## Stabilitas Transien pada Saluran Transmisi dengan Static VAR
Compensator ( SVC ) dan  PSS ( Power System Stabilizer )
Zainal Abidin *)
*) Program Studi Teknik Elektro Universitas Islam Lamongan email : zainalabidin@unisla.ac.id
Abstrak
Dalam  kajian  ini  membahas  pemodelan  dari  sistem  transmisi  yang  terdiri  multi mesin. Untuk menjaga stabilitas transien dan peredaman osilasi sistem digunakan SVC dan  PSS.  Dalam  operasionalnya,  sistem  tenaga  listrik  sering  mengalami  gangguan hubung  singkat,  baik  yang  bersifat  permanen  maupun  sementara.  Gangguan  hubung singkat  tersebut  dapat  menyebabkan  simpangan  pada  variabelvariabel  sistem  tenaga listrik,  misalnya  tegangan,  frekuensi,  dan  lain-lain.  Deviasi  ini  dapat  mempengaruhi stabilitas  sistem  tenaga  listrik.  Stabilitas  dalam  sistem  tenaga  listrik  didefinisikan sebagai  kemampuan  sistem  tenaga  listrik  untuk  menjaga  sinkronisasi  pada  saat gangguan maupun setelah gangguan terjadi.
Kinerja  PSS  adalah  memperluas  batas  stabilitas  sistem  tenaga  listrik  dengan memberikan  peredaman  osilasi  rotor  mesin  sinkron  melalui  eksitasi  generator. Peredaman ini diberikan oleh torsi elektrik yang diterapkan pada rotor sejalan dengan variasi kecepatan.
Dengan  pemodelan  Matlab/Simulink,  dapat  kita  cermati  peranan  PSS  dan  SVC pada  proses  peredaman  osilasi,  perubahan  sudut  rotor  dan  kecepatan  mesin.  PSS  dan SVC dapat melakukan proses peredaman dengan cepat dari gangguan ke kondisi stabil.
Kata kunci : SVC, PSS, Stabilitas Transient

## Abstracts
In  this  discussion  the  modeling  of  a  transmission  system  consisting  of  multiple machine. To maintain transient stability and reduce the oscillation of the system SVC and PSS are used. In its operation, the electric power system often experiences short circuit,  both  permanent  and  temporary.  The  short  circuit  interruption  can  cause deviations in electric power system variables, such as voltage, frequency, and others. This  deviation  can  affect  the  stability  of  the  electric  power  system.  Stability  in  an electric power system is defined as the ability of an electric power system to maintain synchronization during interruptions as well as after disruptions occur.
PSS  performance  is  expanding  the  stability  limits  of  the  electric  power  system  by providing synchronous engine rotor oscillation reduction through generator excitation. This damping is provided by the electric torque applied to the rotor in accordance with variations in speed.
With  Matlab/Simulink,  we  can  examine  the  role  of  PSS  and  SVC  in  the  process  of reducing oscillations, changes in rotor angle and engine speed. PSS and SVC can do the damping process quickly from disturbance to stable conditions.

