studi skema pertahanan sistem tenaga listrik dengan …

STUDI SKEMA PERTAHANAN SISTEM TENAGA LISTRIK DENGAN METODE UFLS PADA SISTEM APB JAKARTA-BANTEN

SUBSISTEM CILEGON

Mohamad Abu Bakar1 dan Agus R. Utomo2

1. Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok, 16424, Indonesia 2. Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok, 16424, Indonesia

Email: [email protected]

Abstrak

Kestabilan sistem tanaga listrik adalah kemampuan dari suatu sistem tenaga untuk mencapai kondisi kesetimbangan kembali setelah terjadi gangguan. Salah satu parameter yang sangat penting untuk dipertahankan dan diusahakan agar selalu dalam rentang normal adalah frekuensi. Lepasnya saluran interbus dan beberapa pembangkit tidak beroperasi, menyebabkan sistem kekurangan pasokan daya sehingga terjadi penurunan frekuensi. Pengembalian nilai frekuensi ke nilai yang diizinkan dapat dicapai dengan skema pelepasan beban dengan UFR laju penurunan frekuensi, dengan berbantuan perangkat lunak DIgSILENT 15.1.7. Pada skripsi ini dibuat pelepasan beban secara bertahap, dengan jumlah tahapan yakni 7. Skema pelepasan beban dengan metode UFLS (Under Frequency Load Shedding) menggunakan rele under frequency relay laju penurunan frekuensi dapat menjaga kestabilan nilai frekuensi dan kesimbangan daya. Dari simulasi yang dilakukan didapat kondisi terbaik dicapai pada skenario 1 saat PLTGU GT2 dan PLTGU ST1 tidak beroperasi, dengan steady state frekuensi 49,994Hz. Kata kunci: Frekuensi; ketidakseimbangan daya; pelepasan beban; under frequency load shedding; under frequency relay.

Study of Electrical Power System Defense Scheme Using UFLS Method on Cilegon Subsystem of Jakarta-Banten APB System

Abstract

The stability of electrical power system is the ability of a system to reach back its equilibrium condition after a experiencing a disturbance. One of the most important parameters for a system to maintain and cultivate in its normal range is frequency. The loose of interbus channel in Cilegon subsystem and an out of service generator led to a decrease in frequency because the system lacks of sufficient power. Recovering the frequency back to its permitted value can be attained by load shedding with UFR frequency decrease speed scheme and with the help of DIgSILENT 15.1.7 software. In this bachelor thesis, a seven step gradual load shedding scheme is designed. Load shedding scheme with UFLS method using relay under frequency decrease speed is able to maintain the power balance and the frequency stability. From the simulation conducted, the best condition is achieved in the first scenario when PLTGU GT2 and PLTGU ST1 out of service, with the steady state frequency value of 49.994Hz. Keywords: Frequency; load shedding; power unbalance; under frequency load shedding; under frequency relay

Studi Skema ..., Mohamad Abu Bakar Salam, FT UI, 2017

1. Pendahuluan

Sistem tenaga listrik merupakan sekumpulan pusat listrik dan gardu induk yang keduanya

dihubungkan oleh saluran transmisi yang saling terinterkoneksi menjadi satu kesatuan yang

saling terhubung. Sistem yang baik memiliki kualitas, keandalan dan stabilitas sistem yang

baik.

Gangguan dapat terjadi dalam suatu sistem tenaga listrik, seperti kenaikan beban

konsumen yang relatif besar secara tiba-tiba, terjadi gangguan trip atau derating unit

pembangkit yang sedang beroperasi dan terputusnya saluran penghubung pasokan daya ke

sistem. Gangguan-gangguan tersebut dapat berakibat sistem menjadi tidak stabil. Oleh sebab

itu keamanan dari sistem tenaga listrik perlu diperhatikan.

Frekuensi merupakan parameter yang sangat penting untuk dipertahankan dan diusahakan

agar selalu dalam rentang normal (50±5%). Penurunan frekuensi tidak terlalu besar maka

dapat diatasi dengan respon/aksi governoor atau memaksimalkan cadangan putar. Ketika

cadangan operasi sudah habis tetapi frekuensi masih cenderung turun atau tetap dibawah

rentang normal dalam waktu relatif lama, maka perlu dilakukan pelepasan sejumlah beban

(load shedding) secara otomatis dengan skema UFLS (under frequency load shedding)

menggunakan UFR (Under frequency relay) dengan pengaturan laju penurunan frekuensi.

Pelepasan beban ini dilakukan secara bertahap.

