skripsi statcom

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/


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)


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


4/90

iii

PENGESAHAN PEMBIMBING

Skripsi dengan judul :



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


5/90

iv

PENGESAHAN PENGUJIAN

Skripsi dengan judul :



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


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.


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


8/90

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


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


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


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


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


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 2.13. 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


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


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


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


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


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).


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.


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) .


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.


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)


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.


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


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


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 :


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


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)


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


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


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


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.


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


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


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


36/90

19





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


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)



(2.16)

(2.17)

(2.18)

(2.19)



(2.20)

(2.21)

(2.22) (2.23)


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)


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.


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]


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)


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.


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


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,


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


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:


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


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)


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


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


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)


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)


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)


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: ; .


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


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]


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


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


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,


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.


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!!!


62/90

44

Q


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)


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


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.


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



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


67/90

49

Alpha

Sigma

wt

D_Alpha

Pulses

Tabel 3.4. Parameter parameter Blok Simulink Rangkaian Sinkronisasi

Inisial Input Frekuensi = 50 Hz



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.


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


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


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


71/90

KUUN FAYAKUUN

SELALU ADA HARAPAN DITENGAH

KESULITAN

(UST. YUSUF MANSYUR)


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.


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


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


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.


76/90

Gambar 4.1. Grafik Hasil Simulasi Sistem Tanpa Static Var Compensator (SVC)


77/90


78/90

Gambar 4.3. Grafik Hasil Simulasi Sistem Tanpa Static Synchronous Compensator(STATC


79/90

Gambar 4.4. Grafik Hasil Simulasi Sistem dengan Static Synchronous Compensator(STAT


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.


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


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


83/90


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.


85/90

TERUSLAH BERGERAK

BERHENTILAH MENGELUH

(THUFAIL AL GHIFARI)


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.


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.


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)


89/90


90/90

69

[10] Dahono, Pekik Argo. Kapasitor: Bermanfaat sekaligus berbahaya.

Konversi.wordpress.com

skripsi statcom

Documents