Analisis Kestabilan Sudut Rotor Dengan Memperhatikan Intermitensi
Analisis Kestabilan Sudut Rotor Dengan Memperhatikan Intermitensi
Analisis Kestabilan Sudut Rotor Dengan Memperhatikan Intermitensi
TUGAS AKHIR
Universitas Hasanuddin
Makassar
Oleh:
D411 16 007
UNIVERSITAS HASANUDDIN
MAKASSAR
2019
BAB I
PENDAHULUAN
listrik telah menjadi bagian tak terpisahkan dari kebutuhan hidup masyarakat
industri dan informasi. Dengan meningkatnya kebutuhan listrik dari tahun ke tahun,
maka penyedia listrik harus memikirkan secara matang akan pasokan listrik yang
bahan bakar fosil yaitu minyak bumi, gas dan batu bara. Bahan bakar fosil
akibat dari persediaan dari bahan bakar fosil yang terus menerus kian menipis. Di
samping itu pembangkitan energi listrik dari bahan bakar fosil memiliki banyak
Sejak tahun 2004, Indonesia telah menjadi negara pengimpor minyak netto
(net oil importer). Hal tersebut disebabkan karena kebutuhan minyak yang terus
primer dari fosil menghasilkan daya besar dan keberlangsungan pasokannya cukup
panjang. Sedangkan pembangkit dengan bahan bakar jenis non-fosil mempunyai
kapasitas daya yang rendah dan mempunyai sifat intermittent [2], sehingga
pemakaian pembangkit dengan bahan bakar fosil masih lebih banyak digunakan.
dibelasan ribu pulau, baik yang tersimpan diatas daratan, di dalam lautan, maupun
di bawah kulit bumi [3]. Diantara kekayaan alam tersebut terdapat sumber-sumber
energi terbarukan dengan potensi yang cukup besar antara lain air, sinar matahari,
angin, panas bumi, bioenergi, serta gerakan dan perbedaan suhu lapisan laut energi
listrik PLN tahun 2018 yaitu 513,50 MW PLTA, 1,62 MW PLTM, 42,23 MW
PLTMH, 142,05 MW PLTB, 17,20 MW PLTBm, dan 5,29 MWp PLTS [4].
diindonesia.
waktu 2,5 tahun (Agustus 2015 s.d. Maret 2018). Sebanyak 30 kincir angin dengan
menggerakkan turbin berkapasitas 2,5 MW. PLTB Sidrap I telah beroperasi akhir
Maret 2018 lalu dan dapat mengaliri lebih dari 70.000 pelanggan listrik dengan
daya 900 VA. Tingkat komponen dalam negeri (TKDN) PLTB Sidrap I ini
mencapai 40% [5]. PLTB Tolo yang dikelola oleh pengembang listrik swasta
(Independent Power Producer/IPP) ini memiliki Tingkat Komponen Dalam Negeri
(TKDN) yang mencapai sekitar 40%. Dengan tinggi 133 meter (m) dan panjang
listrik sebesar 3,6 MW, sehingga kapasitas totalnya mencapai 72 MW. Kehadiran
PLTB ini mampu melistriki setara 300.000 rumah tangga pelanggan 900 VA [6].
selatan tentunya akan mempengaruhi kestabilan dari sistem tenaga listrik. Stabilitas
mesin bergerak serempak dalam sistem pada operasi normal dan dapat kembali
komponen yang sangat vital dalam sistem tenaga listrik.Sistem yang terinterkoneksi
terdiri dari beberapa generator yang bekerja secara paralel untuk mencatu daya.
stabil akan dilepas dari sistem dan pelepasan ini dapat berpengaruh terhadap
listrik bergantung pada kondisi alam sehingga mempunya kondisi yang bervariasi
dan tidak selalu konstan. Kondisi ini dapat mempengaruhi kestabilan sistem
interkoneksi Sulbagsel yang berakibat pada perubahan sudut rotor dari generator
sinkron yang digunakan, Oleh karena itu, penulis tertarik untuk meneliti kestabilan
Pada penelitian ini, analisis kestabilan Sudut Rotor dari PLN pada saat terjadi
sebagai berikut:
2. Bagaimana kestabilan sudut rotor sistem Sulbagsel ketika beban puncak siang
dan beban puncak malam dengan daya output yang dihasilkan PLTB
bervariasi?