Pada skripsi ini akan dibahas mengenai penggunaan relai frekuensi laju penurunan

frekuensi dalam upaya pelepasan beban pada sistem tenaga listrik APB Jakarta – Banten

khususnya pada sub-sistem Cilegon IBT 1-2. Sub-Sistem Cilegon di suplai oleh lima buah

pembangkit yang terdiri dari 2 PLTU Labuan dengan masing-masing kapasitas 280 MW dan

3 pembangkit PLTGU Cilegon dengan GT.1 dan GT.2 masing-masing dengan kapasitas 236

MW dan 212 MW dan ST dengan kapasitas 212 MW. Selain itu dikoneksikan dengan IBT 1

dan 2. Apabila IBT terpisah dari sistem dan suplai pembangkit tidak dapat beroperasi secara

keseluruhan, maka dapat mengakibatkan berkurangnya supply daya yang dikirim ke Cilegon.

Ketidakstabilan supply ini akan menyebabkan sistem tidak stabil dan akibatnya suplai

generator akan melebihi rating maskimumnya sehingga dapat terjadi pemadaman total.

2. Tinjauan Teoritis

Stabilitas sistem tenaga listrik merupakan kemampuan dari sistem tenaga listrik, dengan

kondisi awal operasi telah ditentukan, untuk memperoleh suatu keadaan operasi yang stabil


setelah mengalami gangguan [3].Salah satu setabilitas sistem tenaga listrik adalah stabilitas

frekuensi.

Stabilitas frekuensi adalah kemampuan suatu sistem tenaga untuk menjaga frekuensi dalam

batas nominal setelah terjadi suatu gangguan yang menyebabkan ketidakseimbangan yang

signifikan antara pembangkitan dan beban. Ketidakseimbangan ini dapat menyebabkan suatu

bentuk ayunan frekuensi yang berdampak pada trip unit pembangkit dan/atau beban. Secara

umum, masalah stabilitas frekuensi dapat dikaitkan dengan kekurangan respon peralatan,

kekurangan koordinasi kontrol dan proteksi sistem.

A. Pengaruh Variasi Frekuensi

Gangguan pada sistem misalnya berupa gangguan beban lebih dapat mempengaruhi

keseimbangan daya yang dibangkitkan dan permintaan beban, sehingga dapat berakibat

terjadinya penurunan frekuensi. Penurunan ini mengakibatkan sistem tidak beroperasi optimal

sehingga dibutuhkan peralatan proteksi dan pencegahan untuk memperbaiki kondisi sistem.

Komponen utama dari pembangkit yang berpengaruh ketika terjadi perubahan frekuensi

khususnya penurunan frekuensi adalah generator dan turbin.

1. Pengaruh Terhadap Generator

Ketika sistem kelistrikan beroperasi di bawah frekuensi normal, dampak yang

langsung dirasakan oleh generator adalah generator akan berkelebihan beban, kecepatan

dibawah normal dan komponen mekanik mengalami penuaan dini. Karena kondisi-kondisi

berkelebihan beban, tegangan-tegangan sistem biasanya akan cenderung rendah yang

diakibatkan oleh penurunan kecepatan putar generator, mengakibatkan eksitasi-eksitasi

generator ditingkatkan bahkan di luar dari batasan yang diperbolehkan. Peningkatan eksitasi

generator mengakibatkan pembebanan thermal berlebih pada stator dan rotor yang selanjutnya

mengakibatkan unit generator lepas. Kondisi unit generator lepas akan memperburuk kondisi

sistem dan berpotensi terjadi cascading yang mengakibatkan unit-unit generator lain ikut

lepas [8]

2. Pengaruh Terhadap Turbin

Turbin pembangkit khususnya turbin uap dikonstruksikan dari beberapa tingkatan bilah

stator dan rotor, dari bilah yang digunakan pada tekanan tinggi hingga tekanan lebih rendah.

Bilah-bilah ini memiliki frekuensi natural yang terdiri atas dua bagian yakni yang tergantung

osilasi saat bilah dalam keadaan diam dan yang bergantung pada kecepatan osilasi dan faktor-

faktor lain. Frekuensi natural turbin umumnya dirancang agar memiliki faktor penguatan yang


tinggi. Faktor penguatan ini menurun drastis pada frekuensi di luar frekuensi resonansi.

Turbin didesain sehingga frekuensi resonansi dari bilah terhadap frekuensi nominalnya cukup

untuk menghindari vibrasi dan tekanan yang berlebih yang dapat mengakibatkan kerusakan

pada turbin. Kerusakan ini berkaitan dengan tingkat pergeseran frekuensi operasi turbin

terhadap niai nominalnya [8]. Perlu dipahami bahwa ketika turbin beroperasi diluar dari

frekuensi normalnya maka terjadi peningkatan tekanan pada turbin dan kerusakan yang terjadi

bersifat kumulatif.

B. Pelepasan Beban Frekuensi Rendah (Under Frequency Relay)

Pelepasan beban frekuensi rendah adalah skema yang menggunakan elemen frekuensi

dan delay waktu untuk mendeteksi kondisi underfrequency dan memutus secara selektif beban

dari sistem. Metode yang umum digunakan adalah UFR dengan pengaturan frekuensi.