## Keywords: SVC, PSS, Transient Stability

## PENDAHULUAN
Stabilitas sistem tenaga lisitrik merupakan  karakteristik  sistem  tenaga  yang memungkinkan  mesin  bergerak  serempak dalam  sistem  pada  operasi  normal  dan  dapat kembali  dalam  keadaan  seimbang  setelah terjadi gangguan [3]. Sistem tenaga listrik yang
baik adalah sistem tenaga yang dapat melayani beban  secara  kontinyu,  dimana  tegangan  dan arus konstan. Fluktuasi tegangan dan arus yang terjadi  harus  berada  pada  batas  toleransi  yang diijinkan agar peralatan listrik konsumen dapat bekerja dengan baik dan aman. Kondisi sistem yang  benar-benar  mantap  sebenarnya  tidak
pernah  ada.  Perubahan  beban  selalu  terjadi pada  sistem.  Penyesuaian  oleh  pembangkit akan  dilakukan  melalui  governor  dari penggerak  mula  dan  eksitasi  generator. Perubahan kondisi sistem yang seketika,
Stabilitas sistem tenaga lisitrik merupakan  karakteristik  sistem  tenaga  yang memungkinkan  mesin  bergerak  serempak dalam  sistem  pada  operasi  normal  dan  dapat kembali  dalam  keadaan  seimbang  setelah terjadi  gangguan.  Secara  umum  permasalahan stabilitas  sistem  tenaga  listrik  terkait  dengan kestabilan  sudut  rotor  ( Rotor  Angle  Stability ) dan  kestabilan  tegangan  ( Voltage  Stability ). Klasifikasi  ini  berdasarkan  rentang  waktu  dan mekanisme terjadinya ketidakstabilan. Kestabilan sudut rotor diklasifikasikan menjadi Small  Signal  Stability dan Transient  Stability . Small  signal  stability adalah  kestabilan  sistem untuk  gangguan-gangguan  kecil  dalam  bentuk osilasi  elektromekanik  yang  tak  teredam, sedangkan transient  stability dikarenakan kurang  sinkronnya  torsi  dan  diawali  dengan gangguan-gangguan besar.
Kestabilan  Transien  adalah  kemampuan dari suatu sistem tenaga untuk mempertahankan sinkronisasi setelah mengalami  gangguan  besar  yang  bersifat mendadak  dalam  waktu  satu  swing  yang pertama.  Dengan  asumsi  pengatur  tegangan otomatis  (AVR)  dan  Governor  belum  bekerja. Persamaan dinamik mesin sinkron dapat dibagi menjadi  dua,  yaitu  persamaan  listrik  dan persamaan mekanik. Kedua persamaan tersebut dapat  dikontrol  untuk  meningkatkan  redaman osilasi  sistem  tenaga  elektromekanik  ketika terjadi  gangguan.  Sifat-sifat  listrik  dari  mesin sinkron  digabungkan  dengan  sifat  mekanik (inersia  atau  kelembaman)  melalui  persamaan ayunan  dari  sudut  rotor (δ) dan output daya listrik (Pe) .  Persamaan  mekanik  melibatkan sistem  kontrol  dari  pengatur  turbin (turbine governor) yang dapat dilihat dari penyimpangan  kecepatan  sudut (ω) dan  daya mekanik (Pm) .
Besar  dan  arah  arus  injeksi  (I)  dan tegangan (V) tergabung di dalam mesin sinkron dengan  transmisi  AC  dan  sistem  jaringan eksternal.  Untuk  mempertahankan  besar tegangan terminal dari mesin sinkron, biasanya sistem eksitasi medan menggunakan Automatic Voltage  Regulator (AVR).  Sebelum  tegangan terminal  dibandingkan  dengan  tegangan referensi (Vref) ,  maka  kompensator  beban
digunakan  untuk  mengkompensasi  tingkat tegangan melalui transduser tegangan dan arus. Power  System  Stabilizer (PSS)  memastikan redaman  tambahan  untuk  sistem  eksitasi. Tegangan kompensasi ini kemudian diumpankan ke sistem eksitasi. Sistem eksitasi menyediakan  arus  searah  ke  kumparan  medan dari  mesin  sinkron.  Kemudian  sistem  eksitasi akan  mengontrol  tegangan  terminal  dengan mengendalikan  tingkat  tegangan  medan  atau field  voltage  level (EFD)  dan  arus  medan eksitasi.
Tegangan  dan  arus  internal  dari  mesin sinkron dapat diperoleh dari tegangan dan arus terminal dengan menggunakan Park’s Transformation . Transformasi ini telah digunakan  untuk  mengkonversi  dari  kerangka jaringan  referensi  untuk  kerangka  acuan  rotor yang direpresentasikan oleh sumbu direct axes (d) dan quadrature  axes  (q) .  Rotor  dari  mesin sinkron  dapat  direpresentasikan  melalui berbagai model tergantung pada tingkat akurasi dan kompleksitas model yang dibutuhkan.
Secara  umum,  persamaan  mesin  sinkron dapat  dibagi  lagi  menjadi  tiga  keadaan berdasarkan  uji  standar  yaitu steady ‐ state, transient ‐ state, dan sub ‐ transient ‐ states .  Torsi percepatan  yang  bekerja  pada  mesin  diberikan dengan  sudut  rotor (δ) antara  sumbu (axis)-d dan  sumbu (axis)-q dalam  variabel  sistem jaringan yang menunjukkan persamaan mekanik  rotor.  Kecepatan  mesin  dapat dikontrol  oleh  setelan (setting) pengatur kecepatan  dari  turbin  penggerak  utama  yang akan  menentukan  daya  mekanik (Pm) yang diperlukan  untuk  memenuhi  kondisi  operasi sinkron sistem tenaga listrik.
Static Var Compensator (SVC) digunakan  untuk  mengontrol  tegangan  dan daya  reaktif  pada  terminalnya  secara  cepat  di dalam sistem tenaga listrik. Manfaat utama dari Static  Var  Compensator (SVC)  ini  adalah perbaikan  dari  sistem  stabilitas  dan  regulasi tegangan.  Sistem  pengkompensasian  pada Static  VAR  Compensator (SVC)  dikendalikan melalui  kombinasi  secara  mekanis  atau  secara listrik terhadap kapasitor dan reaktor dari Static VAR Compensator (SVC) tersebut.

