HALAMAN KULIT PENGARUH PENEMPATAN OPTIMAL …...HALAMAN KULIT PENGARUH PENEMPATAN OPTIMAL UNIFIED POWER FLOW CONTROLLER (UPFC) TERHADAP KESTABILAN TEGANGAN SISTEM TENAGA LISTRIK PADA

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

HALAMAN KULIT

PENGARUH PENEMPATAN OPTIMAL UNIFIED POWER

FLOW CONTROLLER (UPFC) TERHADAP KESTABILAN

TEGANGAN SISTEM TENAGA LISTRIK PADA SISTEM

IEEE 14 BUS DAN SISTEM JAWA-BALI 500 KV

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh:

FASDA ILHAQ ROBBANI

NIM. I0714013

PRODI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2018


HALAMAN JUDUL

PENGARUH PENEMPATAN OPTIMAL UNIFIED POWER

FLOW CONTROLLER (UPFC) TERHADAP KESTABILAN

TEGANGAN SISTEM TENAGA LISTRIK PADA SISTEM

IEEE 14 BUS DAN SISTEM JAWA-BALI 500 KV

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh:

FASDA ILHAQ ROBBANI

NIM. I0714013

PRODI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2018


ii

HALAMAN SURAT PENUGASAN


iii

PERNYATAAN INTEGRITAS PENULIS


iv

HALAMAN PENGESAHAN TIM PEMBIMBING DAN TIM PENGUJI


v

MOTTO

HIDUP ADALAH

MENUNGGU SHOLAT


vi

ABSTRAK

Pertumbuhan beban yang sangat cepat mengakibatkan sistem kelistrikan beroperasi

mendekati ambang batas kestabilan. Flexible alternating current transmission

sistem (FACTS) adalah peralatan elektronik solid state yang mampu mengatur

transmisi daya listrik secara fleksibel yang dapat digunakan untuk mengatasi

permasalahan tersebut. Pada penelitian ini akan dianalisis pengaruh penempatan

unified power flow controller (UPFC) yang merupakan salah satu dari jenis

FACTS, pada bus atau saluran terkritis terhadap kestabilan tegangan sistem tenaga

listrik dengan menggunakan rangkaian sistem standar IEEE 14 bus dan kasus Jawa-

Bali 500 kV dengan cara simulasi menggunakan software PSAT. Kestabilan

tegangan diamati dengan menggunakan bantuan kurva PV yang dapat menunjukkan

nilai kondisi tegangan disetiap kondisi operasi. Nilai tegangan sistem pada saat

mencapai titik operasi maksimum (MLP) digunakan untuk memilih bus atau

saluran terkritis sebagai lokasi penempatan UPFC. Pemasangan UPFC pada kasus

IEEE 14 bus dapat mengurangi rugi-rugi daya aktif sebesar 0.1130 p.u. (38,38 %)

dan rugi-rugi daya reaktif sebesar 0,3765 p.u. (41,11 %), serta penambahan panjang

λ yaitu sebesar 0,377 p.u. (13,33 %). Pemasangan UPFC pada kasus Jawa-Bali 500

kV dapat mengurangi rugi-rugi daya aktif sebesar 0,0166 p.u. (19,17 %) dan reaktif

power sebesar 0,0076 p.u. (1,21 %) serta peningkatan panjang λ yaitu sebesar 0,761

p.u. (19,78 %).

Kata kunci : UPFC, MLP , stabilitas tegangan


vii

ABSTRACT

Demand for electricity is increasing rapidly, the consequence of this is a threat to

the stability of the electrical sistem, one of which is the voltage stability. Flexible

alternating current transmission sistem (FACTS) is a solid state electronic device

is capable to regulate the transmission of electrical power be flexibly used to

overcome these problems. This research will analyse the influence of unified power

flow controller (UPFC) placement, as one of the types of FACTS on the buses or

line of the most critical voltage stability of the power system by using a series of

standard IEEE 14 buses sistem and case Jawa-Bali 500 kV by means of simulation

using PSAT software. Voltage stability observed with the help of the PV curve can

indicate the value of each voltage at any operating conditions. Voltage in which the

sistem reaches the maximum loading parameter (MLP) is used to select the most

critical bus or line as the location of UPFC placement. Installation of UPFC in

case of IEEE 14 buses can reduce active power losses by 0.1130 p.u. (38,38 %)

and reactive power losses by 0,3765 p.u. (41,11 %) and λ by 0,377 p.u. (13,33 %).