Sedangkan pengembangan metode tersebut memperhatikan laju penurunan frekuensi sistem

(rate of change of frequency). Dengan pengaturan laju penurunan frekuensi pada UFR maka

pelepasan beban yang dilakukan lebih akurat dan sistem cepat kembali ke dalam kondisi stabil

[9]. Tujuan skema pelepasan beban frekuensi rendah (UFLS- Under Frequency Load

Shedding) adalah sebagai berikut [7]:

1. Mengamankan operasi sistem dan pemadaman total (blackout) akibat adanya

penurunan frekuensi yang cukup besar.

2. Menghindari potensi kerusakan (life time) sudu turbin pembangkit akibat penurunan

frekuensi dibawah toleransi dalam waktu yang relatif lama.

3. Mempercepat pemulihan gangguan dan mengurangi potensi pemadaman yang lebih

besar.

4. Menghindari sistem proteksi instalasi sistem tidak berfungsi normal.

5. Menjaga kualitas layanan (frekuensi) kepada konsumen.

6. Mengurangi potensi kerugian material maupun finansial akibat gangguan frekuensi.

C. UFR dengan Pengaturan Laju penurunan Frekuensi

Besar beban yang dilepaskan sesuai dengan persentase yang diberikan terhadap beban

tersebut. Parameter yang harus diamati adalah laju penurunan frekuensi. Formulasi untuk

menentukan laju penurunan frekuensi adalah sebagai berikut [20].

!"!"= !!

!!"! ! (1)

dengan :


!!= Selisih permintaan beban dan daya yang disuplai generator [MW]

G = Rating generator [MVA]

H = Konstanta inersia [MJ/MVA]

f = Frekuensi nominal [Hz]

Sedangkan untuk menentukan Lamanya waktu trip dipengaruhi oleh 3 faktor, yakni

waktu pick-up, waktu rele dan waktu pemutus tenaga. Dengan formulasi sebagai berikut [20]:

!!"#$ = !!"#$!!" + !!" + !!"#$% (2)

dengan !!" sebesar 100ms dan !!"#$% sebesar 50 ms [20]

!!"#$!!" = !!!!!!"!"

(3)

Setelah laju penurunan frekuensi dan waktu trip tahap sebelumnya didapatkan, nilai

frekuensi ketika tejadi pelepasan beban adalah [20]:

!!"#$ !!!""#$% = !! −!"!" !!"#$ (4)

Perhitungan frekuensi yang diharapkan dan besar beban yang dilepaskan dengan

menggunakan formulasi sebagai berikut [20].

!! = !! +!"!"! (5)

dengan:

!! = Frekuensi yang diharapkan setelah pelepasan beban [Hz]

!! = Frekuensi generator ketika terjadi pelepasan beban [Hz]

!"!"

= Laju kenaikan frekuensi yang diharapkan [Hz/s]

t = Waktu Pemulihan [detik]

Dengan mengetahui besarnya laju kenaikan yang diinginkan maka dengan persamaan (6)

didapatkan nilai beban optimal yang harus dilepas [20].

!"!"= !!"#!(!!"#$!!!"#$ !!!""#$%)

!!". !! (6)


3. Metode Penelitian

Pada pembuatan skripsi ini penulis melakukan simulasi dan penelitian tentang skema

pertahanan sistem tenaga listrik pada subsistem Cilegon. Metode sistem pertahanan yang

digunakan adalah dengan melakukan pelepasan beban menggunakan under frequency relay

(UFR) laju penurunan frekuensi. Tahapan-tahapan yang akan dilakukan dalam simulasi untuk

skema pertahanan sistem tenaga listrik pada subsistem Cilegon yaitu:

1. Membaca data tersedia single line diagram sistem tenaga listrik subsistem Cilegon

menggunakan perangkat lunak DIgSILENT. Beban yang terdapat pada sub-sistem tenaga

listrik Cilegon beragam, terdapat gardu induk untuk menyelurkan ke masing-masing beban

yang ada di sub sistem Cilegon. Pada masing-masing gardu induk menggunakan tegangan

150 KV dan 70 KV. Dengan total beban sebesar 896,1966 MW.

Pembangkit Listrik yang digunakan pada kelistrikan sub-sistem Cilegon menggunakan

Pembangkit Listrik Tenaga uap (PLTU) dan Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap

(PLTGU). Masing-masing unit memiliki kapasitas dan daya operasi yang berbeda yaitu:

Tabel 1. Data pembangkit subsistem Cilegon

GENERATOR DAYA OPERASI (MW)

PLTU LABUAN 1 280

PLTU LABUAN 2 280

PLTGU CILEGON GT1 236

PLTGU CILEGON GT2 212

PLTGU CILEGON ST1 212

2. Identifikasi permasalahan frekuensi sistem tenaga listrik pada subsistem Cilegon, dengan

memberikan gangguan terhadap beberapa skenario sesuai dengan gambar 1.

