STUDI PENGARUH PENGGUNAAN KOMPENSATOR BERUPA CAPACITOR BANK SVC
STUDI PENGARUH PENGGUNAAN KOMPENSATOR BERUPA CAPACITOR BANK, SVC, DAN STATCOM PADA JARINGAN TRANSMISI DAN DISTRIBUSI di PT. CHEVRON PACIFIC INDONESIA Oleh : CINDY MALFICA 10/297541/TK/36296 IKHWAN LUTHFI SYAFJON 10/297531/TK/36292 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA
COMPANY PROFILE PT CHEVRON PACIFIC INDONESIA
COMPANY PROFILE § Salah satu perusahaan energi terintegrasi terdepan di dunia § Penghasil minyak terbesar yang beroperasi di Sumatera & Kalimantan Timur § Penghasil utama energi panas bumi yang beroperasi di Jawa Barat § Menyumbang 40% produksi nasional. § Memiliki 7000 karyawan handal dan 32000 karyawan mitra § Lebih dari 5 dekade telah menghasilkan lebih dari 12 miliar barel minyak
CHEVRON SUMATERA § § Duri Rumbai Minas Dumai
Power Generation & Transmission Department PT. CPI Tugas : 1. Membangkitkan daya listrik yang cukup dan berkesinambungan secara efisien guna memenuhi pertumbuhan beban di PT. CPI. 2. Mencatu daya listrik yang andal dan baku guna memenuhi kebutuhan operasi PT. CPI. 3. Memanfaatkan gas buang panas dari turbin – turbin gas di Central Duri secara maksimal untuk menghasilkan uap guna kebutuhan operasi Duri Steam Flood. 4. Mempertahankan keselamatan kerja yang tinggi.
Power Generation & Transmission Department PT. CPI Sub-sub Bagian : 1. Administrator 2. Business Engineering Support (BES) • Planning and Budget, Design and Construction, IT and Support System, Safety Health and Environment, dan Quality Improvement. 3. Power System Generation (PSG) • • Team Power Plant Team Power System Management Team Conditioning Monitoring Team Gas Turbine Maintenance 4. Transmission Distribution and Operation (TDO) • • Power Line Maintenance Substation and Control System Power System Engineering (PSE)
Power Generation & Transmission Department PT. CPI • Divisi Support Operation • Sebuah departemen yang bertugas menyediakan tenaga listrik dan menghasilkan uap melalui pemanfaatan panas dari gas buang turbin. • Menggunakan Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) 17 unit dioperasikan oleh PGT 3 unit dioperasikan oleh North Duri Cogen • Central Duri : 5 unit : 95 MW • Duri : 1 unit : 19 MW • Minas : 11 unit : 210 MW • North Duri Cogen : 3 unit : 264 MW Total : 588 MW
Power Generation & Transmission Department PT. CPI Saluran transmisi : • Saluran transmisi 230 k. V sepanjang 128 km • Saluran transmisi 115 k. V sepanjang 536 km • Saluran transmisi 44 k. V sepanjang 105 km Saluran distribusi (8000 Transformator) : • Saluran distribusi 13, 8 k. V sepanjang 1742 km • Saluran distribusi 4, 16 k. V sepanjang 50 km
Power Generation & Transmission Department PT. CPI
Outline • • • Latar Belakang Permasalahan Solusi Simulasi (ETAP & MATLAB) Kesimpulan
Latar Belakang • Chevron Project : Zewadi Project • Tahun 2016 : Penambahan beban 17 MW (North Power System) • Peningkatan beban setiap tahun • Penambahan beban 59 MW pada sistem kelistrikan bagian utara (North Power System)
Permasalahan: • Tegangan turun di lokasi bagian North • Voltage drop yang tinggi • Power factor rendah di lokasi pembangkit Central Duri • Jaringan radial : menurunkan keandalan • Load drop pada kondisi N-1
CPI Integrated Power System
Kondisi jaringan loop saat MGL-STG Close
Kondisi jaringan loop saat MGL-STG Open
Solusi • Membangun saluran transmisi loop untuk meningkatkan keandalan • Membangun pembangkit baru • Meningkatkan kapasitas saluran pada kondisi normal : • Penambahan Kompensator / FACTS 2 x 25 MVAR di lokasi Sintong & Bangko • Capacitor Bank • Static Var Compensator (SVC) • STATCOM -> meningkatkan tegangan dan power factor saluran transmisi -> pengiriman daya meningkat
Apa yang kami lakukan? • Mengamati pengaruh penggunaan kompensator terhadap profil tegangan, transien dan gangguan pada jaringan SIMULASI • Simulasi aliran daya dengan ETAP. • Simulasi fenomena transien dengan ETAP & MATLAB Software • Simulasi hubung singkat dengan ETAP
Compensator • Capacitor Bank (2 x 25 MVAR) • STATCOM/SVC (2 x 25 MVAR)
TECHNOLOGY SELECTION SVC STATCOM CAP. BANK CB CRITERIA SVC STATCOM CAP. BANK Switch Type Static switches. Circuit Breakers Power Quality Considerable harmonics Low Harmonics Prone to resonance Response Faster Fastest Slow Voltage - Current Relationship Voltage dependent. Less stable. Voltage independent. More stable. No relationship. On – off mechanism only. VAR Capability Supply & Absorb Supply Only Capital Cost <60 MAR equal with STCOM 250, 000 USD/MVAR 52, 000 USD/MVAR Spacing Smallest Small Switching Surge Small Considerable
Capacitor Bank Untuk menaikkan tegangan di sepanjang feeder sekaligus menaikkan faktor daya dari saluran tersebut. Tujuan pemasangan capacitor bank: • Di substation : menaikkan level tegangan di bus substation dan membantu MVAR sistem • Di feeder : menaikkan level tegangan di beban sekaligus menaikkan faktor daya.
