antara kecepatan putar medan magnet pada mesin

dengan frekuensi elektrik pada stator adalah:

fe =

………………………………………(2.1)

yang mana:

fe = frekuensi listrik (Hz)

nr = kecepatan putar rotor = kecepatan medan magnet(rpm)

p = jumlah kutub magnet

Oleh karena rotor berputar pada kecepatan yang sama dengan medan

magnet, persamaan diatas juga menunjukkan hubungan antara kecepatan putar

rotor dengan frekuensi listrik yang dihasilkan. Agar daya listrik dibangkitkan

tetap pada frekuensi 50Hz atau 60 Hz, maka generator harus berputar pada

kecepatan tetapdengan jumlah kutub mesin yang telah ditentukan. Sebagai contoh

untuk membangkitkan 60 Hz pada mesin dua kutub, rotor arus berputar dengan

kecepatan 3600 rpm. Untuk membangkitkan daya 50 Hz pada mesin empat kutub,

rotor harus berputar pada 1500 rpm.

II.2.2 Kompensator sinkron

Generator kecil tertentu, setelah berjalan sampai dengan kecepatan dan

disinkronisasi ke sistem, dapat bekerja dari turbin tersebut dan memberikan daya

reaktif tanpa menghasilkan daya nyata. Mode operasi ini disebut konpensator

sinkron.

II.2.3 Kompensator kapasitif dan induktif

Ini adalah perangkat yang dapat dihubungkan ke sistem untuk

menyesuaikan tingkat tegangan. Sebuah kompensator kapasitif menghasilkan

medan listrik sehingga menghasilkan daya reaktif sementara suatu kompensator

induktif menghasilkan medan magnet untuk menyerap daya reaktif. Perangkat

Kompensasi tersedia baik sebagai kapasitif atau induktif sendiri atau sebagai

hibrid untuk menyediakan dan penyerapan daya reaktif.

II.2.4 Line Transmisi

Line Transmisi saat beroperasi pada tegangan sistem normal, keduanya

menghasilkan medan listrik yang kuat sehingga menghasilkan daya reaktif. Bila

arus mengalir melalui jalur atau kabel itumenghasilkan medan magnet yang

menyerap daya reaktif.

II.2.5 Kapasitor

Yang dimaksud dengan kapasitor adalah kapasitor tenaga dari jenis

kapasitor untuk arus bolak balik, kapasitor ini bekerja berdasarkan pada prinsip

arus meninggalkan tegangan sebesar 90o, kapasitor akan menghasilkan daya

reaktif apabila dihubungkan dengan listrik. Sehubungan dengan tidak adanya

bagian – bagian bergerak, instalasi dan pemeliharaan termasuk sederhana.

Keuntungan lain adalah kapasitor dan ruang kerja yang diperlukan sedikit,

peralatan ini dapat dipasang pada ruang penyangga atau dinding.

kapasitor mempunyai fungsi sebagai pembangkit daya reaktif untuk

memperbaiki faktor daya yang rendah serta mengkompensasi jatuh tegangan

(voltage drop). Dalam rangkaian listrik terdapat 3 (tiga) macam karakteristik

beban listrik, yaitu : beban resistif, beban induktif dan beban kapasitif. Gambar

berikut dapat dilihat hubungan antara daya aktif, daya semu dan daya reaktif.

Gambar 2.4. Hubungan antara daya aktif, daya kompleks dan daya reaktif

0 Q2

Q1

kw

Kvar2

Kvar1

Kva2

Kva1

Faktor Daya :

Cos φ = kW/kVA

kVAr = kVA x Sin φ

dimana :

kW : Daya aktif

kVA : Daya kompleks

kVAR : Daya reaktif

II.2.6 Alat Penunjuk fase (Phase Advancer)

Alat penunjuk fase adalah untuk memanipulasi sudut fase agar

menghasilkan peningkatan faktor daya.

II.3 Generator Induksi

Pada motor induksi, kecepatan putar rotor selalu lebih kecil dari kecepatan

sinkronnya.Tetapi pada generator induksi kecepatan rotor harus dibuat lebih besar

dari kecepatan sinkronnya, sehingga energi listrik bisa dikembalikan ke jala-

jala.Dengan kata lain, slip selalu dalam harga negative.

Kurva karakteristik Kopel – Kecepatan mesin induksi untuk berbagai mode

operasi terlihat pada Gambar 2.4 berikut;

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

220

2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0 -

1.2

Gambar 2.5 Kurva Karakteristik Kopel - Selip

Jika pada lengkung kopel-putaran, kopel dan putaran mempunyai tanda

yang berlawanan sehingga perkalian kopel nominal,Tn dan putaran menjadi

negatif, maka mesin induksi bekerja sebagai generator. Yang akandiperhatikan

adalah harga kopel T negatif dan putaran positif, jadi pada slip negatif. Itu artinya

motor induksi diputar melebihi kecepatan sinkronnya.

Untuk diagram Heyland (dapat dilihat gambar 2.6) hal ini berarti

komponen watt Iw dari arus I adalah negatif terhadap tegangan V, sehingga

perkalian VI cos p menjadi negatif. Komponen daya reaktif atau komponen

buta Ib dari arus I masih positif, mesin masih harus mendapat arus buta dari luar

dalam hal ini dari kapasitor.