3. Bagaimana kestabilan sudut rotor sistem Sulbagsel ketika salah satu pusat
pembangkit hilang?
berikut:
interkoneksi PLTB Sidrap dan PLTB Jeneponto jika terjadi salah satu pusat
pembangkit hilang.
puncak siang dan beban puncak malam dengan daya output yang dihasilkan
PLTB bervariasi.
lain:
PowerFactory.
1.5 Metodologi
1. Studi Literatur
buku, jurnal ilmiah (paper), dan melalui media internet yang berhubungan
2. Pengambilan Data
Berupa pengambilan data yang penting dan untuk diolah dalam penelitian ini.
3. Pemodelan
tugas akhir ini dilakukan pemodelan single line diagram pada software
5. Analisa Data
Dilakukan analisis data hasil dari simulasi dan menganalisis kestabilan sudut
6. Penarikan Kesimpulan
permasalahan yang diteliti. Simpulan ini merupakan hasil akhir dari semua
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisi uraian tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian,
Bab ini berisi teori penunjang dan literatur/referensi lain terkait kestabilan sudut
Dalam bab ini berisi tentang waktu dan tempat penelitian, metode pengambilan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Suatu sistem tenaga listrik yang baik harus memenuhi beberapa syarat,
Dalam sistem tenaga listrik yang baik maka ketiga syarat tersebut harus
dipenuhi yaitu sistem harus mampu memberi pasokan listrik secara terus
menerus dengan standar besaran untuk tegangan dan frekuensi sesuai dengan
aturan yang berlaku dan harus segera kembali normal bila sistem terkena
gangguan.
saling terkoneksi satu sama lain maka keluaran daya elektris berupa besaran
seperti tegangan dan frekuensi haruslah diperhatikan agar tidak ada pembangkit
yang kelebihan beban dan pembangkit yang lain bebannya kecil.
dimana setiap detik akan berubah-ubah, dengan adanya perubahan ini pasokan
daya listrik tetap dan harus disuplai dengan besaran daya yang sesuai, bila pada
saat tertentu terjadi lonjakan atau penurunan beban yang tidak terduga maka
perubahan ini sudah dapat dikategorikan ke dalam gangguan pada sistem tenaga
listrik yakni kondisi tidak seimbang antara pasokan listrik dan permintaan
energi listrik akibat adanya gangguan, baik pada pembangkit ataupun pada
Kestabilan suatu sistem tenaga listrik adalah kemampuan dari sistem itu
Sebaliknya ketidakstabilan suatu sistem adalah kehilangan sinkron dari sistem itu.
Jadi masalah kestabilan terkait dengan penilaian mesin sinkron setelah gangguan.
Untuk mempermudah analisis, masalah kestabilan secara umum dibagi dalam dua
kategori utama, yaitu kestabilan steady state (keadaan tunak) dan kestabilan
transient. Kestabilan steady state dipandang sebagai kemampuan dari sistem tenaga
dari kestabilan steady state dikenal sebagai kestabilan dinamik. Kestabilan dinamik
adalah suatu kestabilan yang difokuskan setelah terjadi gangguan kecil untuk waktu
dipandang pada gangguan yang mendadak seperti halnya pemutusan saluran yang
keseimbangan antara daya input mekanis pada penggerak mula (prime mover)
dengan daya output listrik pada sistem. Jika input mekanis tidak sesuai dengan
beban listrik, maka kecepatan sistem (frekuensi) dan tegangan akan menyimpang
dari normal. Kondisi yang lebih parah jika ketika terjadi masalah pada sistem,
seperti gangguan pada saluran transmisi atau hilangnya generator pada beban besar.
normal dan bertindak untuk menyimpan frekuensi dan tegangan normal. Namun,
perangkat kontrol tidak sempurna dan biasanya mengizinkan osilasi terjadi (variasi
a. Sifat alami dari ketidakstabilan yang dihasilkan terkait dengan parameter sistem
c. Divais, proses dan rentang waktu yang harus diambil untuk menjadi
sudut rotor diklasifikasikan menjadi Small Signal Stability dan transient Stability.
sistem tenaga listrik yang diidentifikasi berdasarkan kategori dan sub kategorinya.
