penentuan rating komponen converter station v00- ronald sinaga

26 Juni 2012

Knowledge Sharing– Ronald Nehemia M. Sinaga 86112183Z 2

PT. PLN (Persero)UIP TransmisiInterkoneksi Sumatera Jawa Kerangka

Latar Belakang

Penentuan Rating Komponen Stasiun

Konverter• Converter transformer

• Smoothing Reactor

Kesimpulan & Saran

Diskusi


PT. PLN (Persero)UIP TransmisiInterkoneksi Sumatera Jawa Latar Belakang

KETAPANG

Transmisi HVDC110 km

Kabel LautHVDC 40 km

SALIRA

Stasiun KonverterAC/DC

TransmisiHVDC±335 km

Stasiun KonverterDC/AC

PLTU MULUT TAMBANG

Transmisi AC

X Bogor


PT. PLN (Persero)UIP TransmisiInterkoneksi Sumatera Jawa Latar Belakang (2)

Sumatera

Transmisi DC±335 kmr

Transmisi AC±250 kmr

ConverterStation

Cable Terminal

Submarine Cable±40 kmr

Cable Terminal

Transmisi DC±110 kmr

ConverterStation

Transmisi AC±2 kmr

Jawa

Electrode station

Electrode station


PT. PLN (Persero)UIP TransmisiInterkoneksi Sumatera Jawa Latar Belakang (3)

5

Mengapa HVDC?

[1] Kundhur, P. “Power System Stability and Control”, McGraw-Hill, New York, 1994[2] Arrillaga, J., Y. H. Liu, et N. R. Watson. “Flexible Power Transmission: The HVDC Options”, John Wiley & Sons Ltd, West Sussex, 2007

Peningkatan pasokan listrik Diversifikasi energi primer Keandalan pasokan listrik

Tujuan Interkoneksi Sumatera- Jawa (ISJ)

Kabel laut HVAC lebih dari 30 km membutuhkan stasiun kompensator.[1]

Losses transmisi HVAC lebih besar dari HVDC untuk transmisi jarak jauh.[2]

Transmisi HVDC lebih ekonomis.

PENENTUAN RATING

KOMPONEN STASIUN

KONVERTER


PT. PLN (Persero)UIP TransmisiInterkoneksi Sumatera Jawa

Rating Stasiun Konverter

Digunakan sebagai rujukan PLN ISJ dalam fase engineering.

Wujud kontribusi dalam Knowledge Management PLN.

7

Tujuan



Sistem bipole (2 pole) 3000 A 500 kV DC

Daya maksimal 1500 MW/pole

Daya dapat dikirimkan dalam 2 arah

Konversi AC/DC menggunakan thyristor dengan teknologi CSC-LCC.

8

Konfigurasi Sistem HVDC ISJ

Rating Stasiun Konverter


PT. PLN (Persero)UIP TransmisiInterkoneksi Sumatera Jawa Rating Stasiun Konverter

Converter Transformer

Thyristor valve

Smoothing Reactor

AC Filter

5

DC Filter



Converter Transformer

Fungsi:

Konversi amplituda tegangan jala-jala

Pergeseran fasa (Implementasi konversi 12-pulse)

Transformator 3 fasa

Thyristor Valve

Fungsi : melakukan proses konversi AC/DC

Valve terdiri atas modul-modul thyristor

Komponen Sistem



Smoothing Reactor

Fungsi : memperkecil ripple (riak) arus DC

Prinsip: rangkaian induktif yang mengurangi lajuperubahan arus di bus DC (Id)

AC Filter

Fungsi :

Filter harmonisa di bus AC

Sumber daya reaktif

Kebutuhan Daya reaktif yang merupakan dampak dari kerja converter thyristor.

Komponen Sistem (2)



Converter Transformer Kapasitas transformator :

Di mana[1]:

Skema converter di tiap group

A 492449I3

2I ds , Cosα23

πI

π

LωVV d

cds

ss IV 3 MVA

[1] N. Mohan, T. M. Undeland, et W. P. Robbins, “Power Electronics: Converters, Applications, and Design”, John Wiley & Sons Ltd, New York, 2003..



Converter Transformer (2)Dan persamaan tegangan pada sisi keluaran thyristor

valve adalah[1]:

Sehingga:

Selanjutnya ditentukan nilai Vs yang dapat dilakukan dengan minimal dua (2) alternatif.

dc I

L

3CosV

23V sd

Cosα23

πI

π

LωVV d

cds

[1] N. Mohan, T. M. Undeland, et W. P. Robbins, “Power Electronics: Converters, Applications, and Design”, John Wiley & Sons Ltd, New York, 2003..



Converter Transformer (3)Alternatif 1:

Asumsi bahwa nilai Vs untuk setiap ½ group thyristor valve adalah : 500 kV/ 4 = 125 kV

Sehingga, untuk setiap ½ group :

Alternatif 2:

Untuk menentukan Lc maka di gunakan asumsi: Besar Lc di setiap fasa sama besar.

Lc hanya dipengaruhi oleh converter transformer.

Nilai resistansi dan kapasitansi trafo diabaikan. (Ztrafo≈ XLtrafo)

Sudut penyalaan (α) yang digunakan adalah αmin sebesar 15°.

MVA33.530kA 4495.2kV 12533 MVA ss IV



Converter Transformer (4) Untuk menentukan Lc maka digunakan reaktansi tipikal

transformator yang terdapat pada referensi yang terdapat padatabel di bawah ini (sebagai contoh):

Dengan mengabaikan efek komutasi (overlaping tegangan) diperoleh:

Oleh karenanya maka nilai yang digunakan dari tabel di atas untuk ISJ adalah nilai tegangan nominal sistem pada 115 kV dengan trafo forced-oil-cooled: Zactual = 20 p.u.

