Kompensator / Static Var Compensator (SVC) / FACTS
Perkembangan teknologi FACTS telah mengalami dua generasi. Generasi pertama
menghasilkan dua jenis peralatan. Alat pertama diberi nama Static Var Compensator
(SVC) yang sudah diimplementasikan pada jaringan transmisi listrik semenjak
pertengahan tahun 70-an. SVC berfungsi sebagai pemelihara kestabilan kondisi
steady state dan dinamika voltase dalam batasan yang sudah ditentukan
pada jaringan transmisi berjarak jauh dan berbeban tinggi (heavily loaded).
Fungsi SVC diperoleh dengan menggunakan thyristor yang secara cepat dapat
menghubungkan atau memutuskan induktor ataupun kapasitor pada jaringan
transmisi. Namun kekurangannya, alat ini tidak dapat dipergunakan sebagai
alat pengendali aliran daya listrik aktif (active power) yang sangat vital
dalam sistim jaringan transmisi listrik AC. Lain dari itu, SVC juga didapati
sangat rendah efisiensinya jika terjadi turunnya voltase dari transmisi
secara drastis. Demonstrasi pertama pemasangan SVC dilaksanakan tahun 1978
pada jaringan transmisi 115kV Minnesota Power & Light dan telah berhasil
menunjukkan perbaikan kendali stabilisasi dan voltase pada jaringan transmisi
tersebut. Gambar 1 menunjukkan contoh dari topologi SVC.
Gambar 1. Static VAR Compensator
Alat berikutnya yang dikembangkan pada generasi pertama diberi nama
NGH-SSR (Narain G. Hingorani – SubSynchronous Resonance) Damper. Alat ini
dirancang untuk mengatasi permasalahan subsynchronous resonance (SSR) yang
ditemukan pada jaringan transmisi listrik AC. Jaringan transmisi 500kV
Southern California Edison dijadikan tempat pemasangan pertama dari alat
ini pada tahun 1980-an setelah SSR mengakibatkan kerusakan fatal pada salah
satu generatornya. NGH-SSR seperti yang ditunjukan gambar 2 juga terdiri
dari thyristor yang dihubungkan dengan induktor dan tahanan secara seri.
Alat inilah yang kemudian menjadi cikal bakal dari salah satu alat yang
dikembangkan dalam generasi kedua FACTS yaitu alat yang dikenal dengan
nama Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC).
Gambar 2. NGH - SubSynchronous Resonance
Semakin berkembangnya teknologi dibidang pembuatan Thyristor mendorong
terciptanya generasi kedua dari FACTS. Pada generasi kedua beberapa peralatan
FACTS baru telah dikembangkan. Pertama adalah alat yang diberi nama Thyristor
Controlled Series Capacitor (TCSC) yang berfungsi sebagai pengendali impedansi
dari jaringan transmisi. Seperti diketahui, impedansi sepanjang jaringan
transmisi umumnya bersifat induktif sedangkan yang bersifat resistif hanya
berkisar 5 sampai 10 persen. Ini berarti akan terasa sangat besar manfaatnya
apabila kita mampu mengendalikan impedansi transmisi yang bersifat induktif
pada kondisi stabil (steady state impendance). Hal ini dapat ditempuh dengan
cara penambahan kapasitor dan induktor secara seri. Penghubungan kapasitor
secara seri akan berakibat pengurangan impedansi pada transmisi sedangkan
penghubungan induktor secara seri akan berarti penaikan impedansi pada
transmisi yang sama. Gambar 3 menunjukkan contoh dari TCSC yang telah dipasang
pada jaringan transmisi 500kV milik Bonneville Power Administration (BPA)
dinegara bagian Oregon. Studi kasus pemasangan TCSC yang telah dilaksanakan
oleh Electric Power Research Institute (EPRI) pada satu jaringan transmisi
menunjukkan bahwa TCSC berhasil meningkatkan kuantitas aliran daya (dalam
MW) sebanyak 30% dengan sekaligus menjaga stabilitas sistim jaringan transmisi
tersebut. Hal ini yang mengakibatkan pemasangan TCSC, menurut studi kasus
pada jaringan transmisi tersebut, akan memberikan keuntungan sebesar kurang
lebih $68 juta US dolar setiap tahunnya.
Gambar 3. Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
Alat yang kedua diberi nama Static Condenser (STATCON) dan berfungsi
sebagai penyedia Volt Amp Reactive (VAR) untuk menjaga kestabilan
voltase pada jaringan transmisi yang panjang dan berbeban tinggi (heavily
loaded). Pada akhirnya nanti, STATCON diharapkan untuk dapat menggantikan
pemakaian alat Rotating Synchronous Condensers yang kini umum dipasang.
