Percobaan II Analisis Aliran Daya Wildan Abdullah (13115048) Asisten : Anggi Mukti Saputra (13112010) Tanggal Percobaan : 24/03/2018 EL3217 Praktikum Sistem Tenaga Elektrik Laboratorium Teknik Elektro Institut Teknologi Sumatera
Pada praktikum modul dua ini dilakukan Abstra Abstrak k — Pada pe percob rcobaan untuk untuk mengeta ngetahui hui alira lir an daya sistem sistem tenaga naga listrik. Pada percobaannya dilakukan terlebih dahulu i nisiali ni sialisa sasi si kondi kondi si awal awal yai yai tu kondi kondi si base base.. K emudi udi an dilak dilakuk ukan an per per ubahan pada pada parameter parameter--parameter parameter pada pada pe persent rsenta ase naik naik dan dan turun turun la lalu diliha ili hatt hasil hasil pe peruba rubahanny hannya a. K esimpulan dari dari per per cobaa cobaan n pada pada modul odul i ni adalah adalah ji ka terj adi perubahan peru bahan par param amete eterr pada pada salah satu kom kompone ponen n siste sistem tenaga naga maka parame rameter lainnya lainnya juga dapat beruba rubah. Simulink, MATLAB, aliran, daya. K ata ata K unci — Simulink,
I. PENDAHULUAN
D
ALAM rangkaian sistem tenaga listrik dikenal suatu analisis yang dapat mengetahui parameter-parameter pada komponen sistem tenaga listrik seperti tegangan, daya semu, daya reaktif, dan daya aktif. Kesemuanya termasuk ke dalam proses analisis aliran daya pada sistem tenaga listrik.. Pada praktikum kali ini akan disimulasikan rangakaian pembangkit tenaga listrik. menggunakan Simulink MATLAB dan melihat perubahan-perubahan parameter yang terjadi. Adapun tujuan praktikum kali ini adalah : Memahami konsep aliran daya pada suatu sistem tenaga listrik. Melaukan analisis terhadap perubahan-perubahan aliran daya pada suatu sistem tenaga listrik dengan menggunakan SimPowerSystems TM dan Simulink pada MATLAB.
teks mengenai analisis sistem tenaga). Permasalahan mendasar yang dipecahkan dengan studi aliran daya ini adala h menemukan aliran daya pada setiap saluran dan transformator di jaringan, serta besar tegangan dan sudut phasa pada setiap busbar di jaringan, setelah data konsumsi daya pada titik -titik beban dan produksi daya pada sisi generator diketahui. Analisa solusi aliran daya ini akan memberikan gambaran apakah sistem tenaga yang ada memiliki peformansi yang memenuhi kriteria-kriteria yang telah ditetapkan pada sistem tersebut, seperti antara lain: Pembebanan komponen dan rangkaian Tegangan bus pada kondisi mantap Aliran daya reaktif Rugi-rugi sistem Undervoltage adalah kondisi di mana tegangan mencapai 10% di bawah tegangan nominalnya selama 1 menit atau lebih. Overvoltage kondisi di mana tegangan mencapai 10% di bawah tegangan nominalnya selama 1 menit atau lebih. Overload adalah kondisi dimana kebutuhan daya lebih besar dari yang dapat disediakan oleh sumber.
III. METODOLOGI A. Alat dan Bahan
Satu unit laptop / computer Software MATLAB
B. Langkah Kerja 1.
Percobaan 1 : Pembuatan Rangkaian Aliran Daya
II. LANDASAN TEORETIS Studi aliran daya menghitung tegangan arus, daya aktif, daya reaktif dan faktor daya pada suatu sistem tenaga. Perencanaan, perancangan dan pengoperasian sistem tenaga membutuhkan perhitungan-perhitungan tersebut untuk menganalisis performansi sistem pada kondisi mantap dalam berbagai macam kondisi operasi. Pada praktikum ini, solusi aliran daya diperoleh dengan menggunakan SimPowerSystems™ dan Simulink® pada MATLAB (untuk mengerti detail formula perhitungan aliran daya, praktikan disarankan untuk membaca panduan buku
Buatlah Rangkaian seperti yang ada pada modul.
Masukkan parameter-parameter komponen sesuai dengan yang terdapat pada modul.
Simulasikan rangkaian tersebut.
