ANALISIS STATIS DAN DINAMIS PENEMPATAN OPTIMAL DIVAIS FACTS UNTUK KEAMANAN OPERASI SISTEM

Rakhmad Syafutra Lubis, ST.,MT., Prof. Dr. Ir. Sasongko PH., DEA

2014 | Disertasi | S3 Teknik Elektro

Flexible AC Transmission System (FACTS) dalam suatu sistem tenaga mempunyai peran vital dalam memperbaiki performans sistem tenaga, baik statis maupun dinamis yaitu memperbaiki stabilitas, meningkatkan keamanan, meningkatkan keandalan pembebanan dan mengurangi rugi-rugi. FACTS harus ditempatkan secara optimal untuk mengimplementasikan peran vital tersebut, karena biaya investasi pembangunan FACTS adalah tinggi. Divais FACTS yang dipertimbangkan untuk ditempatkan adalah Static Var Compensator (SVC), Thyristor Controlled Series Compensation (TCSC), Unified Power Flow Controller (UPFC) dan Generalized Unified Power Flow Controller (GUPFC). Dalam penelitian ini diusulkan dua teknik penentuan letak FACTS, yaitu teknik sensitivitas faktor pembebanan sistem dan kriteria kontingensi N-1. Teknik pertama sesuai persamaan keseimbangan daya aktif dan reaktif terhadap perubahan besaran dan sudut fase tegangan pada masing-masing cabang dalam jaringan. Teknik kedua adalah penentuan tingkat kontingensi pada masing-masing cabang dalam jaringan. Selanjutnya lokasi optimal ditentukan sesuai nilai mutlak tertinggi yang diperoleh dari teknik tersebut. Empat tipe FACTS yaitu SVC, TCSC, UPFC dan GUPFC masing-masing diuji dengan analisis performans statis dan dinamis pada lokasi tersebut. Pengujian performans statis dengan algoritma aliran daya dan aliran daya optimal (OPF). Algoritma Nonlinear Predictor-Corrector Primal-Dual Interior-Point Algorithm (NLPCPDIPA) digunakan dengan fungsi sasaran meminimumkan biaya suplai, permintaan dan parameter pembebanan, pada kondisi tanpa atau dengan FACTS untuk memperoleh aliran daya optimal serta parameter FACTS. Kemudian, pengujian performans statis dilakukan dengan simulasi domainwaktu. Pengujian dilakukan dengan simulasi dan menggunakan sistem tenaga IEEE 57-bus untuk memperoleh performans statis dan dinamis sistem. Tipe, lokasi dan parameter kendali divais FACTS dapat ditentukan dari hasil-hasil terbaik prosedur di atas yaitu berdasarkan kestabilan dinamis paling baik, nilai profil tegangan paling baik, rugi-rugi paling rendah dan loading margin paling tinggi. Penerapan pengendali FACTS yaitu dengan menentukan lokasi optimal divais FACTS disertai memilih tipe, menentukan parameter kendali dan menghitung biaya investasi telah memberikan hasil yang diinginkan. Hal ini ditunjukkan dengan penurunan rugi-rugi dan peningkatan loading margin yang akhirnya dapat meningkatkan keamanan operasi sistem atau menghindari kondisi kontingensi. Tipe dan lokasi divais FACTS yang terpilih dalam sistem IEEE 57-bus yaitu GUPFC pada line-9 (bus 9-10) dan line-10 (bus 9-11) dengan parameter (dalam pu): 𝑣𝑝𝑗 = 0; 𝑣𝑞𝑗= 0,01303; 𝑣𝑝𝑘= 0; 𝑣𝑞𝑘= 0,01303; 𝑖𝑞 = 1,8189 dan biaya investasi 13,2671 $/h. Rugi-rugi menurun dari 21,037 MW (tanpa FACTS) menjadi 19,384 MW (dipasang GUPFC) atau berkurang sebesar 7,86%, disamping itu loading margin meningkat dari 0,1 pu (tanpa FACTS) menjadi 0,11063 pu (dipasang GUPFC) Keamanan sistem yang dimaksud dalam penelitian ini adalah keamanan tegangan, pada nilai security bound tipikalnya 0,9 dan 0,95. Saddle-Node Bifurcation (SNB) dan Limit-Induced Bifurcation (LIB) digunakan dalam penelitian ini dalam pembahasan stabilitas tegangan. Kemudian, permasalahan kekangan stabilitas tegangan atau keamanan operasi sistem dan kaitannya dengan mekanisme pembebanan atau loading margin dimasukkan dalam teknik tersebut. SNB dan LIB boleh jadi terjadi pada beberapa tegangan bus dengan besaran yang tidak dapat diterima yaitu dibawah batas-batas keamanan atau batas-batas lain yang mengakibatkan terjadinya titik operasi yang tidak dapat dijalankan (unfeasible). Tegangan sistem yang dicapai dalam penelitian ini setelah menempatkan GUPFC pada line-9 dan line-10 adalah 0.96675 pu (nilai paling rendah) pada bus-31sampai 1.1104 pu (nilai paling tinggi) pada bus-46. Besaran tegangan sebagian besar terkoreksi menuju nilai 1,0 pu. Hasil-hasil optimasi menunjukkan bertambahnya kemampuan pembebanan atau berkurangnya rugi-rugi sistem setelah divais FACTS terpasang pada lokasi yang diperoleh. Hal ini menunjukkan bahwa teknik sensitivitas faktor pembebanan sistem dan kriteria kontingensi N-1 dapat digunakan untuk memilih lokasi FACTS.

