Upload
andreas-coas
View
273
Download
17
Embed Size (px)
Citation preview
8/10/2019 Skripsi Statcom
1/90
ANALISA DAN SIMULASI STATIC SYNCHRONOUS
COMPENSATOR (STATCOM) SEBAGAI
KOMPENSATOR DAYA REAKTIFPADA INDUSTRI BAJA
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan
mendapatkan gelar Sarjana Teknik
Disusun oleh:
Ahmad Faiz Adnan
3332051032
KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL
UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
CILEGON
2010
PDF processed with CutePDF evaluation edition www.CutePDF.comPDF processed with CutePDF evaluation edition www.CutePDF.comPDF processed with CutePDF evaluation edition www.CutePDF.com
http://www.cutepdf.com/http://www.cutepdf.com/http://www.cutepdf.com/http://www.cutepdf.com/http://www.cutepdf.com/http://www.cutepdf.com/8/10/2019 Skripsi Statcom
2/90
CARI ALLAH DULU SEBELUM
MENCARI PERTOLONGAN MANUSIA
HADIRKAN ALLAH SWT DALAM
SETIAP AKTIVITAS KITA :
DIAWAL, DITENGAH
DAN
DIAKHIR IKHTIAR KITA
(UST. YUSUF MANSYUR)
8/10/2019 Skripsi Statcom
3/90
ii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
ANALISA DAN SIMULASI STATIC SYNCHRONOUS COMPENSATOR
(STATCOM) SEBAGAI KOMPENSATOR DAYA REAKTIF PADA
INDUSTRI BAJA
yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik padaJurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa,
sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang
sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar
kesarjanaan di lingkungan Universitas Sultan Ageng Tirtayasa maupun di
Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber
informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.
Cilegon, 7 Mei 2010
Ahmad Faiz AdnanNPM. 3332051032
8/10/2019 Skripsi Statcom
4/90
iii
PENGESAHAN PEMBIMBING
Skripsi dengan judul :
ANALISA DAN SIMULASI STATIC SYNCHRONOUS COMPENSATOR
(STATCOM) SEBAGAI KOMPENSATOR DAYA REAKTIF PADA
INDUSTRI BAJA
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa dandisetujui untuk diajukan dalam sidang ujian skripsi.
Cilegon, 7 Mei 2010
Pembimbing I Pembimbing II
Wahyuni Martiningsih, Ir., MT. Muhammad Otong, ST
NIP. 196303132001122001 NIP. 197203192005011001
Mengetahui
Ketua Jurusan Teknik Elektro
Ri Munarto, Ir., M.EngNIP. 195911202003121001
8/10/2019 Skripsi Statcom
5/90
iv
PENGESAHAN PENGUJIAN
Skripsi dengan judul :
ANALISA DAN SIMULASI STATIC SYNCHRONOUS COMPENSATOR
(STATCOM) SEBAGAI KOMPENSATOR DAYA REAKTIF PADA
INDUSTRI BAJA
Telah di uji dan dinyatakan lulus, pada tanggal 7 Mei 2010.
Penguji I Penguji II Penguji III
Ri Munarto, Ir., M.Eng. M. Sadikin, ST., MT. Supriyanto, ST.,M.Sc.
NIP. 195911202003121001 NIP. 132282205 NIP. 197605082003121002
8/10/2019 Skripsi Statcom
6/90
v
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum. Wr. Wb.
Alhamdulillahi robbil alamin, penulis panjatkan kehadirat Alloh SWT,
karena rahmat, hidayah, izin serta ridho-Nya lah sehingga penulis dapat
menyelesaikan penulisan skripsi ini. Solawat serta salam tercurah kepada kudwah
hasanah umat manusia - Rasululloh SAW, keluarga, sahabat serta pengikutnya
hingga akhir zaman.
Skripsi ini dibuat sebagai persyaratan untuk menempuh Ujian S-1 Teknik
Elektro, Jurusan Teknik Elektro, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa. Serta
menjadi bagian dalam melengkapi mata kuliah yang ada dalam Jurusan Teknik
Elektro.
Penyelesaian penelitian skripsi ini tak lepas karena berkat dukungan dari
berbagai pihak. Oleh karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada :
1. Kepada Orang Tua Tercinta yang telah memberikan dukungan baik moril
maupun materil serta doa tiada henti, dan juga buat adik-adikku tercinta,
Ratna Ardiyanti, Ahmad Faujan Rezeki, Ahmad Fauzi Hardiansyah danAhmad Farhan Ramadhan.
2. Ibu Wahyuni Martiningsih, Ir., MT. selaku Dosen Pembimbing I yang
telah banyak memberikan pengarahan dalam penulisan laporan skripsi ini
ditengah kesibukan beliau menyelesaikan study S3 nya.
3. Bapak M. Otong, ST. selaku Dosen pembimbing II yang juga telah
bersedia membimbing ditengah banyaknya mahasiswa yang menjadi
bimbingan beliau.
4.
Bapak Ri Munarto, Ir., M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro
Untirta.
5. Ibu Irma Saraswati, S.Si., MT. yang selalu menyemangati dan membantu
administrasi penulis selama penyusunan skripsi.
6. Seluruh dosen teknik elektro Untirta.
8/10/2019 Skripsi Statcom
7/90
vi
7. Teh Yunita yang selalu memberikan semangat, motivasi dan tempat curhat
selama pengerjaan skripsi. Teh Tika yang selalu menanyakan kapan
lulus.
8. Sahabat yang selalu menemani, Whisnu B, Jawa (Akhmad Zaeni M), Fikri
(yang selalu menanyakan progress skripsi di setiap pagi), Mamat, Agi W,
Eko S, Aziz E, Erpin S.
9. Kawan-kawan seperjuangan Teknik Elektro angkatan 2005 yang selalu
kompak,.
10.
Ukhti Nismah Maulida, akh Khoirul, akh Rusli, akh Waluyo dan semua
sahabat ETOS ITS yang telah banyak membantu selama berada di ITS.
11.
Didin, Ukhti Zakiah Nurul Fauzi (Aulia qq), Riya Safariyah, Maya
Anggraeni, Laili Puspitasari, Halida Windhya Setiawan, Lailatul
Masyrifah yang selalu menyemangati untuk segera lulus.
Penulis menyadari penelitian skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk
itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik berbagai pihak demi
kesempurnaan skripsi ini.
Terima kasih.
Wassalamualaikum Wr.Wb.
Cilegon, 7 Mei 2010
Penulis,
Ahmad Faiz Adnan
8/10/2019 Skripsi Statcom
8/90
vii
ABSTRAK
Energi listrik yang digunakan dalam Electric Arc Furnace ( EAF) industri
peleburan biji besi baja dan scrap relatif besar, dan tidak stabil sesuai dengan
kondisi sentuhan elektroda-elektroda dengan bahan (biji besi dan scrap),
sehingga sering menyebabkan terganggunya sistem kelistrikan.
Dalam mengatasi permasalahan yang ditimbulkan dari busur listrik yang
terjadi, perkembangan dibidang elektronika daya telah melahirkan teknologi
Flexible AC Transmission System (FACTS), dimana FACTS dapat meningkatkan
kemampuan kontrol dan menaikkan kapasitas penyaluran daya pada sistem
transmisi daya AC dan salah satu peralatan dari FACTS adalah Static
Synchronous Compensator (STATCOM). Dengan memanfaatkan teori aliran daya
kompleks dimana dengan mengatur nilai tegangan untuk mengatur daya reaktifmaka STATCOM mengontrol nilai tegangan sistem sehingga dapat menyuplai
atau menyerap daya reaktif untuk mengurangi gangguan yang terjadi pada
sistem.
Dengan STATCOM yang dipasang secara paralel terhadap sistem akan
menghasilkan tegangan AC untuk mensuplai sistem. Pada kondisi tanpa
kompensasi, daya reaktif yang mengalir di sistem adalah sebesar 43 Mvar
kapasitif dan tegangan sistem mengalami penurunan menjadi 29.004 kV (0.9668
pu) dari nilai referensi sebesar 30 kV, dan pada kondisi kompensator STATCOM
diaktifkan, daya reaktif yang mengalir disistem adalah sebesar 18 Mvar kapasitif,
dengan besar daya reaktif yang dibangkitkan oleh STATCOM adalah 25 Mvar,
dan tegangan sistem menjadi 29.232 kV (0.9744 pu).
Kemampuan STATCOM dalam mengkompensasi didapat dari pengontrolan
yang terus menerus terhadap tegangan sistem, sehingga memungkinkan
STATCOM bekerja pada kondisi induktif (menyerap daya reaktif) dan kapasitif
(membangkitkan daya reaktif).
Kata Kunci : EAF, FACTS, Static Synchronous Compensator (STATCOM),
Daya Reaktif
8/10/2019 Skripsi Statcom
9/90
viii
ABSTRACT
Electrical energy used in Electric Arc Furnace (EAF) steel iron ore
smelting industry and the scrap is relatively large, and unstable in accordance
with the conditions of the electrodes touch with the material (iron ore and scrap),
thus often causing disturbance in the electrical system.
In overcoming problems caused by electrical arc occurred, developments
in the field of power electronics technology has spawned the Flexible AC
Transmission System (FACTS), where the FACTS can improve control and
increase power supply capacity of the AC transmission systems and equipment
from one of the FACTS is Static Synchronous Compensator (STATCOM). By
utilizing the theory of complex power flow where the set value of voltage to
regulate the STATCOM reactive power control voltage value so that the systemcan supply or absorb reactive power to reduce the disruption that occurred in the
system.
With STATCOM installed in parallel to the system produces an AC
voltage for supplying the system. In conditions without compensation, reactive
power flow in the system amounted to 43 MVar capacitive and voltage system
decreased to 29 004 kV (0.9668 pu) from the reference value of 30 kV, and the
condition of STATCOM compensator is activated, the reactive power that flows in
system amounted to 18 MVar capacitive, with a large reactive power generated
by the STATCOM is MVar 25, and 29 232 kV system voltage becomes (0.9744
pu).
STATCOM in compensating ability is obtained from the continuous
control of system voltage, enabling the STATCOM in inductive conditions
(absorbing reactive power) and capacitive (generating reactive power).
Key word : EAF, FACTS, Static Synchronous Compensator (STATCOM),
Daya Reaktif
8/10/2019 Skripsi Statcom
10/90
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................. i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ............................................... ii
LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING ........................................ iii
LEMBAR PENGUJIAN ....................................................................... iv
KATA PENGANTAR ........................................................................... v
ABSTRAK ............................................................................................. vii
ABSTRACT .......................................................................................... viii
DAFTAR ISI ......................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ............................................................................. xii
DAFTAR TABEL ................................................................................ xiv
BAB I. PENDAHULUAN .................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ................................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah .............................................................. 2
1.3. Batasan Masalah................................................................. 2
1.4.
Tujuan Skripsi .................................................................... 3
1.5. Metodologi Penelitian ............................. ............................ 3
1.6. Sistematika Penulisan ......................................................... 4
BAB II. LANDASAN TEORI ............................................................... 6
2.1. Kompensasi Daya Reaktif ............... ................................ ..... 6
2.2. Aliran Daya Komplek ......................... ................................. 8
2.3. Static Synchronous Compensator (Statcom) ........... .............. 10
2.3.1.Prinsip Kerja STATCOM ............................................ 10
2.3.2.Voltage Source-Converter (VSC) ................................. 15
2.3.3.Daya Reaktif Yang Dialirkan ............... ........................ 22
2.3.4.