IV. HASIL DAN A NALISIS A. Percobaan 1 : Simulasi Rangkaian Aliran Daya
2.
Percobaan 2 : Simulasi Rangkaian Aliran Daya dengan Perubahan Parameter Generator Ubah Parameter Generator 2. Catat perubahan parameter-parameter (tegangan, sudut tegangan, daya aktif, dan daya reaktif) pada setiap titik pengukuran, dengan 5 kondisi perubahan parameter (MVA GEN 2 < -20%, -10%, 0 , +10% , +20% > )
3.
Percobaan 3 : Simulasi Rangkaian Aliran Daya dengan Perubahan Parameter Beban
(MVA Static Load 1 atau 2 < -20%, -10%, 0 , +10% , +20% > ) a. Ubah Parameter Beban 1. Catat perubahan parameter-parameter (tegangan, sudut tegangan, daya aktif, dan daya reaktif) pada setiap titik busbar. b. Ulangi langkah di atas untuk Beban2.
4.
Percobaan 4 : Simulasi Rangkaian Aliran Daya dengan Perubahan Parameter Line
(Panjang Line < -50%, -25%, 0 , +25% , +50% > ) a. Ubah Parameter Line 1. Catat perubahan parameter parameter (tegangan, sudut tegangan, daya aktif, dan daya reaktif) pada setiap titik busbar. b. Ulangi langkah di atas masing-masing untuk Line 2, 3 dan 4.
5.
Percobaan 5 : Simulasi Rangkaian Aliran Daya dengan Perubahan Parameter Transformator
(MVA Trafo < -75%, -50%, -25%, 0 > ) a. Ubah Parameter Trafo 3. Catat perubahan parameter-parameter (tegangan, sudut tegangan, daya aktif, dan daya reaktif) pada setiap titik busbar. b. Ulangi langkah di atas untuk Trafo 4.
Pada percobaan 1 ini, rangakaian disimulasikan dengan kondisi awal yaitu menggunakan parameter parameter yang sudah ditentukan dalam modul. Hasil yang didapatkan adalah sebagai berikut. Komponen Generator 1 Generator 2 Static Load 1 Static Load 2 Dynamic Load 1 Dynamic load 2 Trafo 1 Trafo 3 Trafo 4 Trafo 5 Trafo 6
Tegangan (pu) 1 1 0.8453 0.8177 0.8453 0.8177 0.9968 0.9968 0.9908 0.8468 0.8210
Keadaan Normal Normal Undervoltage Undervoltage Undervoltage Undervoltage Normal Normal Normal Undervoltage Undervoltage
Tabel 1. Percobaan 1
Kondisi di atas diukur ketika daya pada generator 2 atau generator PV aktif 400 MW. Data pada tabel 1 menunjukkan bahwa semua beban dan beberapa trafo pada rangkaian mengalami undervoltage. Hal ini disebabkan oleh generator tidak cukup untuk men- supply daya yang dibutuhkan oleh beban sehingga akan terjadi kekurangan daya pada beban yang mengakibatkan beban dan beberapa trafo dalam keadaan undervoltage. Untuk melihat data lebih lengkap dapat dilihat pada lampiran. B. Percobaan II : Simulasi Rangkaian Aliran Daya dengan Perubahan Parameter Generator Berikut adalah pengukuran daya dan tegangan pada beban ketika parameter dari daya semu generator 2 atau generator PV diubah menjadi -20%, 0%, dan +20%. Hasil yang didapatkan adalah sebagai berikut. Tabel 2. Daya Static Load 1 ketika terjadi perubahan parameter pada generator 2
Perubahan Parameter -20% 0% +20%
Daya (MW) 114.24 114.31 114.37
Tabel 3. Tegangan Static Load 1 ketika terjadi perubahan parameter pada generator 2
Perubahan Parameter -20% 0% +20%
Tegangan (pu)
0.8450 0.8453 0.8455
Tabel 4. Daya Static Load 2 ketika terjadi perubahan parameter pada generator 2
Perubahan Parameter -20% 0% +20%
Daya (MW) 106.90 106.97 107.30
Tabel 5. Tegangan Static Load 2 ketika terjadi perubahan parameter pada generator 2
Perubahan Parameter -20% 0% +20%
Tegangan (pu) 0.8174 0.8177 0.8179
Dapat dilihat pada tabel 2 sampai 5 tidak terjadi perubahan yang signifikan baik daya dan tegangan dari beban statik pertama dan kedua ketika terjadi perubahan parameter pada generator 2 atau generator PV. Tegangan pada beban statik pertama dan kedua pun masih dalam keadaan undervoltage. Hal ini disebabkan masih ada generator 1 atau generator swing yang dapat membantu supply daya pada rangakaian. C. Percobaan III : Simulasi Rangkaian Aliran Daya dengan Perubahan Parameter Beban Berikut adalah pengukuran daya dan tegangan pada beban ketika parameter dari daya semu beban statik 1 diubah menjadi -20%, 0%, dan +20%. Hasil yang didapatkan adalah sebagai berikut. Tabel 6. Daya Static Load 1 ketika terjadi perubahan parameter pada beban statik 1
