Analisa Tanggapan Frekuensi Akibat Masuknya Distributed..........................................Teuku Hasannuddin

9

ANALISA TANGGAPAN FREKUENSI AKIBAT MASUKNYA DISTRIBUTEDGENERATION PADA SISTEM INTERKONEKSI JAMALI

Teuku Hasannuddin1

1Dosen Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe

ABSTRAKAnalisa stabilitas dinamik menyangkut tanggapan frekuensi akibat adanya distributed generation pada sisteminterkoneksi Jamali dilakukan untuk mengetahui tanggapan frekuensi dari masing-masing pembangkit sebelum dansetelah pemasangan distributed generation bila terjadi pelepasan beban dalam rentang waktu satu detik dari detikkedua sampai dengan detik ketiga sebesar 20% pada setiap bus. Dampak pemasangan distributed generation padasistem interkoneksi Jamali dengan tingkat penetrasi sebesar 20% dari jenis generator sinkron bila terjadi pelepasanbeban dalam rentang waktu satu detik dari detik kedua sampai dengan detik ketiga sebesar 20% pada setiap busmenunjukan perbaikan tanggapan frekuensi dari seluruh pembangkit berupa penurunan frekuensi maksimumantara 0,16 - 0,37 Hz dan kenaikan lamanya osilasi dan settling time untuk seluruh pembangkit berkisar antara20,3 - 22,17 detik dan 12,65 - 14,51 detik.Kata kunci: distributed generation, frekuensi, settling time

I. PENDAHULUAN

Distributed generation bukanlah konsepbaru, namun telah lama dikenal dalam dunia sistemketenagalistrikan yang ditandai dengan TotalEnergy percobaan sekitar tahun 1960. Yang manaDistributed generation adalah suatu konsep sistemtenaga listrik yang tidak terpusat. Di beberapawilayah atau negara distributed generation dikenaldengan istilah yang berbeda-beda, seperti negara-negara Anglo-Saxon dikenal dengan embeddedgeneration, di Amerika bagian utara dikenal dengandispersed generation, dan di Eropa serta sebagianAsia dikenal dengan decentralised generation(Knazkins, 2004).

Penelitian ini merupakan sebuah simulasimengenai tanggapan frekuensi pada sub sistem 500kV interkoneksi Jamali dengan adanya penambahandistributed generation. Pengamatan dilakukanterhadap semua pembangkit yang terhubung padasub sistem 500 kV interkoneksi Jamali yaitupembangkit Suralaya, Paiton, Cirata, Gresik,Sanguling, Grati, Tanjung Jati, dan Muara Tawarakibat adanya penambahan distributed generationdari jenis generator sinkron dengan tingkat penetrasisebesar 20% pada saat terjadi gangguan berupapelepasan beban sebesar 20%.

II. TINJAUAN PUSTAKA

Hasannuddin (2010) dampak pemasangandistributed generation pada sisten interkoneksiJamali dengan tingkat penetrasi sebesar 20% darijenis generator sinkron bila terjadi pelepasan bebandalam rentang waktu satu detik dari detik keduasampai dengan detik ketiga sebesar 20% pada setiapbus menunjukan perbaikan tanggapan tegangan dariseluruh pembangkit berupa penurunan teganganmaksimum antara 0,00 - 0,020 pu.

Yongning dkk (2006) meneliti mengenaikestabilan tegangan pada generator denganpenggerak mulanya turbin angin yang dihubungkanpada jaringan transmisi 220 kV. Dari penelitiantersebut menunjukan bahwa karakteristik daristabilitas tegangan turbin angin jenis Doubly FedInduction Generator (DFIG) lebih baik dari jenisInduction Generator (IG) dimana turbin angin jenisDoubly Fed Induction Generator (DFIG) memilikitegangan pemulihan yang lebih baik dari jenisInduction Generator (IG) pada rating yang sama.

Syukriyadin dan Gunadin (2005)menyimpulkan bahwa untuk kasus sistem Jawa-Bali500 kV bus 15 (Pedan) adalah merupakan bus yangterlemah. Sehingga untuk meningkatkan kestabilansistem dan perencanaan pengembangan sistemkedepan maka pada bus ini sebaiknya dipasangperalatan kompensasi daya reaktif (Compensator,SVC, Statcom dan lain-lain).