STATCOM 48 Pulsa ................... ................................. 22
2.3.4.1.Konverter 12 Pulsa ........................................... 24
8/10/2019 Skripsi Statcom
11/90
x
2.3.4.2. Analisa Sinyal Arus AC ............................ ...... 28
2.3.4.3.Arus Kapasitor ................................................ 31
2.3.4.4.Tegangan DC Kapasitor ................................... 34
2.3.5.Tegangan Voltage Source Converter GTO 48 Pulsa .... . 35
2.3.5.1. Arus Kapasitor ................................................ 37
2.3.5.2. Tegangan Kapasitor ........................................ 37
2.3.6.Karakteristik V-I STATCOM ...................................... 38
2.3.7.Sistem Kontrol STATCOM ......................................... 39
2.3.8.
Jatuh Tegangan ............................................................ 41
2.4. Transformasi abc to dq0 ................................................. ...... 42
2.5.Electric Arc Furnace(EAF) ..................... ............................ 42
BAB III. PEMODELAN SISTEM STATIC
SYNCHRONOUS COMPENSATOR .................................. 44
3.1. Pemodelan Static Synchronous Compensator
(STATCOM) ........................................................................ 44
3.1.1.Sistem Pengukuran ...................................................... 46
3.1.2.Regulator Tegangan .................... ................................. 47
3.1.3.
Regulator Arus ............................................................ 47
3.1.4.Rangkaian Sinkronisasi .................... ............................ 48
3.1.5.Rangkaian Pembangkitan Sinyal Penyalaan ................. 49
3.2. Pemodelan Beban ................................................................ 49
3.3. Pemodelan Sumber Tegangan dan Sistem Transmisi ........... . 50
BAB IV. ANALISA DAN PERHITUNGAN ........................................ 53
4.1. Analisa dan Simulasi Program Matlab ................................. 53
4.1.1. Perhitungan Daya Reaktif ..................................... ..... 54
4.2. Jatuh Tegangan ........................................ ............................ 65
8/10/2019 Skripsi Statcom
12/90
xi
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................ 66
5.1. Kesimpulan ......................................... ................................. 66
5.2. Saran ................................................................................... 67
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................... 68
LAMPIRAN
Single line Diagram Sistem Static Var Compensator MTS III ................. 70
Data Trafo EAF & LF BSP, SSP I, SSP II .............. ................................. 71
Data Standar Mutu Produk Listrik PT. KDL .......... ................................. 74
Appendix 1 ............................................................................................. 75
Appendix 2 ............................................................................................. 76
Bagian-bagian EAF dan Tahapan .................. ................................ .......... 78
Sistem Stabilitas Tegangan ......................................... ............................ 84
8/10/2019 Skripsi Statcom
13/90
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Segitiga Daya ........................................................................... 7
Gambar 2.2. Single Line Diagram Penyaluran Daya ..................................... 8
Gambar 2.3. Interkoneksi Dua Sumber Tegangan ......................................... 9
Gambar 2.4. Operasi STATCOM: (a) Operasi Induktif
Dan (b) Operasi Kapasitif ...................... ................................. 11
Gambar 2.5. Prinsip Kerja STATCOM ......................................... ............... 12
Gambar 2.6. One Line Diagram STATCOM ................................................ 14
Gambar 2.7. VSI 6 Pulsa Dengan Beban Resistif .............................. ........... 16
Gambar 2.8. Kontrol Sinyal Penyalaan ......................................................... 17
Gambar 2.9. Bentuk Gelombang TeganganLine-To-Line ............................. 18
Gambar 2.10. Rangkaian Ekivalen Urutan 1-5-6 ................................ .......... 18
Gambar 2.11. Rangkaian Ekivalen Urutan 1-2-6 ................................ .......... 18
Gambar 2.12. Rangkaian Ekivalen Urutan 1-2-3 ................................ .......... 19
Gambar 2.13. Bentuk Gelombang TeganganLine-To-Neutral.. .................... 21
Gambar 2.14. STATCOM 48 Pulsa .............................................................. 23
Gambar 2.15. (a). vab(t)12dan vabY(t)2; (b). Tegangan 12 Pulsa ..................... 26
Gambar 2.16. TeganganLine to Neutral STATCOM 12 Pulsa ..................... 27
Gambar 2.17. Diagram Fasor ........................................................................ 28
Gambar 2.18. Tegangan Sistem AC dan Tegangan Fundamental
Kompensator van(t) ................................................................ 29
Gambar 2.19. Arus Kapasitor Konverter Pertama
(a)Membangkitkan Daya Reaktif ................................ .......... 33
(b)Menyerap Daya Reaktif .................................................... 33
Gambar 2.20. Arus Kapasitor Konverter Kedua
(a)Membangkitkan Daya Reaktif ................................ .......... 33
(b)
Menyerap Daya Reaktif .................................................... 33
8/10/2019 Skripsi Statcom
14/90
xiii
Gambar 2.21 Tegangan 48-PulsaLine-to-Line(Biru)
DanLine-To-Neutral (Merah) .................................................. 36
Gambar 2.22. Karakteristik V-I STATCOM ................................................. 38
Gambar 2.23. Sistem Kontrol STATCOM .................................................... 40
Gambar 3.1. Rangkaian STATCOM Untuk Analisa Dinamik ............. .......... 44
Gambar 3.2. Sistem Kontrol STATCOM .................... ................................. 45
Gambar 3.3. Blok Sistem Pengukuran .......................................................... 46
Gambar 3.4. Simulink Blok Regulator Tegangan .............................. ........... 47
Gambar 3.5. Simulink Blok Regulator Arus ................................................. 48
Gambar 3.6. Simulink Blok Sinkronisasi ...................................................... 48
Gambar 3.7. Simulink Blok Pembangkitan Sinyal Penyalaan ....................... 49
Gambar 3.8. Simulink blok diagram beban induktif ...................... ............... 50
Gambar 3.9. Simulink Blok Diagram (a) Sumber Tegangan Terkontrol
(b) Sumber Impedansi R Dan L .............. ................................. 51
Gambar 3.10. Simulink Blok Diagram Transformator .................................. 51
Gambar 4.1. Grafik Hasil Simulasi Sistem Tanpa Static Var
Compensator (SVC) ................................................................ 57
Gambar 4.2. Grafik Hasil Simulasi Sistem Terhubung Dengan Static Var
Compensator (SVC) ................................................................ 58
Gambar 4.3. Grafik Hasil Simulasi Sistem Tanpa Static Synchronous
Compensator (STATCOM) ..................................................... 59
Gambar 4.4. Grafik Hasil Simulasi Sistem dengan Static Synchronous
Compensator (STATCOM) ..................................................... 60
8/10/2019 Skripsi Statcom
15/90
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Parameter parameter Blok Simulink
Rangkaian Pengukuran ................................................................. 46
Tabel 3.2 Parameter-parameter Blok Simulink
Rangkaian Regulator Tegangan .................................................... 47
Tabel 3.3 Parameter-parameter Blok Simulink
Rangkaian Regulator Arus ........................................................... 48
Tabel 3.4 Parameter parameter Blok Simulink
Rangkaian Sinkronisasi ................................................................ 49
Tabel 3.5 Parameter-parameter Simulasi Sistem Tenaga
dan STATCOM ........................................................................... 52
Tabel 4.1 Nilai Transformasi Tegangan abc ke dq ........................................ 54
Tabel 4.2 Nilai Transformasi Arus abc ke dq ................................ ............... 55
Tabel 4.3. Nilai Daya Reaktif Yang dibangkitkan .............................. .......... 55
Tabel 4.4. Data-data Hasil Simulasi Program Menggunakan
Matlab Simulink ......................................... ................................. 61
Tabel 4.5. Perubahan Nilai KI Pada Voltage Regulator Dan
Nilai KP Pada Iq Regulator .......................................................... 63
Tabel 4.6. Perubahan Nilai KP Pada Voltage Regulator Dan
Nilai KI Pada Iq Regulator ........................................................... 64
8/10/2019 Skripsi Statcom
16/90
Waktu,merupakan sumber daya cuma-cuma, namun sangat berharga.
Anda tidak dapat memilikinya, namun dapat menggunakannya.
Tidak bisa menyimpannya, namun dapat menghabiskannya.Sekali membuangnya sia-sia, Anda tidak bisa mendapatkannya
kembali
8/10/2019 Skripsi Statcom
17/90
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Energi listrik yang digunakan dalam industri peleburan biji besi baja dan
scrap relatif besar dan tidak stabil sesuai dengan kondisi sentuhan elektroda-
elektroda dengan bahan (biji besi dan scrap), sehingga sering menyebabkan
terganggunya sistem kelistrikan.
Gangguan kelistrikan ini dapat terjadi pada dapur busur listrik (Electric
Arc Furnace EAF). Dimana jenis dapur busur listrik ini adalah jenis dapur busur
listrik arus bolak-balik tiga fasa (three phase alternating current electric arc
furnace). Busur listrik terjadi karena adanya arus listrik yang lewat melalui gas-
gas perantara yang telah terionisasi dari elektroda-elektroda ke bahan baku yang
bersifat konduktor, pada saat elektroda dan bahan baku tersebut dipisahkan pada
jarak tertentu.
Pada busur listrik yang timbul, akan terjadi tegangan jatuh (drop voltage)
atau yang lebih dikenal dengan sebutan tegangan busur (arc voltage). Tegangan
busur merupakan tegangan yang timbul oleh arus listrik yang mengalir melalui
tahanan busur listrik (arc resistance). Hal ini disebabkan karena terjadinya
gerakan-gerakan material atau gejolak bahan baku di dalam dapur pada saat
proses peleburan yang mengakibatkan tahanan busur listrik juga berubah - ubah
(variable). Akibat tahanan busur yang berubah ubah maka akan mengakibatkan
fluktuasi beban pada dapur busur listrik sehingga dapat menimbulkan terjadinya
gangguan gangguan seperti harmonisa, kerlip tegangan (voltage flickers), jatuh
tegangan, dan fluktuasi tegangan yang menyebabkan kualitas daya yang adamenurun
[5].
Perkembangan dibidang elektronika daya, telah melahirkan teknologi
Flexible AC Transmission System (FACTS), dimana FACTS dapat meningkatkan
kemampuan kontrol dan menaikkan kapasitas penyaluran daya pada system
transmisi daya AC. Teknologi FACTS menggunakan prinsip peralatan elektronika
8/10/2019 Skripsi Statcom
18/90
2
daya untuk mengontrol aliran tegangan. Dan salah satu peralatan dari FACTS
adalah Static Synchronous Compensator (STATCOM), yang dalam
perkembangannya banyak digunakan sebagai kompensator daya reaktif di electric
arc furnace(EAF). Maka dengan penggunaan STATCOM sebagai kompensator
daya rekatif ini diharapkan dapat mengurangi gangguan-gangguan yang
ditimbulkan karena tidak stabilnya kondisi sentuhan elektroda-elektroda dengan
bahan (biji besi dan scrap) dari dapur busur listrik.
1.2.
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang ada, maka perumusan masalah pada
skripsi yang akan dilakukan antara lain :
1. Bagaimanakah hubungan antara daya reaktif yang dibangkitkan oleh Static
Synchronous Compensator (STATCOM) dalam mengkompensasi daya
reaktif beban terhadap parameter-parameter tegangan sistem, jatuh
tegangan dan daya reaktif sistem?
2. Seberapa besar daya reaktif yang dibangkitkan oleh Static Synchronous
Compensator (STATCOM) dalam mengkompensasi daya reaktif beban
dibandingkan dengan Static Var Compensator (SVC)?
1.3.
Batasan Masalah
Batasan masalah yang diambil antara lain :
1. Beban yang dibahas adalah dapur busur listrik (electric arc furnace/ EAF)
di SSP II (Slab Steel Plant) PT. Krakatau Steel.
2. Dalam simulasi beban, EAF dimodelkan sebagai sumber daya reaktif
induktif statik.