Perubahan pembebanan mengakibatkan perubahan putaran yang

diperlukan mesin.Diagram Heyland berlaku untuk frekuensi atau tegangan

tertentu karena kejenuhan inti besi dan frekuensi dapat mempengaruhi

reaktansi-reaktansi mesin

Speed in percent of synchronoes speed

Slip as a fraction of synchronous speed

Ib Im

Gambar 2.6 Diagram Heyland Kerja Generator

II.3.1 Aplikasi Generator Induksi pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Generator induksi sering dipasang guna mencukupi suplai daya

tambahan untuk beban di daerah terpencil dimana layanan saluran

transmisinya terbatas.Dengan segala keunggulannya adalah pilihan yang tepat

digunakan mesin induksi sebagai generator.

Penggunaan generator induksi pada system pembangkit tenaga angin

dimana mesin atau kincir angin yang memutar generator tidak

mengharuskan pada kecepatan sinkronnya. Dengan demikian, jika daya yang

dibangkitkan tidak mensyaratkan frekwensi dan tegangan tetap maka generator

dapat dioperasikan stand alone, atau terisolasi, terlepas dari saluran publik.

Jenis beban yang dapat dilayani oleh generator induksi ini diantaranya adalah

mesin pompa air, kipas angin atau pemanas.

Angin hampir ada di setiap permukaan bumi, tetapi hanya sedikit daerah

yang bisa memanfaatkan angin sebagai sumber energi.Daerah tersebut

terutama terdapat dibelahan bumi bagian utara dan selatan, yaitu didaerah dimana

keadaan angin cukup stabil kekuatan dan frekuensinya.Contohnya di Swedia

dan Jerman banyak unit tenaga angin dibangun di wilayah sepanjang pantai

negara ini. Juga didaerah pegunungan

Gambar 2.7Skema unit tenaga angin

II.3.2 Konsumsi Daya Reaktif Pada Generator Induksi

Proses perubahan motor induksi menjadi generator induksi membutuhkan

daya reaktif atau daya magnetisasi untuk membangkitkan tegangan pada terminal

keluarannya. Penyediaan daya reaktif adalah sumber daya reaktif seperti

kapasitor yang besarnya disesuaikan dengan kebutuhan daya reaktif yang

dibutuhkan.

Syarat utama terbangkitnya tegangan generator induksi adalah adanya

remanensi di rotor atau kapasitor eksitasi yang disunakan harus sudah

mempunyai muatan listrik terlebih dahulu. Remanensi atau muatan kapasitor

merupakan tegangan awal yang diperlukan untuk proses pembangkitan tegangan

selanjutnya. Dengan menghubungkan kapasitor terminal stator akan terbentuk

suatu rangkaian tertutup. Dengan adanya tegangan awal tadi, di rangkaian akan

mengalir arus. Arus tersebut akan menghasilkan fluks di celah udara, sehingga di

stator akan terbangkit tegangan induksi.

Nilai kapasitor yang dipasang sangan menentukan terbangkitnya tegangan

atau tidak. Untuk terbangkitnya tagangan generator induksi, nilai kapasitor yang

dipasang harus lebih besar dari nilai minimum kapasitor yang diperlukan untuk

proses eksitasi. Jika kapasitor yang dipasang lebih kecil dari pada kapasitor

minimum yang diperlukan, maka proses pembangkitan tegangan tidak akan

berhasil.

II.4 Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Pembangkit Listrik Tenaga Angin / Bayu (PLTB) adalah suatu teknologi

pembangkit listrik yang merubah potensi energi angin menjadi energi

listrik.Angin adalah udara yang bergerak/mengalir, sehingga memiliki kecepatan,

tenaga dan arah.Penyebab dari pergerakan ini adalah pemanasan bumi oleh radiasi

matahari.Udara di atas permukaan bumi selain dipanaskan oleh matahari secara

langsung, juga mendapat pemanasan oleh radiasi matahari bumi tidak homogen,

maka jumlah energi matahari yang diserap dan dipancarkan kembali oleh bumi

berdasarkan tempat dan waktu adalah bervariasi.Hal ini menyebabkan perbedaan

temperatur pada atmosfer, yang menyebabkan perbedaan kerapatan dan tekanan

atmosfer.Udara memiliki sifat untuk selalu mencapai kesetimbangan tekanan,

karena itu perbedaan kecepatan dan tekanan atmosfer ini menyebabkan udara

bergerak dari daerah yang bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah.Pada

daerah yang relatif panas, partikel udara mendapat energi sehingga udara memuai.

Akibat dari pemuaian ini, tekanan udara di daerah itu naik, namun

kerapatan udara menjadi berkurang, sehingga berat jenis udara di tempat itu

menjadi relatif kecil, akibatnya udara berekspansi ke atas dan menyebabkan

terjadinya penurunan tekanan didaerah yang ditinggalkannya. Daerah ini lalu diisi

oleh udara dari daerah sekelilinginya yang memiliki tekanan udara dan massa

jenis lebih tinggi. Udara yang berekspansi keatas lalu mengalami penurunan suhu,

sehingga terjadi penyusutan dan massa jenisnya kembali naik. Udara ini akan

turun kembali di tempat lain yang memiliki tekanan yang lebih rendah. Hal ini

berlangsung terus menerus sepanjang waktu, sehingga pergerakan udara terus

berlangsung.

Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi

energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya

cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk

memutar rotor pada generator dibagian belakang turbin angin, sehingga akan

menghasilkan energi listrik.

II.5. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid ( PLTH )

Hybrid System atau Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH)

merupakan salah satu alternatif sistem pembangkit yang tepat diaplikasikan pada

daerah-daerah yang sukar dijangkau oleh sistem pembangkit besar seperti jaringan

PLN atau PLTD.PLTH ini memanfaatkan renewable energy sebagai sumber

utama (primer) yang dikombinasikan dengan Diesel Generator sebagai sumber

energi cadangan (sekunder).

Pada PLTH, renewable energy yang digunakan dapat berasal dari energi

matahari, angin, dan lain-lain yang dikombinasikan dengan Diesel-Generator Set

sehingga menjadi suatu pembangkit yang lebih efisien, efektif dan handal untuk

dapat mensuplai kebutuhan energi listrik baik sebagai penerangan rumah atau

kebutuhan peralatan listrik yang lain seperti TV, pompa air, strika listrik serta

kebutuhan industri kecil di daerah tersebut. Dengan adanya kombinasi dari

sumber-sumber energi tersebut, diharapkan dapat menyediakan catu daya listrik

yang kontinyu dengan efisiensi yang paling optimal.

Gambar 2.8 Sistem PLTH yang mengkombinasikan Tenaga Surya, Tenaga Angin,

dan Diesel Generator

Cara kerja Pembangkit Listrik Sistim Hybrida Surya Bayu dan Diesel sangat

tergantung dari bentuk beban atau fluktuasi pemakain energi (load profile) yang

mana selama 24 jam distribusi beban tidak merata untuk setiap waktunya. Load

profil ini sangat dipengaruhi penyediaan energinya. Untuk mengatasi

permasalahan tersebut maka kombinasi sumber energi antara Sumber energi

terbarukan dan Diesel Generator atau disebut Pembangkit Listrik Sistem Hibrida

adalah salah satu solusi paling cocok untuk sistem pembangkitan yang terisolir

dengan jaringan yang lebih besar seperti jaringan PLN

II.6 Kompensator Daya Reaktif Statik (SVC=Staic Var Compensator)

Kompensator daya reaktif statik adalah peralatan yang dapat menghasilkan

daya reaktif variabel tanpa adanya komponen yang bergerak.Pada umumnya

peralatan ini dilengkapi dengan alat pengendali dari komponen elektronik yaitu

thyristor yang berfungsi mengatur besar kecil arus yang lewat pada peralatan

utamanya (dalam hal ini peralatan sumber daya reaktif).

Kompensator daya reaktif (SVC) dapat digunakan baik pada sistem

distribusi maupun pada sistem transmisi, dimana tujuan utamanya adalah

mengontrol/mengatur tegangan pada titik-titik tertentu yang dianggap lemah

dalam suatu jaringan. Pemasangan SVC pada bus-bus beban membantu dalam

memperbaiki fluktuasi tegangan, memperbaiki faktor daya beban dan juga profile

tegangan.

Elemen utama dari kompensator daya reaktif statik adalah kapasitor untuk

membangkitkan daya reaktif atau reaktor untuk menyerap daya reaktif.Untuk

beroperasi baik membangkitkan maupun menyerap daya reaktif kedua komponen

itu harus digunakan.

II.6.1 Karakteristik realistik SVC

Suatu SVC terdiri dari reaktor yang terkontrol dan fixed capacitor,

mempunyai karakteristik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9 yang

menggambarkan penurunan karakteristik dari SVC yang terdiri dari reaktor yang

terkontrol dan fixed capacitor. Karakteristik gabungan diturunkan dengan

menambahkan karakteristik-karakteristik individual komponen.

+

+

Capacitive Inductive

Gambar 2.9 Karakteristik-karakteristik gabungan dari SVC

II.6.2 TCR (Thyristor Controlled Reactor)

TCR merupakan reaktor dengan elemen pengontrol berupa thyristor yaitu

dua thyristor yang dipasang saling berlawanan secara paralel, yang

memungkinkan penghantaran bolak-balik. Sebab kalau hanya satu thyristor saja,

maka keluaran yang ada akan bersifat searah/DC. Setiap thyristor ini

menghantarkan setiap setengah siklus dari frekuensi sistem yang ada.Adapun

bentuk susunan dari TCR dapat dilihat pada Gambar 2.10.