Gambar 1. Skenario pengujian


3. Melakukan pengolahan data laju penurunan frekuensi dan pelepasan beban sesuai

identifikasi permasalahan yang dibuat.

A. Jumlah Beban Yang Dilepas

Jumlah beban yang harus dilepas bergantung pada laju penurunan frekuensi, waktu

pemulihan dan laju pemulihan. Jumlah pelepasan beban dihitung berdasarkan kebutuhan

pada masing-masing skenario. Berikut adalah tahapan-tahapan pelepasan beban saat terjadi

penurunan frekuensi.

Tabel 2. Konfigurasi pelepasan beban tiap tahap

Tahap Persentase Pelepasan Beban

(%)

Total Pelepasan Beban

(MW)

1 11,05 99,02

2 13,60 121,95

3 17,44 156,35

4 21,58 193,4

5 25,92 232,33

6 31,54 282,670546

7 38,59 345,826532

Skema pelepasan beban dengan menggunakan UFR laju penurunan frekuensi

dilakukan untuk mengatasi ketidakseimbangan suplai daya dengan beban. Pelepasan beban

dilakukan secara bertahap, tergantung pada kemampuan sistem mempertahankan

kestabilannya. Setiap pelepasan beban sebaiknya dilakukan dengan skala prioritas dan

didistribusikan secara proporsional.

Pelepasan beban yang dilakukan pada subsistem Cilegon tidak dilakukan pada beban-

beban yang memiliki prioritas yang tinggi. Jumlah tahap pelepasan beban dan besarnya

beban yang dilepas per tahap ditentukan oleh besarnya beban total/maksimum yang dilepas

dan stabilitas sistem. Semakin besar beban yang akan dilepas, semakin banyak jumlah

tahap pelepasan beban yang digunakan.

Pada subsistem Cilegon digunakan pelepasan beban sebanyak 7 tahap mengacu pada

strategi pelepasan beban Jawa-Bali dengan frekuensi minimum sebesar 48,4 Hz. Total

pelepasan beban pada subsistem Cilegon sebesar 345,82 MW. Pengaturan waktu tunda

mengacu pada skema pelepasan beban Jawa-Bali ditetapkan beberapa parameter yaitu


kekuatan sistem, total beban yang dilepas, unit terbesar, jangkauan frekuensi, dan

kestabilan operasinya. Dengan masing-masing waktu tunda yang digunakan dengan

interval 0,01 detik.

Faktor-faktor yang mempengaruhi pelepasan beban yaitu laju penurunan frekuensi

pada masing-masing skenario, waktu pemulihan, laju pemulihan dan juga faktor reduksi

beban. Dari persamaan 6, didapatkan beban yang harus dilepaskan pada setiap tahap sesuai

tabel 3. Berikut adalah tahapan beserta pemilihan beban yang harus dilepas.

Tabel 3. Konfigurasi skema pelepasan beban UFR Laju penurunan frekuensi

Tahap f (Hz) df/dt (Hz/s) Gardu Induk Pelepasan Beban (MW)

Total Pelepasan Beban Tiap Tahap

(MW) 1 49,5 -0,05 1BLRJA5_TD1 54,54 99,02

49,5 -0,05 1CKNDE5_TD1 44,48 2 49,4 -0,1 1PUCAM5_TD3 22,93 22,93 3 49,2 -0,15 1CKNDE5_TD2 2,79 34,4

49,2 -0,15 1CSRRI_TDKTT-CANDRA ASRI

24,09

49,2 -0,15 1PUCAM5_TD_MOBILE 7,52 4 49 -0,2 1PUCAM5_TD2 36,79 37,05

49 -0,2 1GORDA_KTTSAMATOR 1 0,26 5 48,8 -0,25 1INDAH5_TDKTT-INDAH

KIAT 22,34 38,93

48,8 -0,25 1KOPO5_TD2 16,59 6 48,6 -0,3 1ASAHI5_TDKTT1 31,77 50,340546

48,6 -0,3 1BUNAR4_TD1 16,61 48,6 -0,3 1POLY5_TDKTT1 1,960546

7 48,4 -0,35 1ASAHI5_TDKTT2 20,52 63,155986 48,4 -0,35 1PUCAM5_TDKTT-NIKOMAS 36,45 48,4 -0,35 1ASAHI2_TDKTT1 6,185986

4. Melakukan simulasi sesuai skenario yang telah ditentukan sampai sistem menjadi stabil,

jika sistem belum mencapai kestabilan kembali ke poin 2.

5. Membuat kesimpulan dari hasil simulasi dan anlisis pada beberapa skenario yang

dilakukan.

4. Hasil Penelitian

Dari hasil penelitian pada masing-masing skenario pada sistem kelistrikan APB DKI

Jakarta-Banten Sub-sistem Cilegon. Saat dilakukan pelepasan beban dengan under frequency

relay didapatkan hasil respon frekuensi yang sesuai pada batas nominal yang diijinkan sesuai

pada tabel 4.