## METODOLOGI
Untuk  mempelajari  pemodelan  SVC  dan  PSS pada  jaringan  sistem  500  KV  digunakan pemodelan Matlab Simulink.

## Gambar 1. Diagram segaris Sistem Jaringan 500 KV
Dari  diagram  segaris  sistem  transmisi sistem pembangkit M1 dengan daya 1000 MW dihubungkan  ke  pusat  beban  melalui  jaringan transmisi  700  km,  500  kV.    Pusat  beban dimodelkan  beban  5000  MW  beban  resistif.
Beban  terdiri  dari  beban  FED  dengan  kendali 1000  MVA  dan  pembangkit  local  5000  MVA (M2).
Aliran  beban  melalui  sistem  M1 membangkitkan  950  MW  dan  M2  4046  MW. Jaringan membawa 944 MW (angka ini hampir sama  dengan  beban  impedansi  surja  (SIL=977 MW). Untuk menjaga kestabilan sistem setelah gangguan,  jaringan  transmisi  dikompensasi shunt    dengan  SVC  200  Mvar.  SVC  tidak memiliki  unit  POD  ( power  oscilation dumping ).  Kedua  generator  dikendalikan  oleh hidraulic  turbine  and  governor  (HTG)  ,  sistem eksitasi dan PSS ( power system stabilizer )