STATCON adalah alat FACTS pertama yang menggunakan tipe thyristor berbeda
dari peralatan FACTS sebelumnya. Jenis thyristor yang dipakai adalah jenis
GTO (Gate Turned-Off). Pada dasarnya, STATCON adalah alat yang berbasis
inverter tiga fasa yang dihasilkan oleh voltase satu arah (dc) dari kapasitor
seperti yang diilustrasikan oleh Gambar 4. Pada gambar tersebut, jika voltase
V0 lebih tinggi (atau lebih rendah) dari pada voltase sistim
transmisi V, maka selisih sudut fasa dari kedua voltase tersebut akan menentukan
jumlah arus listrik yang mengalir serta arus listrik akan menjadi lead
(atau lag). Dengan jalan demikian, maka daya reaktif beserta arahnya
pada sistim transmisi akan dapat dikendalikan secara cepat dan berkelanjutan
(continuous). Dua contoh studi kasus pemasangan STATCON di Amerika Serikat
telah dilaksanakan dengan hasil yang memuaskan. Percobaan pertama adalah
pemasangan 1 Mvar STATCON pada jaringan transmisi milik Orange & Rockland
Utilities Inc di negara bagian New York pada tahun 1989. Sedangkan studi
kasus berikutnya adalah pemasangan 100-Mvar STATCON pada tahun 1995 di
jaringan transmisi Sullivan milik Tennessee Valley Authority (TVA) di negara
bagian Tennessee.
Gambar 4. Static Condenser (STATCON)
Selanjutnya adalat alat FACTS yang disebut TCPR kependekan dari Thyristor
Controlled Phase angle Regulator. Fungsi dari alat ini tidak lain adalah
sebagai pengendali selisih sudut fasa pada voltase dari kedua ujung jaringan
transmisi yang sama. Fungsi tersebut dimungkinkan dengan cara penyuntikan
voltase secara seri pada jaringan transmisi listrik. Gambar 5 menunjukkan
konsep dari TCPR ini. Penambahan sudut fasa a
pada voltase transmisi V dicapai dengan cara menambahkan voltase Vq
yang tegak lurus terhadap V. Voltase Vq sendiri dihasilkan dari
voltase sekunder dari transformer yang dihubungkan ke dua fasa dari sistim
transmisi tiga fasa ini. Percobaan pemasangan TCPR telah dilaksanakan dengan
sukses diberbagai lokasi jaringan transmisi di Amerika Serikat. Salah satu
contoh adalah pemasangan TCPR di jaringan transmisi 230kV milik Minnesota
Power yang telah terbukti mampu menghasilkan selisih sudut fasa dengan
sangat cepat.
Gambar 5. Thyristor Controlled Phase angle Regulator
Alat selanjutnya adalah konsep lain dari pengaturan selisih sudut fasa
seperti pada TCPR. Alat ini diberi nama Unified Power Flow Controller (UPFC)
yang mana perancangannya berbasis inverter dengan menggunakan thyristor.
Sebagaimana diilustrasikan pada gambar 6, pada UPFC, vektor voltase Vpq
yang dihasilkan oleh inverter disuntikkan secara seri ke jaringan transmisi.
Voltase searah (dc) yang digunakan inverter ini didapatkan dari hasil penyearah
(rectification) voltase dari transmisi yang sama. UPFC merupakan alat kendali
daya aktif dan daya reaktif secara terpisah pada trasmisi listrik dan dapat
dipasang pada ujung pengirim maupun penerima daya. Lebih penting lagi,
UPFC juga merupakan alat pengendali daya yang sangat fleksibel karena dapat
menggunakan salah satu ataupun kombinasi parameter dasar dari sistim aliran
daya yaitu voltase transmisi, impedansi transmisi, dan selisih sudut fasa
transmisi. Hal ini merupakan suatu keuntungan karena dengan pemasangan
satu UPFC yang dapat mengendalikan ketiga parameter tersebut, maka tidak
hanya sistim jaringan transmisi akan menjadi lebih baik, tetapi juga akan
menjadi lebih murah dan mudah dalam pemeliharaan dan pengoperasiannya.
Dengan kata lain, pemasangan satu UPFC akan sama halnya dengan pemasangan
alat TCSC, STATCON dan TCPR secara bersamaan. Studi kasus terhadap UPFC,
baik itu dalam skala besar maupun kecil telah berhasil dilaksanakan. Sebagai
contoh, 1060 MVA UPFC telah dipasang pada jaringan transmisi 500kV yang
menghubungkan kota Phoenix (negara bagian Arizona) dengan kota Las Vegas
(negara bagian Nevada) dan kota Los Angeles (negara bagian California).