Tabel 4. Hasil simulasi masing-masing skenario saat melakukan pelepasan beban

Parameter Pelepasan Beban Dengan Under Frequency Relay

Skenario 1 Skenario 2 Skenario 3 Skenario 4

% Hz Detik % Hz Detik % Hz Detik % Hz Detik

Frekuensi

Maksimum

100,142 50,071 100,1 50,050 100,118 50,059 100,438 50,219

Frekuensi

Minimum

98,9 49,450 98,762 49,381 98,768 49,384 96,554 48,277

Frekuensi

Steady State

99,988 49,994 99,924 49,962 99,95 49,975 100,15 50,075

Waktu Tunak 8,744 7,420 10,018 18,365

5. Pembahasan

Pada simulasi ini dilakukan pada kondisi beban yang didapatkan pada PT PLN (Persero)

APB DKI Jakarta Banten khususnya pada subsistem Cilegon pada tanggal 16 Oktober pukul

15.00 WIB.

A. Skenario 1

Pada skenario ini, percobaan dilakukan dengan melepaskan saluran IBT 1 dan IBT 2 pada

saat detik pertama. Dimana terdapat pembangkit yang tidak beroperasi (out of service) yakni

PLTGU Cilegon GT 2 dan PLTGU Cilegon ST1, sehingga menyebabkan ketidakseimbangan

daya pada sistem kelistrikan Cilegon dengan kelebihan beban sebesar 100,19 MW. Saat

sistem terjadi ketidak seimbangan daya, pada skenario ini tidak dilakukan pelepasan beban.

Saat IBT 1 dan IBT 2 lepas dari sistem terdapat kenaikan frekuensi 50,071 Hz dengan waktu

0,072 detik, hal ini masih berada dalam kondisi normal.

Karena kondisi suplai dengan pembebanan tidak seimbang, frekuensi turun hingga

49,444 Hz dalam waktu 2,46 detik. Frekuensi sistem kemudian naik mencapai steady state

pada 49,525 Hz dalam waktu 6,852 detik. Daya aktif yang disuplai generator GT1 meningkat

melebihi nilai ratingnya sebesar 17,19%. Kenaikan daya aktif generator tersebut disebabkan

karena generator berusaha memenuhi kapasitas beban yang disuplai, yang menyebabkan

sistem tidak stabil.


Gambar 2. Respon frekuensi sistem tanpa adanya pelepasan beban pada skenario

Tabel 5. Frekuensi dan pemulihan sebelum melakukan pelepasan beban skenario 1

Parameter Sebelum Melakukan Pelepasan Beban

% Hz Detik

Frekuensi

maksimum

100,142 50,071

Frekuensi minimum 98,888 49,444

Frekuensi steady

state

99,05 49,525

Waktu Tunak 6,852

Setelah dilakukan pelepasan beban terdapat perubahan hasil respon frekuensi dari

impelementasi skema pelepasan beban dengan pengaturan UFR laju penurunan frekuensi.

Saat IBT 1 dan IBT 2 lepas dari sistem terdapat kenaikan frekuensi menjadi 50,071 Hz dalam

waktu 0,082 detik. Karena kondisi pembebanan dengan suplai daya yang disalurkan tidak

seimbang, frekuensi turun menjadi 49,450 Hz dalam waktu 2,46 detik.

Sesuai dengan perancangan, ketika frekuensi turun hingga <49,5 dalam waktu melebihi

0,25 detik, maka pelepasan beban tahap 1 dilakukan dengan melepaskan beban sebesar 99,02

MW. Frekuensi sistem kemudian naik mencapai steady state pada 49,994 Hz dalam waktu

7,744 detik setelah saluran IBT lepas. Waktu saat frekuensi turun hingga hingga batas steady

state masih dalam rentang normal. Daya aktif yang disuplai oleh masing-masing pembangkit

masih dibawah nilai rating maksimum generator dengan nilai PLTU Labuan 1 sebesar 280,08

MW, PLTU Labuan 2 sebesar 280,08 MW dan PLTGU GT 1 sebesar 236,46 MW.


Gambar 3. Respon frekuensi sistem setelah adanya skema pelepasan beban dengan UFR laju penurunan

frekuensi pada skenario 1

Tabel 6. Frekuensi dan pemulihan setelah pelepasan beban skenario 1

Parameter Pelepasan Beban dengan UFR % Hz Detik

Frekuensi maksimum

100,142 50,071

Frekuensi minimum

98,9 49,450

Frekuensi steady state

99,988 49,994

Waktu Tunak 8,744

B. Skenario 2



PLTGU Cilegon GT 1 dan PLTGU Cilegon ST1, sehingga menyebabkan ketidakseimbangan







pada 49,371 Hz dalam waktu 6,102 detik. Daya aktif yang disuplai generator GT2 meningkat





Gambar 4. Respon frekuensi sistem tanpa adanya pelepasan beban pada skenario 2


Parameter Sebelum Melakukan Pelepasan Beban % Hz Detik

Frekuensi maksimum

100,098 50,049

Frekuensi minimum

98,562 49,281

Frekuensi steady state

98,742 49,371

Waktu Tunak 6,102




waktu 0,062 detik, hal ini masih dalam kondisi yang diizinkan. Karena kondisi pembebanan

dengan suplai daya yang disalurkan tidak seimbang, frekuensi turun menjadi 49,381 Hz dalam

waktu 1,501 detik.