Flexible AC Transmission System (FACTS) in a power system plays a vital role in improving the performance of power systems, both static and dynamic, i.e. improve stability, increase security, improve the reliability of loading and reduce losses. FACTS must be optimally placed to implement such the vital role, because the development investment costs of FACTS are high. FACTS devices considered for placement are: Static Var Compensator (SVC), Thyristor Controlled Series Compensation (TCSC), Unified Power Flow Controller (UPFC) and the Generalized Unified Power Flow Controller (GUPFC). It is proposed in this study two techniques of determining the location of FACTS, the technique of the sensitivity of system loading factor and N-1 contingency criteria. The first technique, corresponds to the real and reactive power balance equation with respect to changes in the magnitude and phase angle of the voltage at each branch in the network. The second technique is the determination of the level of contingency for each branch in the network. Furthermore, the optimal location is determined in accordance with the highest absolute values obtained from these techniques. Four types of FACTS ie SVC, TCSC, UPFC and GUPFC each tested with static and dynamic performance analysis at that location. Static performance testing is done with power flow and optimal power flow (OPF) algorithm. Nonlinear Predictor- Corrector Primal-Dual Interior-Point Algorithm (NLPCPDIPA) is used with the objective function to optimize cost of supply, demand and loading parameters, the condition without or with FACTS to obtain an optimal power flow and parameters FACTS. Then, the static performance testing carried out by time-domain simulation. Testing is done by using simulation and using power systems IEEE 57-bus to obtain the performance of both static and dynamic systems. The type, location and parameters of FACTS device control can be determined from the best results of the above procedure which are based on the most outstanding dynamic stability values of the voltage profile, the lowest losses and the highest loading margin. The application of FACTS controllers is done to determine the optimal location of FACTS devices by selecting the type, determining the control parameters and computing investment cost which provide the desired results. This is indicated by a decrease in losses and an increase in the loading margin which can eventually improve the security of the operating system or avoid contingency conditions. The type and location of FACTS devices selected in the IEEE 57-bus system is GUPFC on line-9 (buses 9-10) and line-10 (buses 9-11) with parameters (in pu): 𝑣𝑝𝑗 = 0; 𝑣𝑞𝑗= 0,01303; 𝑣𝑝𝑘= 0; 𝑣𝑞𝑘= 0,01303; 𝑖𝑞 = 1,8189 and investment cost of 13.2671 $/h. Losses decreased from 21.037 MW (without FACTS) to 19.384 MW (installed GUPFC) or decreased 7,86%, in the other hand the loading margin increased from 0.1 pu (without FACTS) to 0.11063 pu (installed GUPFC). Security systems referred to in this research is the voltage security, on the value of the security bound is typically 0.9 and 0.95. Saddle-node bifurcation (SNB) and limit-induced bifurcation (LIB) used in this research in the discussion of voltage stability. Then, the problem of voltage stability constraint or system operation security and its relation to the mechanism of loading or loading margins included in the technique. SNB and LIB may occur at some of the bus voltage with unacceptable magnitude is below the security boundaries or other boundaries that result in operating points cannot be executed (unfeasible). Voltage system is achieved in this study after placing GUPFC on line-9 and line-10 is 0.96675 pu (lowest value) at the bus-31 to 1.1104 pu (highest value) at bus-46. Most of the voltage magnitude corrected to the value of 1.0 pu. The results of the optimization demonstrate the increasing capability of loading or reducing system losses after FACTS devices have been installed at acquired locations. This suggests that the system loading factor sensitivity technique and N-1 contingency criteria can be used to select the location of FACTS.

Kata Kunci : Sensitivitas faktor pembebanan sistem dan kriteria kontingensi N-1, FACTS, aliran daya optimal (OPF), rugi-rugi, loading margin