Installation of UPFC in case of Java-Bali 500 kV can reduce active power losses

by 0,0166 p.u. (19,17%) and reactive power losses by 0,0076 p.u. (1,21 %) and λ

by 0,761 p.u. (19,78 %).

Keywords: UPFC, MLP, voltage stability


viii

KATA PENGANTAR

Dengan mengucap puji dan syukur kepada Allah SWT atas berkah, rahmat

dan limpahan nikmat Nya-lah penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul

“Pengaruh Penempatan Optimal Unified Power Flow Controller (UPFC) terhadap

Kestabilan Sistem Tenaga Listrik pada Sistem IEEE 14 Bus dan Sistem Jawa-Bali

500 kV” dengan baik

Penulisan skripsi ini dimaksudkan untuk memenuhi persyaratan dalam

memperoleh gelar sarjana S1, Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik,

Universitas Sebelas Maret.

Penulis menyadari dalam proses penelitian dan pengerjaan skripsi ini

banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, baik berupa bimbingan, arahan,

saran, dorongan, doa, semangat maupun fasilitas. Oleh karena itu, penulis

mengucapkan banyak terima kasih kepada :

1. Bapak Chico Hermanu BA S.T., M.Eng. selaku Pembimbing I yang telah

membimbing, memberikan ide, saran, arahan dan motivasi dalam

penyelesaian skripsi ini dengan penuh keuletan dan kesabaran.

2. Prof. Muhammad Nizam, S.T, M.T, Ph,D. selaku Pembimbing II dan

Pembimbing Akademis yang telah yang telah membimbing, memberikan

ide, saran, arahan dan motivasi dalam penyelesaian skripsi ini dengan penuh

keuletan dan kesabaran .

3. Bapak Irwan Iftadi S.T., M.Eng. selaku Kepala Prodi Teknik Elektro

Universitas Sebelas Maret Surakarta .

4. Bapak Feri Adriyanto Ph.D. selaku Pembimbing Pendamping Tugas Akhir.

5. Bapak Jaka Sulistya Budi, S.T. selaku Koordinator Tugas Akhir.

6. Seluruh dosen dan karyawan Program Studi Teknik Elektro, Fakultas

Teknik yang sudah membantu baik langsung maupun tak langsung.

7. Keluarga di rumah, Ummah, Abah dan lainnya yang selalu memberikan

semangat, dukungan dan segala fasilitas yang ada.

8. Igor M. Farhan dan Bima Prasatya yang telah membantu, memberikan

semangat dan dukungan.


ix

9. Teman-teman Teknik elektro 2014 yang selalu berwarna, selalu kompak,

selalu memberi dukungan.

10. Adik-adik tingkat Teknik Elektro yang telah memberikan semangat dan

dukungan.

11. Semua pihak yang telah membantu penulis baik langsung maupun tidak

langsung yang tidak atau belum disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih terdapat

kekurangan dan ketidaksempurnaan. Oleh karena itu, saran dan kritik sangat

dibutuhkan oleh penulis untuk melakukan perbaikan kedepan. Penulis juga

berharap skripsi ini dapat bermanfaat terutama bagi penulis dan bagi pembaca.

Surakarta, 2 Agustus 2018

Fasda Ilhaq Robbani

I0714013


x

DAFTAR ISI

HALAMAN KULIT ................................................................................................ i

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

HALAMAN SURAT PENUGASAN ..................................................................... ii

PERNYATAAN INTEGRITAS PENULIS ........................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN TIM PEMBIMBING DAN TIM PENGUJI ......... iv

MOTTO .................................................................................................................. v

ABSTRAK ............................................................................................................. vi

ABSTRACT .......................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii

DAFTAR ISI ........................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiv

ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN .............................................................. xv

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang Masalah ........................................................................... 1