0,1 detik setiap tahapnya, maka pelepasan beban tahap 1 dan 2 dilakukan dengan melepaskan

beban sebesar 121,95 MW. Frekuensi sistem kemudian naik mencapai steady state pada

49,962 Hz dalam waktu 7,420 detik setelah saluran IBT lepas. Daya aktif yang disuplai oleh

masing-masing pembangkit masih dibawah nilai rating maksimum generator dengan nilai

PLTU Labuan 1 sebesar 280,79 MW, PLTU Labuan 2 sebesar 280,79 MW dan PLTGU GT 2

sebesar 216,7 MW.






Frekuensi maksimum

100,1 50,050

Frekuensi minimum 98,762 49,381 Frekuensi steady

state 99,924 49,962

Waktu tunak 7,420

C. Skenario 3



PLTGU Cilegon GT 1 dan PLTGU Cilegon GT 2, sehingga menyebabkan ketidakseimbangan







pada 49,384 Hz dalam waktu 6,332 detik. Daya aktif yang disuplai generator ST1 meningkat





Gambar 6. Respon frekuensi sistem tanpa adanya skema pelepasan beban pada skenario 3


Parameter Sebelum Melakukan Pelepasan Beban % Hz Detik

Frekuensi maksimum

100,114 50,057


state 98,768 49,384

Waktu Tunak 6,332






waktu 1,597 detik.


0,1 detik setiap tahapnya maka pelepasan beban tahap 1 dan 2 dilakukan dengan melepaskan

beban sebesar 121,95 MW. Frekuensi sistem kemudian naik mencapai steady state pada

49,975 Hz dalam waktu 10,018 detik setelah saluran IBT lepas. Daya aktif yang disuplai oleh

masing-masing pembangkit masih dibawah nilai rating maksimum generator dengan nilai


PLTU Labuan 1 sebesar 280,52 MW, PLTU Labuan 2 sebesar 280,52 MW dan PLTGU GT 2

sebesar 215,1 MW.





Frekuensi maksimum

100,118 50,059


state 99,95 49,975

Waktu tunak 10,018

D. Skenario 4

Pada skenario ini, percobaan dilakukan dengan melepaskan saluran IBT 1 dan IBT 2

pada saat detik pertama. Dimana terdapat pembangkit yang tidak beroperasi (out of service)

yakni PLTGU Cilegon GT 1 dan PLTGU Cilegon GT 2, sehingga menyebabkan sistem

kelistrikan Cilegon Overload sebesar 117,85%. Saat IBT 1 dan IBT 2 lepas dari sistem

terdapat kenaikan frekuensi 50,219 Hz dengan waktu 0,072 detik, hal ini masih berada dalam

kondisi normal.



pada 43,133 Hz dalam waktu 15,682 detik. Daya aktif yang disuplai generator PLTU Labuan

1 dan 2 meningkat melebihi nilai ratingnya sebesar 37,36% . Kenaikan daya aktif generator


tersebut disebabkan karena generator berusaha memenuhi kapasitas beban yang disuplai, yang

menyebabkan sistem tidak stabil.

Gambar 8. Respon frekuensi sistem tanpa adanya skema pelepasan beban pada skenario 4


Parameter Sebelum Melakukan Pelepasan Beban

% Hz Detik

Frekuensi

maksimum

100,438 50,219

Frekuensi minimum 85,532 42,766

Frekuensi steady

state

86,266 43,133

Waktu tunak 15,682


impelementasi skema pelepasan beban dengan setting UFR laju penurunan frekuensi. Saat

IBT 1 dan IBT 2 lepas dari sistem terdapat kenaikan frekuensi menjadi 50,219 Hz dalam



waktu 1,763 detik.

Sesuai dengan perancangan, ketika frekuensi turun hingga <48,4 maka pelepasan beban tahap

1 - 7 dilakukan dengan melepaskan beban sebesar 345,82 MW. Frekuensi sistem kemudian

naik mencapai steady state pada 50,075 Hz dalam waktu 18,365 detik setelah saluran IBT


lepas. Daya aktif yang disuplai oleh masing-masing pembangkit masih dibawah nilai rating

maksimum generator dengan nilai PLTU Labuan 1 sebesar 278,30 MW, PLTU Labuan 2

sebesar 278,30 MW.