Penentuan Lokasi Penempatan Kompensator
VOLTAGE PROFILE – REACTIVE COMPENSATOR Voltage Profile with Reactive Compensator 105 103 101 Voltage (k. V) 99 97 95 93 91 89 87 85 RKN 115 BTG 115 KTG 115 MGL 115 STG 115 Location BKO 115 NEL 115 2013 2 x 25 RKN-PMM 2 X 25 RKN-BTG 2 X 25 KTG-STG 2 X 25 STG-BKO 2 X 35 STG-BKO 2 X 45 STG-BKO 2 X 55 STG-BKO BLM 115 PNG 115 2 X 25 KTG-BKO 22
• Lokasi STG dan BKO simulasi dilakukan pada lokasi beban Central Duri
Pengaruh Penggunaan Kompensator berupa Capacitor Bank, FACTS SVC, dan STATCOM pada Jaringan Transmisi dan Distribusi di PT. Chevron Pacific Indonesia • • • Simulasi Load flow Simulasi Transient dengan Capacitor Bank Simulasi Transient dengan STATCOM Simulasi Short Circuit 1 Phase Ground Simulasi Short Circuit 3 Phase PROGRAM BANTU • ETAP • MATLAB
Simulasi Loadflow dengan Program Bantu : ETAP Mengamati profil tegangan sebelum dan setelah pemasangan FACTS SVC
Simulasi Load flow (ETAP) • Skenario 1 • Keadaan saat MGL-STG di Close, SVC belum dipasang pada jaringan. • Keadaan saat MGL-STG di Open, SVC belum dipasang pada jaringan. Kondisi Tegangan Norm dan Norm (MGL-STG Open) 112 107, 213 104, 179 107, 412 100, 7 Tegangan (k. V) 102 99, 86 103, 2 102, 9 103, 3 98, 206 103, 456 102 100, 4 97 97, 508 96, 931 95, 24 93, 424 92 92, 054 Norm (MGL-STG open) 92, 664 87 Norm 82 CD BTG STG BKO RKN Lokasi BUS MGL KTGL NEL BLM
Sistem jaringan saat MGL-STG Close
Sistem jaringan saat MGL-STG Open
Simulasi Load flow (ETAP) • Skenario 2 • Keadaan saat MGL-STG di Close, SVC belum dipasang pada jaringan. • Keadaan saat MGL-STG di Close, SVC telah dipasang pada jaringan. Kondisi Tegangan Norm dan Norm HCT SVC (MGL-STG Open) 110 108, 1 106, 3 106, 4 105 107, 213 104, 6 103, 7 105, 1 103, 456 104, 179 Tegangan (k. V) 100 103 102, 5 102, 9 100, 7 95 105, 6 95, 24 92, 664 93, 424 92, 054 90 Norm (MGL-STG Open) 85 Norm HCT SVC (MGLSTG open) 80 CD BTG STG BKO RKN Lokasi BUS MGL KTGL NEL BLM
Simulasi Load flow (ETAP) • Skenario 3 • Keadaan saat MGL-STG di Close, SVC telah dipasang pada jaringan. • Keadaan saat MGL-STG di Open, SVC telah dipasang pada jaringan. Kondisi Tegangan Norm dan Norm HCT SVC 110 108 106, 7 106, 3 105 107, 412 104 Tegangan (k. V) 105, 6 103, 4 103, 3 103, 2 100 102, 9 102 100, 4 99, 86 97, 508 98 98, 206 96, 931 96 Norm 94 Norm HCT SVC 92 90 CD BTG STG BKO RKN Lokasi BUS MGL KTGL NEL BLM
Simulasi Load flow (ETAP) • Skenario 4 • Keadaan saat MGL-STG di Open, SVC belum dipasang pada jaringan. • Keadaan saat MGL-STG di Open, SVC telah dipasang pada jaringan Kondisi Tegangan Norm HCT SVC dan Norm HCT SVC (MGL-STG open) 109 108, 1 108 106, 7 106, 3 106, 4 Tegangan (k. V) 106 105, 1 104, 6 105 105, 6 105 103, 7 104 103, 4 103 102, 9 102, 5 102 Norm HCT-SVC 101 Norm HCT-SVC (MGLSTG Open) 100 99 CD BTG STG BKO RKN Lokasi BUS MGL KTGL NEL BLM
Simulasi Load flow (ETAP) • • • Skenario 5 : MGL-STG di Close, SVC belum dipasang pada jaringan. MGL-STG di Close, SVC telah dipasang pada jaringan. MGL-STG di Open, SVC belum dipasang pada jaringan. MGL-STG di Open, SVC telah dipasang pada jaringan.