3. Pembahasan daya dalam simulasi ini hanya pada daya reaktifnya dan tidak
membahas rugi-rugi yang terjadi.
4. Efek harmonisa yang terjadi akan diabaikan dalam perhitungan dan
simulasi, sehingga penggunaan Phase Shift Transformer (PST) tidak
dibahas.
5. Tidak membahas mengenai sistem dari Voltage Source Converter (VSC).
8/10/2019 Skripsi Statcom
19/90
3
6. Upaya untuk mengatasi dampak yang ditimbulkan akibat beroperasinya
STATCOMdan dapur busur listrik terhadap sistem tenaga.
1.4.Tujuan Skripsi
Tujuan dari skripsi ini yang pertama adalah untuk menganalisa pengaruh
penggunaan Static Synchronous Compensator (STATCOM)sebagai kompensator
daya reaktif beban dapur busur listrik (electric arc furnace/EAF) dan keterkaitan
antar daya reaktif yang dibangkitkan STATCOM terhadap tegangan sistem, jatuh
tegangan dan daya reaktif sistem. Kedua adalah untuk mengetahui seberapa besar
daya reaktif yang dapat di kompensasi oleh STATCOM terhadap
pengkompensasian menggunakan SVC yang digunakan di PT. Krakatau Steel.
1.5.Metodologi Penelitian
Adapun metodologi yang akan penulis gunakan untuk menyelesaikan
skripsi ini diantaranya adalah:
1. Studi lapangan, pengambilan data spesifikasi sistem transmisi, serta
spesifikasi beban pada feeder(penyulang) yang akan di analisa.
2. Studi literatur, yaitu buku-buku yang berhubungan dengan sistem
transmisi, elektronika daya, sistem kompensasi dan kontrol serta masalah
- masalah yang berkaitan dengan kualitas daya.
3. Perancangan atau simulasi sistem dengan menggunakan program matlab
simulink 7.9.0.529 (R2009b).
4. Pengujian program simulasi.
5. Menganalisa hasil perhitungan serta hasil simulasi.
6. Membuat kesimpulan dari hasil analisa yang telah dilakukan.
8/10/2019 Skripsi Statcom
20/90
4
1.6.Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini dibuat dengan maksud memberi
gambaran secara garis besar dari setiap bab dalam laporan tugas akhir ini.
BAB I PENDAHULUAN
Berisi mengenai pendahuluan, latar belakang permasalahan, perumusan
masalah, pembatasan masalah, tujuan penulisan, metodologi penelitian
dan sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Bab ini membahas mengenai teori dasar kompensasi daya reaktif,
STATCOM, dan pengenalan mengenai beban dapur busur listrik (electric
arc furnace/EAF) serta teori teori pendukung yang berkaitan dengan
analisa kinerja STATCOM.
BAB III PEMODELAN
Meliputi rumusan penentuan jatuh tegangan yang diakibatkan
beroperasinya beban dapur busur listrik (electric arc furnace/EAF), daya
reaktif yang dibangkitkan atau diserap oleh STATCOM, serta
pemodelan STATCOM dengan menggunakan program matlab simulink
7.9.0.529 (R2009b).
BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA
Berisi mengenai perhitungan jatuh tegangan pada bus 30 kV akibat
perubahan daya reaktif beban dapur busur listrik (electric arc
furnace/EAF), Simulasi STATCOM dalam mengkompensasi daya
reaktif dan analisa sistem berdasarkan dari hasil perhitungan dan
simulasi daya reaktif yang dibangkitkan atau diserap oleh STATCOM,
serta perbandingan performa antara STATCOM dengan Static Var
Compensator(SVC) .
8/10/2019 Skripsi Statcom
21/90
5
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Memberikan kesimpulan berdasarkan teori yang ada dengan hasil
perhitungan dan simulasi yang telah dilakukan serta saran perbaikan
yang harus dilakukan supaya kualitas daya berada dalam batas batas
yang telah ditentukan.
8/10/2019 Skripsi Statcom
22/90
Katakanlah: "Wahai Tuhan Yang mempunyai kerajaan, Engkau berikan
kerajaan kepada orang yang Engkau kehendaki dan Engkau cabut
kerajaan dari orang yang Engkau kehendaki. Engkau muliakan orang yang
Engkau kehendaki dan Engkau hinakan orang yang Engkau kehendaki. Ditangan Engkaulah segala kebajikan. Sesungguhnya Engkau Maha Kuasa
atas segala sesuatu.
Engkau masukkan malam ke dalam siang dan Engkau masukkan siang ke
dalam malam. Engkau keluarkan yang hidup dari yang mati, dan Engkau
keluarkan yang mati dari yang hidup. Dan Engkau beri rezki siapa yang
Engkau kehendaki tanpa hisab (batas).
(QS. Ali Imran: 26-27)
8/10/2019 Skripsi Statcom
23/90
6
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Kompensasi Daya Reaktif
Dalam sistem tenaga listrik AC dikenal daya aktif, daya reaktif dan daya
semu. Daya aktif adalah daya yang harus dibangkitkan di sisi pembangkit dan
disalurkan melalui saluran transmisi dan distribusi menuju konsumen, dan
akhirnya dipakai untuk menjalankan peralatan industri dan komputer di banyak
bangunan modern. Satuan dari daya aktif biasanya adalah watt (W), kilowatt
(kW), atau tenaga kuda (HP). Daya reaktif adalah suatu besaran yang
menunjukkan adanya fluktuasi daya di saluran transmisi dan distribusi akibat
digunakannya peralatan listrik yang bersifat induktif (misal : motor listrik, trafo,
dan las listrik) dan bersifat kapasitif. Walaupun namanya adalah daya, daya reaktif
ini tidak nyata. Akan tetapi adanya daya reaktif menyebabkan aliran daya aktif
tidak bisa dilakukan secara efisien dan memerlukan peralatan listrik yang
kapasitasnya lebih besar dari daya aktif yang diperlukan. Satuan dari daya reaktif
adalah VAR (volt-ampere-reaktif). Sedangkan daya semu dinyatakan dengan
satuan Volt-Ampere (disingkat, VA), menyatakan kapasitas peralatan listrik,
seperti yang tertera pada peralatan generatordan transformator.
Untuk menunjukkan seberapa efisien daya aktif disalurkan, dalam teknik
tenaga listrik dikenal suatu besaran yang disebut faktor-daya. Nilai maksimum
faktor-daya adalah satu dan nilai minimumnya adalah nol. Semakin tinggi faktor-
daya maka semakin efisien penyaluran dayanya. Semakin kecil faktor-daya maka
semakin besar daya reaktifnya[10]
.
Ketiga jenis daya diatas biasanya direpresentasikan kedalam sebuah
segitiga daya, seperti pada gambar 2.1.
8/10/2019 Skripsi Statcom
24/90
7
Gambar 2.1. Segitiga Daya[2]
dengan :
S : Daya semu
P : Daya aktif
Q : Daya reaktif
Dari segitiga daya diatas, secara matematis ketiga daya (daya aktif, daya
reaktif dan daya semu) dapat dituliskan kedalam bentuk matematis sebagai
berikut :
S = P + jQ = VI (VA) (2.1)
Q = VI Sin (Var) (2.2)
P = VI Cos (Watt) (2.3)
Sedangkan faktor daya (Pf/ Power factor) adalah perbandingan antara
daya aktif (kW) dengan daya semu ( kVA), atau kosinus sudut antara daya aktif
dan total.
(2.4)
Faktor daya ini selalu lebih kecil atau sama dengan satu.
Q
S
P
8/10/2019 Skripsi Statcom
25/90
8
2.2. Aliran Daya Komplek[8]
Dalam saluran transmisi seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2
dibawah ini, dimana aliran daya adalah dari terminal 1 (sisi kirim) menuju ke
terminal 2 (sisi terima) dan mengetahui besaran dan sudut fasa tegangan-tegangan
terminal sisi kirim dan sisi terima (VSdan VR) serta impedansi saluran transmisi,
aliran daya aktif dan reaktif dari satu terminal ke terminal yang lain dapat
dihitung.
Gambar 2.2. Single Line Diagram Penyaluran Daya
Atau dalam bentuk rangkaian listriknya seperti pada gambar 2.3 dimana
dua sumber tegangan dianggap ideal dan terhubung dengan saluran impedansi
, maka tegangan phasa masing-masing sumber tegangan atauterminal adalah :
Gambar 2.3. Interkoneksi Dua Sumber Tegangan
||I12
V1 V2
8/10/2019 Skripsi Statcom
26/90
9
Tegangan phasa ||dan ||. Karena arah arus, I12,diasumsikan dari V1ke V2:
|| |||| ||||
|||| (2. 5)
Dan daya komplek yang mengalir S12diberikan pada persamaan :
|| |||| ||||
||
|| ||||
|| (2. 6)
Dengan begitu, daya aktif dan daya reaktif pada akhir pengiriman
adalah :
|||| cos ||||
|| cos (2. 7) |||| sin
|||||| sin (2. 8)
Saluran transmisi sistem tenaga memiliki resistansi yang kecil
dibandingkan dengan reaktansi. Mengasumsikan 0 .. , 90, makapersamaan diatas menjadi :
|||| sin (2.9) || || ||cos (2.10)
KarenaR= 0, maka tidak ada rugi-rugi pada saluran transmisi dan daya
aktif yang terkirim sama dengan daya aktif yang diterima.
Dari hasil diatas, untuk sebuah tipe sistem daya dengan rasio R/X yang
kecil, maka :
8/10/2019 Skripsi Statcom
27/90
10
- Dari persamaan 2.9 terlihat bahwa dengan perubahan kecil pada nilai
atau akan mendapatkan suatu efek yang signifikan pada alirandaya aktif, akan tetapi perubahan kecil pada nilai magnitud tegangan
tidak akan mengakibatkan efek perubahan pada aliran daya aktif.
Oleh karena itu, aliran daya aktif pada saluran transmisi sebagian
besar dibangkitkan oleh perbedaan sudut phasa pada tegangan
terminal (yaitu sin ), dimana . Jika V1mendahului V2, adalah positif dan aliran daya aktif dari titik 1 ketitik 2. Jika V1tertinggal dari V2, adalah negatif dan aliran dayaaktif dari titik 2 ke titik 1.
-
Dari persamaan 2.10, aliran daya reaktif adalah ditentukan oleh
perbedaan magnitud dari tegangan sisi kirim V1 dan tegangan sisi
terima V2, (yaitu, || ||)
2.3. Static Synchronous Compensator (STATCOM)
2.3.1. Prinsip Kerja STATCOM
Static Synchronous Compensator (STATCOM) adalah salah satu peralatan
paralel dari Flexible AC Transmission Systems (FACTS) yang menggunakan
komponen elektronika daya untuk mengontrol aliran daya dan memperbaiki
stabilitas transien pada sistem distribusi[4]
.
