Alasan utama munculnya kembali low frequency oscillation di Sistem Tenaga Listrik

Setelah pada tulisan sebelumnya kita membahas bagaimana awal muasal terjadinya low frequency oscillation, bagaimana menanggulanginya dan akhirnya permasalahan itu muncul lagi. Sekarang timbul pertanyaan yang menarik yaitu mengapa masalah itu muncul kembali?

Pada edisi ini, saya coba untuk bercerita secara singkat tentang sebab utama munculnya kembali low frequency oscillation. Ada 2 hal yang menjadi penyebab utamanya menurut referensi yang sama pada tulisan sebelumnya :

1. Tingginya setting gain dan rendahnya time constant pada automatic voltage regulator (AVR).
2. Terlalu banyak jaringan transmisi yang panjang sehingga melebihi kemampuan (weak line).

Pertama adalah masalah tingginya gain pada AVR.
Sebelumnya, kita akan bahas secara singkat tentang transfer function dari AVR, agar lebih mudah memahami pengaruh gain dan time constant AVR. Struktur AVR sering direpresentasikan sebagai transfer function orde 1 seperti gambar 1 dibawah ini :

Gambar 1. AVR

dimana : Ka = Gain, ini fungsinya seperti kendali proporsional, dan Ta = time constant, yang menandakan kecepatan respon dari AVR, semakin kecil time constant, semakin cepat respon AVR tersebut

Gambar 2. Pengaruh gain pada AVR terhadap stabilitas sistem tenaga.

Nah, setelah tahu gain dan time constant AVR, mari kita lihat pengaruh keduanya pada low frequency oscillation.
Pada dasarnya gain yang tinggi pada AVR mempunyai 3 maksud:
1. Semakin tinggi gain, tegangan terminal generator akan terkontrol dengan baik, karena tujuan AVR memang membuat tegangan terminal stabil.
2. Gain yang tinggi dapat meningkatkan steady stability limit, dan
3. Gain yang tinggi juga dapat mengingkatkan transient stability limit.

Namun dengan semakin tingginya gain pada AVR, ternyata juga menimbulkan efek samping yaitu semakin lemahnya kemampuan redam (negarif damping) dari generator sehingga berpotensi timbulnya low frequency oscillation.

Dari alasan diatas, dapat disimpulkan bahwa pengaturan gain pada AVR adalah sesuatu yang sangat penting, karena kalau terlalu rendah akan menimbulkan "monotonic instability" dan jika terlalu tinggi akan menimbulkan "low frequency oscillation". Karakteristik gain AVR dapat dilihat pada gambar 2. ( semakin kekanan gain semakin tinggi)

Faktor lainnya yang berpotensi menimbulkan low fequency oscillation adalah
1. Rendahnya time constant AVR.
2. Besarnya reaktansi (Xe) pada jaringan transmisi.
3. Besarnya daya aktif (P) yang melewati transmisi.
4. Besarnya daya reaktif yang negatif (leading/-Q).

Ini didasarkan pada hasil studi tentang pengaruh variasi ke empat parameter diatas terhadap Damping torque dan Synchronous Torque.

Terima kasih

Cuk supriyadi

Cerita asal muasal Low frequency oscillation di Power System

Gambar 1. Contoh gambar Low Oscillation

Gambar 2 . Contoh Monotonic instability

Small Oscillation pada generator sinkron menjadi suatu masalah serius bagi para engineer yang berkecimpung di sistem tenaga listrik. Sebab utamanya adalah karena generator sinkron tersebut terhubung dengan jaringan yang panjang. Untuk diketahui bahwa jika generator sinkron terhubung dengan beban yang terlalu kecil agak lebih mudah timbul oscillation seperti gambar 1 diatas. Sedangkan, dengan beban yang berlebih akan cenderung terganggu sinkronisasinya, dan bisa berakibat lebih fatal dengan hilangnya sinkronisasi-nya yang lebih sering disebut "Monotonic atau non-oscillatory" instability seperti pada gambar 2 diatas. Kedua fenomena diatas dikenal dengan steady state stability pada generator sinkron. Small oscillation lebih disebabkan karena kurangnya Tenaga redam (damping torque), sedangkan Monotonic instability lebih dikarenakan kurangnya Tenaga sinkron ( Sinchronizing torque).