V

Th2 Th1

L

I

Reaktor

ThyristorController

Gambar 2.10 Rangkaian Thyristor Controlled Reactor (TCR )

Adapun tujuan dari penggunaan TCR adalah untuk mengatur daya reaktif

beban, ketika beban yang dikompensasi bersifat berubah-ubah (fluktuatif) secara

cepat. Hal ini dilakukan dengan pengontrolan sudut penyulutan pulsa () pada

gate thyristor, yang akan berpengaruh pada besar pengaturan besar kecilnya arus

yang mengalir pada reaktor. Apabila beban yang bersifat induktif meningkat,

maka kebutuhan daya reaktif akan meningkat, maka sudut penyulutan thyristor

pada TCR akan diperbesar, sehingga arus yang mengalir pada TCR akan lebih

kecil dengan kata lain daya reaktif yang diserap oleh TCR juga diperkecil, dan

dipergunakan oleh beban untuk memenuhi kebutuhan daya reaktifnya. Sedangkan

bila beban induktif turun, maka otomatis akan terjadi kelebihan daya reaktif,

sehingga daya reaktif tersebut perlu dibuang. Untuk itulah sudut penyulutan

thyristor pada TCR akan diperkecil, sehingga arus yang mengalir pada TCR akan

membesar, dengan kata lain daya reaktif yang diserap akan membesar, karena

daya reaktif pada beban tidak dibutuhkan lagi.

Sedangkan bila beban induktif turun, maka otomatis akan terjadi

kelebihan daya reaktif, sehingga daya reaktif tersebut perlu dibuang. Untuk itulah

sudut penyulutan thyristor pada TCR akan diperkecil, sehingga arus yang

mengalir pada TCR akan membesar, dengan kata lain daya reaktif yang diserap

akan membesar, karena daya reaktif pada beban tidak dibutuhkan lagi.

Penyulutan gerbang thyristor dapat dilakukan pada sudut penyulutan

(firing angle) antara 90 sampai 180.Sudut penyulutan thyristor ini disebut juga

dengan waktu penyulutan (firing time) atau waktu tunda penyulutan (firing

delay).Sedangkan lama arus setengah siklus menghantar disebut dengan sudut

penghantaran (). Dan besarnya adalah 2(- ), bernilai antara 180 sampai 0.

Adapun nilai sudut penyulutan sebesar 90 sampai dengan 180 ini dihitung dari

zero crossing voltage (tegangan suplai saat bernilai nol ketika naik).

Jika thyristor disulut untuk penghantaran secara cepat pada saat tegangan

puncak (peak voltage) yaitu 90 dan zero crossing voltage, maka penghantaran

penuh (full condition) akan didapatkan pada thyristor dan arus yang mengalir pada

reaktor akan sama dengan ketika thyristor dihubung singkat atau tanpa memakai

thyristor, dimana arus tersebut bersifat reaktif dan tertinggal sebasar 90 terhadap

tegangan, karena adanya arus kecil yang diakibatkan oleh rugi daya aktif.

BAB III

MODEL MATEMATIK SISTEM HIBRID TURBIN ANGIN - MESIN

DIESEL

III.1 Model Matematik Sistem Hibrid Turbin Angin - Mesin Diesel

Sebuah sistem turbin angin - mesin diesel, seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 3.1, dianggap sebagai model matematik, dimana memiliki SG

(Syncronous Generator) berdasarkan pada IEEE yang terhubung dengan

Generator Diesel (Diesel Generator) yang bertindak sebagai mesin untuk

menghubungkan IG (Induktion Generator) pada sistem konversi tenaga angin.

Sistem ini juga memiliki SVC (Static Var Convensator) untuk menyediakan daya

reaktif yang diperlukan sebagai tambahan daya reaktif yang dihasilkan oleh SG.

Perubahan kecil pada daya nyata sangat tergantung pada frekuensi, sedangkan

perubahan kecil pada daya reaktif sangat tergantung pada tegangan . Konstanta

waktu eksitasi jauh lebih kecil dari pada konstanta waktu prime-mover, dan

pengurangan transiennya lebih cepat dan tidak mempengaruhi perubahan load

frequency contro l(LFC). Dengan demikian, hubung singkat antara LFC dan loop

automatic voltage regulator (AVR) diabaikan.Persamaan keseimbangan daya

reaktif sistem di bawah kondisi stabil adalah

QSG + QSVC = QL+ QIG (3.1)

Dimana:

QSG = daya reaktif yang dihasilkan oleh generator diesel (per unit kilovolt-

ampere reaktif)

QSVC =daya reaktif yang dihasilkan oleh SVC (per unit kilovolt-ampere reaktif)

QL =permintaan daya reaktif beban (per unit kilovolt-ampere reaktif)

QIG =daya reaktif yang dibutuhkan oleh generator (per unit kilovolt-ampere

reaktif)

Gambar 3.1 Diagram blok system hybrid turbin angin – mesin diesel

Untuk analisis peningkatan keseimbangan daya reaktif dari sistem hibrid,

dimana system hibrid mengalami perubahan daya reaktif beban sebesar ΔQL,

karena pengaruh system control AVR dan SVC, pembangkitan daya reaktif sistem

meningkat karena penjumlahan ΔQSG+ΔQSVC. Daya reaktif yang dibutuhkan oleh

sistem juga akan berubah karena perubahan tegangan oleh ΔV. Kelebihan daya

reaktif dalam sistem adalah,sama dengan ΔQSG+ΔQSVC-ΔQL-ΔQIG, dan daya

tersebut akan meningkatkan tegangan sistem dalam dua cara:

1) Dengan meningkatkan penyerapan energi elektromagnetik (EM) dari IG

pada tingkat d/dt (EM)

2) Dengan meningkatkan konsumsi beban reaktif dari sistem yang

disesuaikan dengan peningkatan tegangan.