Prinsip kerja dari STATCOM dapat di jelaskan sebagai berikut. Voltage
source converter (VSC) yang digunakan dalam simulasi ini dibangun oleh empat
Three Level Inverter GTO12pulsa. VSC ini membangkitkan sumber tegangan
AC yang dapat dikontrol. Kemudian tegangan yang dihasilkan dari VSC
dibandingkan dengan tegangan AC yang ada di sistem. Jika tegangan AC pada
sistem lebih besar dari tegangan VSC, diperlihatkan pada gambar 2.4.a, makaSTATCOM bekerja seperti induktor didalam sistem dan menyerap daya reaktif
dari sistem. Sebaliknya, jika tegangan VSC lebih besar dari tegangan AC sistem,
diperlihatkan pada gambar 2.4.b, maka STATCOM bekerja seperti kapasitor
didalam sistem dan akan membangkitkan daya reaktif. Jika tegangan VSC dan
tegangan AC sistem sama, maka pertukaran daya reaktif adalah nol. Daya reaktif
8/10/2019 Skripsi Statcom
28/90
11
yang diserap atau dibangkitkan adalah sebanding dengan perbedaan kedua
tegangan.[6]
Gambar. 2.4. Operasi STATCOM: (a) Operasi Induktif
Dan (b) Operasi Kapasitif[3]
Dengan memperhatikan gambar 2.5, maka variasi dari daya reaktif yang
dihasilkan oleh STATCOM diatur oleh VSC. VSC sendiri terdiri dari forced
commutated electronic devices, seperti; gate-turn-off thyristor (GTO), insulated-
gate- bipolar transistor (IGBT) atau IGCT, untuk menghasilkan tegangan V2 dari
sumber tegangan DC. Dalam gambar 2.5, terlihat daya aktif-reaktif mengalir
antara V1 (tegangan sistem yang dikontrol) dan V2 (tegangan yang dibangkitkan
oleh VSC)[4]
.
Q
XT IS
VB VS-
++
-
VS VB
VSVB -
IS
XT IS
Q
VB VS-
++
-
IS
VSVB
VB VS-
(a)
(b)
8/10/2019 Skripsi Statcom
29/90
12
Gambar 2.5. Prinsip Kerja STATCOM
Saat operasi steady state, tegangan V2dibangkitkan oleh VSC yang sefase
dengan V1, sehingga hanya daya reaktif saja yang mengalir (P=0). Jika V2adalah
lebih rendah dari V1, daya reaktif (Q) mengalir dari V1 ke V2 (STATCOM
menyerap daya reaktif). Sebaliknya, jika V2 adalah lebih tinggi dari V1, daya
reaktif (Q) mengalir dari V2 ke V1 (STATCOM membangkitkan daya reaktif).
Besarnya daya reaktif dihitung dalam bentuk dq0(akan dijelaskan pada sub bab
2.4) , yang diberikan oleh :
Q = (Vq*Id) (Vd*Iq) (2.11)
dengan :
Vq : Tegangan dalam quadratur axis
Vd : Tegangan dalam direct axis
Iq : Arus dalam quadratur axis
Id : Arus dalam direct axis
Vdc
VSC
V2V1
QV1
V2
P, QX
Power
System
VSC
8/10/2019 Skripsi Statcom
30/90
13
Jika STATCOM memiliki sumber DC atau penyimpan energi (energy
storage) pada sisi DC, maka STATCOM dapat juga mensuplai daya aktif ke
sistem. Hal ini dapat dilakukan dengan cara mengatur sudut fasa dari STATCOM
dan sudut fasa dari sistem AC. Jika sudut fasa sistem AC mendahului sudut fasa
VSC, STATCOM akan menyerap daya aktif dari sistem AC. Jika sudut fasa dari
sistem tenaga AC tertinggal dari sudut fasa VSC, STATCOM mensuplai daya
aktif ke sistem AC[6]
.
Selain untuk mengkompensasi daya reaktif, ada aplikasi lain yang dapat
dilakukan oleh STATCOM, yaitu :[6]
Regulasi dan kontrol tegangan
Mereduksi/ mengurangi temporary overvoltage
Perbaikan penyaluran daya pada keadaan-tunak
Perbaikan stabilitas transien
Mengontrolflicker
Perbaikan kualitas daya
Aplikasi sistem distribusi
8/10/2019 Skripsi Statcom
31/90
14
Gambar 2.6. One Line DiagramSTATCOM[6]
Dalam gambar 2.6, diperlihatkan one line diagram dari STATCOM,
dimana penempatan STATCOM ini adalah ditempatkan secara paralel terhadap
sistem[6]
.
Kapasitor yang dihubungkan pada sisi DC dari VSC bertindak sebagai
sumber tegangan DC. Dalam keadaan steady state fasa tegangan V2harus digeser
sedikit dibelakang V1 untuk mengkompensasi transformator dan rugi-rugi VSC
dan menjaga kapasitor tetap terisi (charged). Dua teknologi VSC yang dapat
digunakan untuk VSC[4]:
VSC berdasarkan penggunaan square-wave inverters GTO dan
hubungan transformator spesial. Pada umumnya three-level inverter
empat tingkat digunakan untuk membangun suatu bentuk gelombang
tegangan 48-step. Interkoneksi special transformator digunakan untuk
menetralkan harmonic yang terdapat didalam gelombang persegi yang
dibangkitkan oleh individu inverter. Pada VSC jenis ini, komponen
fundamental tegangan V2 adalah proporsional terhadap VDC.
Olehkarena itu tegangan VDCharus bervariasi untuk mengontrol daya
reaktif.
DC-ACSwitching
Converter
I
Vs
Coupling
Transformer
System bus VAC
VDC
C
8/10/2019 Skripsi Statcom
32/90
15
VSC berdasarkan penggunaan PWM inverter IGBT. Inverter jenis ini
menggunakan teknik Pulse-Width Modulation (PWM) untuk
menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal dari sebuah sumber
tegangan DC. Tegangan V2 divariasikan dengan mengubah indeks
modulasi dari PWM modulator.
VSC adalah bangunan utama dari sebuah STATCOM dan peralatan
FACTS lainnya. Suatu VSC yang sangat sederhana menghasilkan suatu bentuk
gelombang tegangan persegi karena men-switch langsung on dan off sumber
tegangan. Tujuan utama dari VSC adalah untuk menghasilkan tegangan sinusoidal
AC.
2.3.2. Voltage Source Converter(VSC)[1]
Tujuan utama dari VSC adalah untuk membangkitkan tegangan AC dari
tegangan DC, sehingga VSC jenis ini adalah disebut sebagai converter DC-AC
atau inverter. VSC harus mampu membangkitkan suatu tegangan AC dengan
suatu magnitudo dan frekuensi yang diinginkan. Magnitudo dan frekuensi bisa
ditetapkan atau bervariasi (sesuai dengan aplikasi yang diinginkan).
Konfigurasi dasar tiga fasa disebut VSC 6 pulsa terdiri dari 6 peralatan
turn off seperti GTO atau IGBT dengan diode reverse-parallel dihubungkan
sebagai jembatan Graetz 6 pulsa. VSC 6 pulsa diperlihatkan dalam gambar 2.7.
8/10/2019 Skripsi Statcom
33/90
16
Gambar 2.7. Rangkaian VSC 6 Pulsa Dengan Beban Resistif
Sinyal kontrol penyalaan giyang diberikan ke transistor dikontrol agar tiap
transistor konduksi selama 1800 ketika VSC dihubungkan ke beban resistif.
Gambar 2.8, memperlihatkan sinyal control penyalaan untuk masing-masing
transistor. VSC bisa dilihat sebagai kombinasi tiga VSC satu fasa dimana masing-
masing kaki fasa menghasilkan sebuah keluaran yang fasanya digeser 1200
dengan keluaran dari dua kaki yang lainnya. Sinyal kontrol penyalaan digeser 600
satu sama lainnya.
ia
icibR
R
R
VDC
Q1 Q3 Q5
Q4 Q6 Q2
g1 g3 g5
g4 g6 g2
D1 D3 D5
D4 D6 D2
n
8/10/2019 Skripsi Statcom
34/90
17
Gambar 2.8. Kontrol Sinyal Penyalaan
Urutan penyalaan (switching) yang ditunjukkan oleh gambar 2.8
membangkitkan tegangan line-to-line vab(t), vbc(t), dan vca(t)yang diilustrasikan
pada gambar 2.9. Dalam gambar diperoleh bahwa tegangan line-to-linememiliki
lebar pulsa 1200dengan magnitude tegangan puncak VDC. Untuk masing-masing
interval 600 terdapat tiga mode operasi yang berbeda; dalam setengah siklus
pertama urutan operasi adalah 1-5-6 (gambar 2.10), 1-2-6 (gambar 2.11) dan 1-2-3
(gambar 2.12).
3
23
8/10/2019 Skripsi Statcom
35/90
18
Gambar 2.9. Bentuk Gelombang TeganganLine-to-Line
Gambar 2.10. Rangkaian Ekivalen VSC 6 Pulsa Untuk Urutan
Penyalaan Thyristor 1-5-6 Yang ON
R
R
Ra
c
b
nVDC
i1
23
8/10/2019 Skripsi Statcom
36/90
19
Gambar 2.11. Rangkaian Ekivalen VSC 6 Pulsa Untuk Urutan
Penyalaan Thyristor 1-2-6 Yang ON
Gambar 2.12. Rangkaian Ekivalen VSC 6 Pulsa Untuk Urutan
Penyalaan Thyristor 1-2-3 Yang ON
Berikut ini tegangan line to neutraldari rangkaian ekivalen urutan 1-5-6
untuk , pada gambar 2.10.
(2.12)
(2.13)
(2.14) (2.15)
Rb
R
R
c
a
nVDC
i2
R
R
Ra
b
c
nVDC
i3
8/10/2019 Skripsi Statcom
37/90
20
dengan :
R : Hambatan (ohm)
Req : Hambatan total (ohm)
i1 : Arus pada rangkaian (A)
van : Tegangan fasa a ke netral ( V)
vbn : Tegangan fasa b ke netral (V)
vcn : Tegangan fasa c ke netral (V)
VDC : Tegangan sumber DC (V)
Berikut ini tegangan line to neutraldari rangkaian ekivalen urutan 1-2-6
untuk , pada gambar 2.11.
(2.16)
(2.17)
(2.18)
(2.19)
Berikut ini tegangan line to neutraldari rangkaian ekivalen urutan 1-2-3
untuk , pada gambar 2.12.
(2.20)
(2.21)
(2.22) (2.23)
8/10/2019 Skripsi Statcom
38/90
21
Gambar 2.13 menggambarkan tegangan line-to-neutral van(t), vbn(t) dan
vcn(t). Nilai tegangan puncak yang dihasilkan bergantung pada tegangan DC.
Gambar 2.13. Bentuk Gelombang TeganganLine-to-Neutral
Tegangan sesaat (instantaneous) line-to-line, vab dari gambar 2.9
(tegangan sesaat VSC 6 pulsa) bisa dituliskan kedalam deret fourier, dengan vab
digeser sebesar /6,[6]
yaitu :
sin (2.24)
Tegangan vbc(t) dan vca(t) dapat dilihat pada persamaan dibawah ini
dengan menggeser fasa vabsebesar 1200
dan 2400
, berturut-turut, dari vab(t)[6]
.
(2.25)
cos sin
(2.26)
8/10/2019 Skripsi Statcom
39/90
22
cos (2.27)
6 1; 0, 1, 2,
Nilai tegangan rms line to linedidapat dengan persamaan[1]
:
0.8165 (2.28)
Dan nilai tegangan line-to-neutralrms diberikan oleh persamaan[1]
:
0.4714 (Volt) (2.29)
2.3.3. Daya Reaktif Yang Dialirkan
Daya reaktif yang dialirkan antara sistem AC dengan kompensator
dikontrol dengan cara mengatur harga komponen fundamental dari VSC diatas
atau dibawah dari sistem AC.
Kontrol dari kompensator dilakukan dengan perubahan kecil pada sudut
penyalaan dari peralatan semikonduktor, sehingga harga fundamental komponen
dari tegangan yang dihasilkan dari VSC dipaksa untuk tertinggal atau mendahului
tegangan sistem AC beberapa derajat. Hal ini menyebabkan daya reaktif mengalir
keluar atau kedalam VSC, mengubah tegangan dari kapasitor, dan tegangan
minimal dari VSC sehingga resultan dari daya reaktif juga berubah.