Perubahan Parameter -20% 0% +20%
Daya (MW) 93.25 114.31 134.54
-20% 0% +20%
108.49 106.97 105.48
Tabel 8. Tegangan Static Load 2 ketika terjadi perubahan parameter pada beban statik 1
Perubahan Parameter -20% 0% +20%
Tegangan (pu) 0.8234 0.8177 0.8120
Dalam keadaan parameter beban statik 1 berubah terjadi juga perubahan terhadap daya dan tegangan pada beban statik 1 dan beban statik 2. Beban statik satu mengalami kenaikan daya dan sebaliknya beban statik dua mengalami penurunan daya. Hal ini terjadi karena adanya perubahan daya semu yang terjadi pada beban statik satu sehingga mengambil daya terlalu banyak dari generator dan mengakibatkan daya pada beban statik dua menurun. Selanjutnya ditinjau dari tegangan beban statik satu dan beban statik dua keduanya sama-sama mengalami penurunan dan masih dalam keadaan undervoltage. Tabel 9. Daya Generator 1 ketika terjadi perubahan parameter pada beban statik 1
Perubahan Parameter -20% 0% +20%
Daya (MW) 266.32 275.36 284.39
Daya pada generator 1 mengalami kenaikan ketika terjadi perubahan daya semu pada beban statik satu. Hal ini disebabkan beban statik satu mendapatkan supply langsung dari generator 1 sehingga generator 1 harus menyesuaikan daya yang dibutuhkan oleh beban statik 1 ketika terjadi perubahan pada parameternya. Berikut adalah pengukuran daya dan tegangan pada beban ketika parameter dari daya semu beban statik 2 diubah menjadi -20%, 0%, dan +20%. Hasil yang didapatkan adalah sebagai berikut. Tabel 10. Daya Static Load 1 ketika terjadi perubahan parameter pada beban statik 2
Tabel 7. Tegangan Static Load 1 ketika terjadi perubahan parameter pada beban statik 1
Perubahan Parameter -20% 0% +20%
Perubahan Parameter -20% 0% +20%
Tabel 11. Tegangan Static Load 1 ketika terjadi perubahan parameter pada beban statik 2
Tegangan (pu) 0.8535 0.8453 0.8371
Tabel 8. Daya Static Load 2 ketika terjadi perubahan parameter pada beban statik 1
Perubahan Parameter
Daya (MW)
Perubahan Parameter -20% 0% +20%
Daya (MW) 115.89 114.31 112.76
Tegangan (pu) 0.8511 0.8453 0.8539
Tabel 12. Daya Static Load 2 ketika terjadi perubahan parameter pada beban statik 2
Perubahan Parameter -20% 0% +20%
Daya (MW) 87.84 106.97 125.06
Tabel 13. Tegangan Static Load 2 ketika terjadi perubahan parameter pada beban statik 2
Perubahan Parameter -20% 0% +20%
Tegangan (pu) 0.8284 0.8177 0.8077
Dalam keadaan parameter beban statik 2 berubah terjadi juga perubahan terhadap daya dan tegangan pada beban statik 1 dan beban statik 2. Beban statik satu mengalami penurunan daya dan sebaliknya beban statik dua mengalami kenaikan daya. Hal ini terjadi karena adanya perubahan daya semu yang terjadi pada beban statik 2 sehingga mengambil daya terlalu banyak dari generator dan mengakibatkan daya pada beban statik 1 menurun. Selanjutnya ditinjau dari tegangan beban statik satu dan beban statik dua, keduanya sama-sama mengalami penurunan yang tidak signifikan dan masih dalam keadaan undervoltage. Tabel 14. Daya Generator 1 ketika terjadi perubahan parameter pada beban statik 1
Perubahan Parameter -20% 0% +20%
Daya (MW) 267.02 275.36 283.56
Pada keadaan ini daya generator 1 juga mengalami kenaikan ketika terjadi perubahan daya semu pada beban statik dua. Penyebabnya hal tersebut adalah karena daya generator 2 juga bergantung pada generator 1 sehingga beban statik dua membutuhkan daya supply tambahan dari generator 1. D. Percobaan IV : Simulasi Rangkaian Aliran Daya dengan Perubahan Parameter Line Berikut adalah pengukuran daya dan tegangan pada beban ketika parameter dari daya semu line 1 diubah menjadi -50%, 0%, dan +50%. Hasil yang didapatkan adalah sebagai berikut. Tabel 15. Daya Static Load 1 ketika terjadi perubahan parameter pada line 1