Hal ini dapat dinyatakan secara matematis yaitu

∆QSG + ∆QSVC — ∆QL — ∆QIG = d/dt(∆EM) + DV∆V (3.2)

Energi elektromagnetik yang tersimpan dalam IG ditentukan dengan

=

=

(3.3)

Dimana IM, LM, dan XM adalah arus, induktansi, dan reaktansi dari IG.

Persamaan (3.3) dapat ditulis sebagai

EM = V 2/(4πfXM) (3.4)

dimana f adalah frekuensi sistem. Dari(3.4), ΔEM dapat ditulis sebagai

∆EM = EM — EoM = 2 (E

oM /V

o) ∆V (3.5)

Dimana V o and E

oM adalah nilai-nilai nominal tegangan terminal dan energi

elektromagnetik tersimpan pada IG. Dengan meningkatnya tegangan, semua

beban daya reaktif yang terhubung mendapatkan suplai tegangan, dengan satuan

reaktif / per unit kilovolt). Beban-beban daya reaktif dapat dinyatakan dalam

bentuk tegangan eksponensial sebagai berikut

QL = C1 (3.6)

Dimana C1 adalah konstanta beban, dan eksponen q tergantung pada jenis beban.

Untuk gangguan kecil, (3.6) dapat ditulis sebagai

∆QL/∆V = q (QoL/ V

o) (3.7)

Dimana QoL adalah nilai nominal permintaan daya reaktif beban. Pada

persamaan (3.2), DV dapat dihitung secara empiris menggunakan persamaan (3.7).

Dengan QR adalah besar daya reaktif sistem. Menggunakan persamaan (3.5),

persamaan (3.2) dapat ditulis

∆QSG + ∆QSVC - ∆QL - ∆QIG= 2EoM / (V

oQR)d/dt(∆V)+DV∆V (3.8)

Pada persamaan (3.8). istilah EoM/QR dapat ditulis

EoM/QR = 1/(4πfkR) = HR (3.9)

Dimana HR adalah konstanta dari sistem, yang memiliki unit "s", dan kR adalah

rasio dari nilai daya reaktif sistem untuk daya pengenal reaktif magnet IG.

Dengan mengganti nilai dari EoM/QR dari persamaan (3.9) dan (3.8), didapatkan

∆QSG + ∆QSVC - ∆QL - ∆QIG= 2HR/V od/dt(∆V ) + DV∆V (3.10)

Dalam bentuk Laplace, persamaan diferensial dari persamaan (3.10) dapat ditulis

sebagai

∆V(s) = KV/(1+sTV) × [∆Q S G(s )+∆Q S V C (s )−∆Q L(s )−∆Q I G (s ) (3.11)

Dimana

TV =

(3.12)

Dan

KV =

(3.13)

III.2 Persamaan Generator Sinkron

Dalam kondisi transient, QSG ditentukan dengan

QSG = (EqVcosδ −V 2)/X’ d. (3.14)

Untuk gangguan kecil, (3.14) dapat ditulis sebagai

∆QSG = (V cosδ/X’ d) ∆E’ q+{(E’qcosδ – 2V) /X’d} ∆V (3.15)

Dalam Transformasi Laplace, (3.15) dapat ditulis sebagai

∆QSG(s) = K3∆E’ q(s) + K4∆V (s) (3.16)

Dimana

K3 = (V cosδ)/X’d (3.17)

Dan

K4 = (E’ q cosδ − 2V) /X’ d (3.18)

III.3 Persamaan Statik Var Konvensator (SVC)

Daya reaktif yang disuplai oleh SVC dari

QSVC = V 2

BSVC (3.19)

Untuk gangguan kecil, (3.19) dalam bentuk transformasi lapace dapat ditulis

sebagai

∆QS VC(s) = K6∆V (s) + K7∆BSVC(s) (3.20)

Dimana

K6 = 2V BSVC

dan

K7 =V 2 (3.21)

III.4 Persamaaan Fluks Linkage

Persamaan hubungan Fluks dari putaran rotor mesin sinkron untuk

gangguan kecil dapat dituliskan

d/dt(∆E’ q) = (∆Efd− ∆Eq)/T’ do (3.22)

pada persamaan (3.22), ∆Eq ditentukan oleh

∆Eq =

∆E

’ q -

cosδ∆V. (3.23)

Untuk perubahan kecil pada persamaan (3.22), dengan menggunakan persamaan

(3.23) dalam bentuk transformasi lapace, dapat ditulis dengan

(1 + sTG)∆E’ q(s) = K1∆Efd(s) + K2∆V (s) (3.24)

Dimana

TG=(X’dT' dO) / Xd (3.25)

K1 = X’d /Xd (3.26)

K2 = { (Xd– X’d) cosδ } / Xd . (3.27)