Syahrizal dkk (2005) juga menyatakanbahwa kestabilan dinamik sistem tenaga dapatditingkatkan dengan melakukan metode kontrolumpan balik yang optimal. Dimana bila tejadigangguan sistem lebih cepat mencapai konvergendengan overshoot yang rendah.

Zulfikar (2004) dengan adanya penerapanPower System Stabilizer (PSS) sebagai konpensasiuntuk memperbaiki watak stabilitas sistem tenagaterhadap pelepasan beban dengan mengamatiperubahan sudut rotor, tegangan dan daya elektrik.Dari hasil pengamatan menunjukkan bahwapemasangan Power System Stabilizer (PSS)memberikan pengaruh terhadap redaman waktuosilasi sebesar 50% - 64% dan overshoot sebesar 0 -0.13%.

Mithulananthan dkk (2004) menelititentang peletakan distributed generation akan dapatmengurangi rugi-rugi daya pada jaringan bilapeletakan dan ukuran dari dari generator tersebut

Jurnal Litek Volume 8 Nomor 1, Maret 2011: hal. 9-13

10

sesuai dengan kondisi sistem tersebut. Dari hasilpenelitian tersebut didapatkan pengurangan rugi-rugidaya sebesar 80,72% dari total rugi-rugi sebesar386,5 kW.

Knazkins (2004) distributed generationmemungkinkan memberi pengaruh terhadap sistemtenaga listrik pada pengoperasian, kendali danstabilitas bila perbandingan penetrasinya besar.Dampak tersebut dapat berupa rugi-rugi padajaringan, kualitas daya, hubung singkat yangberpengaruh terhadap proteksi dan stabilitas sistem.Pengaruh dari distributed generation pada sistemtenaga listrik selain sangat ditentukan oleh tingkatpenetrasinya juga sangat ditentukan oleh teknologidan model pengoperasian dari distributed generationtersebut. Jika ukuran dan penempatan daridistributed generation tersebut sesuai, maka akanmemberikan pengaruh yang baik terhadap kontrol,operasi dan stabilitas sistem tenaga listrik tersebut.

Sentralisasi dan desentralisasi

Sentralisasi pada awalnya merupakanpemusatan pembangkit energi listrik danpegoperasiannya pada satu titik atau satu wilayah.Sejalan dengan perkembangan sistem tenaga listrikpengertian sentralisasi menjadi meluas, yaitu sistemtenaga listrik dengan pembangkit energi listriknyaberkapasitas besar yang dihubungkan pada sistemtegangan tinggi atau sistem transmisi. Sistem sepertiini disebut juga dengan sistem distribusi pasif.Penyebutan sistem distribusi pasif karena tidak adapembangkit energi listrik yang dihubungkan padasub sistem tegangan menengah atau sistemdistribusi. Gambar 1 menunjukan sentralisasi sistemtenaga listrik.

Gambar 1. Sentralisasi sistem tenaga listrik(distribusi pasif)

Desentralisasi sistem tenaga listrik pada awalnyamerupakan penempatan pembangkit energi listriksecara terdistribusi, artinya setiap wilayah atau kotamemiliki pembangkit energi listrik tersendiri danpembangkit energi listrik tersebut satu sama lainnyatidak terhubung (tidak terkoneksi). Sejalan denganperkembangan teknologi dibidang pembangkitanpengertian desentralisasi sistem tenaga listrik lebihmeluas yaitu pembangkit energi listrik yang satusamalainnya saling terhubung (interkoneksi) danjenis dari teknologi pembangkit energi listrik

tersebut bervariasi tidak hanya dari generatorsinkron tetapi lebih meluas kepada generatorasinkron dan pembngkit listrik tanpa mesin berputarseperti solar cell. Desentralisasi sistem tenaga listrikdisebut juga dengan sistem distribusi aktif, karenapada sistem distribusinya dihubungkan pembangkitenergi listrik. Gambar 2 menunjukan desentralisasisistem tenaga listrik.

Gambar 2. Desentralisasi sistem tenaga listrik(distribusi aktif)

Teknologi distributed generation

Teknologi distributed generation dapatberupa dari jenis turbin angin, fuel cell, sel surya,dan mikro turbin. Tabel.1 berikut ini menunjukanteknologi dan daya dari distributed generation.