Perubahan Parameter -50% 0% +50%
Daya (MW) 114.32 114.31 114.30
Tabel 16. Tegangan Static Load 1 ketika terjadi perubahan parameter pada line 1
Perubahan Parameter -50% 0% +50%
Tegangan (pu) 0.8453 0.8453 0.8452
Tabel 17. Daya Static Load 2 ketika terjadi perubahan parameter pada line 1
Perubahan Parameter -50% 0% +50%
Daya (MW) 106.98 106.97 106.96
Tabel 18. Tegangan Static Load 2 ketika terjadi perubahan parameter pada line 1
Perubahan Parameter -50% 0% +50%
Tegangan (pu) 0.8177 0.8177 0.8176
Tabel 19. Daya Generator 1 ketika terjadi perubahan parameter pada line 1
Perubahan Parameter -50% 0% +50%
Daya (MW) 275.32 275.36 275.39
Hasil lengkap dari tabel-tabel di atas dapat dilihat pada lampiran. Dapat dilihat pada tabel di atas ketika terjadi perubahan parameter panjang line 1 diperkecil/diperpendek akan meningkatkan daya beban statik pada beban statik 1 dan beban statik 2 serta meningkatan pula tegangan pada beban statik 1 dan beban statik 2, namun masih dalam keadaan undervoltage. Hal ini deisebabkan karena apabila line transmisi lebih pendek maka sifat parasitik dari line akan semakin mengecil dan menyebabkan rugi-rugi daya akan berkurang. Pada generator 1 akan menyebabkan daya yang disupply pada beban akan lebih besar. Tetapi perubahan parameter panjang line1 ini tidak mempengaruhi efek yang signifikan. Berikut adalah pengukuran daya dan tegangan pada beban ketika parameter dari daya semu line 2 diubah menjadi -50%, 0%, dan +50%. Hasil yang didapatkan adalah sebagai berikut. Tabel 20. Daya Static Load 1 ketika terjadi perubahan parameter pada line 2
Perubahan Parameter -50% 0%
Daya (MW) 132.07 114.31
+50%
Tabel 25. Daya Static Load 1 ketika terjadi perubahan parameter trafo 3
100.41
Perubahan Parameter -75% -25% 0%
Tabel 21. Tegangan Static Load 1 ketika terjadi perubahan parameter pada line 2
Perubahan Parameter -50% 0% +50%
Tegangan (pu) 0.9086 0.8453 0.7922
Tabel 26. Tegangan Static Load 1 ketika terjadi perubahan parameter pada trafo 3
Perubahan Parameter -75% -25% 0%
Tabel 22. Daya Static Load 2 ketika terjadi perubahan parameter pada line 2
Perubahan Parameter -50% 0% +50%
Daya (MW) 118.90 106.97 97.27
Perubahan Parameter -75% -25% 0%
Tegangan (pu) 0.8260 0.8177 0.7797
Daya (MW) 106.97 106.97 106.97
Tabel 28. Tegangan Static Load 2 ketika terjadi perubahan parameter pada trafo 3
Perubahan Parameter -75% -25% 0%
Tabel 24. Daya Generator 1 ketika terjadi perubahan parameter pada line 2
Perubahan Parameter -50% 0% +50%
Tegangan (pu) 0.8453 0.8453 0.8453
Tabel 27. Daya Static Load 2 ketika terjadi perubahan parameter pada trafo 3
Tabel 23. Tegangan Static Load 2 ketika terjadi perubahan parameter pada line 2
Perubahan Parameter -50% 0% +50%
Daya (MW) 114.31 114.31 114.31
Daya (MW) 284.84 275.36 268.38
Tegangan (pu) 0.8177 0.8177 0.8177
Tabel 29. Daya Generator 1 ketika terjadi perubahan parameter pada trafo 3
Perubahan Parameter -75% -25% 0%
Dapat dilihat data pada tabel, terjadi perubahan yang sangat signifikan dibandingkan perubahan parameter yang terjadi pada line 1. Terlihat bahwa seiring berkurangnya panjang line 2 maka daya dan tegangan pada beban statik 1 dan beban statik 2 akan meningkat. Dalam percobaan keempat ini juga didapatkan hasil tegangan beban statik 1 normal yaitu pada saat parameter pada line 2 diubah -50%. Pada kasus ini perubahan panjang line transmisi lebih efektif karena line transmisi 2 adalah line transmisi tegangan rendah yakni pada 20 kV. Oleh karena itu perubahan pada line 2 lebih berpengaruh. Hal yang serupa terjadi pada perubahan line 4 dapat dilihat pada lampiran.