III.5Persamaan Generator Induksi

Persamaan IG untuk slip konstan dengan perubahan kecil, daya reaktif

yang diserap oleh IG, untuk tegangan terminal generator QIG, dan parameter

generator dapat ditulis sebagai

∆Q IG(s) = K5∆V (s) (3.28)

Dimana

K5=

(3.29)

RY = RP− Req (3.30)

Dan

RP =

(1 – s) (3.31)

III.6 Persamaan Sistem Hibrid PLTAngin, Generator Induksi, dan Generator

Sinkron

Diagram blok dari sistem pada gambar 3.2 menggunakan fungsi alih

Laplace (3.11), (3.16), (3.20), (3.24), dan (3.28) dengan SVC dan eksitasi sistem

IEEE. Persamaan dalam bentuk standar dapat dituliskan

= [A] + [B] + [C] p (3.32)

Vektor-vektor diberikan sebagai

= (3.33)

= [∆Vref] (3.34)

p = [∆QL]. (3.35)

Saturation

function

SVC model

- ⁄ + BSVC(S)

Gambar 3.2 Diagram

blokfungsialihuntukpengontrolandayareaktifsistemhibridturbinangin–mesindiesel

Gambar 3.3 Model darithyristor controlledSVC

+

K7

K5

K6

K4 K3

K2 K1

SF

Nilai – nilai konstanta yang diasumsikan seperti yang tertera pada table

III.1 dan data – data berikut ini:

K1 = 0.15

K2 = 0.793232

K3 = 6.22143

K4 = -7.358895

K5 = 0.126043

K6 = 1.478

K7 = 1.0

KV = 0.6667

Kα = 0.446423

KR = 337.0

TR = 0.05 s

Td = 0.001667 s

Tα = 0.005 s

TV = 0.000106 s

TABEL III.1DATA SIMULASI SISTEM HIBRID

Sistem parameter SistemTurbinangin – MesinDiesel

Sistem load/capacity Wind capacity (kW) Diesel capacity (kW) Load capacity (kW)

150 150 250

Base Power (kVA) 250

Synchronous Generator , pu kW , pukVAR pu

V , pu , pu

0.4 0.2

1.1136 21.05

0.9603 1.0 1.0

0.15 5.0

Induction Generator

, % , pu , pu S, %

0.6

0.189 0.75 80

0.19 0.56 -4.1

Load , pu kW , pukVAR Pf (lag)

1.0

0.75 0.8

Reactive power data = kVAR

0.739 0.85

2.443985

BAB IV

HASIL SIMULASI DAN PEMBAHASAN

IV.1 Hasil Simulasi Dan Pembahasan

Untuk mengetahui respon transien pada sistem hibrid turbin angin - mesin

diesel, maka dilakukan beberapa simulasi berupa :

1. Perubahan daya reaktif beban

2. Perubahan konstanta KR pada statik var konvensator (SVC)

3. Perubahan konstanta waktu atau TR pada statik var konvensator (SVC)

untuk beban yang disimulasikan akan dilihat waktu yang diperlukan sistem untuk

kembali stabil dan total penyimpangan tegangan (∑ V).

VI.1.1 Perubahan daya reaktif beban

Untuk perubahan daya reaktif beban di simulasikan tiga beban berbeda

yaitu :

a) Beban 1 = 1 %

b) Beban 2 = 5%

c) Beban 3 = 10%

Dapat dilihat keluaran dari masing – masing pembangkit dari hasil simulasi ketiga

perubahan daya reaktif beban pada sistem.

Pengaruh perubahan daya rekatif beban pada V dapat dilihat pada

gambar 4.1, dimana dari ketiga beban yang disimulasikan terlihat bahwa

perubahan beban tidak mempengaruhi waktu kestabilan sistem yang

membutuhkan waktu 0.25 detik untuk kembali stabil tetapi yang membedakan

dari ketiga beban yang disimulasikan adalah besar magnitudanya, semakin besar

perubahan daya reaktif semakin besar magnituda. Hal tersebut bisa terjadi karena

adanya persamaan berikut ini

QSG + QSVC = QL + QIG

Artinya daya reaktif yang dihasilakan oleh generator sinkron dan statik var

konvensator dapat memenuhi kebutuhan daya reaktif yang dibutuhkan beban dan

generator induksi.

Gambar 4.1 Respon transien perubahan tegangan pada terminal ( V)

Pengaruh perubahan beban untuk kondisi E’q juga tidak mempengaruhi

waktu kestabilan sistem dapat dilihat pada gambar 4.2. Perubahan beban hanya

mempenngaruhi besar magnitudanya, semakin besar perubahan beban semakin

besar magnitudanya.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

time

deltaV

data1

data2

data3

Gambar 4.2 Respon transien kondisi perpindahan tegangan ( E’q)

Pengaruh perubahan daya reaktif beban untuk masing – masing

pembangkit, untuk α radians dapat dilihat pada gambar 4.3, untuk ΔEfd dapat

dilihat pada gambar 4.4, dan untuk ΔEq dapat dilihat pada gambar 4.5. Tidak

mempengaruhi waktu kestabilan sistem yang membutuhkan waktu 2.5 detik untuk

kembali dalam keadaan stabil.