2.2.1 Kestabilan Sudut rotor
yang terinterkoneksi dalam sebuah sistem tenaga listrik untuk tetap berada dalam
keadaan sinkron di bawah kondisi operasi setelah mengalami gangguan. Hal ini
dengan generator lain. Kehilangan sinkronisasi dapat terjadi antara satu mesin
dengan sistem atau antara beberapa kelompok mesin, antara sinkronisasi yang
lain. Kestabilan sudut rotor dibagi menjadi dua kategori, yaitu kestabilan
gangguan kecil (keadaan tunak) dan kestabilan gangguan besar (keadaan transien)
[12].
signifikan antara pembangkitan dan beban. Hal ini bergantung pada kemampuan
gangguan dari kondisi operasi awal yang diberikan. Itu tergantung pada
permintaan dan pasokan beban dari sistem tenaga. Ketidakstabilan yang mungkin
terjadi dalam bentuk jatuhnya atau naiknya tegangan beberapa bus. Kemungkinan
beberapa generator dapat dihasilkan dari pemadaman ini atau dari kondisi operasi
gangguan kecil (keadaan tunak) dan kestabilan gangguan besar (keadaan transien).
Gangguan stabilitas rotor sudut kecil (atau sinyal kecil) terkait dengan
kecil. Gangguan dianggap cukup kecil sehingga linierisasi persamaan sistem dapat
sistem. Ketidakstabilan yang mungkin terjadi dapat dari dua bentuk: i) peningkatan
sudut rotor melalui mode non-osilasi atau aperiodik karena kurangnya torsi
sinkronisasi, atau ii) osilasi rotor dari peningkatan amplitudo karena kurangnya
Dalam sistem daya saat ini, masalah stabilitas sudut rotor gangguan kecil
regulator tegangan generator yang bekerja terus menerus; Namun, masalah ini
masih dapat terjadi ketika generator beroperasi dengan eksitasi konstan ketika
Masalah stabilitas sudut rotor gangguan kecil dapat bersifat lokal atau
global. Masalah lokal melibatkan sebagian kecil dari sistem tenaga listrik, dan
biasanya dikaitkan dengan osilasi sudut rotor dari pembangkit listrik tunggal
terhadap sistem tenaga lainnya. Osilasi semacam itu disebut osilasi mode instalasi
lokal. Stabilitas (redaman) dari osilasi ini tergantung pada kekuatan sistem
transmisi seperti yang terlihat oleh pembangkit listrik, sistem kontrol eksitasi
besar generator dan memiliki efek samping yang lebih besar. Mereka melibatkan
generator di area lain. Osilasi semacam itu disebut osilasi mode inter-area.
Stabilitas sudut rotor gangguan besar atau stabilitas transien, seperti yang
transmisi. Respons sistem yang dihasilkan melibatkan kunjungan besar sudut rotor
pertama yang terkait dengannya mode tunggal; itu bisa merupakan hasil dari
superposisi dari mode ayunan interarea lambat dan mode ayunan lokal
Ini juga bisa merupakan hasil dari efek nonlinear yang mempengaruhi mode tunggal
gangguan. Ini dapat berlangsung hingga 10-20 detik untuk sistem yang sangat besar
teruma di wilayah Jawa, Sulsel, Nusa Tenggara dan Maluku. Beberapa pengembang
Banten, Sidrap, Bantul dan Jeneponto. Salah satu hal yang perlu dicermati dalam
PLTB [13]. Gambar dibawah ini merupakan peta lokasi potensial pembangkit listrik
Gambar 2.2 (a) Peta lokasi potensial angin di Indonesia. (b) Peta potensial angin
di Sulawesi Selatan.
batasan desain turbin. Sehingga, untuk setiap daerah dengan karakter sistem
berbeda, dibutuhkan kajian yang berbeda juga untuk menilai kelayakan proyek
listrik dunia. Daya output PLTB berfluktuasi karena untuk variasi kecepatan angin.