Tabel.1 Teknologi distributed generationNo Teknologi Daya

1 Combined Cycle GasT. 35−400 MW

2 Internal CombustionEngines 5 kW −10 MW

3 Combustion Turbine 1−250 MW4 Micro-Turbines 35 kW −1 MW5 Small Hydro 1−100 MW6 Micro Hydro 25 kW −1 MW7 Wind Turbine 200 W −3 MW8 Photovoltaic Arrays 20 W −100 kW

9 Solar Thermal, CentralReceiver

1−10 MW

10 Solar Thermal, LutzSystem

10−80 MW

11 Biomass Gasification 100 kW −20 MW12 Fuel Cells, PhosAcid 200 kW −2 MW

13 Fuel Cells, MoltenCarbonate

250 kW −2 MW

14 Fuel Cells, ProtonExchange

1−250 kW

15 Fuel Cells, SolidOxide

250 kW −5 MW

16 Geothermal 5−100 MW17 Ocean Energy 0.1−1 MW18 Stirling Engine 2−10 kW19 Battery Storage 0.5−5 MW

Analisa Tanggapan Frekuensi Akibat Masuknya Distributed..........................................Teuku Hasannuddin

11

Komponen dasar sistem tenaga listrik

Komponen sistem tenaga listrik,diperlihatkan pada Gambar 3. Pada gambar tersebutditunjukkan unit pembangkit yang terdiri daripenggerak mula dan generator, trafo, jaringan yangterdiri dari transmisi dan distribusi, dan beban.

Gambar 3. Komponen sistem tenagalistrik

Unit pembangkitMachowski (1997) pada sistem tenaga

listirk moderen sumber energi primer untukmenggerakan penggerak mula (prime over) tidakhanya berupa bahan bakar fosil seperti minyak, batubara, dan gas, akan tetapi sudah menggunakan energiyang dapat diperbaharui yang bersumber dari biogas,hidro, angin, solar, geothermal, gelombang laut.Dimana energi tersebut memiliki tingkat pencemaranlingkungan yang rendah.

Komponen dasar pada unit pembangkitberupa penggerak mula (prime over) yang terdiridari turbin, governor beserta peralatan kontrolkecepatannya, dan generator sinkron, eksitasi, danregulator tegangan dengan tegangan umpanbaliknya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Komponen dasar pembangkit

TurbinTelah dikenal bermacam-macam turbin

seperti turbin air, turbin uap, gas, angin dan lainsebagainya, dimana setiap turbin mempunyaikarakteristik yang berbeda-beda. Pada turbin uapkonversi energi mekanik merupakan prosestermodinamik, dimana uap diekspresikan melaluiturbin tekanan rendah, menengah dan tinggi, secaranormal semuanya pada satu poros. Energi uap yangdihasilkan pada boiler oleh turbin dikonversikanmenjadi energi mekanik melalui sudu-sudu turbinyang terhubung dengan poros generator.

GovernorGovernor adalah peralatan untuk

mempertahankan kecepatan konstan generator

sinkron. Bila terjadi perubahan beban, ataugangguan hubung singkat maka kecepatan sinkrongenerator akan berubah, untuk mengembalikankecepatan sinkron generator maka governor akanmengatur masukan daya mekanik (uap, air atau gas)sehingga kecepatan sinkron generator kembalikepada kecepatan semula.

GeneratorUmumnya generator yang terhubung pada

sistem yang besar adalah generator sinkron tigaphasa. Fungsi dari generator sinkron adalahmengubah energi mekanik yang datang dari turbinmenjadi energi listrik yang disalurkan ke beban.Komponen utama dari generator sinkrion ini adalah:

belitan jangkar belitan medan

Pada generator yang berkapasitas besarbelitan jangkarnya terletak pada stator dan belitanmedannya terletak pada rotor.

III. METODE PENELITIAN

Penelitian ini dimaksudkan untukmengamati perubahan frekuensi sistem interkoneksisub sistem 500 kV Jamali akibat masukyadistributed generation pada sistem tersebut. Tahap-tahap penelitian yang dilakukan sebagai berikut:1. Membuat one line diagram sebelum dan setelah

pemasangan distributed generation.2. Menentukan nilai ekivalen daya dan konstanta

inersia (H) generator. Pada sub sistem 500 kVJamali generator yang terpasang pada setiapbusnya terdiri dari beberapa generator, untukmembatasi banyaknya persamaan ayunan makadalam simulasi penelitian ini generator tersebutdigabungkan menjadi satu generator ekivalensehingga perlu dihitung kapasitas daya dankonstanta inersia dari generator ekivalentersebut. Nilai tersebut dihitung denganpersamaan berikut:

n

iiekivalen PP

1

,i= 1, ....n (1)

n

iiekivalen HH

1

,i = 1, ....n (2)