2.3.4. STATCOM 48 Pulsa
Konverter 48 pulsa didapat dengan menggabungkan empat buah VSC 12
pulsa, dengan pergeseran fasa tertentu seperti pada Gambar 2.14. Untuk
penggunaan pada sistem tenaga berkapasitas besar konverter 48 pulsa adalah
pilihan terbaik karena memiliki performa yang cukup baik. Konverter 48 pulsa
menggunakan empat buah konverter 12 pulsa yang masing-masing dari
keluarannya dihubungkan dengan transformator 12 pulsa dengan pergeseran fasa
tertentu.
8/10/2019 Skripsi Statcom
40/90
23
6
C
5
B
4
A
3
VdcM
2
N
1
VdcP
A+
B+
C+
A-
B-
C-
a3
b3
c3
n
A+
B+
C+
A-
B-
C-
a3
b3
c3
n
A+
B+
C+
A-
B-
C-
a3
b3
c3
A+
B+
C+
A-
B-
C-
a3
b3
c3
g
A
B
C
+
N
-
Three-Level Bridge
2D
g
A
B
C
+
N
-
Three-Level Bridge
2Y
g
A
B
C
+
N
-
Three-Level Bridge
1Y
g
A
B
C
+
N
-
Three-Level Bridge
1D
m 1
Pulses
Gambar 2.14. STATCOM 48 Pulsa[4]
8/10/2019 Skripsi Statcom
41/90
24
2.3.4.1. Konverter 12 Pulsa[6]
Untuk konverter enam pulsa keluarannya adalah tegangan line-to-line,
vab(t), vbc(t), vca(t). vab(t)didapat dari persamaan (2.24), dalam deret fourier :
30 5 150 7 210 11 330 1330 17 330 (2.30)
terhubung dengan trafo Y-Y dengan perbandingan lilitan 1:1, tegangan
line to neutral van(t) adalah :
13 5 7 11 1317 ) (2.31)
Dari persamaan (2.30) dan (2.31) dapat dilihat bahwa amplitudo
tegangan line to line adalah
3kali amplitudo tegangan line to neutral.
Pada konverter enam pulsa yang kedua menghasilkan tegangan line to
line yang tertinggal 300dengan konverter yang pertama dengan magnitudo yang
sama, yaitu :
5 7 111719 23 (2.32)
8/10/2019 Skripsi Statcom
42/90
25
Jika kompensator ini terhubung dengan trafo -Y dengan turn ratio 1:3,tegangan line to neutral pada sisi Y adalah :
13 5 7 11 1719 23 ) (2.33)
(2.34) 6 1, 0,1,2,
Maka tegangan line to line pada sisi Y adalah :
30 5150 7 210 11 33013 30 17 330 (2.35)
(2.36) 6 1, 0,1,2,
Atau juga dapat ditulis kedalam bentuk :
3 (2.37) 6 1, 0,1,2,
Dua bentuk persamaan (2.24) dan (2.36) ditambahkan dengan
menggunakan transformer summing untuk menghasilkan bentuk ketiga vab (t)12
yang hampir mendekati bentuk gelombang sinus, yang dinamakan tegangan
duabelas pulsa.
8/10/2019 Skripsi Statcom
43/90
26
(2.38)
(2.39)
Maka, vab(t)12adalah tegangan line to line dari konverter duabelas pulsa.
Bentuk gelombang ini ditunjukkan pada gambar 2.15. Dengan penggabungan dua
konverter enam pulsa yang dihubungkan secara paralel pada bus DC yang sama,
yang bekerja bersama sebagai VSC-STATCOM duabelas pulsa.
Gambar 2.15. (a). vab(t)12dan vabY(t)2; (b). Tegangan 12 Pulsa
vab(t)vabY(t)2
8/10/2019 Skripsi Statcom
44/90
27
Gambar 2.16. TeganganLine to Neutral STATCOM 12 Pulsa
Tegangan line to neutral ditunjukkan pada gambar 2.16. Tegangan
duabelas pulsa yang diberikan oleh persamaan (2.39) dalam deret fourier adalah:
sin (2.40) 12 1, 0,1,2,
Dimana :
3 3 4
12 1, 0,1,2,
8/10/2019 Skripsi Statcom
45/90
28
2.3.4.2. Analisa Sinyal Arus AC[6]
Misalkan tegangan AC merupakan sinus murni ean= Vm sin (t), dan
magnitudo dari arus fundamental persamaan (2.42) dan dimana van1(t) = 1.2732
VDCsin (t), maka :
. cos (2.41)Maka ,
. (2.42)
Arus fundamental akan bertindak bila Vm< 1.2732 VDC; oleh karena itukompensator akan bertindak sebagai kapasitor pada sistem dan arus akan mengalir
dari kompensator ke sistem. Arus fundamental akan tertinggal saat Vm> 1.2732
VDC, maka kompensator akan bertindak sebagai induktor pada sistem dan arus
akan mengalir dari sistem AC ke kompensator. Hal ini dapat digambarkan pada
diagram fasor diantara induktor dan arus AC pada gambar 2.17.
Gambar 2.17. Diagram Fasor
Untuk mendapatkan perhitungan arus AC, prosedur yang dilakukan sama
seperti pada rangkaian untuk enam pulsa, dimana lama periode konduksi adalah
300. Analisa dilakukan pada gambar 2.18.
Ian Ia1Ia1
Lagging
Vm> 1.2732 VDC
Leading
Vm< 1.2732 VDC
VL
8/10/2019 Skripsi Statcom
46/90
29
Gambar 2.18. Tegangan Sistem AC dan Tegangan Fundamental
Kompensator van(t)
1. Interval 0 /6
1 (2.43)
Dimana I0adalah kondisi awal pada 0; 0
2. Interval /6 t /3 0.9107
.
. (2.44)
Dimana:
8/10/2019 Skripsi Statcom
47/90
30
3. Interval /3 /2 1.2440 0.5 . . (2.45)
Dimana:
Pada saat kondisi steady state 0, maka pada keadaan steadystateI0dihitung dengan:
0.5 . . . 0 . (2.46)
. . . 0 3 . (2.47)
1 . . (2.48)
Substitusi persamaan (2.48) kedalam persamaan (2.43) persamaan pada
keadaan tunak.
.
(2.49)
0 /6
. . (2.50)/6 /3
8/10/2019 Skripsi Statcom
48/90
31
. . (2.51)
/3 2/3
. . (2.52)2/3 5/3
. (2.53)5/6
Pada interval 2 bentuk gelombang arus AC adalah negatifdari persamaan diatas.
2.3.4.3. Arus Kapasitor[6]
Arus kapasitor terdiri dari arus-arus DC yang diberikan oleh masing-
masing konverter enam pulsa; arus kapasitor diberikan oleh:
(2.54)
Dengan:
adalah arus kapasitor 12 pulsa adalah arus kapasitor kompensator pertama adalah arus kapasitor kompensator kedua
Untuk mendapatkan perhitungan arus pada sisi DC, prosedur yang
dilakukan sama seperti pada rangkaian untuk enam pulsa, dimana lama periodekonduksi adalah 30
0. Arus pada kompensator 6 pulsa yang pertama pada sisi DC
, selama 600 pertama dihitung sebagai berikut. Untuk semua waktu t,diberikan oleh,
(2.55)
8/10/2019 Skripsi Statcom
49/90
32
Mempertimbangkan bahwa interval konduksi adalah 300menghasilkan,
. (2.56)0 /3
Oleh karena itu, persamaan (2.56) memberikan arus kompensator 6 pulsa
pertama pada sisi DC selama interval 600 pertama. Arus kompensator kedua
memperlihatkan perilaku yang sama tertinggal 300. Gambar 2.19 dan 2.20menggambarkan bentuk gelombang untuk dua kasus yaitu tertinggal dan
mendahului.
. (2.57)/6 /2
Substitusi persamaan (2.56) dan (2.57) kedalam persamaan (2.55)
menghasilkan,
1.9319
.
(2.58)0 /6
8/10/2019 Skripsi Statcom
50/90
33
Gambar 2.19. Arus Kapasitor Konverter Pertama
(a)Membangkitkan Daya Reaktif
(b)Menyerap Daya Reaktif
Gambar 2.20. Arus Kapasitor Konverter Kedua
(a)
Membangkitkan Daya Reaktif
(b)Menyerap Daya Reaktif
8/10/2019 Skripsi Statcom
51/90
34
2.3.4.4. Tegangan DC Kapasitor[6]
Tegangan kapasitor pada interval konduksi 300pertama adalah :
1.9312 1.8681 . . (2.59)
Dimana V0adalah kondisi awal pada t = 0; 0. Kondisi awaldihitung menggunakan komponen rata-rata pada persamaan (2.59) dengan /6; oleh karena itu,
. . (2.60)
Menyederhanakan
0.0418 0.0568 (2.61)
Tegangan puncak kapasitor diberikan oleh:
0.0220 0.0284 (2.62)
8/10/2019 Skripsi Statcom
52/90
35
2.3.5. Tegangan Voltage Source Converter GTO 48 Pulsa[6]
Konverter 48 pulsa dapat digunakan pada daya berkapasitas besar tanpa
menggunakan filter AC dikarenakan keandalan dan harmonisa yang rendah pada
sisi AC. Keempat output tegangan AC 12 pulsa dari 4 konverter 12 pulsa,
ditambahkan terhubung secara seri pada lilitan sekunder dari transformator.
Tegangan keluaran AC 12 pulsa adalah :
8sin 30 sin47 150
sin49 210 sin95330sin97 30 (2.63)
secara umum dapat dituliskan sebagai berikut :
2 sin30 (2.64) 12 1, 0, 1,2,
Tegangan line-to-linedihubungkan dengan converter 48-pulsa diberikan
oleh persamaan berikut ini :
8 18,75 11,25 (2.65) 48 1, 0, 1,2,
Tegangan line-to-neutraladalah :
sin sin47 sin49 sin95sin97 (2.66)
8/10/2019 Skripsi Statcom
53/90
36
Atau dapat ditulis :
sin 18,75 18,75 (2.67) 48 1, 0, 1,2,
Tegangan dan memiliki pola yang sama, kecualiberbeda fasa 120
0dan 240
0dari . Gambar 2.21 merupakan tegangan 48-
pulsa line-to-linedan harmonisa yang dikandungnya.
Gambar 2.21 Tegangan 48-PulsaLine-to-Line(Biru)
DanLine-To-Neutral (Merah)
8/10/2019 Skripsi Statcom
54/90
37
2.3.5.1. Arus Kapasitor[6]
Arus kapasitor terdiri dari arus-arus DC yang diberikan oleh masing-
masing konverter duabelas yang membentuk STATCOM 48 pulsa; arus kapasitor
diberikan oleh:
(2.68)
Arus untuk tiap VSC 6 pulsa mengikuti;
60; 11.25 71.25 90; 11.25 41.25 60; 0 56.25 90; 0 26.25 60; 3.75 63.75 60; 0 33.75 60; 0 48.75 60; 0 18.75
Arus kapasitor 48 pulsa diberikan oleh persamaan (2.69),
7.7276 75 (2.69)11.25 18.75
2.3.5.2. Tegangan Kapasitor[6]
Tegangan kapasitor interval konduksi 7.50 diberikan oleh persamaan
(2.70),
. 75 86.25 (2.70)
11.25 5 18.75
Dengan: ; .
8/10/2019 Skripsi Statcom
55/90
38
Inisial kondisi pada 0 diberikan oleh persamaan (2.73), (2.71)
Dengan: ; . ; .