## Gambar 2. Pemodelan Transmisi 500 KV
Pada pemodelan dengan Matlab, subsistem turbin dan regulator untuk melihat implementasi  HTG  dan  sisistem  eksitasi.  Dua jenis  stabilisator  dapat  dihubungkan  pada sistem  eksitasi:  model  generik  menggunakan daya  akselerasi  (Pa  =  perbedaan  antara  daya mekanik (Pm) dan daya listrik keluaran (P output ) dan  stabilizer  Multiband  menggunakan  deviasi kecepatan  (dw).  Dua  stabilisator  ini  adalah model  library  mesin  powersym.  Blok  sakelar manual  yang  dikelilingi  oleh  zona  biru memungkinkan  Anda  memilih  jenis  stabilizer yang  digunakan  untuk  kedua  mesin  atau menonaktifkan PSS.
SVC  adalah  model  phasor  dari  library FACTS.  Buka dialog  box dan  cek  data parameter  daya  SVC  dengan  rating  +/-  200 Mvar.  Dalam  parameter  kontrol,  kita  dapat
memilih  pengturan  tegangan  atau  Var  control. Awalnya  SVC  diatur  dalam  mode  kontrol  Var dengan  susunan  Bref  =  0,  yang  setara  dengan SVC yang tidak beroperasi.
Blok  Fault  Breaker  terhubung  di  bus  B1. Tujuannya  agar  kita  dapat  memprogram berbagai  jenis  kesalahan  pada  sistem  500  kV dan  mengamati  dampak  PSS  dan  SVC  pada stabilitas sistem
Untuk  memulai  simulasi  dalam  kondisi steady  state  (mantap),  mesin  dan  regulator sebelumnya  telah  diinisialisasi  pada  blok Powergui.  Aliran  beban  disimbolkan  sebagai mesin  M1  (generator)  yang  didefinisikan sebagai bus pembangkitan PV (V= 13800 V, P =  950  MW)  dan  mesin  M2  didefinisikan sebagai swing bus (V = 13800 V, 0 derajat).
Setelah aliran beban ditentukan , kekuatan mekanik  dan  tegangan  referensi  untuk  kedua mesin  telah  diperbarui  secara  otomatis  di  dua blok  konstan  yang  terhubung  pada  HTG  dan input sistem eksitasi: P ref 1 = 0,95 pu (950 MW), V ref 1 = 1,0 pu ; P ref 2 = 0,8091 pu (4046 MW), V ref2 = 1,0 pu.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
 Gangguan Satu Phase – PSS tanpa SVC
Pastikan  bahwa  PSS  (  tipe  Generik  Pa)  dan gangguan  phase  6  siklus  diprogram  pada  blok fault breaker (cek di Phase A, setting gangguan pada t=0.1 s dan cleared at t=0.2 s).
Mulailah  simulasi  dan  pantau  hasilnya  di  tool scope.  Untuk    tipe  ini  gangguan  sistem  dalam kestabilan  tanpa  SVC.  Setelah  gangguan berakhir ( clearing ) , osilasi 0,6 Hz secara cepat dapat diredam.
Mode  osilasi  adalah  osilasi  antar  area pada  area  sistem  tenaga  yang  luas.  Obsevasi pertama pada ruang lingkup Mesin menunjukkan perbedaan sudut rotor d theta 1_2 antara  dua  mesin.  Transfer  daya  maksimum sudut  mencapai  90  .  Sinyal  ini  merupakan indikasi  stabilitas  sistem  yang  baik.  Jika d theta1_2 melebihi  90  derajat  untuk  periode waktu  yang  terlalu  lama,  mesin-mesin  akan kehilangan  sinkronisasi  dan  sistem  menjadi tidak  stabil.  Jejak  kedua  menunjukkan kecepatan  mesin.  Perhatikan  bahwa  kecepatan 1  mesin  meningkat  selama  gangguan  karena selama periode itu daya listriknya lebih rendah dari daya mekaniknya.
Dengan  mensimulasikan  selama  periode waktu  yang  lama  (50  detik),  Anda  juga  akan melihat  bahwa  kecepatan  mesin  berosilasi bersama  pada  frekuensi  rendah  (0,025  Hz) setelah  pemecahan  masalah.  Kedua  PSS  (tipe Pa)  berhasil  mengurangi  mode  0,6  Hz  tetapi tidak  efisien  untuk  meredam  mode  0,025  Hz. Jika  Anda  memilih  Multi-Band  PSS,  Anda akan melihat bahwa jenis stabilizer ini berhasil meredam mode 0,6 Hz dan mode 0,025 Hz.
Uji ulang  dengan dua PSS tidak berfungsi. Mulai ulang simulasi. Perhatikan bahwa sistem tidak stabil tanpa PSS. Kita dapat membandingkan  hasil  dengan  dan  tanpa  PSS dengan mengklik dua kali pada blok biru di sisi kanan berlabel "Tampilkan dampak PSS untuk gangguan  1-fase."  Bentuk  gelombang  yang ditampilkan dapat dilihat pada gambar berikut : Pengaruh PSS pada gangguan 1 fase
Gambar 3. Perbedaan sudut rotor dengan PSS dan tanpa PSS
Gambar 4. Kecepatan Mesin dengan PSS dan tanpa PSS
Gambar 5. Tegangan pada bus SVC tanpa PPS dan Menggunakan PSS
Dari simulasi gangguan pada gambar 3 sistem 1 fase dengan dan tanpa PSS dapat dilihat bahwa tanpa  menggunakan  PSS  pada  sudut  rotor terjadi osilasi frekuensi yang besar pada sistem dengan waktu yang lama, dengan mengaplikasikan PSS terjadi peredaman kurang dari  2  detik  dan  mengalami  kondisi  stabil. Pada  gambar  4,  kecepatan  mesin  tanpa  PSS mengalami  osilasi  dengan  waktu  yang  lama, setelah  dipasang  PSS  mengalami  peredaman pada waktu 1,5 detik dan dalam kondisi steady state  pada  2.5  detik.  Pada  gambar  5  tegangan SVC bus mengalami osilasi dengan waktu yang lama,  setelah  dipasang  PSS  mengalami peredaman  kurang  dari  2  detik  dan  kemudian kondisi stabil.
 Gangguan Tiga Fase (Pengaruh