Tegangan nominal sistem (kV) Forced-air-cooled (%) Forced-oil-cooled (%)

115 6-11 10-20

138 6-13 10-22

345 8-17 13-28

500 10-20 16-34

kV 95,820,96623

π125

Cosα23

πVV ds



Adapun nilai Zbase dan nilai Zactual trafo didapatkan:

0347A 2445

kV 151Zbase ,

base

base

I

V

9,40620034720ZZX basetrafo ,,%L(trafo) Sehingga,

Dan Vs dapat ditentukan: kV 47116966023

π0003

π

40693251Vs ,

,

,

Sehingga kapasitas trafo untuk setiap valve di tiap group adalah:

Maka untuk setiap pole di tiap stasiun konverter dibutuhkan 12 unit transformator satu fasa dua belitan (6 wye-wye & 6 wye-delta) dengan kapasitas masing-masing 164,713 MVA

MVA 1449444952471163 MVA ve)(trafo/val ,,,

Converter Transformer (5)



• Secara prinsip smoothing reactor adalah suatu rangkaian induktif yang dapat mengurangi nilai laju perubahan (“kecuraman”) perubahan arus dibus DC (Id) yang menimbulkan ripple (riak).

• Tegangan hasil penyearahan thyristor terdiri atas suatu bagian offset yang merupakan nilai rata-rata, dan satu bagian yang berupa bagian yang berubah terhadap waktu dengan periode 30° (ripple). Ripple inilah yang diminimalisir dengan memanfaatkan sifat induktif DC reactor.

• Adapun asumsi yang digunakan dalam studi terhadap DC reactor yang digunakan dalam TS ini adalah:

Operasi 12-pulse dari converter

Besar tegangan offset (Vd) yang konstan.

Tidak ada overlap tegangan oleh karena induktansi

dalam proses komutasi

Ripple tegangan berbentuk sinusoidal

DC reactor induktif murni

Smoothing Reactor



Smoothing Reactor (2)• Sebuah reactor DC dapat digambarkan sesuai gambar di

bawah ini:

dt

diLv dd dV

• Sehingga:

dtvL

i d

d

d dV1

• Adapun besar tegangan keluaran dari valve yang dialami di sisimasukan DC reactor (Vd0) untuk α = 0 adalah:

)(0

33 LLacd VV



• Bentuk gelombang dari teganganripple dan arus ripple untuk α sebesar30° pada penyearahan 6-pulse dapatdilihat pada gambar berikut[1]:

Smoothing Reactor (3)

• Dan besar tegangan sesaat dari tegangan masukkan DC reactor (vd) di mana titik O menjadi referensi putaran sudut adalah:

30cos.3 )( tVV LLacd α < ωt < (α+60°).

• Dengan mengabaikan overlap tegangan, maka besar tegangan rata-rata di sisikeluaran DC reactor adalah: CosαVV dd 0

[1] Kimbark, E. W. “Dirrect Curren Transmission” Vol. 1, John Wiley & Sons, New York, 1971.



Smoothing Reactor (4)• Sehingga tegangan antara sisi masukan dan

keluaran DC reactor dapat dirumuskan sebagai:

CostCosVv dd 30

3V 0d

• Dengan mensubtitusikan persamaan di atas dengan persamaan tegangan pada DC reactor maka didapatkan persamaan arus ripple[1]:

CostSintSin

L

Vi

d

dd 3030

3

0

• Dan nilai rata-rata arus ripple adalah:

cos

630

3

0 SinSinL

VI

d

dd

• Dengan penjumlahan vector maka didapatkan untuk sistem 6-pulse:

sin0931,00)(

d

drippled

L

VI

• Dan untuk sistem 12 pulse:

sin023,00)(

d

drippled

L

VI

[1] Kimbark, E. W. “Dirrect Curren Transmission” Vol. 1, John Wiley & Sons, New York, 1971.



Smoothing Reactor (5)• Besar induktansi DC reactor dengan asumsi bahwa induktansi DC reactor jauh lebih

dominan dari induktansi saluran adalah:

sin0931,0)(

0

rippled

dd

I

VL

• Untuk sistem HVDC ISJ, dengan tegangan rating HVDC sebesar 500 kV dan besar Id(ripple)

5% arus rating (150 A), maka diketahui untuk setiap pole saat α 90°:

H 9878,090sin9878,090sin023,0150502

500

dL

KESIMPULAN

& SARAN



27/06/2012 23Telaahan Staf – Ronald Nehemia M. Sinaga

(BDG/EP/100 – Tahun 2008)

Kesimpulan

Hasil dari penentuan rating untuk setiap stasiun konverter adalah:

Komponen Rating

Converter transformer 6 trafo Y-Y 164,713 MVA

6 trafo Y-∆ 164,713 MVA

Smoothing reactor (ripple

max. 5%)

0,9878 H



27/06/2012 24Telaahan Staf – Ronald Nehemia M. Sinaga

(BDG/EP/100 – Tahun 2008)

SaranUntuk mewujudkan rujukan perancangan yang lebih akurat, maka diusulkan untuk:

Melakukan studi dinamis terhadap sistem DC maupun sistem AC

Mengidentifikasi rating komponen HVDC yang terdapat di pasaran

penentuan rating komponen converter station v00- ronald sinaga

Documents