Peranan Elektronika Daya Pada Transmisi Daya Elektrik

Nelson Poetra Yoga Hadisoeseno, Reynaldi Prasetyo, Christian T. H. Sidauruk

Mahasiswa Teknik Tenaga Listrik Institut Teknologi Bandung

Tujuan adanya transmisi daya elektrik adalah interkoneksi dari pembangkit yang menghasilkan energi elektrik dengan beban. Pada zaman sekarang ini, peningkatan efisiensi penyaluran daya sangat dipertimbangkan melihat kebutuhan energi listrik yang meningkat namun sumber energi yang dioperasikan saat ini terbatas. Beberapa cara yang dilakukan untuk peningkatan efisiensi transmisi daya listrik adalah dengan penggunaan elektronika daya.

Peranan elektronika daya dalam peningkatan efisiensi transmisi daya listrik yang ada pada zaman sekarang ini ada dua teknologi yaitu : 1) FACTS (flexible AC Transmision System) 2) High Voltage Direct Current (HVDC) Transmision.

1. FACTS (flexible Alternatting Current Transmision System)
   FACTS merupakan sebuah bentuk industri tenaga listrik untuk teknologi-teknologi yang memperbesar tingkat keamanan, kapasitas, dan fleksibilitas dari jaringan tenaga listrik. FACTS membantu perusahaan-perusahaan tenaga listrik untuk meningkatkan kapasitas transmisi melebihi kapasitas transmisi tenaga listrik AC yang ada, menyediakan kemampuan regulasi tegangan yang cepat, kendali daya aktif, dan kendali aliran daya. Teknologi FACTS menyediakan solusi alternatif pengefektifan harga yang  mutakhir pada pembangunan saluran transmisi yang baru. Peralatan FACTS dapat mengendalikan parameter dan variabel-variabel saluran jaringan transmisi, seperti impedansi jaringan, tegangan terminal, dan sudut tegangan dengan cara yang cepat dan efektif. Peralatan –peralatan FACTS dapat dikategorikan sebagai shunt, series, series-series, and combine series controler. Beberapa peralatan tersebut adalah static VAR compensator (SVC), thyristor controlled series capacitor (TCSC), thyristor controlled phase angle regulator (TCPAR), static compensator (STATCOM). Peralatan-peralatan tersebut menggunakan komponen elektronbika daya sebagai pembangunnya.

• Static VAR compensator (SVC)
  SVC terdiri dari thyristor switched capacitor (TSC) dan thyristor controlled reactor dengan koordinasi dari kendali penyaklaran kapasitor dan reaktor dengan menggunakan thyristor, keluaran VAR dapat divariasikan secara kontinu antara rating kapasitif dan induktif dari peralatan.

Gambar 1. SVC dengan TSC dan TCR[1]

• Thyristor controlled series capacitor (TCSC)

TCSC atau Thyristor Controlled Series Capacitor merupakan suatu Kapasitor Bank (hubungan seri dari beberapa kapasitor) yang dihubungkan secara paralel (shunt) dengan induktor yang dikendalikan oleh thyristor sebagai pengendalinya. Induktor yang dikontrol oleh thyristor ini bekerja dengan mensirkulasi arus menuju kapasitor Kapasitor bank sehingga tegangannya naik (melebihi tegangan yang akan dicapai hanya dengan arus line saja). Thyristor di-trigger satu kali setiap siklus dan memiliki waktu konduksi yang lebih pendek dari waktu setengah siklus tegangan line. Dengan mengatur tegangan tambahan yang diberikan proporsional dengan arus line, TCSC akan terlihat (oleh sistem transmisi) seperti memiliki reaktansi yang lebih besar daripada reaktansi fisis kapasitor bank saja (tanpa kontrol thyristor). Fungsi utama dari TCSC adalah untuk mengatur besar beban reaktif pada sistem tenaga sehingga beban real yang dibutuhkan dapat dipenuhi. Penggunaan thyristor membuat TCSC dapat berfungsi untuk :