. 93.75 86.25 (2.72)
. 86.25
;
. 90 86.25 (2.73)
2.3.6. Karakteristik V-I STATCOM[4]
STATCOM dapat bekerja pada dua mode yang berbeda :
- Voltage regulation mode (tegangan diregulasikan sesuai batasan tertentu)
- VAR Control mode(daya reaktif output STATCOM dianggap konstan)
Saat STATCOM bekerja pada voltage regulation mode, karakteristik V-I
nya adalah sebagai berikut :
Gambar 2.22. Karakteristik V-I STATCOM
ReactiveCurrent
VrefSlope Xs
-Imax
Capacitive
-Imax
Inductive
V
I
8/10/2019 Skripsi Statcom
56/90
39
Selama arus reaktif berada pada kondisi minimum dan nilai arus
minimum (-Imax, Imax) dipengaruhi rating converter, regulasi tegangan berada
pada tegangan referensi (Vref). Drop tegangan yang digunakan antara 1% - 4%
pada daya reaktif output maksimum. Kurva karakteristik V-I mengalami
penurunan (slope) seperti pada gambar 2.22, berikut ini adalah persamaan yang
menggambarkan karakteristik V-I pada mode voltage regulation:
. (2.74)Dengan :
V = tegangan urutan positif (pu)
Vref = tegangan referensi
I = arus reaktif (pu/Pnom) (I>0 : arus induktif)
Xs = slope/ reaktansi drop (pu/Pnom)
Pnom = daya nominal 3 fase converter
2.3.7. Sistem Kontrol STATCOM
Sistem kontrol yang digunakan pada STATCOM berfungsi untuk
menaikkan atau menurunkan tegangan DC kapasitor, sehingga tegangan AC yang
dibangkitkan mempunyai amplitudo yang sesuai untuk membangkitkan atau
menyerap daya reaktif yang diperlukan. Sistem kontrol juga menjaga tegangan
AC yang dibangitkan VSC, sefasa dengan tegangan sistem untuk membangkitkan
atau menyerap daya reaktif yang diperlukan. Sistem kontrol yang digunakan
adalah decoupled current control system yang didasarkan pada direct axis dan
quadratur axisdari komponen arus STATCOM, dalam gambar 2.23 diperlihatkan
sistem kontrolnya. Daya reaktif yang diinjeksikan ke dalam sistem, diperoleh dari
perhitungan transformasi abc ke dalam dq0. Dan untuk mensinkronkan jalur
kontrol ke sumber AC sehingga dapat beroperasi pada referensi abc ke dq0, maka
digunakanlah Phase Locked Loop (PLL).[7]
8/10/2019 Skripsi Statcom
57/90
40
Vt
Kp+ Ki/S
Converter
Gain
PaternLogic
DC VolatgeMeasurement
Rate Detector(t)Vdc>K
Kp+ Ki/S
PLL
dqTransformation
Iq
STATCOM Current
Base Voltage
Current RegulatorVoltage Regulator
Regulator Slope
LimiterLimiter
-2
8/10/2019 Skripsi Statcom
58/90
41
tegangan yang terukur (Vmeas) dan tegangan referensi (Vref). Iqref ini
kemudian digunakan oleh regulator arus (loop bagian dalam). Output
dari regulator arus adalah sudut yang merupakan fasa pergeseran
(phase shift) dari tegangan inverter dengan tegangan system. Sudut ini
besarnya hampir mendekati nol.
(Iq = arus dalam quadrature yang tugasnya mengatur aliran daya
reaktif)
- Pembangkit sudut penyalaan (firing pulse generator) membangkitkan
pulsa untuk empat inverter dari output PLL (.t) dan outputregulator
arus (sudut ).
2.3.8. Jatuh Tegangan
Dengan beroperasinya beban dapur busur listrik (electric arc
furnace/EAF) kualitas tegangan bus bar 30kV menjadi menurun. Penurunan
kualitas dari profil tegangan ini diakibatkan adanya jatuh tegangan yang bervariasi
yang disebabkan tidak stabilnya kondisi sentuhan elektroda elektroda dengan
bahan (biji besi dan scrap) dari dapur busur listrik (electric arc furnace/EAF).
Besarnya jatuh tegangan yang terjadi akibat beroperasinya beban dapur busur
listrik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
(2.75)
dengan :
V = jatuh tegangan yang disebakan daya reaktif
Sk = Kapasitas daya hubung singkat bus EAF
Q = Perubahan daya reaktif EAF
8/10/2019 Skripsi Statcom
59/90
42
2.4. Transformasi Tiga Fasaabc to dq0
Transformasi ini digunakan untuk menghitung direct axis dan quadrature
axis, dan komponen urutan nol dari sinyal (arus/ tegangan) tiga phasa. Bentuk
persamaan transformasi ini dapat dilihat pada persamaan dibawah ini.
(2.76) (2.77) (2.78)
Persamaan transformasi diatas berlaku juga pada arus tiga fasa, yaitu
dengan mengganti variabel Va, Vb, Vc, Vd, Vq, V0dengan variabel Ia, Ib, Ic, Id, Iq
dan I0[4]
.
2.5.Electric Arc Furnace(EAF)
Sesuai dengan namanya, EAF memanfaatkan energi listrik sebagai sumber
panas untuk melebur bahan baku pembuatan baja. Pada pabrik SSP, jenis EAF
yang digunakan adalah EAF arus bolak balik 3 fasa. Tiap fasa arus terhubung
dengan satu elektroda, yang akan menghasilkan busur listrik (arc) sebagai sumber
energi listrik untuk peleburan. Busur listrik terjadi karena adanya arus listrik yang
lewat melalui gas-gas perantara yang telah terionisasi dari elektroda-elektroda ke
bahan baku yang bersifat konduktor, pada saat elektroda dan bahan baku tersebut
dipisahkan pada jarak tertentu. Penentuan jarak ini dilakukan melalui sistem
kontrol elektroda yang menggerakkan elektroda naik dan turun secara otomatis
sesuai dengan impedansi acuan yang ditentukan. Busur yang dihasilkan melalui
proses ionisasi tersebut akan mengubah daya listrik aktif dalam jumlah besarmenjadi panas yang dapat mencapai suhu sekitar 4000
0C, sehingga bahan baku
pembuat baja tersebut dapat dilebur untuk kemudian di proses lebih lanjut untuk
menghasilkan baja yang diinginkan[5]
.
Dalam proses pembuatan baja slab pada pabrik Slab Steel Plant (SSP) II
secara umum dapat dibagi menjadi 3 tahapan proses, yaitu proses peleburan,
8/10/2019 Skripsi Statcom
60/90
43
proses secondary metalurgy, dan proses pencetakan. Proses peleburan terjadi pada
Electric Arc Furnace (EAF). Mula-mula EAF diisi dengan bahan baku pembuatan
baja yang terdiri dari besi tua (scrap), besi spons (spons iron), batu kapur
(limestone), dan beberapa material lainnya. Dengan menggunakan energi listrik,
seluruh bahan baku tersebut dilebur menjadi baja cair dan kemudian dituang ke
dalam tempat pnampungan baja cair yang disebut dengan ladle.
Selanjutnya, dengan menggunakan crane, ladle dibawa ke ladle furnace
dan vaccuum degassing untuk dilakukan proses secondary metalurgy. Proses ini
adalah proses menaikkan temperatur dan pengaturan komposisi kimia agar
dihasilkan baja yang sesuai dengan grade dan kualitas yang diinginkan. Dari ladle
furnace cairan baja tersebut dibawa ke mesin cor kontinyu untuk dicetak menjadi
baja slab yang sesuai dengan ukuran yang diminta.
8/10/2019 Skripsi Statcom
61/90
KEPUTUSASAAN KADANG MEMBUAT
MANUSIA MENJADI GAMANG DAN
MEMBUAT SEAKAN HIDUP TANPA RUH,
TANPA JIWA. HILANG SEMANGAT HIDUP,
HILANG SEMANGAT SEGALA-GALANYA..
JANGAN PERNAH PUTUS ASA!!!
8/10/2019 Skripsi Statcom
62/90
44
Q
8/10/2019 Skripsi Statcom
63/90
45
1
Pulses
Vref Vref
Vmeas
Iqref
Voltage
Regulator
1/z
1/z
1/z
1/z
180-7.5
Sigma (deg)
OpMode
Iqref1
-Qref1
Vabc (pu)
Freq
wt
PLL
Vabc
Iabc
Freq
wt
Vmeas
PQ
Iq
Iq_avg
Id
Measurement
System
Vmeas
Iqref(Auto)
Qref1
Iqref1
OpMode
Id
Iqref
Iq Limit Computation
and Iqref Selection
Vdc
alpha
IqIqref
PQ
VmeasVref
Alpha
Sigma
wt
D_Alpha
Pulses
Firing Pulses
Generator
1
Display
Iq_avg
+/-Vdc/2
D_Alpha
DC Balance
Regulator
Iq_Ref
Iq
Alpha
Current
Regulator
3
VdcPN
2
Iabc
1
Vabc
wt
Karena data perhitungan yang digunakan untuk perhitungan
pengkompensasian menggunakan SVC dilapangan adalah data yang terukur di
penyulang 30 kV dimana SVC dipasang, sehingga daya reaktif sisi trafo EAF dan
terukurnya di sisi 30 kV adalah sama. Maka pemodelan untuk pengkompensasian
dalam simulasi yang dilakukan menggunakan rangkaian seperti pada gambar 3.1
diatas.
Dan untuk rangkaian kontrol dari STATCOM diperlihatkan pada gambar
3.2. dibawah ini.
Gambar 3.2. Sistem Kontrol STATCOM
Dari rangkaian sistem kontrol pada gambar 3.2, rangkaian utama dari
sistem kontrol STATCOM terdiri dari :
a. Sistem pengukuran (Measurement System)
b. Regulator tegangan (Voltage Regulator)
c.
Regulator arus (Current Regulator)
d. Rangkaian sinkronisasi (PLL)
8/10/2019 Skripsi Statcom
64/90
46
Vabc
Iabc
Freq
wt
Vmeas
PQ
Iq
Iq_avg
Id
Measurement
System
e. Rangkaian pembangkitan sinyal penyalaan (Firing Pulses Generator)
f. Regulator DC (DC Balance Regulator)
3.1.1. Sistem Pengukuran
Dari measurement system, didapatkan magnitud tegangan input VSC, V.
selanjutnya Vdibandingkan dengan tegangan referensi (Vref) yang besarnya 1 pu.
Selisih yang didapatkan kemudian diproses melalui regulator tegangan sehingga
didapatkan output Iqref (arus referensi) yang digunakan untuk mengatur aliran
daya reaktif.
Gambar 3.3. Blok Sistem Pengukuran
Tabel 3.1. Parameter parameter Blok Simulink Rangkaian Pengukuran
Tegangan nominal 150 kV
Inisial Frekuensi 50 Hz
8/10/2019 Skripsi Statcom
65/90
47
1
Iqref
1/z Droop
Ki
Kp
K Ts
z-1
2
Vmeas
1
Vref
Err
Iq_Ref
3.1.2. Regulator Tegangan
Fungsi dari regulator tegangan adalah meregulasi hasil selisih
perbandingan tegangan yang didapat dari measurement system. Tegangan yang
diregulasi adalah tegangan yang terukur (Vmeas) dan tegangan referensi (Vref), dan
hasilnya adalah berupa arus reaktif referensi (Iqref).
Gambar 3.4. Simulink Blok Regulator Tegangan
Tabel 3.2. Parameter-parameter Blok Simulink Rangkaian Regulator Tegangan
Proportional gain Kp Kp = 12
Integral gain Ki Ki = 3000
Droop (Xs) Xs = 0,03 pu
Vref Vref = 1 pu
3.1.3.
Regulator Arus
Fungsi dari regulator arus ini adalah membandingkan Iqrefdengan Iq(arus
dalam quadrature). Keluaran dari regulator arus adalah sudut yang merupakan
fasa pergeseran (phase shift) dari tegangan inverter dengan tegangan system.