3. Menentukan model governor dan eksitasi setiapgenerator.

4. Menentukan jumlah distributed generationberdasarkan besarnya tingkat penetrasi denganmenggunakan persamaan berikut;

%100kBebanPunca

DG

PPPL (3) (3)

dengan PL adalah tingkat penetrasi (Knazkins,2004). Pada simulasi ini dipilih tingkat penetrasisebesar 20%, sehingga total daya yang dipikuloleh distributed generation dengan

Jurnal Litek Volume 8 Nomor 1, Maret 2011: hal. 9-13

12

mengunakan persamaan (3) adalah sebesar1993,6 MW.

5. Menentukan lokasi penempatan distributedgeneration, yaitu distributed generationdipasang pada tegangan menengah 20 kV(sistem distribusi). Pada simulasi ini untukmembedakan antara generator besar pada sistem500 kV dengan distributed generation padategangn 20 kV yaitu dengan pemisah antaradistributed generation dengan bus berupapanjang jaringan sejauh 10 km.

6. Simulasi aliran daya sistem tenaga listrik subsistem 500 kV Jamali untuk mengetahuitegangan dan daya yang dibangkitkan olehgenerator-generator pada beban puncak sistem.

7. Membuat gangguan kecil (small signal) padasub sistem 500 kV Jamali. Gangguan keciltersebut berupa pelepasan beban secarabertingkat dimulai dari detik pertama sampaidetik ketiga sebesar 20% pada setiap bus.

8. Simulasi stabilitas dinamik sistem tenaga tanpadistributed generation, dengan mengamatifrekuensi dari generator besar yang terhubungpada sub sistem 500 kV Jamali

9. Simulasi stabilitas dinamik sistem tenagadengan adanya distributed generation, denganmengamati frekuensi dari generator besar yangterhubung pada tegangan 500 kV.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil dari simulasi pada penelitian ini dapatdirinci menjadi beberapa bagian yaitu :1. Tanggapan frekuensi pada keadaan gangguan

kecil (small signal) sebelum pemasangandistributed generation.(Gambar 5)

2. Tanggapan frekuensi pada keadaan gangguankecil (small signal) setelah pemasangandistributed generation. (Gambar 6)

Gambar 5.Tanggapan Frekuensi Sebelum DG

Gambar 6.Tanggapan Frekuensi Setelah DG

Analisa hasil simulasi dilakukan denganmembandingkan tanggapan frekuensi dari setiappembangkit yang terhubung pada sub sistem 500 kVinterkoneksi Jamali. Tanggapan setiap pembangkityang akan dibandingkan yaitu tanggapan frekuensisebelum dan setelah pemasangan distributedgeneration (Gambar 7).

Gambar 7. Perbandingan tanggapan frekuensisebelum dan setelah pemasangan DG.

Dari gambar 7 terlihat bahwa perbaikan frekuensimaksimum terbesar terjadi pada pembangkitTanjung Jati dengan nilai 0,37 Hz, dan perbaikanfrekuensi maksimum terkecil terjdi pda pembangkitGrati dengan nilai 0,16 Hz.Analisa juga dilakukan terhadap nilai frekuensisetiap generator pada keadaan steady state yaitusebelum adanya distributed generator frekuensistabil pada nilai 50,35Hz seperti terlihat padagambar 5. Nilai ini adalah nilai diatas nilainominalnya yaitu 50 Hz. Dan setelah pemasangandistributed generator frekuensi setiap generator padakeadaan steady state adalah 50 Hz seperti padagambar 6. Nilai ini sesuai dengan nilai nominal darifrekuensi sistem yaitu 50Hz.

V. KESIMPULAN

Setelah dilakukan simulasi stabilitas dinamikakibat masuknya distributed generation pada sisteminterkoneksi Jamali dapat disimpulkan:

1. Tanggapan frekuensi dari setiappembangkit dengan adanya distributedgeneration dan adanya pelepasan bebansebesar 20% pada setiap bus dalam rentangwaktu 1 detik dari detik ke 2 sampai detikke 3 menunjukkan adanya perbaikanfrekuensi maksimum dari setiappembangkit. Akan tetapi disisi lainmemberi dampak yang kurang baik yaitubertambahnya overshoot.