Gangguan tiga fasa pada satu titik di jaringan tersebut disimulasikan untuk
menginvestigasi reaksi UPFC dan peralatan konvesional. Hasil simulasi menunjukkan
UPFC memberikan reaksi lebih stabil dibandingkan dengan reaksi peralatan
konvesional. Voltase dari transmisi menunjukkan lebih kurang osilasinya
dengan menggunakan UPFC dibandingkan pemasangan peralatan lama. Dengan
demikian, UPFC merupakan alat yang dapat dihandalkan untuk pengendalian
aliran daya listrik dengan sekaligus menjaga kestabilan sistim jaringan
transmisi itu sendiri.
Gambar 6. Unified Power Flow Controller
Beberapa peralatan FACTS lainnya yang juga dikembangkan adalah TCBR,
TCSR, dan TCVL. TCBR adalah singkatan dari Thyristor Controlled Braking
Resistor yang dapat menjadi alternatif yang compact dan murah dari penggunaan
Mechanically Switched Braking Resistor yang saat ini umum digunakan.
Pemasangan braking resistor dekat unit pembangkit sangat diperlukan untuk
mencegah terjadinya percepatan pada generator setelah terjadinya pemutusan
beban (loss of load) pada transmisi. Direncanakan sebelum tahun 2000 an
nanti, alat TCBR ini akan mencapai tahap penyelesaian. Yang berikutnya
adalah TCSR singkatan dari Thyristor Controlled Series Reactor yang dapat
digunakan pada jaringan transmisi yang membutuhkan pengurangan beban dengan
cepat dan pembatasan dari arus gangguan (fault). Alat ini dapat
pula digunakan bersama TCSC pada jaringan transmisi yang memerlukan kompensasi
induktif seri yang tinggi. Rancangan alat ini telah dilaksanakan pada
pertengahan dekade 90-an. Terakhir adalah Thyristor Controlled Voltage
Limiter berfungsi sebagai pembatas kelebihan voltase (overvoltage) selama
selang waktu yang relatif cukup lama yang dapat merusak peralatan pada
jaringan transmisi. Sebagaimana halnya dengan TCSR, rancangan alat ini
juga dimulai sekitar pertengahan dekade 90-an.
Kesimpulan
Fleksibel adalah merupakan keuntungan utama yang menjadikan FACTS sebagai
teknologi baru yang sangat menarik untuk kendali aliran daya listrik pada
sistim transmisi. Namun perlu diingat, bahwa yang membuat FACTS menjadi
teknologi aliran daya listrik masa depan adalah karena kemampuannya untuk
memberikan kemudahan dan kelebihan yang tidak didapatkan dari peralatan
aliran daya listrik mekanik. Kemudahan dan kelebihan yang dimaksud mencakup
hal peningkatan kualitas dan kapasitas jaringan transmisi listrik baik
itu dari segi pemeliharaan maupun pengoperasian. Dengan FACTS, jaringan
transmisi listrik akan lebih terjamin kestabilannya, lebih aman dari gangguan,
dan yang paling penting adalah lebih meningkatnya tingkat efisiensi dari
pemakaian jaringan transmisi yang tentunya memberi keuntungan ekonomi karena
meningkatnya kapasitas aliran daya listrik tanpa membuat jaringan transmisi
baru. Keuntungan ekonomi yang lain juga didapatkan karena FACTS adalah
peralatan yang berbasis elektronik sehingga selain reaksinya cepat, juga
akan lebih terpercaya dan tahan lama dibandingkan dengan peralatan yang
berbasis mekanik.
Hambatan yang dihadapi dalam pengembangan peralatan FACTS berhubungan
dengan penggunaan thyristor jenis GTO yang mana harganya masih lebih mahal
dari thyristor jenis biasa. Penelitian dan pengembangan ke arah pembuatan
jenis thyristor yang lebih unggul dan murah dari GTO telah berjalan dan
menghasilkan jenis thyristor baru yang diberi nama MOS Controlled Thyristor
(MCT). Walaupun belum ada peralatan FACTS yang menggunakan MCT, namun sudah
dapat diperkirakan bahwa peralatan FACTS generasi berikutnya kemungkinan
besar akan mengganti fungsi GTO dengan MCT tersebut.
Daftar Pustaka
-
N.G.Hingorani, High Power Elelctronics, Scientific American, Novembar
1993.
-
R. Nelson, Transmission Power Flow Control, IEEE Transactions on
Power Delivery, April 1994. q
Oleh: Taufik, M.Sc. email: taufik@csuax.csuohio.edu
|
Tidak ada komentar:
Posting Komentar