Perubahan daya reaktif beban pada sistem hanya mempengaruhi besar

magnituda pada masing – masing pembangkit yang dapat dilihat pada gambar 4.3

untuk α radians, gambar 4.4 untuk ΔEfd, dan gambar 4.5 untuk ΔEq. Semakin

besar perubahan daya reaktif beban semakin besar magnituda masing – masing

pembangkit pada sistem hibrid turbin angin - mesin diesel.

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

-20

-15

-10

-5

0

5x 10

-5

time

deltaE

'q

data1

data2

data3

Gambar 4.3 Respon transien α radians

Gambar 4.4 Respon transien deviasi dalam eksitasi (ΔEfd)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

time

alfa radia

ns

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0

5

10

15

20x 10

-4

time

deltaE

fd

data1

data2

data3

Gambar 4.5 Respon transien kondisi internal rentang terhadap tegangan (ΔEq)

Pengaruh perubahan daya reaktif beban pada masing – masing pembangkit

pada sistem hibrid Turbin angin - mesin diesel dengan perubahan tiga beban

berbeda dapat dilihat pada gambar 4.6, 4.7, dan 4.8. Dapat dilihat bahwa data 1

yaitu QSVC yang paling besar menyuplai daya reaktif pada sistem dan data 2

yaitu QSG hanya menyuplai sebagian kecil saja sedangkan data 3 yaitu QIG

hanya menyerap daya reaktif.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2x 10

-3

time

deltaE

q

data1

data2

data3

Gambar 4.6 Respon transien dari statik var konvensator, generator induksi, dan

generator sinkron pada perubahan daya reaktif sebesar 1%



0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

time

param

eter pem

bangkit

data1

data2

data3

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

time

param

eter pem

bangkit

data1

data2

data3



Perubahan daya reaktif beban sangat berpengaruh pada keluaran masing –

masing pembangkit pada sistem hibrid Turbin angin - mesin diesel. Semakin besar

perubahan daya reaktif pada sistem semakin besar juga daya reaktif yang disuplai

oleh statik var konvensator (SVC) dan generator sinkron. Tetapi yang paling besar

untuk menyuplai daya reaktif adalah statik var konvensator (SVC), hal tersebut

dapat dilihat pada gambar 4.6, 4.7, dan 4.8. Hal tersebut juga berhubungan dengan

persamaan berikut ini


Besarnya beban yang diperlukan sistem dan daya reaktif yang diserap oleh

generator induksi disuplai oleh statik var konvensator (SVC) dan generator

sinkron sehingga sistem tetap dalam kondisi stabil.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

time

param

eter pem

bangkit

IV.1.2 Perubahan konstanta var regulator (KR) pada statik var konvensator

(SVC)

Untuk mengetahui pengaruh perubahan konstatnta var regulator (KR) pada

statik var konvensator dilakukan beberapa simulasi pada sistem hibrid Turbin

angin - mesin diesel dengan cara merubah konstanta var regulator (KR) dengan

nilai – nilai berikut ini :

a) KR = 0

b) KR = 150

c) KR = 300

d) KR = 450

Dari masing – masing perubahan KR yang disimulasikan menghasilkan keluaran

yang berbeda – beda.

a. KR= 0

Keadaan sistem pada saat KR = 0 dapat dilihat pada gambar 4.9, dimana

sistem tidak bisa kembali stabil dikarenakan statik var konvensator (SVC) tidak

bekerja. Daya yang dibutuhkan oleh beban dan generator induksi hanya disuplai

oleh generator sinkron saja. Hal tersebut juga berhubungan dengan persamaan


Artinya daya reaktif yang dibutuhkan oleh beban dan generator induksi

disuplai oleh generator sinkron dan statik var konvensatror (SVC), jika statik var

konvensator tidak bekerja (SVC) maka daya reaktif yang dibutuhkan oleh beban

dan generator induksi tidak terpenuhi sehingga sistem tidak bisa stabil..

Gambar 4.9 Respon transien pada perubahan konstanta var regulator (KR) = 0

b. KR= 150

Hasil simulasi sistem untuk KR = 150 dapat dilihat pada gambar 4.10,

dapat diamati bahwa ketika statik var konvensator (SVC) bekerja dengan KR =

150 sistem dapat kembali stabil dengan frekuensi waktu yang dibutuhkan adalah

0.1 detik.