Simulasi Load flow (ETAP) • • MGL-STG di Close, SVC belum dipasang pada jaringan. MGL-STG di Close, SVC telah dipasang pada jaringan. MGL-STG di Open, SVC belum dipasang pada jaringan. MGL-STG di Open, SVC telah dipasang pada jaringan.
Tahun 2013 Tahun 2014
Tahun 2015 Tahun 2016
• Analisis load flow yang dilakukan pada pembebanan tahun 2016 mengalama kondisi divergen, sehingga akan muncul Calculation Error seperti berikut:
Simulasi Load flow (ETAP) • Setiingan pada ETAP • Capacitor Bank : % Tegangan kerja komponen bisa diatur (setting) ketika menyuplai saluran pada ETAP • SVC : Sudah otomatis, tidak ada pengaturan % tegangan
Simulasi Transient dengan Program Bantu : ETAP Mengetahui pengaruh penggunaan kompensator Capacitor Bank pada proses switching
Simulasi Transien dengan Capacitor Bank • Skenario 1 • Konfigurasi Normal tanpa Capacitor Bank • Saluran MGL-STG open pada t = 0. 1 s
Simulasi Transien dengan Capacitor Bank • Skenario 2 • Saluran MGL-STG dalam keadaan Open • Capacitor Bank 2 x 25 MVAR close pada t = 0. 1
Simulasi Transien dengan Capacitor Bank • Skenario 3 (back to back switching) • Keadaan saat MGL-STG Close, • 2 Capacitor Bank awalnya Open lalu di Close • Waktu kerja CB 219 = 1 sc • Waktu kerja CB 218 = 15 sc
Simulasi Transient dengan Program Bantu : MATLAB Mengetahui pengaruh penggunaan kompensator Capacitor Bank dan FACTS STATCOM dan pada proses switching
Simulasi Transient dengan Capacitor Bank (MATLAB) sink
Tampilan sink pada simulink (MATLAB)
Simulasi Transient dengan Capacitor Bank • Skenario 1 (back to back switching) • • MGL-STG Close CB Initial condition : Open Capbank STG [0. 1 10] CB Close pada waktu 0. 1 -10 sc Capbank BKO [0. 1 10] CB Close pada waktu 0. 2 -10 sc Magnitude V_NEL = 1. 1 pu Magnitude I_NEL = 0. 18. 5 pu menjadi 0. 21 pu Magnitude V_BKO = 1. 1 pu Magnitude I_NEL = 1. 25 pu Inrush current pada capacitor bank & BKO bus Selama 0. 015
Simulasi Transient dengan Capacitor Bank • Skenario 2 • • MGL-STG Close CB Initial condition : Open Capbank STG [0. 1 10] CB Close pada waktu 0. 1 -10 sc Capbank BKO [0. 1 10] CB Close pada waktu 0. 1 -10 sc Inrush current pada capacitor bank & BKO bus Selama 0. 01 s (lbh cpt dr skenario 1) Magnitude V_NEL = 1. 1 pu Magnitude I_NEL = 0. 18. 5 pu menjadi 0. 21 pu Magnitude V_BKO = 1. 1 pu Magnitude I_NEL = 1. 25 pu
Simulasi Transient dengan Capacitor Bank • Skenario 3 • • MGL-STG Open CB Initial condition : Open Capbank STG [0. 1 10] CB Close pada waktu 0. 1 -10 sc Capbank BKO [0. 2 10] CB Close pada waktu 0. 2 -10 sc
Simulasi Transient dengan Capacitor Bank • Skenario 4 • • MGL-STG Open CB Initial condition : Open Capbank STG [0. 1 10] CB Close pada waktu 0. 1 -10 sc Capbank BKO [0. 1 10] CB Close pada waktu 0. 1 -10 sc
Simulasi Transient dengan Capacitor Bank Skenario 4
Simulasi Transient dengan Capacitor Bank • Skenario 5 • MGL-STG Open pada t = 1 s • Cap Bank STG Close pada t = 2 s • Cap Bank BKO Close pada t = 3 s
Simulasi Transient dengan STATCOM