Makanya, jika jumlah besar generator tenaga angin terhubung ke sistem grid,
outputnya dapat menyebabkan masalah serius pada kualitas daya yang dihasilkan,
yaitu fluktuasi frekuensi dan tegangan mungkin terjadi. Untuk mengatasi masalah
ini, perataan kontrol output pembangkit listrik tenaga bayu sangat penting. Selain
itu, Magnet Superkonduktor Penyimpanan Energi adalah salah satu kunci teknologi
Angin disebabkan oleh gerakan molekul udara di atmosfer yang berasal dari
energi matahari. Semua benda statis termasuk molekul udara menyimpan energi
laten yang disebut dengan energi potensial. Pada saat molekul udara mulai
sejumlah manfaat dan kelebihan. Tidak seperti bahan bakar fosil yang
radioaktif, tenaga angin adalah sumber energi bersih dan ramah lingkungan.
Sebagai sumber energi yang tidak pernah habis dan bebas, itu tersedia dan banyak
tempat seperti pulau lepas pantai, di mana bahan bakar biasanya mahal dan rezim
memutar bilah turbin angin melalui aliran udara untuk mengubah energi angin
menjadi energi listrik. Pembangkit listrik tenaga angin dapat diasumsikan bervariasi
Energi angin menurut definisi adalah kandungan energi dari aliran udara
karena sifat gerakannya. Jenis energi ini disebut energi kinetik dan merupakan
fungsi dari massa dan kecepatan, yang dirumuskan sebagai berikut [14]:
1
𝐸𝑘 = . 𝑚 . 𝑣2 (2.1)
2
Dimana,
angin v, luas area yang dilewati oleh angin A, yang dirumuskan dengan :
m=Av (2.2)
Berdasarkan Persamaan (2.1) dan (2.2) dapat dirumuskan energi kinetik angin
sebagai berikut:
1
𝐸𝑘 = . ( 𝐴 𝑣) . 𝑣 2 (2.3)
2
Proses konversi energi angin menjadi daya mekanik pada turbin angin berdasarkan
persamaan energi kinetik. Berdasarkan Persamaan (2.3), daya angin yang ditangkap
Karena area tangkapan turbin angin berbentuk lingkaran, maka luas area
dituliskan dengan:
1
𝑃𝑤 = 𝐸𝑘 = . . π . 𝑅2. 𝑣 3 (2.5)
2
Daya angin yang ditangkap turbin (Pw) ini dikonversikan menjadi daya mekanik
(Pm) untuk memutar generator. Daya mekanik yang dihasilkan turbin angin
Koefisien daya adalah perbandingan antara daya mekanik yang dihasilkan turbin
dengan daya angin yang ditangkap turbin. Menurut hukum Betz, koefisien daya
ditentukan oleh kecepatan angin sebelum mengenai blade v1 dan kecepatan angin
Nilai koefisien daya ini dapat diartikan sebagai efisiensi turbin angin.
Berdasarkan Betz limit, efisiensi maksimum turbin angin hanya sekitar 59.26%.
Nilai koefisien daya ini ditentukan oleh Tip Speed Ratio (TSR) dan sudut pitch
turbin angin β. Sudut pitch merupakan sudut arah datang angin terhadap bidang
sudu rotor turbin, sedangkan TSR merupakan rasio kecepatan putaran jari-jari
Pada pembangkit listrik tenaga bayu, energi kinetik angin ini dikonversikan
menjadi energi listrik melalui dua konverter utama, yaitu turbin angin untuk
listrik. Ada beberapa jenis generator yang digunakan pada pembangkit listrik tenaga
angin, yaitu permanent magnet synchronous generator (PMSG) dan doubly fed
digunakan pada turbin angin kecepatan konstan dan DFIG berdasarkan sistem
konversi energi angin dapat digunakan untuk turbin angin dengan kecepatan yang
berubah-ubah.