Sudut ini besarnya hampir mendekati nol, yang digunakan untuk membangkitkan
atau menyerap daya reaktif.
8/10/2019 Skripsi Statcom
66/90
48
1
AlphaKi
Kp
K Ts
z-1
2
Iq
1
Iq_Ref
Err
Vabc (pu)
Freq
wt
Gambar 3.5. Simulink Blok Regulator Arus
Tabel 3.3. Parameter-parameter Blok Simulink Rangkaian Regulator Arus
Proportional gain Kp Kp = 5
Integral gain Ki Ki = 40
Droop (Xs) Xs = 0,03 pu
3.1.4.
Rangkaian Sinkronisasi
Fungsi dari rangkaian ini adalah mensinkronkan komponen urutan positif
dari tegangan primer 3-fase (Vt). Keluaran dari rangkaian ini adalah (sudut
=
t)digunakan untuk perhitungan komponen direct-axisdan quadrature-axisdari arus
dan tegangan AC 3 fase.
Gambar 3.6. Simulink Blok Sinkronisasi
8/10/2019 Skripsi Statcom
67/90
49
Alpha
Sigma
wt
D_Alpha
Pulses
Tabel 3.4. Parameter parameter Blok Simulink Rangkaian Sinkronisasi
Inisial Input Frekuensi = 50 Hz
Proportional gain Kp Kp = 60
Integral gain Ki Ki = 1400
3.1.5. Rangkaian Pembangkitan Sinyal Penyalaan
Fungsi dari blok rangkaian ini adalah untuk menghasilkan pulsa yang
digunakan untuk mengontrol sudut penyalaan dari komponen elktronika daya
(GTO).
Gambar 3.7. Simulink Blok Pembangkitan Sinyal Penyalaan
3.2. Pemodelan Beban
Dalam melakukan pemodelan beban EAF digunakan simulink blok
diagram beban induktif paralel yang bersifat statik. Yaitu pemodelan dengan
beban induktif 45 MVAR, pemodelan ini diambil dengan alasan bahwa pada
kondisi daya optimum pada tap trafo dalam proses EAF besar daya reaktif rata-
rata adalah 45 MVAR. Simulasi dilakukan dengan memasukkan besarnya
perubahan daya reaktif EAF perdetik secara manual melalui perubahan amplitudo
tegangan sistem.
8/10/2019 Skripsi Statcom
68/90
50
A B C
Gambar 3.8. Simulink Blok Diagram Beban Induktif
3.3. Pemodelan Sumber Tegangan dan Sistem Transmisi
Sebagai sumber tegangan digunakan suatu sumber tegangan terkontrol
dimana nilai magnitud dari tegangannya dapat diatur sesuai dengan keperluan
simulasi. Untuk impedansi dari sistem transmisi yang terdiri dari elemen R dan L
digunakan sumber impedansi seri dengan nilai R dan L diperoleh melalui
perhitungan sebagai berikut[5]
:
dengan :
R = Resistansi saluran (ohm)
L = Induktansi saluran (H)
V = Tegangan sistem (kV)
SSC = Daya hubung singkat sistem (MVA)
XL = Reaktansi
8/10/2019 Skripsi Statcom
69/90
51
A
B
C
a
b
c
150/30 kV100 MVA
N
A
B
C
Source Voltage(150 kV)
A
B
C
A
B
C
Source Impedance
7702.29MVAShort Circuit Level
(a) (b)
Gambar 3.9. Simulink Blok Diagram (a) Sumber Tegangan Terkontrol
(b) Sumber Impedansi R Dan L
Dan untuk pemodelan trafo penurun tegangan digunakan simulink blok
diagram transformator dengan dua belitan (primer dan sekunder).
Gambar 3.10. Simulink Blok Diagram Transformator
8/10/2019 Skripsi Statcom
70/90
52
Tabel 3.5. Parameter-parameter Simulasi Sistem Tenaga dan STATCOM
Tegangan transmisi 150 kV
Daya hubung singkat sistem 150kV(interkoneksi PLN, PT KDL operasi duaunit pembangkit/160 MVA)
7702,29 MVA
Trafo penurun tegangan (step-down) 150/30 kVX = 10,4 %
2 x 100 MVA
STATCOM :
- Tegangan Primer- Tegangan Sekunder
- Daya Nominal
- Frekuensi
- Kapasitansi Total
GTO :
- Tahanan Snubber
- Kapasitansi Snubber
- Tahanan Internal
- Jumlah Lengan
150 kV15 kV
100 MVar
50 Hz
2600 F
0.1M
Inf
10 m
3
8/10/2019 Skripsi Statcom
71/90
KUUN FAYAKUUN
SELALU ADA HARAPAN DITENGAH
KESULITAN
(UST. YUSUF MANSYUR)
8/10/2019 Skripsi Statcom
72/90
BAB IV
ANALISA DAN PERHITUNGAN
4.1. Analisa dan Simulasi Program Matlab
Dari hasil simulasi program yang dilakukan, dapat terlihat adanya
perbedaan antara simulasi program pada saat kondisi STATCOM non-aktif
dengan kondisi saat STATCOM di aktifkan. Kondisi dari hasil simulasi ini selain
di bandingkan antara kondisi STATCOM saat diaktifkan dan dinon-aktifkan juga
akan dibandingkan dengan pengkompensasian pada sistem simulasi kompensasi
daya reaktif pada sistem jaringan listrik yang sama dengan menggunakan
kompensator static var compensator (SVC) yang telah dilakukan oleh Praditya
Adi Nugroho dalam skripsi yang dibuatnya dengan judul Analisa Dan Simulasi
Static Var Compensator (SVC) Sebagai Kompensator Daya Reaktif Di Industri
Baja PT. Krakatau Steel.
Sistem jaringan listrik yang disimulasikan terdiri dari sumber tegangan
terkontrol dengan daya hubung singkat sebesar 7702,29 MVA pada saluran
transmisi 150 kV (sistem ter-interkoneksi dengan jaringan PLN dan PT. KDL
beroperasi dengan dua unit / 160 MVA), dan daya hubung singkat sebesar
1606,99 MVA pada saluran transmisi 30 kV dengan menggunakan dua trafo
150/30 kV x = 10,4 % pada sistem jaringan listrik. Beban dapur busur listrik di
modelkan sebagai sumber beban induktif yang dalam simulasi ini besarnya daya
reaktif induktif yang diberikan adalah ketika daya reaktif induktif EAF sebesar 45
MVar. Dan kompensator STATCOM dibangun dari 4 inverter 3 phasa-12 pulsa
pada masing-masing inverternya.
8/10/2019 Skripsi Statcom
73/90
4.1.1. Perhitungan Daya Reaktif
Perhitungan daya reaktif secara manual dilakukan dengan menggunakan
persamaan (2.11), (2.50), dan (2.51) , yaitu dengan melakukan perhitungan
kedalam bentuk tegangan dq.
Persamaan untuk Transformasi abc ke dq adalah sebagai berikut :
Berikut ini adalah tabel data hasil perhitungan dengan menggunakanprogram excel :
Tabel 4.1. Nilai Transformasi Tegangan abc ke dq
Time Va Vb Vc t Vd Vq
(s) (pu) (pu) (pu) (radian) (pu) (pu)
0.10 -0.007022 -0.8644 0.8664 6.283 0.999279 -0.00516
0.20 -7.49e-3
-0.8232 0.8307 6.283 0.954881 -0.00732
0.30 -0.003168 -0.8941 0.8972 6.283 1.034208 -0.00295
0.40 0.0002706 -0.8673 0.867 6.283 1.001299 0.000466
0.50 0.0003086 -0.8639 0.8636 6.283 0.997373 0.000491
0.60 0.0001439 -0.8628 0.8627 6.283 0.996218 0.000314
0.70 0.0001583 -0.8631 0.8629 6.283 0.996507 0.000357
0.80 0.0003101 -0.863 0.8627 6.283 0.996333 0.000491
0.90 3.19e-4
-0.8635 0.8631 6.283 0.996853 0.000531
1.00 -0.001064 -0.8624 0.8634 6.283 0.996391 -0.00086
8/10/2019 Skripsi Statcom
74/90
Tabel 4.2. Nilai Transformasi Arus abc ke dq
Time Ia Ib Ic t Id Iq
(s) (pu) (pu) (pu) (radian) (pu) (pu)0.10 -8.00e
-7 -2.11e
-6 1.55e
-6 6.28 2.11e
-6 -3.5e
-7
0.20 2.48e-5
-2.71e-5
2.41e-6
6.28 1.7e-5
2.48 e-5
0.30 -0.6518 0.5861 0.06565 6.283 -0.30036 -0.65184
0.40 0.3008 -0.2186 -0.08215 6.283 0.078724 0.300798
0.50 0.2653 -0.1497 -0.1156 6.283 0.019638 0.265304
0.60 0.2265 -0.1538 -0.07263 6.283 0.046822 0.226485
0.70 0.206 -0.1381 -0.06786 6.283 0.040515 0.205994
0.80 0.215 -0.1682 -0.04683 6.283 0.070033 0.215023
0.90 0.217 -0.1522 -0.06476 6.283 0.050443 0.216996
1.00 0.1834 -0.1271 -0.05632 6.283 0.040831 0.183414
Setelah didapat nilai tegangan dan arus dalam bentuk dq, maka dengan
memasukkan nilai-nilai tersebut kedalam persamaan (2.14) maka akan didapatkan
nilai Q (daya reaktif) yang mengalir di sistem, berikut ini adalah hasil
komputasinya menggunakan excel:
Q = (Vq*Id) (Vd*Iq)
Tabel 4.3. Nilai Daya Reaktif Yang dibangkitkan
Time Vd Vq) Id Iq Q Q
(s) (pu) (pu) (pu) (pu) (pu) (Mvar)
0.10 0.99928 -0.00516 0.00000 -0.00000 0.0000 0.00
0.20 0.95488 -0.00732 0.00002 0.00002 -0.0000 0.00
0.30 1.03421 -0.00295 -0.30036 -0.65184 0.6750 67.50
0.40 1.00130 0.00047 0.07872 0.30080 -0.3012 -30.12
0.50 0.99737 0.00049 0.01964 0.26530 -0.2646 -26.46
0.60 0.99622 0.00031 0.04682 0.22649 -0.2256 -22.560.70 0.99651 0.00036 0.04051 0.20599 -0.2053 -20.53
0.80 0.99633 0.00049 0.07003 0.21502 -0.2142 -21.42
0.90 0.99685 0.00053 0.05044 0.21700 -0.2163 -21.63
1.00 0.99639 -0.00086 0.04083 0.18341 -0.1828 -18.28
8/10/2019 Skripsi Statcom
75/90
Jika dilihat dari hasil perhitungan secara manual dengan hasil yang
diperlihatkan pada gambar 4.4. terdapat perbedaan nilai, dimana hasil secara
simulasi menunjukkan adanya perbaikan dari nilai secara manual, ini disebabkan
karena pengaturan dalam rangkaian kontrol yang memungkinkan untuk
mendapatkan hasil yang lebih baik.
Berikut ini adalah gambar grafik hasil simulasi yang dilakukan dengan
menggunakan program matlab simulink 7.9.0.529 (2009b). untuk hasil simulasi
saat sistem tidak dihubungkan dengan kompensator STATCOM ditunjukkan pada
gambar 4.3 dan hasil simulasi saat sistem dihubungkan dengan kompensator
STATCOM ditunjukkan pada gambar 4.4.