• Meng-eleminasi risiko resonansi subsinkron.
• Meredam osilasi daya aktif
• Menginkatkan stabilitas sistem setelah masuk ke dalam kondisi kontingensi
• Dapat mengatur aliran daya secara dinamis

Gambar 2. TCSC dengan TSC[1]

• Thyristor controlled phase angle regulator (TCPAR)
  TCPAR atau Thyristor Controlled Phase Angle Regulator merupakan sebuah PAR (Phase Angle Regulator) yang dikendalikan dengan menggunakan Thyristor. TCPAR memiliki fungsi yang sama dengan PAR (Phase Angle Regulator) , yaitu untuk mengatur rute aliran daya pada suatu sistem transmisi dengan mengatur perbedaan sudut fasa pada setiap line transmisi. Perbedaan sudut fasa ini akan mempengaruhi aliran daya karena pada sistem transmisi AC, arah dan besar daya yang dialirkan proporsional dengan sinus dari beda fasa antara sisi pengirim dan penerima. Penambahan kendali menggunakan thyristor membuat TCPAR dapat mengendalikan beda fasa antara kedua sisi secara kontinu tanpa mengubah magnituda dari tegangannya.

Gambar 3. Thyristor controlled phase angle regulator[1]

1. High Voltage Direct Current (HVDC) Transmision

HVDC atau yang biasa dikenal High Voltage Direct Current adalah transmisi yang menggunakan tegangan tinggi DC. Peran elektronika daya adalah membantu konversi tegangan AC yang dihasilkan generator menjadi DC. Begitu juga untuk menginvert tegangan DC dari transmisi menjadi tegangan AC untuk disaurkan ke beban. Komponen yang digunakan dalam HVDC adalah Thyristor Valve. Thyristorlah yang melakukan konversi dari AC menjadi DC

Gambar 4. Thyristor Valve[2]

Dalam mengkonversikan DC menjadi AC arus melalui valve saat tegangan antara anoda dan katoda memiliki potensial yang positif dan Thyristor memiliki firing pulse ketika tegangan antara anoda dan katoda negatif firing pulse tidak memiliki efek. Arus yang melalui valve berhenti ketika tegangan antara anoda dan katoda negatif. Kita dapat mengatur rata rata tegangan keluar dengan mendelay pemberian firing pulse-nya, metoda ini dinamakan phase control. Sudut antara waktu dimana tegangan valve positif dan firing time dinamakan firing delay. Ketika firing delay-nya 90 maka tegangan rata rata output adalah nol. Ketika firing delay-nya lebih besar dari 90 maka tegangan dominan negatif.

Tegangan rata ratanya:

= secondary line voltage

= firing angle

HVDC converter biasanya terdiri dari 12 pulse circuit. Ini adalah koneksi dari 6 pulse converter bridge dan membutuhkan 2 3pahse yang terpisah sebesar 30 drajat electric.Jika aliran energy dibalik maka rectifier menjadi inverter sehingga dapat mengalirkan energi ke jaringan AC.

Gambar 5. Gelombang tegangan Thyristor valve[2]

Literatur :

[1]      Karady, George G. “Transmission System” The electric Power Engineering Handbook. Ed. L.L Grigsby. Boca Raton: CRC Press LLC, 2001.

[2]      Srivastava, S. K. Advance Power Electronics Based FACTS Controllers : An Overview. Asian Power Electronics Journal, Vol. 4, No. 3 December 2010.

[3]      www.siemens.com/energy/hvdc (High Voltage Direct Current Transmission – Proven Technology for Power Exchange)

[4]      http://www.abb.com/facts

[5]      http://books.google.co.id/books?id=AqPr4JyDWg0C&pg=PA283&lpg=PA283&dq=thyristor+controlled+phase+angle&source=bl&ots=5gBhc_wBU5&sig=Ls455qQBiFjFBaSXJSQX1__qSRA&hl=en&sa=X&ei=hldDU4WtOOShigfd04CYAw&redir_esc=y