Simulasi Transient dengan STATCOM • Skenario 1 • • MGL-STG Close CB Initial condition : Open STATCOM STG [0. 1 10] CB Close pada waktu 0. 1 -10 sc STATCOM BKO [0. 2 10] CB Close pada waktu 0. 2 -10 sc
Saat MGL-STG close STATCOM STG close saat t = 0. 1 sekon
Saat MGL-STG close STATCOM STG close saat t = 0. 2 sekon
Simulasi Transient dengan STATCOM • Skenario 2 • • MGL-STG Close CB Initial condition : Open STATCOM STG [0. 1 10] CB Close pada waktu 0. 1 -10 sc STATCOM BKO [0. 1 10] CB Close pada waktu 0. 1 -10 sc
Saat MGL-STG close 2 STATCOM close saat t = 0. 1 sekon
Simulasi Transient dengan STATCOM • Skenario 1 • • MGL-STG Open CB Initial condition : Open STATCOM STG [0. 1 10] CB Close pada waktu 0. 1 -10 sc STATCOM BKO [0. 2 10] CB Close pada waktu 0. 2 -10 sc
Saat MGL-STG Open STATCOM STG close saat t = 0. 1 sekon
Saat MGL-STG Open STATCOM STG close saat t = 0. 2 sekon
Simulasi Transient dengan STATCOM • Skenario 2 • • MGL-STG Open CB Initial condition : Open STATCOM STG [0. 1 10] CB Close pada waktu 0. 1 -10 sc STATCOM BKO [0. 1 10] CB Close pada waktu 0. 1 -10 sc
Saat MGL-STG Open 2 STATCOM close saat t = 0. 1 sekon
Simulasi Short Circuit dengan Program Bantu : ETAP Mengetahui pengaruh penggunaan SVC atau Capacitor Bank ketika terjadi short circuit 1 Phase – Ground dan 3 Phase
Simulasi Short Circuit 3 Phase (MGL-STG Close) Gambar kondisi rangkaian saat (a) SVC belum dipasang dan (b) SVC sudah dipasang (c) Capacitor belum dipasang dan (d) Capacitor sudah dipasang
Simulasi Short Circuit 3 Phase (MGL-STG Open) Gambar kondisi rangkaian saat (a) SVC belum dipasang dan (b) SVC sudah dipasang (c) Capacitor belum dipasang dan (d) Capacitor sudah dipasang
Simulasi Short Circuit 3 Phase MGLSTG Kondisi Kompensato kompensat r or SVC close CAPBANK SVC open CAPBANK TOTAL Arus (k. A) BTGMGL-STG BKOSTG Open 3. 94 1. 44 1. 54 0. 813 Close 3. 94 1. 44 1. 54 0. 813 Open 2. 58 1. 61 0 0. 813 Close 2. 58 1. 61 0 0. 813
Simulasi Short Circuit 1 Phase Ground (MGL-STG Close) Gambar kondisi rangkaian saat (a) Capacitor belum dipasang dan (b) Capacitor sudah dipasang (c) SVC belum dipasang dan (d) SVC sudah dipasang
Simulasi Short Circuit 1 Phase Ground (MGL-STG Open) Gambar kondisi rangkaian saat (a) SVC belum dipasang dan (b) SVC sudah dipasang (c) Capacitor belum dipasang dan (d) Capacitor sudah dipasang
Simulasi Short Circuit 1 Phase - Ground MGLSTG Kondisi Kompensat kompensat TOTA or or L SVC close CAPBANK SVC open CAPBANK Arus (k. A) BTGMGLSTG BKOSTG Open 2. 06 1 0 Close 2. 06 1 0 Open 1. 18 0 0 Close 1. 18 0 0
Kesimpulan • Beban yang tiba-tiba berubah bisa menyebabkan voltage flickers. • Pada penggunaan capacitor, Load shedding memiliki tingkat kompensasi yang tinggi dan hal ini akan menyebabkan over voltage. • Switching pada capacitor dapat menyebabkan kenaikan tegangan yang mendadak dan ini bisa menyebabkan motor tiba-tiba mati. • Kawasan industri dengan banyak variasi beban punya nilai harmonik yang tinggi. • Jaringan yang berubah dari Loop menjadi radial akan membuat nilai impedansinya naik dan drop tegangan naik. Sehingga tegangan yang tiba di beban menjadi kecil/berkurang. • Capacitor Bank tidak memiliki pengaturan dalam suplai daya reaktif ke jaringan