1.2. Perumusan Masalah .................................................................................. 3

1.3. Tujuan Penelitan ....................................................................................... 3

1.4. Manfaat Penelitian .................................................................................... 3

1.5. Sistematika Penulisan ............................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 5

2.1. Penelitian Sebelumnya ............................................................................. 5

2.2. Sistem Transmisi Tenaga Listrik .............................................................. 8

2.3. Per Unit ..................................................................................................... 9

2.3. Studi Aliran Daya ................................................................................... 10

2.4. FACTS .................................................................................................... 15

2.5. UPFC ...................................................................................................... 16

2.5.1. Jenis Pemodelan UPFC ................................................................... 21

2.5.2. Prinsip Operasi UPFC ..................................................................... 21

2.6. Stabilitas Sistem Tenaga Listrik ............................................................. 23

2.7. Stabilitas Tegangan ................................................................................ 25

2.8. Voltage Collapse .................................................................................... 26

2.9. Metode Kestabilan Tegangan ................................................................. 27

2.10. Kurva PV ............................................................................................ 28


xi

2.11. CPF ..................................................................................................... 31

BAB III METODOLOGI PENELITIAN.............................................................. 33

3.1. Sumber Data ........................................................................................... 33

3.2. Alat dan Bahan ....................................................................................... 34

3.2.1. Alat .................................................................................................. 34

3.2.2. Bahan............................................................................................... 34

3.3. Prosedur Penelitian ................................................................................. 43

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 46

4.1. Load Flow ............................................................................................... 46

4.1.1. IEEE 14 Bus .................................................................................... 46

4.1.2. Jawa-Bali 500 kV ............................................................................ 48

4.2. CPF ......................................................................................................... 50

4.2.1. IEEE 14 Bus .................................................................................... 50

4.2.2. Jawa-Bali 500 kV ............................................................................ 55

4.3. CPF dengn UPFC ................................................................................... 61

4.3.1. IEEE 14 BUS .................................................................................. 62

4.3.2. Jawa-Bali 500 kV ............................................................................ 73

4.4. Perbandingan hasil simulasi ................................................................... 84

4.4.1. IEEE 14 Bus .................................................................................... 85

4.4.2. Jawa-Bali 500 kV ............................................................................ 87

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 90

5.1. Kesimpulan ............................................................................................. 90

5.2. Saran ....................................................................................................... 90

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 91

LAMPIRAN .......................................................................................................... 93

IEEE 14 ............................................................................................................. 93

Jawa-Bali 500 kV ............................................................................................ 119


xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Aplikasi Kirchoff Current Law ......................................................... 11

Gambar 2.2 Skema Gambar UPFC ....................................................................... 17

Gambar 2.3 Representasi Block UPFC ................................................................. 18

Gambar 2.4 Model UPFC ..................................................................................... 19

Gambar 2.5 Konfigurasi UPFC dengan dua voltage source converter ................. 22

Gambar 2.6 Klarifikasi Kestabilan Sistem Tenaga Listrik ................................... 24

Gambar 2.7 Sistem pengujian dua bus .................................................................. 29

Gambar 2.8 Kurva PV ........................................................................................... 30

Gambar 2.9 Batas daya ......................................................................................... 31

Gambar 3.1 Skema kerja PSAT ............................................................................ 35

Gambar 3.2 Single line diagram IEEE 14 ............................................................. 36

Gambar 3.3 Interkoneksi saluran transmisi Jawa-Bali 500 kV ............................. 37

Gambar 3.4 Lokasi pembangkitan sistem kelistrikan Jawa-Bali 500 kV ............. 38

Gambar 3.5 Single line diagram sistem Jawa-Bali ............................................... 43

Gambar 3.6 Flowchart jalannya penelitian ........................................................... 45

Gambar 4.1 Profil Tegangan Load Flow IEEE 14 Bus ......................................... 46

Gambar 4.2 Profil Tegangan Load Flow Jawa-Bali 500 kV ................................. 48

Gambar 4.3 Kurva PV 1 IEEE 14 bus ................................................................. 51



Gambar 4.6 Kurva PV kritis IEEE 14 bus ............................................................ 53

Gambar 4.7 Nilai MLP IEEE 14 ........................................................................... 54

Gambar 4.8 Profil tegangan CPF IEEE 14 bus ..................................................... 55

Gambar 4.9 Kurva PV 1 Jawa-Bali 500 kV .......................................................... 56

Gambar 4.10 Kurva PV 2 Jawa-Bali 500 kV ........................................................ 56



Gambar 4.13 Kurva PV kritis Jawa-Bali 500 kV ................................................. 59

Gambar 4.14 Nilai MLP kasus Jawa-Bali 500 kV ................................................ 60

