Stabilitas Sistem Tenaga Listrik

Permasalahan utama yang terjadi di sistem tenaga adalah operasi sinkron antara tegangan,

frekuensi, dan sudut fasa. Operasi ini akan menyatakan keserempakan kerja mesin – mesin

sinkron di jaringan dalam rentang waktu tertentu. Dalam jaringan tenaga listrik sistem

interkoneksi merupakan hal yang umum dijumpai karena pemanfaatan interkoneksi di jaringan

akan meningkatkan keandalan dan dapat memperbesar suplai daya yang dihasilkan. Namun,

permasalahan yang mungkin muncul pada sistem interkoneksi adalah ketidaksamaan tegangan,

frekuensi, dan sudut fasa, sehingga sistem tenaga listrik tidak dapat berjalan serempak atau

mengalami ketidakstabilan.

Kestabilan sistem merupakan bagian yang perlu untuk dijaga dalam operasi sistem

tenaga. Stabilitas sistem tenaga didefinikan sebagai kemampuan sistem tenaga yang

memungkinkan sistem tersebut untuk tetap berada pada kondisi dalam batas operasi yang

diinginkan pada keadaan normal atau abnormal di sistem tenaga.

Perbedaan Kondisi Stabilitas Sebuah Sistem Tenaga Listrik

Meskipun kestabilan sebuah sistem dapat dilihat secara menyeluruh dan meluas, tetapi untuk

analisis sebuah sistem, kestabilan sistem dapat dibagi menjadi tiga (3) kategori

(Stevenson,1990):

1. Kestabilan mantap (Steady State Stability) Kestabilan steady state adalah kemampuan sistem

tenaga untuk mencapai kondisi stabil pada kondisi operasi baru yang sama atau identik dengan

kondisi sebelum terjadi gangguan setelah sistem mengalami gangguan kecil. Analisis kestabilan

steady state pada sistem tenaga dapat disebut sebagai kestabilan sinyal kecil (small signal

stability). Kestabilan steady state merupakan sebuah fungsi dari kondisi operasi.

2. Kestabilan dinamik (Dynamic Stability)

Kestabilan dinamik adalah keadaan sebenarnya gangguan – ganguan (disturbances) pada sistem

tenaga terjadi terus menerus karena beban itu sendiri berubah terus menerus dan juga karena

perubahan perputaran turbin tetapi perubahan ini biasanya kecil, sehingga tidak sampai

menyebabkan sistem kehilangan keserempakannya.

3. Kestabilan peralihan (Transient Stability)

Kestabilan peralihan adalah kemampuan sistem tenaga untuk mencapai kondisi stabil operasi

baru yang dapat diterima setelah mengalami gangguan besar. Analisis kestabilan transient

menggunakan pendekatan model non linier. Kestabilan transient pada sistem tenaga adalah

respon keluaran yang mencapai kondisi operasi steady state yang diizinkan dan sistem yang

dapat kembali ke posisi semula pada saat sistem mengalami gangguan. Kestabilan transient

merupakan fungsi dari kondisi operasi dan gangguan.

Stabilitas Tegangan

Salah satu faktor pada kestabilan sistem tenaga adalah stabilitas tegangan. Stabilitas

tegangan ialah kemampuan sistem tenaga untuk menjaga nilai tegangan pada batas operasi yang

ditentukan di semua bus pada sistem tenaga, saat sistem berada pada kondisi normal dan tidak

normal akibat terjadi gangguan. Sistem mengalami kondisi tidak stabil ketika terjadi gangguan,

perubahan beban, dan perubahan kondisi pada sistem.

Stabilitas tegangan terbagi menjadi dua, yaitu stabilitas tegangan akibat gangguan

yang kecil dan akibat gangguan yang luas. Stabilitas tegangan akibat gangguan kecil ini terjadi

akibat gangguan yang kecil atau bersifat lokal, seperti perubahan kenaikan beban di sistem.

Sedangakan, stabilitas akibat gangguan besar adalah kemampuan sistem untuk mempertahankan

tegangan pada batas operasi yang ditentukan akibat terjadi gangguan yang besifat luas, seperti

kesalahan sistem, pelepasan generator, atau kontingensi pada jaringan. Keadaan tersebut

membuat sistem harus mendapatkan kembali kestabilannya. Berdasarkan waktu kestabilan

tegangan sistem akan kembali dalam waktu cepat atau lama tergantung dari jenis gangguannya.

Ketidakstabilan tegangan suatu proses dinamis dan berdasarkan kerangka waktu lama

terjadinya dapat dibagi atas tiga skenario :

1. Stabilitas tegangan transien (transient voltage stability) yang mempunyai kerangka

waktu terjadinya dari nol sampai sepuluh detik.

2. Stabilitas tegangan waktu panjang (long-term voltage stability) yang mempunyai

kerangka waktu beberapa menit, biasanya dua sampai tiga menit.

3. Ketidakstabilan tegangan waktu panjang (long-term voltage instability) yang

mempunyai kerangka waktu lebih lama dari sepuluh menit.

Hubungan daya dan tegangan menunjukkan karakteristik operasi dari sistem/saluran

transmisi. Hubungan ini menunjukkan perubahan yang terjadi pada pada tegangan penerima

karena perubahan pada besar daya yang ditransmisikan.

Pada gambar di atas diperlihatkan saluran transmisi dengan nilai X reaktans saluran >>

R, Vs dan Vr merupakan tegangan pada sisi pengirim dan penerima. Daya nyata Pr pada sisi

penerima adalah :

Dengan = sudut phase Vs dan Vr

Rugi-rugi transmisi diabaikan, maka Ps = Pr. jika pembangkitan daya nyata konstan,

maka,

Maka,

Pada titik transfer daya maksimum = 900 maka

Persamaan diatas menidentifikasikan titik kritis pada hubungan kurva terhadap Vs.

analisis tersebut diasumsikan tegangan akhir sisi penerima Vr konstan. Jika tegangan

akhir sisi pengirim diasumsikan konstan, maka :

Hubungan daya reaktif sisi pengirim dan penerima:

Hubungan daya-tegangan digambarkan dalam bentuk kurva P-V saluran transmisi.

Standar Tegangan SEMI F47 (Voltage Sagging/ Voltage Dip)