Daya (MW) 274.74 275.15 275.36
Dapat dilihat pada tabel di atas perubahan trafo 3 pada beban tidak menimbulkan efek yang signifikan. Pada saat nilai trafo diturunkan maka nilai generator juga akan ikut turun. Hal ini terjadi karena kemampuan trafo untuk mentransfer daya turun apabila nilai trafo diturunkan. Untuk itu maka generator yang terhubung pada trafo ini harus menurunkan supply dayanya juga. Untuk detail data keseluruhan dapat dilihat pada lampiran. V. SIMPULAN
E. Percobaan IV : Simulasi Rangkaian Aliran Daya dengan Perubahan Parameter Trafo Berikut adalah pengukuran daya dan tegangan pada beban ketika parameter dari daya semu trafo 3 diubah menjadi -75%, 0%, dan +25%. Hasil yang didapatkan adalah sebagai berikut.
Praktikan berhasil menganalisis aliran daya dengan menggunakan Simpowersystem dan Simulink pada MATLAB. Dalam sistem yang supply nya tidak berubah. Maka peningkatan dari nilai beban akan menyebabkan undervoltage.
Pada sistem tenaga semakin berkurangnya / semakin pendek nilai line transmisi maka transfer daya akan semakin baik. Terlebih dalam sistem tegangan rendah. Dengan menganalisis aliran daya dapat diketahui rugi-rugi dan keadaan masing-masing komponen sistem tenaga. Perubahan nilai trafo mempengaruhi kemampuan trafo untuk mentransfer daya. Pada percobaan ini hanya ditemukan satu kondisi di mana beban dalam keadaan normal yaitu pada saat kondisi panjang line transmisi berubah -50%. Untuk mengatasi undervoltage yang paling berpengaruh adalah panjang line transmisi, besar nilai beban, supply generator dan trafo. Apabila diurutkan terhadap tingkat efektivitasnya. R EFERENSI
[1] [2] [3] [4]
Mathworks, SimPowerSystems™, User’s Guide, 2004– 2011. Mathworks, Control System Toolbox™, User’s Guide, 2004– 2011. Viktor M. Perelmuter, Electrotechnical Systems, Simulation with Simulink® and SimPowerSystems™, 2013. Tim Penyusun, Modul Praktikum Sistem Tenaga Elektrik, Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer, Bandung, 2017.
LAMPIRAN
1. Percobaan 1 (kondisi 0% semua)
2. Percobaan 2 : Simulasi Rangkaian Aliran Daya dengan Perubahan Parameter Generator Perubahan -20% dan 20% berurut
3. Percobaan 3 : Simulasi Rangkaian Aliran Daya dengan Perubahan Parameter Beban Perubahan parameter static load 1 dan static load 2 -20% dan 20% berurut
4. Percobaan 4 : Simulasi Rangkaian Aliran Daya dengan Perubahan Parameter Line Transmisi Perubahan parameter line 1 dan line 2 (-50% dan 50% berurut)
5. Percobaan 5 : Simulasi Rangkaian Aliran Daya dengan Perubahan Parameter Trafo Perubahan parameter trafo 1 dan line 2 (-75% dan -25% berurut)