8/10/2019 Skripsi Statcom
76/90
Gambar 4.1. Grafik Hasil Simulasi Sistem Tanpa Static Var Compensator (SVC)
8/10/2019 Skripsi Statcom
77/90
8/10/2019 Skripsi Statcom
78/90
Gambar 4.3. Grafik Hasil Simulasi Sistem Tanpa Static Synchronous Compensator(STATC
8/10/2019 Skripsi Statcom
79/90
Gambar 4.4. Grafik Hasil Simulasi Sistem dengan Static Synchronous Compensator(STAT
8/10/2019 Skripsi Statcom
80/90
Berikut ini data-data dari hasil simulasi program yang telah dilakukan
diperlihatkan pada tabel 4.1.
Tabel 4.4. Data-data Hasil Simulasi Program Menggunakan Matlab Simulink
Parameter
Simulasi Program
SVC
non-aktif [5]
SVC
Aktif [5]
STATCOM
non-aktif
STATCOM
aktif
V (kV/pu)29,159 /
0,9717
30,591 /
1.0197
29.004 kV/
0.9668 pu
29.232 kV/
0.9744
Va Prim (Pu)149,13 kV /
0.9942 pu
150,51 kV /
1,0034 pu
148,38 kV/
0.9892 pu
149.25 kV/
0.995 pu
VaStat (Pu) - - 0 1 pu
Ia Prim (Pu) 0.5964 pu 0.339 pu 0.6 pu 0.34 pu
Q (MVar) 0 15 Mvar 0 25 Mvar
Q (MVar)
System43 Mvar 28 Mvar 43 Mvar 18 Mvar
Vmeas
Vref (pu)
0.9944 pu
1 pu
1.0036 pu
1 pu
0.99 pu
1 pu
0.9961 pu
1 pu
Vdc - - 0 9.6 x 104Vdc
Karena tujuan dari skripsi ini salah satunya adalah untuk
membandingkan dua sistem kompensasi untuk mengkompensasi daya reaktif di
pabrik SSP II PT. Krakatau Steel, yaitu kompensasi menggunakan SVC yang
telah di analisa oleh Praditya Adi Nugroho dalam skripsinya dengan kompensasi
menggunakan STATCOM, maka tegangan sistem diatur sedemikian sehingga
mendapatkan kondisi nilai daya reaktif sebelum dikompensasi yang sama nilainya
yaitu sebesar 43 Mvar kapasitif.
8/10/2019 Skripsi Statcom
81/90
Dari data yang terdapat pada tabel 4.1 diatas yang didapat dari hasil
simulasi menunjukkan bahwa pada saat kondisi sistem tidak terhubung pada
STATCOM daya reaktif yang mengalir pada sistem adalah sebesar 43 Mvar
kapasitif pada saat sistem terhubung dengan beban induktif sebesar 45 Mvar.
Sehigga menyebabkan tegangan sistem mengalami penurunan menjadi 29.004 kV
(0.9668 pu) dari nilai referensi sebesar 30 kV pada sisi tegangan sekunder dan
sebesar 148,38 kV (0.9892 pu) dari nilai referensi 150 kV pada sisi tegangan
primer. Dan arus yang mengalir pada sisi primer saat sistem beroperasi pada
beban 45 Mvar adalah sebesar (0,6 pu) atau sebesar 230.9 A dan bersifat lagging.
Sedangkan untuk parameter yang berhubungan dengan kompensator bernilai nol,
dan jika dibandingkan dengan hasil simulasi dengan sistem terhubung pada beban
45 Mvar dengan kompensator SVC non-aktif, hasil yang didapat relatif sama. Hal
ini jika dilihat dari nilai yang didapat, dimungkinkan terjadi karena tingkat
keakuratan dalam mengambil data hasil simulasi atau perbedaan letak titik pada
scope keluaran simulasi yang dijadikan dasar pengambilan data.
Sedangkan untuk data yang dihasilkan dari simulasi yang kedua, dimana
kondisi sistem pada beban induktif sebesar 45 Mvar terhubung dengan
kompensator STATCOM diperoleh data-data dimana adanya perubahan besarnya
daya reaktif yang mengalir pada sistem yang semula 43 Mvar kapasitif menjadi
sebesar 18 Mvar kapasitif, hal ini menunjukkan adanya kompensasi yang
diberikan oleh STATCOM yaitu sebesar 25 Mvar induktif. Hal ini terjadi karena
kompensator (STATCOM) bekerja dengan menyuplai daya reaktif sejumlah 25
Mvar induktif, bersifat induktif karena jika dilihat dari grafik sebelum
pengkompensasian nilai daya reaktif berada pada posisi kapasitif sehingga untuk
menjadikan daya reaktif yang mengalir pada sistem menjadi bernilai nol (0 Mvar),
STATCOM harus bekerja pada mode induktif. Dimana mode induktif ini adalah
mode disaat nilai tegangan sistem lebih kecil dari nilai tegangan STATCOM. Dan
ini dapat dilihat dari nilai tegangan sistem yang bernilai 0,995 pu dan tegangan
STATCOM bernilai 1 pu.
Jika dibandingkan dengan pengkompensasian menggunakan SVC,
besarnya daya reaktif yang masih mengalir pada sistem lebih besar yaitu menjadi
8/10/2019 Skripsi Statcom
82/90
28 Mvar kapasitif, seperti tercantum pada analisa dari skripsi Praditia Adi
Nugroho dalam Bab IV halaman 54. Pengkompensasian menggunakan
STATCOM lebih baik karena nilai kompensasi STATCOM menjadikan besar
daya reaktif yang mengalir pada sistem menjadi 18 Mvar kapasitif, selisih 10
Mvar. Hal ini bisa terjadi karena respon STATCOM lebih cepat terhadap
perubahan tegangan sistem, STATCOM mengatur tegangan sistem secara terus-
menerus, karena kerjanya tidak bergantung pada suatu pensaklaran, seperti hasil
yang terdapat pada beberapa hasil penelitian.
Nilai daya reaktif pada sistem yang ditunjukkan oleh tabel 4.1 adalah
nilai daya reaktif dengan menggunakan nilai (pengontrolan kontrol proporional,
KP dan kontrol integrator, KI) yang disediakan oleh Matlab Simulink.
Pada tabel dibawah ini dilakukan perubahan nilai KP dan KI dengan cara
trial and error. Untuk melihat perubahan daya reaktif yang tersisa di sistem.
Tabel 4.5. Perubahan Nilai KI Pada Voltage Regulator Dan
Nilai KP Pada Iq Regulator
Voltage Regulator
Gains Iq Regulator Gains
Daya Reaktif Di
Sistem
KP KI KP KI MVAR
12 3000 5 40 18
12 4000 6 40 17.5
12 5000 7 40 17.61
12 6000 8 40 17.23
12 7000 9 40 17.46
8/10/2019 Skripsi Statcom
83/90
8/10/2019 Skripsi Statcom
84/90
4.2. Jatuh Tegangan
Untuk jatuh tegangan yang terjadi pada sistem saat beban 45 Mvar, dapat
dihitung menggunakan persamaan 2.36, yaitu :
Sk
QV
=
028,099,1606
45==V pu
V = 0.028 x 30 kV = 0,84 kV
V = 30 (30 x 0,028) = 29,1599 kV
Dan dari data yang didapat dari hasil simulasi saat STATCOM non-aktif
nilai tegangan yang dihasilkan adalah sebesar 29.004 kV/ 0.9668 pu atau jatuh
tegangannya sebesar :
V = (1 0,9668) pu x 30 kV = 0,996 kV
Sedangkan untuk data yang didapat dari hasil simulasi saat STATCOM
aktif nilai tegangan yang dihasilkan adalah sebesar 29.232 kV/ 0.9744 pu atau
jatuh tegangannya sebesar :
V = (1 0,9744) pu x 30 kV = 0.768 kV
Dari hasil perhitungan diatas terlihat bahwa setelah dilakukan
kompensasi (STATCOM diaktifkan) nilai jatuh tegangan yang terjadi dapat di
kurangi menjadi 0,768 kV. Meskipun STATCOM telah diaktifkan nilai jatuh
tegangan masih terjadi, hal ini disebabkan karena STATCOM belum secara
optimum mengkompensasi daya reaktif yang ada pada sistem, sehingga masih
terdapat daya reaktif yang mengalir di sistem yang menyebabkan jatuh tegangan
terjadi meskipun tidak terlalu besar.
8/10/2019 Skripsi Statcom
85/90
TERUSLAH BERGERAK
BERHENTILAH MENGELUH
(THUFAIL AL GHIFARI)
8/10/2019 Skripsi Statcom
86/90
66
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dalam simulasi yang telah dilakukan, yaitu dengan menggunakan beban
induktif sebesar 45 Mvar dengan daya hubung singkat saluran 150 kV sebesar
7702,29 MVA dan daya hubung singkat bus 30 kV sebesar 1606,99 MVA,
dengan dua kondisi yang berbeda, kondisi pertama adalah kondisi simulasi tanpa
kompensasi dan kondisi kedua adalah kondisi simulasi dengan kompensasi. Dari
hasil simulasi tersebut didapat hasil bahwa :
1. Pada kondisi tanpa kompensasi, daya reaktif yang mengalir di sistem
adalah sebesar 43 Mvar kapasitif dan tegangan sistem mengalami
penurunan menjadi 29.004 kV (0.9668 pu) dari nilai referensi sebesar
30 kV.
2. Sedangkan pada kondisi kompensator STATCOM diaktifkan, daya
reaktif yang mengalir disistem adalah sebesar 18 Mvar kapasitif,
dengan besar daya reaktif yang dibangkitkan oleh STATCOM adalah
25 Mvar, dan tegangan sistem menjadi 29.232 kV (0.9744 pu).
3. Dari hasil simulasi pada saat STATCOM di aktifkan, nilai besar daya
reaktif yang mengalir disistem menjadi lebih kecil (18 Mvar
kapasitif) jika dibandingkan dengan pengkompensasian
menggunakan SVC yaitu sebesar 28 Mvar kapasitif, daya reaktif
yang masih mengalir disistem. Terdapat selisih sebesar 10 Mvar.
Sehingga pengkompensasian menggunakan STATCOM lebih baik
daripada pengkompensasian menggunakan SVC.
8/10/2019 Skripsi Statcom
87/90
67
5.2. Saran
Untuk mendapatkan pengkompensasian daya reaktif yang diinginkan
yaitu menjadikan daya reaktif pada sistem mendekati 0 Mvar, perlu dilakukan
penentuan nilai tetapan integral atau proporsional yang lebih akurat lagi pada
sistem kontrolnya, yaitu dengan menggunakan metode yang lebih khusus,
sehingga akan menghasilkan output yang lebih baik.
Guna memaksimalkan kinerja dari STATCOM atau melihat respon dari
STATCOM yang dapat bekerja dengan membangkitkan atau menyerap daya
reaktif, pemodelan dari beban EAF harus dimodelkan sesuai dengan kondisi di
lapangan dengan pendekatan EAF yang bersifat fluktuatif.
Penggunaan STATCOM ini pada dasarnya tidak hanya terbatas pada
pengkompensasian daya rekatif, tetapi dapat pula untuk membangkitkan daya
aktif serta mengurangi rugi-rugi, sehingga penelitian ini bisa dikembangkan lagi
untuk menghasilkan kondisi sistem yang lebih baik.
8/10/2019 Skripsi Statcom
88/90
SAAT ANDA TAK MAMPU LAGI MENAHAN BERATNYA
MASALAH YANG ANDA HADAPI, MAKA SEGERALAH
BERWUDHU LALU BERSUJUDLAH DANPASRAHKANLAH SEMUA MASALAH ANDA KEPADA
SANG PEMILIK KEMUDAHAN (ALLAH SWT)
8/10/2019 Skripsi Statcom
89/90
8/10/2019 Skripsi Statcom
90/90
69
[10] Dahono, Pekik Argo. Kapasitor: Bermanfaat sekaligus berbahaya.
Konversi.wordpress.com