0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2x 10

-4

time

delta V

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4x 10

-4

time

delta V

c. KR = 300


dapat diamati bahwa statik var konvensator (SVC) dapat menyuplai daya reaktif

yang dibutuhkan oleh sistem. Untuk statik var konvensator (SVC) dengan KR =

300 membutuhkan waktu 2.5 detik untuk kembali stabil.


d. KR = 450


dapat diamati bahwa statik var konvensator (SVC) juga dalam keadaaan bekerja,

tetapi sistem tidak dapat stabil karena menyuplai daya reaktif yang berlebihan.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1x 10

-3

time

delta V


Untuk mengamati dari beberapa hasil simulasi yang dilakukan dengan

mengubah – ubah konstanta KR pada statik var konvensator (SVC) dapat dilihat

pada gambar 4.13 yang merupakan gambar dari gabungan keluaran dari simulasi

yang dilakukan yaitu ;

a) Data 1 KR = 0

b) Data 2 KR = 150

c) Data 3 KR = 300

d) Data 4 KR = 450

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5x 10

-3

time

delta V

Gambar 4.13 Respon transien pada masing masing perubahan konstanta var

regulator KR = 0, KR = 150, KR = 300, dan KR = 450

Dari gambar 4.13 dapat dilihat bahwa dari ke empat hasil yang

disimulasikan terlihat bahwa simulasi yang menggunakan KR = 150 adalah

keadaan dimana sistem paling cepat stabil dan hanya membutuhkan waktu 0.1

detik.

Untuk keadaan KR = 0 adalah keadaan dimana statik var konvensator

(SVC) dalam keadaan tidak bekerja sehingga sistem tidak kembali stabil karena

kebutuhan daya reaktif tidak dapat terpenuhi.

Untuk keadaan KR = 450 adalah keadaan dimana statik var konvensator

(SVC) bekerja tidak pada yang diharapkan.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

time

delta V

data1

data2

data3

data4

IV.1.3 Perubahan konstanta waktu atau TR pada statik var konvensator

(SVC)

Pada statik var kompensator (SVC) pada sistem hibrid Turbin angin -

mesin diesel yang disimulasikan, terdapat beberapa konstanta diantanranya yaitu

konstanta waktu atau TR. Untuk mengetahui pengaruh dari TR tersebut dilakukan

tiga simulasi dengan cara mengubah TR yang terdapat pada statik var konvensator

(SVC) dengan keadaan KR konstan pada beban 1%. Adapun perubahan Tr yang

disimulasikan yaitu :

a) TR 1 = 0.5

b) TR 2 = 0.75

c) TR 3 = 0.1

Dapat dilihat pada gambar 4.14 masing – masing keluaran dari perubahan TR yang

disimulasikan.

Gambar 4.14 Respon transien pada masing masing perubahan konstanta waktu

pada statik var konvensator TR = 0.5 TR = 0.75, dan TR = 0.1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1x 10

-3

time

delta V

data1

data2

data3

Untuk perubahan TR pada sistem sangat berpengaruh terhadap waktu

kestabilan sistem. Semakin kecil TR semakin cepat sistem untuk kembali stabil.

Dari ketiga perbandingan yang di simulasikan yang paling cepat stabil yaitu TR =

0.1 dibandingkan dari TR = 0.75 dan 0.5 pada kondisi beban 1% dan nilai KR

konstan.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 KESIMPULAN

1. Perubahan beban daya reaktif 1%, 5%, dan 10% tidak mempengaruhi

waktu sistem untuk kembali stabil. Sistem dapat kembali stabil dalam

waktu 2.5 detik pada masing – masing parameter. Yang dipengaruhi

adalah besar magnitudanya, semakin besar perubahan daya reaktif semakin

besar magnituda masing – masing parameter pada sistem hibrid turbin

angin - mesin diesel.

2. Perubahan konstanta var regulator (KR) pada statik var konvensator yaitu

0, 150, 300, dan 450 dapat mempengaruhi waktu kestabilan sistem pada

perubahan tegangan pada terminal ( V). Pada saat KR = 150 adalah

keadaan dimana sistem paling cepat stabil dan hanya membutuhkan waktu

0.1 detik. Untuk keadaan KR = 0 adalah keadaan dimana statik var

konvensator (SVC) dalam keadaan tidak bekerja sehingga sistem tidak

kembali stabil karena kebutuhan daya reaktif tidak dapat terpenuhi.

3. Perubahan konstanta waktu (TR) pada statik var konvensator yaitu 0.5,

0.75, dan 0.1 dapat mempengaruhi waktu kestabilan sistem pada

perubahan tegangan pada terminal ( V). Semakin kecil TR semakin cepat

sistem untuk kembali stabil. Dari ketiga perbandingan yang di simulasikan

yang paling cepat stabil yaitu TR = 0.1 dibandingkan dari TR = 0.75 dan

0.5 pada kondisi beban 1% dan nilai KR konstan.

V.2 SARAN

Untuk pengembangan studi penelitian selanjutnya diharapkan untuk bisa

melakukan simulasi dengan membandingkan beberapa model statik var

konvensator (SVC).

DAFTAR PUSTAKA

[1] Kundur, Prabha. Power System Stability and Control.

[2] Sumanto. 1996. Mesin Sinkron. Andi, Yogyakarta.

[3] Rosyid, A (2008). Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid (PLTH) Wini.

Tangerang.Balai Besar Teknologi Energi – BPPT.

[4] http://indone5ia.wordpress.com (2011).

[5] Daryanto, Y., 2007, Kajian Potensi angin Untuk Pembangkit Listrik

Tenaga Bayu. Yogyakarta : BALAI PPTAGG – UPT-LAGG

http://indone5ia.wordpress.com/

SIMULASIKONTROL DAYA REAKTIF PADA SISTEM HIBRID”

Documents