Ketika turbin angin mendapat energi angin dengan kecepatan angin sebesar
v, maka turbin akan bergerak dengan kecepatan putaran ωm dan menghasilkan daya
mekanik sebesar Pm dengan torsi mekanik sebesar Tm. Daya mekanik yang
dihasilkan turbin angin linear dengan kubik dari kecepatan angin, sedangkan torka
mekaniknya linear dengan kuadrat dari kecepatan angin. Pada satu kecepatan angin,
daya mekanik turbin dapat berubah, sesuai dengan perubahan kecepatan putaran
poros rotor turbin. Hal yang sama juga berlaku pada torsi mekanik yang dihasilkan
turbin angin. Gambar 2.3 menunjukan kurva daya mekanik dan torsi mekanik turbin
𝒗𝟐
𝒗𝟏
(N.m)
Torsi Mekanik
𝒗𝟒
𝒗𝟑
𝒗𝟐
𝒗𝟏
(rpm)
dalam merancang pembangkit listrik tenaga angin. Salah satunya adalah batas
kecepatan angin yang dapat diterima oleh turbin angin. Berdasarkan kecepatan
angin operasi turbin angin dapat dibagi atas empat zona, seperti yang ditunjukkan
1) Cut in: Berada pada zona kecepatan angin 0 sampai v1. Pada zona ini turbin
angin tidak dioperasikan karena daya mekanik yang dihasilkan belum cukup
2) Zona 1: Berada pada zona kecepatan angin v1 sampai v2. Pada zona ini daya
mekanik turbin angin di bawah rating daya generator. Pada zona ini kecepatan
putaran turbin dikendalikan untuk tetap pada titik koefisien daya maksimum
angin. Sudut pitch turbin β dibuat konstan pada titik koefisien daya
maksimum.
3) Zona 2: Berada pada zona kecepatan angin v2 sampai v3. Pada zona 2
dikontrol agar sama dengan rating daya elektrik generator sehingga kecepatan
tetap konstan.
4) Cut Out: Berada pada zona kecepatan besar dari vw3. Pada zona ini turbin
DIgSILENT adalah Newton Rhapson. Ada dua pilihan yang bisa digunakan:
a) Classical Newton Rhapson dengan Power Equation, pilihan ini digunakan untuk
- Contingency Analysis
- Quasi-Dynamic Simulation
- RMS/EMT Simulation
- Modal Analysis
- Harmonics/Power Quality
- Realibility Analysis
- Protection
DAFTAR PUSTAKA
[5] ESDM, "Peresmian Proyek Infrastruktur Listrik Oleh Presiden RI: Pertama Kali,
Indonesia Kini Punya Listrik Tenaga Angin, 30 Tower, Kapasitas 75 MW," 2019.
[Online]. Available: www.esdm.go.id. [Accessed September 2019].
[6] ESDM, "PLTB Tolo Sukses Beroperasi Komersial Tahap II Siap Dikembangkan,"
2019. [Online]. Available: www.esdm.go.id. [Accessed September 2019].
[7] Adriani, "Kestabilan Sudut Rotor Pada Sistem Kelistrikan Sul-Sel," Universitas
Hasanuddin, 2012.
[8] Rosalina, Analisis Kestabilan Peralihan Sistem Tenaga Listrik Dengan Metode
Lyapunov, Universitas Indonesia: Depok, 2010.
[11] P. Kundur, Power System and Stability Control, New York: McGraw-Hill, Inc, 1994.
[12] d. Prabha Kundur, "Definition and Classification of Power System Stability," IEEE
Transactions On Power Systems, vol. 19, no. 2, p. 1387, 2004.
[13] K.ESDM, Rencana Usaha Penyediaan Tenaga Listrik PT.PLN (Persero), Jakarta:
Menteri ESDM Republik Indonesia, 2017.
[14] d. Jyoti Wavhal, "Wind Power Generation," Advance in Electronics and Computer
Science, vol. 2, no. 2, p. 31, 2015.
[15] PNPM-MP, Buku Panduan Energi Terbarukan, Indonesia: Contained energy
Indonesia, 2011.
[16] W. Tong, "Wind Power Generation and Wind Turbine Design," WIT Transaction on
State of the Art in Science and Engineering, vol. 44, 2010.
[17] d. Muldi Yuhendri, "Maximum Output Power Tracking of Wind Turbine Using
Inteligent Control Approach," Telkomnika, vol. 9, pp. 217-226, 2011.