## Penggunaan SVC  dan PSS)
Sekarang  kita  terapkan  gangguan  3  fase dan  mengamati  pengaruh  SVC  dalam menstabilkan  jaringan  selama  jaringan  selama kontingensi kompleks.
Langkah  pertama  ,  memasang  dua  PSS (tipe  Pa  Generik).  Memprogram  ulang  blok Fault  Breaker untuk  menerapkan  gangguan  3-
fase-ke-tanah.  Verifikasi  bahwa  SVC  dalam mode kerentanan tetap dengan B ref =0. Kita  mulai  simulasi.  Dengan  melihat sinyal d_theta1_2 ,  Kita  harus  mengamati bahwa  kedua  mesin  dengan  cepat  mengalami ketidak  sinkronan    setelah clearing  error . Agar tidak melakuka simulasi yang tidak perlu, blok  Stop  Simulink®  digunakan  untuk menghentikan  simulasi  ketika  perbedaan  sudut mencapai 3 x 360 derajat.
Sekarang  buka  menu  blok  SVC  dan  ubah mode  operasi  SVC  ke  tegangan  regulasi ( voltage regulation ). SVC akan mencoba untuk mendukung tegangan dengan menginjeksi daya reaktif  pada  saluran  ketika  tegangan  lebih rendah  dari  tegangan  referensi  (1,009  pu). Tegangan  referensi  SVC  yang  dipilih  sesuai dengan  tegangan  bus  dengan  SVC  tidak berfungsi.  Dalam  kondisi  mantap,  SVC  akan mengambang  dan  menunggu  kompensasi tegangan  ketika  tegangan  berangkat  dari  titik setel referensi.
Nyalakan  kembali  simulasi  dan  amati bahwa sistem sekarang stabil dengan gangguan 3-fase.  Anda  dapat  membandingkan  hasil dengan  dan  tanpa  SVC  dengan  mengklik  dua kali  pada  blok  biru  berlabel  "Tampilkan dampak  SVC  untuk  kesalahan  3-fase."  Bentuk gelombang yang ditampilkan di bawah ini :
Pengaruh SVC pada gangguan 3 fase :
Gambar 6. Perbedaan Sudut rotor Tanpa SVC dan dengan SVC
Gambar 7. Perbedaan Kecepatan pada mesin dengan SVC dan tanpa SVC
Gambar 8.  Grafik Tegangan pada SVC bus menggunakan SVC dan tanpa SVC
Gambar 9. Diagram Suseptansi SVC mesin dengan SVC dan tanpa SVC

## PENUTUP
1. Penggunaan  model PSS-1A dan SVC dapat memperbaiki  stabilitas  peralihan,  yang ditunjukan dengan waktu peralihan ( transient )  yang  jauh  lebih  cepat  bila dibandingkan  dengan  tanpa  menggunakan PSS dan SVC .
2. Pada saat terjadi gangguan, waktu peralihan sebelum  pemasangan PSS dan SVC selama t>5detik,  akan  tetapi  setelah  pemasangan PSS dan SVC waktu  peralihan  semakin cepat menjadi t = 2 detik dan t = 2.5 untuk melakukan  usaha  redaman  menuju  kondisi stabil.

## REFERENSI
Bandal,  V.,  Bandyopadhyay,  B.,  &  Kulkarni, A.M.  (2006).  Design  of  Power  System Stabilizer using Power Rate Reaching Law based  Sliding  Mode  Control  Technique, IEEE Xplore.
Bevrani, H., & Hiyama, T. (2006). Stability and Voltage  Regulation  Enhancement  Using an  Optimal  Gain  Vector, Proceedings  of 2006  IEEE  Power Engineering  Society General  Meeting ,  Canada.  6pp.  doi: 10.1109/PES.2006. 1708999.
Chetty,  M.  (2002).  A  Fuzzy  Logic  Based Discrete  Mode  Power  System  Stabilizer,
Asian Journal of Control , 4, 3, 327-332.
Grainger,  J.J.,  &  Stevenson,  W.D.Jr.  (1994). Power  System  Analysis,  Singapore: McGraw-Hill. Mithulananthan, N., & Cafiizares, C.A. (2004). Effect  of  Static  Load  Models  on  Hopf Bifurcation  Point  and  Critical  Modes  of Power  Systems, Thammasat  Int.  J.  Sc. Tech ., 9, 4, 69-76.
Ram, B., & Vishwakarma, D.N. (1995). Power
System  Protection  and  Switchgear,  New Delhi: McGraw-Hill. Robandi,  I.  &  Kharisma, B.  (2008).  Design  of Interval Type-2 Fuzzy Logic Based Power System  Stabilizer. Proceedings  of World Academy  of  Science,  Engineering and Technology, 1, 682-689.
Saadat,  H.  (1999).  Power  System  Analysis, Singapore: McGraw-Hill. Stevenson,  W.D,  “Analisis  Sistem  Tenaga Listrik”,  Diterjemahkan  oleh  Kamal  Idris, Erlangga, Jakarta, 1996 Zainal  Abidin,  Kemal  Farouq  Mauladi  , Characteristic  of  Static  Var  Compensator with  Simulation  Matlab .  11th  ADRI International  Proceeding  and  Call  Paper. 2017