Gambar 4.15 Profil Tegangan CPF Jawa-Bali 500 kV ......................................... 61

Gambar 4.16 Pemasangan UPFC pada saluran 9-14 kasus IEEE 14 bus ............ 62

Gambar 4.17 Kurva PV UPFC pada saluran 9 -14 IEEE 14 bus ......................... 63

Gambar 4.18 Profil tegangan PF UPFC Bus 9-14 IEEE 14 bus .......................... 64

Gambar 4.19 Profil tegangan CPF UPFC Bus 9-14 IEEE 14 bus ....................... 64

Gambar 4.20 Pemasangan UPFC pada saluran 5-4 .............................................. 66

Gambar 4.21 Kurva PV UPFC pada saluran 5-4 IEEE14 bus .............................. 67

Gambar 4.22 Profil tegangan PF UPFC saluran 5-4 IEEE14 bus ......................... 68

Gambar 4.23 Profil tegangan CPF UPFC saluran 5-4 IEEE14 bus ...................... 68

Gambar 4.24 Pemasangan UPFC pada saluran 14-13 .......................................... 70

Gambar 4.25 Kurva PV UPFC pada saluran 14-13 IEEE14 bus .......................... 71

Gambar 4.26 Profil tegangan PF UPFC saluran 14-13 IEEE14 bus ..................... 71

Gambar 4.27 Profil tegangan CPF UPFC saluran 14-13 IEEE14 ......................... 72

Gambar 4.28 Pemasangan UPFC pada saluran 10-11 kasus Jawa-Bali 500 kV ... 74


xiii

Gambar 4.29 Kurva PV UPFC saluran 10-11 Jawa-Bali 500 kV ......................... 75

Gambar 4.30 Profil tegangan CPF UPFC saluran 10-11 Jawa-Bali 500 kV ........ 75

Gambar 4.31 Profil tegangan PF UPFC saluran 10-11 Jawa-Bali 500 kV ........... 76

Gambar 4.32 Pemasangan UPFC pada saluran 7-8 kasus Jawa-Bali 500 kV ...... 78

Gambar 4.33 UPFC saluran 7-8 Jawa-Bali 500 kV .............................................. 79

Gambar 4.34 Profil tegangan PF UPFC saluran 7-8 Jawa-Bali 500 kV ............... 79

Gambar 4.35 Profil tegangan CPF saluran 7-8 Jawa-Bali 500 kV ....................... 80

Gambar 4.36 Pemasangan UPFC pada saluran 17-11 kasus Jawa-Bali 500 kV .. 81

Gambar 4.37 UPFC saluran 17-11 Jawa-Bali 500 Kv .......................................... 82

Gambar 4.38 Profil tegangan PF UPFC saluran 17-11 Jawa-Bali 500 kV ........... 83

Gambar 4.39 Profil tegangan CPF UPFC saluran 17-11 Jawa-Bali 500 kV ........ 83

Gambar 4.40 Perbandingan profil tegangan PF IEEE14 bus ................................ 86

Gambar 4.41 Perbandingan profil tegangan CPF IEEE14 bus ............................. 86

Gambar 4.42 Perbandingan profil tegangan PF Jawa-Bali 500 kV ...................... 88

Gambar 4.43 Perbandingan profil tegangan CPF Jawa-Bali 500 kV.................... 89


xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Penelitian sebelumnya............................................................................. 6

Tabel 3.1 PSAT dengan MATLAB toolbox lainnya...............................................34

Tabel 3.2 Data bus, pembangkitan, dan pembebanan sistem Jawa-Bali 500 kV .. 39

Tabel 3 3 Data bus, pembangkitan, dan pembebanan sistem Jawa-Bali 500 kV

(sambungan) .......................................................................................................... 40

Tabel 3.4 Kapasitas stasiun pembangkit ............................................................... 40

Tabel 3.5 Kapasitas stasiun pembangkit (sambungan) ......................................... 41

Tabel 3.6 Data saluran transmisi sistem kelistrikan Jawa-Bali 500 kV ................ 41

Tabel 3.7 Data saluran transmisi sistem kelistrikan Jawa-Bali 500 kV(sambungan)

............................................................................................................................... 42

Tabel 4.1 Total pembangkitan, beban dan rugi-rugi IEEE 14 bus ........................ 47