Gambar 3. Kondisi steady state

Untuk menanggulangi masalah tersebut, banyak metode yang sudah dipelajari oleh para peneliti untuk memprediksi dan meredamnya. Penambahan damper winding cukup efektif untuk mengurangi small oscillation. selain itu, efek kondensator sinkron ( Synchronous condenser) dan Pengatur tegangan (AVR) juga sedang dipelajari secara luas. Dengan ketiga hasil studi diatas, kedua permasalahan dalam stabilitas di sistem tenaga sangat terbantu, contoh sistem yang stabil adalah seperti pada gambar 3. Hal ini menyebabkan studi di steady state stability mulai berkurang tajam dan kemudian beralih ke studi tentang transient dan improvementnya.

Namun pada tahun 60-an, fenomena low frequency oscillation mulai muncul kembali di sistem tenaga. Kemudian mulailah dikenalkan penggunaan Power System Stabilizer (PSS) untuk menanggulangi masalah ini. Contoh nyata kejadian low frequency oscillation di sistem operasi tenaga listrik diantaranya adalah jaringan listrik antara Saskatchewan,Manitoba dan Ontario dan juga di USA pada tahun 1960-an.

Berikut ini klasifikasi riset yang telah dilakukan selama 30 tahun terakhir untuk menanggulangi low-frequency oscillation:
1. Studi tentang fenomena small oscillation.
2. Pengembangan teknik untuk menentukan dynamic stability pada sistem yang besar.
3. Penyederhanakan sistem.
4. Pengembangan, pendesignan dan pengujian power system stabilizers (PSS) pada sistem eksitasi.
5. Pengendalian small oscillation dengan peralatan yang lain seperti Governor, SVC atau kendali HVDC dll.

Begitulah sedikit cerita ringkas tentang asal muasal low frequency oscillation pada sistem tenaga listrik.
Namun masih ada cerita menarik tentang mengapa fenomena low frequency tersebut kembali terulang setelah sebelumnya terbantu dengan damper winding, Kondensator sinkron dan AVR?

Insya Allah akan dibahas pada tulisan selanjutnya..

Cuk san

Sumber :
M.A Pai, D.P Sen dan K.R Padiyar "Small signal analysis of Power System"

Indonesia : Intensitas energi tinggi, Konsumsi energi rendah

Konsep Penggunaan sumber daya energi kita (Indonesia) selama ini adalah sumber energi digunakan langsung untuk memperoleh pendapatan negara tanpa memperhatikan prinsip sustainability. Ini berakibat pada penggunaan sumber daya energi belum sepenuhnya ditujukan untuk memperoleh nilai tambah ekonomi yang tinggi. Selain itu juga ada beberapa permasalahan dalam pengelolaan sumber daya energi diantaranya :

1. Sebagian besar sumberdaya energi (SDE) diekspor
2. Laju kegiatan eksploitasi SDE cukup tinggi
3. Sebagian besar terikat kontrak jangka panjang
4. Kebijakan investasi hanya berorientasi untuk kegiatan eksploitasi
5. Ketergantungan pada jenis sumber energi tertentu
6. Lambatnya program diversifikasi energi

Akibatnya adalah lemahnya ketahanan energi nasional. Salah satu indikasi keadaan tersebut adalah intensitas energi yang tinggi seperti terlihat pada grafik diatas.Intensitas energi adalah energi yang dibutuhkan untuk meningkatkan gross domestic product (GDP) atau produk domestik bruto sebesar 1 juta dollar AS. Intensitas energi merupakan salah satu alat ukur dari efisiensi energi yang mengacu pada keadaan ekonomi nasional. Intensitas Energi tinggi artinya harga energi relatif tinggi dibandingkan dengan jumlah GDP. Intensitas Energi rendah artinya harga energy relatif murah dibandingkan dengan jumlah GDP. Pada grafik terlihat bahwa intensitas atau penggunaan energi nasional Indonesia menempati urutan tertinggi diantara negara-negara tersebut.

Namun, disisi lain, konsumsi energi per kapita Indonesia masih sangat rendah dibanding negara-negara seperti Jepang, Uni Eropa, Amerika Serikat, Jerman, Malaysia dan Thailand, konsumsi energi perkapita Indonesia menempati urutan terendah. rendahnya konsumsi perkapita ditunjang dengan data rasio elektrifikasi di Indonesia saat ini baru sekitar 60%, “Sekitar 40% penduduk di Indonesia hingga kini belum dapat menikmati listrik.

"PEMAKAIAN ENERGI PER KAPITA INDONESIA SANGAT SEDIKIT, NAMUN OUTPUT EKONOMINYA RENDAH"

Beberapa hal yang sedang dilakukan oleh pemerintah untuk menanggulangi masalah diatas, diantaranya adalah

1. Mengurangi ketergantungan BBM.
2. Meningkatkan penggunaan energi terbarukan sebagai energi alternatif
3. Efisiensi penggunaan energi.