Gambar 9. Respon frekuensi sistem setelah adanya skema pelepasan beban dengan UFR laju penurunan frekuensi

pada skenario 4



Frekuensi maksimum

100,438 50,219


state 100,15 50,075

Waktu tunak 18,365

E. Analisa Akhir

Skema pertahanan sistem tenaga listrik dengan melakukan pelepasan beban berbasis

under frequency relay dapat menjaga kestabilan frekuensi dan kesimbangan daya pada saat

sistem kelistrikan Cilegon mengalami ketidakseimbangan daya . Saat skema pelepasan beban

dilakukan nilai steady state frekuensi lebih baik jika dibandingkan dengan saat tidak

melakukan skema pelepasan beban. Nilai steady state yang mendekati nilai nominal frekuensi

yakni 50 Hz, pada saat skenario 1 dengan nilai frekuensi 49,99 Hz.

Pada masing-masing skenario pelepasan beban yang dilakukan nilai terbaik pada

skenario 1, dimana hal ini dilihat dari nilai steady state frekuensi nominal setelah terjadi


gangguan sebesar 49,994 Hz. Selain itu dalam skenario ini nilai minimumnya 49,450 Hz

memiliki nilai tertinggi diantara skenario lain, hal ini disebabkan karena besar

ketidakseimbangan daya pada skenario 1 lebih kecil dibandingkan dengan skenario lain, serta

laju penurunan frekuensi lebih rendah dibandingkan dengan skenario lain. Selain itu waktu

pemulihan pada skenario ini masih dibatas normal, sesuai standar IEEE C37-106 2003 yaitu

lamanya waktu pemulihan untuk kembali ke batas nominal yang diizinkan normalnya selama

10 detik.

Nilai minimum frekuensi lebih tinggi saat menggunakan skema pelepasan beban jika

dibandingkan dengan tidak melakukan pelepasan beban, Selisih terbesar terjadi pada skenario

4, dimana saat tidak melakukan pelepasan beban nilai minimum frekuensi sebesar 42,766 Hz.

Kemudian saat melakukan pelepasan beban menjadi 48,277 Hz. Hal ini dikarenakan saat

frekuensi turun pada nilai tertentu sesuai dengan pengaturan UFR, maka beban akan dilepas.

Sehingga ketidakseimbangan beban dan penurunan kecepatan frekuensi akan berkurang.

Setelah pelepasan beban tahap tertentu sistem tidak lagi menurun tetapi menunjukkan gejala

yang baik yaitu naik kembali ke frekuensi steady state pada nilai yang diizinkan.

Daya yang disuplai masing-masing generator pada subsistem Cilegon saat sistem

mengalami ketidakseimbangan daya dan tidak melakukan pelepasan beban melebihi nilai

rating maksimumnya. Kelebihan suplai generator yang paling besar terjadi saat beban

berlebih sebesar 336 MW. Daya yang disuplai pada PLTU Labuan 1 dan PLTU labuan 2

menjadi 433,26 MW nilai tersebut melebihi 37,36 % dari rating maksimum. Hal tersebut

terjadi karena saat terdapat pembangkit dalam keadaan tidak beroperasi, pembangkit yang

beroperasi berusaha memenuhi seluruh kapasitas beban yang ada pada subsistem Cilegon.

Sehingga suplai yang dikeluarkan oleh pembangkit yang beroperasi menjadi bertambah,

sampai melebihi nilai rating maksimumnya. Hal ini dapat menurunkan frekuensi dan sistem

menjadi tidak stabil .

Pada masing-masing skenario saat nilai overload semakin besar untuk menjadikan

frekuensi kembali ke kondisi yang diizinkan membutuhkan waktu pemulihan lebih lama,

waktu pemulihan paling lama saat beban berlebih sebesar 336,15 MW membutuhkan waktu

pemulihan sebesar 18,365 detik. Jika dibandingkan saat beban berlebih sebesar 124,19 MW

hanya membutuhkan waktu pemulihan sebesar 7,42 detik. Hal ini dapat terjadi karena saat

besar overload semakin besar maka tahapan pelepasan beban yang dilakukan lebih banyak,

sehingga membutuhkan waktu pelepasan dan pemulihan yang lebih lama.


6. Kesimpulan Dari hasil penelitian pada sistem kelistrikan subsistem Cilegon, menggunakan perangkat

lunak DIgSILENT, dapat diambil kesimpulan yaitu:

1. Ketidakseimbangan suplai pembangkit dengan beban pada kondisi eksisting

menyebabkan ketidakstabilan frekuensi dan keseimbangan daya dibawah nilai yang

diizinkan, dengan nilai frekuensi 43,133 Hz dan daya generator melebihi nilai

ratingnya sebesar 117,8 MW atau 37,36%.