Tabel 4.2 Total Pembangkitan, beban dan rugi-rugi Jawa-Bali 500 kV ............... 49

Tabel 4.3 Total pembangkitan, beban dan rugi-rugi UPFC saluran 9-14 IEEE14 bus

............................................................................................................................... 65

Tabel 4.4 Total pembangkitan, beban dan rugi-rugi UPFC saluran 5-4 IEEE14 bus

............................................................................................................................... 69

Tabel 4. 5 Total pembangkitan, beban dan rugi-rugi UPFC saluran 14-13 IEEE14

bus ......................................................................................................................... 72

Tabel 4.6 Total pembangkitan, beban dan rugi-rugi UPFC saluran 10-11Jawa-Bali

500 kV ................................................................................................................... 77

Tabel 4.7 Total pembangkitan, beban dan rugi-rugi UPFC saluran 7-8 Jawa-Bali

500 kV ................................................................................................................... 80

Tabel 4.8 Total pembangkitan, beban dan rugi-rugi UPFC saluran 17-11 Jawa-Bali

500 kV ................................................................................................................... 84

Tabel 4.9 Perbandingan total pembangkitan, beban dan rugi-rugi IEEE14 bus ... 85

Tabel 4. 10 Perbandingan total pembangkitan, beban dan rugi-rugi Jawa-Bali 500

kV .......................................................................................................................... 87


xv

ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN

𝐼𝑖 = Arus pada bus i

𝑉𝑖 = Tegangan pada bus i

𝑦𝑖 = Admitansi pada bus i

𝑃𝑖 = Daya aktif pada bus i

𝑄𝑖 = Daya reaktif pada bus i

𝜃𝑖 = Beda sudut pada bus i

𝛿𝑖 = Sudut pada bus i

𝜗 = Turunan parsial

𝑦𝑖 = Admittance pada bus i (matrix)

𝐽𝑖 = Jacobian element

𝑃𝑘 = Daya aktif pada bus k (dari)

𝑃𝑠ℎ = Daya aktif shunt

𝑄𝑘 = Daya reaktif pada bus k (dari)

𝑄𝑠ℎ = Daya reaktif shunt

𝑉𝑘 = Tegangan pada bus k (dari)

𝐼𝑚 = Arus pada bus m (ke)

𝐺𝑠ℎ = Konduktansi shunt

𝐵𝑠ℎ = Supseptansi shunt

𝑉𝑑𝑐 = Tegangan inverter DC

𝛼 = Sudut penyulutan

𝐾 = Penguatan (gain)

∆𝑃𝑖(𝑘) = Active power residual

∆𝑄𝑖(𝑘) = Reactive power residual

𝑃𝐺𝑖 = Daya aktif sumber

𝑃𝐿𝑖 = Daya aktif beban

𝑄𝐿𝑖 = Daya reaktif pada sumber

𝑄𝐿𝑖 = Daya reaktif pada beban

𝑃𝐿𝑜 = Daya aktif beban dasar

𝑄𝐿𝑜 = Daya Reaktif beban dasar


xvi

𝑃𝐿 = Daya aktif beban pada bus L

𝑄𝐿 = Daya reaktif beban pada bus L

𝑃𝑖 = Daya aktif riil beban pada bus i

𝑄𝑖 = Daya reaktif riil beban pada bus i

λ = Loading Parameter

E = Tegangan sumber

V = Tegangan beban

X = Reaktansi

AC = Alternating current

DC = Direct current

FACTS = Flexible alternating current transmission system

SSSC = Static synchronous series compensator

SVC = Static var compensator

TCSC = Thyristor controlled series capacitor

STATCOM = Static synchronous compensator

UPFC = Unified power flow controller

PF = Power flow

LF = Load flow

CPF = Continuation power flow

PV = Active power – voltage magnitude

MLP = Maximum loading parameter

VCPI = Voltage collapse proximity index

FVSI = Fast voltage stability index

RUPTL = Rencana usaha penyediaan tenaga listrik

Documents

HALAMAN KULIT PENGARUH PENEMPATAN OPTIMAL …...HALAMAN KULIT PENGARUH PENEMPATAN OPTIMAL UNIFIED POWER FLOW CONTROLLER (UPFC) TERHADAP KESTABILAN TEGANGAN SISTEM TENAGA LISTRIK PADA