2. Perbaikan frekuensi maksimum dari seluruhpembangkit berkisar antara 0,16 - 0,37 Hz.

3. Kenaikan lamanya osilasi untuk seluruhpembangkit berkisar antara 20,3 - 22,17detik.

4. Kenaikan settling time untuk seluruhpembangkit berkisar antara 12,65 - 14,51detik.

=

0.00

=

5.00

=

10.00

=

15.00

=

20.00

=

25.00

=

30.00Time in Seconds

50.000

50.200

50.400

Freq

uenc

y(H

ertz

)

Frequency(Hertz)=

G_CIRATA

=

G_SAGULING

=

G_PAITON

=

G_GRATI

=

G_GRESIK

=

G_MTWAR

=

G_SURALAYA

=

G_TJATI

=

0.00

=

5.00

=

10.00

=

15.00

=

20.00

=

25.00

=

30.00Time in Seconds

50.000

50.200

50.400

Freq

uenc

y(H

ertz

)

Frequency(Hertz)=

G_CIRATA

=

G_SAGULING

=

G_PA ITON

=

G_GRATI

=

G_GRESIK

=

G_MTWAR

=

G_SURALAYA

=

G_TJATI

50.30

50.35

50.40

50.45

50.50

50.55

50.60

Fmax (Hz) Fmax (Hz) Fmax (Hz) Fmax (Hz) Fmax (Hz) Fmax (Hz) Fmax (Hz) Fmax (Hz)

Suralaya Cirata Grati Tjati Paiton Mtaw ar Gresik Sanguling

TANGGAPAN FREKUENSI

Tanpa DG Dengan DG

Analisa Tanggapan Frekuensi Akibat Masuknya Distributed..........................................Teuku Hasannuddin

13

5. Frekuensi kembali stabil setelahpemasangan distributed generator pada nilai50 Hz.

DFTAR PUSTAKA

Abdel-Galil, T.K., Abu-Elanien, A.E.B., El-Saadany, E.F., Girgis, A., Mohamed,Y.A.R.I., Salama, M.M.A., and Zeineldin,H.H.M., 2007, “Protection CoordinationPlanning With Distributed Generation”,Final Report – CETC-Varennes-149 (TR),Canada.

Chi,Y.,Liu,Y., dan Wang,W..,2006, “VoltageStability Analysis of Wind Farm Integrationinto Transmission Network”, InternationalConference on Power System Technology

Hasannuddin, 2010, Studi Stabilitas DinamikMenyangkut Tanggapan Tegangan AkibatMasuknya Distributed Generation PadaSistem Interkoneksi Jamali, JurnalLitek,Volume 7 Nomor 1, Jurusan TeknikElektro, Politeknik Negeri Lhokseumawe

Kundur, P. ,1994, “Power System Stability andControl”, McGraw-Hill, Inc. New York.

Knazkins,V.,2004, “Stability of Power Systems withLarge Amounts of Distributed Generation”,KTH Institution, Stockholm, Sweden.

Mithulananthan,N.,Oo,T.,dan Phu,L.V., 2004,“Distributed Generator Placement in PowerDistribution System Using GeneticAlogaritm to Reduce Losses”, ThammasatInt.J.Sc.Tech Vol.9,No3.

Machowski, J.,Bialek. J.W., dan Bumby, J.R. ,1997,“Power System Dynamics and Stability”,John Willey and Sons New York

Syukriyadin dan Gunadin,I.C,2005, “PrediksiVoltage Collapse Pada Sistem InterkoneksiJawa-Bali Menggunakan Metode ModalAnalysis”, Jurnal Rekayasa Elektrika, Vol.4No.2.

Syahrijal dan Ramon., 2005, “Penggunaan MetodeKontro Umpan Balik Optimal UntukMenambah Kestabilan Dinamik SistemTenaga Listrik” , Jurnal rekayasa elektrikal,Voleme 4 No1.

William D. Stevenson, Jr.,1982, “Elements OfPower System Analysis” , McGraw-HillInc.

Zulfikar. ,2004., “Studi Stabilitas Sistem TenagaListrik di Sumatera Utara”, tesis Program

Pascasarjana Program Studi Teknik ElektroUGM Yogyakarta.