2. Skema pelepasan beban dengan relai under frequency relay laju penurunan frekuensi

pada kondisi beban berlebih dapat menjaga kestabilan nilai frekuensi dan

keseimbangan daya pada kondisi yang diizinkan, skenario terbaik pada skenario 1

saat PLTGU Cilegon GT1, PLTU Labuan 1 dan PLTU Labuan 2 beroperasi dengan

nilai frekuensi 49,994 Hz.

3. Kondisi sistem kelistrikan subsistem Cilegon kelebihan beban sebesar 100 MW maka

beban yang harus di lepas sebesar 99,02 MW, saat kelebihan beban sebesar 124 MW

maka beban yang harus dilepas sebesar 121,95 MW dan saat kelebihan beban sebesar

336 MW beban yang harus dilepas 345,82 MW untu menstabilkan frekuensi dan daya

sesuai batas yang diizinkan.

4. Pelepasan beban dengan menggunakan UFR laju penurunan frekuensi dapat

menaikkan nilai minimum frekuensi jika dibandingkan dengan tidak melakukan

skema pelepasan beban dengan nilai 42,766 Hz menjadi 48,277 Hz.

5. Semakin besar defisit daya yang disuplai dengan kebutuhan beban maka waktu

pemulihan untuk mencapai kondisi normal semakin lama. Saat kelebihan beban 336

MW membutuhkan waktu pemulihan sebesar 18,365 detik.

Daftar Acuan

[1] Marsudi,djiteng.2006.Operasi Sistem Tenaga Listrik.Graha Ilmu :Yogyakarta

[2] Sulasno.1993.Analisa Sistem Tenaga Listrik.Satya Wacana : Semarang

[3] Kundur and P. Kundur,2006. Power System Stability and Control, Toronto: McGraw-Hill, Inc.

[4] Rosalina.2010. Analisa Kestabilan Peralihan Sistem Tenaga Listrik Dengan Metode Lyapunov.

Depok : Universitas Indonesia.

[5] Kundur, Prabha dkk.2004.”Definition and Classification of Power System

Stability”,IEEE/CIGRE Joint Task Force on Stability Terms and Definitions,USA.

[6] PLN Corporate University. Pengenalan Stabilitas Sistem Tenaga.


[7] Tim Penyusun PLN.2015. Defense Scheme Sistem Jawa Bali. Jakarta PT PLN (Persero) P3B

Jawa Bali .

[8] P.M.Anderson.1998. Power System Protection.IEEE Press Editorial Board.

[9] S.Rabbani, Ammar.2016. Studi Perancangan Skema Pertahanan Untuk Sistem Kelistrikan

Kalimantan Timur Berbasis Under Frequency Relay Dengan Setting Frekuensi Atau Laju

Penurunan Frekuensi. Bandung :Institut Teknologi Bandung.

[10] F. A. Moura, J. R. Camacho, G. C. Guimaraes and M. L. Chaves.2011. Steam Turbine Under

Abnormal Frequeny Conditions in Distributed Generation Systems, Brazil: Federal University of

Triangulo Mineiro.

[11] Bayu Aji, Waspodo. 1998. Simulasi Pelepasan Beban Ketika Terjadi Penurunan Frekuensi Sistem

Tenaga. Depok :Universitas Indonesia.

[12] Hidayat, Fani Irfan. 2004. Simulasi Pelepasan Beban pada Sistem Tenaga Listrik Depok. Depok:

Universitas Indonesia.

[13] Bardini, Mila. 2016. Analisis Pelepasan Beban dan Capasitor Bank Pada Perencanaan Islanding

Sistem Tenaga Listrik. Depok: Universitas Indonesia.

[14] N. Perumal and Aliza Che Amran.2003. Automatic Load Shedding in Power System. Malaysia.

[15] Ayu Lestrai, Mayda.2013. Simulasi Pelepasan Beban Berdasarkan Waktu Operasi Beban Pada

Subsistem Kembangan. Depok: Universitas Indonesia.

[16] Tim Penyusun PLN.2013. “Pedoman dan Petunjuk Sistem Proteksi Transmisi dan Gardu Induk

Jawa Bali,” PT PLN Persero, Jakarta.

[17] Tim Penyusun PLN. 2015. SOP Natal dan Tahun Baru 2016.

[18] E. A. Frimpong.2015. "Prediction of Transient Stability Status and Coherent Generator Groups,"

Kwame Nkrumah University of Science and technology.

[19] Nugraheni, Ari.2011. Simulasi Pelepasan Beban Dengan Menggunakan Rele Frekuensi Pada

Sistem Tenaga Listrik CNOOC SES.Ltd. Depok : Universitas Indonesia.

[20] Gers, Juan M., and Edward J. Holmes.2004. Protection of Electricity Distribution Network.

London : The Institution of Electrical

[21] J. R. Jones and W. D. Kirkland, "Computer Algorithm For Selection of Frequency relays For

Load Shedding," IEEE, Birmingham.


studi skema pertahanan sistem tenaga listrik dengan …

Documents