Namun pengembangan energi alternatif di Indonesia masih menemui kendala, dikarenakan :

1. Masih tingginya biaya investasi energi terbarukan dibanding energi konvensional.

2. Kurangnya mekanisme insentif dan pembiayaan.

3. Kurangnya dukungan kebijakan.

4. Rendahnya kemampuan industri dalam negeri.

5. Subsidi BBM yang berkepanjangan.

Semoga program-program tersebut dapat segera dilaksanakan dan kendala-kendalanya segera dapat diatasi. Dengan bersama dan bersatu tentunya.

Sumber:

Direktorat jenderal listrik dan pemanfaatan energi, ESDM,RI

Indonesia Energy Outlook & Statistic 2006

CV

CURRICULUM VITAE

DATA PRIBADI :

Nama 　: Cuk Supriyadi Ali Nandar

Instansi : Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT)

Posisi 　: Engineer

PENDIDIKAN

1. Sarjana

Jurusan :Teknik Elektro, Universitas Gadjah Mada, Indonesia.

Lulus : 2002

2. Master

Jurusan : Electrical Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Thailand

Lulus : 2009

3. Doctoral

Jurusan : Electrical and Electronic Engineering, Kyushu University, Fukuoka, Japan

Rencana Lulus : 2013

RISET

Topik : Stabilitas Sistem Tenaga, Energi terbarukan dan Kebijakan Energi Nasional

Publikasi :

A)   Book Chapter          :  2 Buah

B)   Jurnal Internasional  : 11 Buah

C)   Jurnal Nasional        :  2 Buah

D)   Paper Internasional  : 20 Buah

Kegiatan yang berhubungan dengan riset

1.  Reviewer beberapa Jurnal International.

2.  Pemakalah “Symposium of Energy and Environment Technology”, Fukuoka, Japan, 2011

3. Reviewer konferensi internasional “The 6th IFAC Symposium on Robust Control Design, ROCOND'09, Haifa, Israel, June 16 -18, 2009”.

4. Peserta Pelatihan “ Hydrometeorological array for intraseasonal variations monsoon auto monitoring” 6 Februari 2006, BPPT, Kerjasama antara JAMSTEC (Jepang) dan BPPT (Indonesia)

5. Peserta Pelatihan “ Peningkatan kemampuan SDM di bidang mesin Peralatan Listrik untuk menunjang pembangunan PLTU batubara skala kecil di dalam negeri” 22-31 Agustus 2006, Cisarua, Bogor, diselenggarakan oleh Departemen Perindustrian RI.

6. Peserta Lokakarya “ Strategi pengembangan industri PLTS untuk mencapai target energi surya dalam negeri mix Nasional 2025”, 23 Nopember 2006, BPPT, Jakarta.

7. Peserta Semiloka “ Peranan sistem mutu dan teknologi pengujian dalam peningkatan kehandalan dan keamanan peralatan medis”13 Desember 2006, BPPT, Jakarta.

8. Engineer dalam Kegiatan “ Rekayasa Turbin Uap Nasional skala 450 HP” Program unggulan BPPT, 2005-2006.

Informasi lainnya:

1. Beasiswa Doctoral Degree : AUN/SEED-net program , JICA, Electrical and Electronics Department, Kyushu University, Japan (2010-2013).

2. Beasiswa Master degree : AUN/SEED-net program , JICA, Jepang, di King mongkut’s Institute of Tecnology Ladkrabang, Thailand ( 2007-2009)

3. Kerjasama riset dengan Kyushu University, Jepang" Design of Robust Power System Damping Controller using Genetic Algorithm-based Fixed-Structure H∞ Loop Shaping Control" (2007- 2008). 
    Japan Prof: Prof. Tadahiro Goda ( Goda Lab.). 

3. Kerjasama riset dengan Kyushu Institute of Technology, Jepang " Wide area Robust Power System Stabilizing controller design using Synchronized Phasor Measurement Unit" ( 2007-2008). 
    Japan Prof : Prof. Mitani ( Mitani Lab.).

4. Kerjasama riset dengan Kyushu University, Fukuoka, Jepang " Research on development of control scheme for the islanding operation in a microgrid " ( April 2008-Maret 2009). 
    Japan Prof: Prof. Tadahiro Goda ( Goda Lab.).

5. Student Travel Grant Award pada konferensi internasional " SICE annual conference 2008" 20-22 Agustus 2008, Chofu,Tokyo, Japan.