Kesimpulan • SVC/STATCOM mampu mengkompensasi tegangan yang ada di jaringan tanpa menyebabkan overvoltage • Lama transient SVC/STATCOM lebih lama dibandingkan Capacitor Bank • Penggunaan Capasitor Bank maupun SVC/STATCOM tidak memberikan efek kenaikan arus saat gangguan short circuit terjadi • Penggunaan kapasitor dan SVC/STATCOM dapat meningkatkan factor daya sehingga pengiriman daya lebih optimal • Factor daya dan jarak saluran transmisi mempengaruhi kestabilan tegangan sistem • Semakin tinggi Factor daya sumber, semakin baik profile tegangan di saluran • Semakin tinggi factor daya sumber, semakin besar kapasitas saluran dalam pengiriman daya aktif • Kombinasi antara STATCOM dan Capacitor Bank secara mekanis sangat memungkinkan untuk mengurangi biaya.
Kesimpulan Perbandingan FACTS :
Capacitor Bank • Kekurangan : • Hanya mengirim VAR • Komponen fixed passive : terus meyuplai var • Proses switching yang tidak sinkron dengan gelombang menimbulkan arus inrush yang menyebabkan transient. Timbul stress jaringan. • Waktu respon >70 ms • Tidak cocok dengan beban yang berubah-ubah. Butuh alat frequent switching agar steady state terjadi. • Kenaikan tegangan yang tiba-tiba menyebabkan gelombang harmonik sehingga dibutuhkan filter • Kelebihan : • Harga yang murah
SVC Kelebihan : • Respon = 20 -30 ms • Bisa bersifat induktif dan kapasitif • Ekonomis untuk sistem yang besar Kekurangan : • Menghasilkan gelombang harmonic • Memiliki karakteristik V 2 seperti kapasitor
STATCOM Kelebihan : • Respon <10 ms. • Tidak ada kenaikan tegangan yang mendadak • Kemampuan induktif dan kapasitif • Karakteristik arus konstan (nilai daya reaktif turun karena tegangan bukan fungsi kuadratis) • Tingkat harmoniknya kecil sehingga tidak butuh filter • Terintegrasi dengan AHF (Active Harmonic Filtering) • Harganya lebih murah dibanding SVC untuk kemampuan 50 MVAR • Bisa dipasangkan dengan kapasitor membentuk system hybrid Kekurangan : • Mahal dan butuh lahan yang luas untuk penempatannya
STATCOM • Menaikan tegangan pada grid dengan menginjeksikan daya reaktif ke grid • Menurunkan tegangan pada grid dengan menyerap daya reaktif pada grid
Kehandalan STATCOM • Kontrol tegangan sangat cepat dan otomatis sehingga cepat memperbaiki faktor daya • Dapat memberi dan menyerap daya reaktif • Reaksi terhadap gangguan sangat cepat yaitu <10 ms setelah fault terjadi, untuk daya yang sangat besar : 20 -50 ms
Perbandingan Harga Penggunaan 50 MVAR ITEMS STATCOM 100% COMBINED (60/40) COMBINED (80/20) HIGH SPEED REACTIVE COMPENSATOR 250, 000 USD X 50 = 12. 5 MM USD 250, 000 x 30 = 7. 5 MM USD 250, 000 x 40 = 10 MM USD CAPACITOR BANKS 0 35, 000 USD X 20 = 0. 7 MM USD 35, 000 X 10 = 0. 35 MM USD GAS CIRCUIT BREAKERS 125, 000 X 2 = 0. 25 MM USD 125, 000 X 4 = 0. 5 MM USD TOTAL 12. 75 MM USD 8. 7 MM USD 10. 85 MM USD Rp 12. 500. 000 77
THANK YOU
ADDITIONAAAAAAALLLLL…… • Foto saat jalan ke sub dan trafo • Video statcom dan svc
- Slides: 79