Stabilitas Steady State dalam Sistem Tenaga

Stabilitas kondisi tunak didefinisikan sebagai kemampuan sistem tenaga listrik untuk mempertahankan kondisi awalnya setelah gangguan kecil atau untuk mencapai kondisi yang sangat dekat dengan kondisi awal ketika gangguan masih ada.

Stabilitas kondisi tunak sangat penting dalam perencanaan dan perancangan sistem tenaga, dalam mengembangkan perangkat kontrol otomatis khusus, menjalankan elemen baru dari sistem, atau memodifikasi kondisi operasi barunya.

Pendugaan batas keadaan tunak penting untuk analisis sistem tenaga. Analisis sistem tenaga listrik meliputi pemeriksaan suatu sistem tenaga listrik pada keadaan tunak tertentu, penentuan batas kestabilannya dan pendugaan kualitatif transien. Ini juga memperkirakan pilihan jenis sistem eksitasi dan kontrolnya, mode kontrol, parameter sistem kontrol eksitasi dan otomasi.

Pemilihan stabilitas dilakukan dengan persyaratan batas stabilitas atau kualitas energi listrik pada kondisi tunak atau selama transien. Batas keadaan tunak mengacu pada aliran daya maksimum melalui titik tertentu tanpa menyebabkan hilangnya stabilitas ketika daya dinaikkan secara bertahap.

Ketika semua mesin dalam satu bagian berjalan bersama, maka mereka diperlakukan sebagai satu mesin besar yang terhubung pada titik itu. Bahkan, jika mesin tidak terhubung ke bus bar yang sama dan dipisahkan oleh reaktansi besar, mereka juga dianggap sebagai mesin besar. Sistem besar dalam sistem tenaga selalu dianggap memiliki tegangan konstan dan diperlakukan sebagai bus tak terbatas.

Pertimbangkan suatu sistem terdiri dari generator G, saluran transmisi dan motor sinkron M dalam bentuk beban.

Ekspresi di bawah ini memberikan daya maksimum yang dihasilkan oleh generator G dan motor sinkron M.

Dimana A, B, dan D adalah konstanta umum dari dua mesin terminal. Ekspresi di atas akan memberikan daya dalam watt dan per fase dalam hal tegangan dan diambil sebagai tegangan fase dalam volt.

Pertimbangkan motor sinkron yang terhubung ke busbar tak terbatas dan berjalan dengan kecepatan konstan. Daya masukan sama dengan daya keluaran ditambah rugi-rugi. Jika kenaikan terkecil dari beban poros ditambahkan ke motor, maka daya motor meningkat dan daya input motor tetap tidak berubah. Dengan demikian, torsi bersih motor cenderung memperlambatnya dan kecepatannya turun sementara.

Retardasi torsi mengurangi kecepatan motor, sudut fasa antara tegangan internal motor dan tegangan sistem meningkat sampai input daya listrik sama dengan output daya ditambah rugi-rugi.

Selama interval daya transien, input daya listrik ke motor lebih kecil daripada beban mekanis, kelebihan daya yang diperlukan disuplai oleh energi yang tersimpan dalam sistem putaran. Motor berosilasi di sekitar keseimbangan dan akhirnya dapat berhenti atau mungkin kehilangan sinkronisme. Sistem juga kehilangan stabilitasnya, ketika beban besar diterapkan atau ketika beban diterapkan terlalu tiba-tiba pada mesin.

Persamaan di bawah ini menunjukkan daya maksimum yang dapat dikembangkan motor. Nilai beban hanya dapat diperoleh jika sudut daya (δ) = sudut beban (β). Dan beban dapat meningkat sampai kondisi ini tercapai. Setelah kondisi ini, jika beban naik maka mesin kehilangan sinkronismenya dan over power yang dibutuhkan.

Kelebihan daya akan berasal dari energi yang tersimpan dari sistem yang berputar, dan kecepatannya turun. Semakin besar dan semakin besar kekuatannya, semakin kecil sudutnya akan berkembang sampai motor berhenti.

Selisih antara motor dan daya generator yang dikembangkan untuk setiap nilai sama dengan rugi-rugi saluran. Jika resistansi dan shunt saluran masuk diabaikan, maka kita mendapatkan ekspresi berikut untuk daya yang ditransfer antara alternator dan motor.

Dimana,

X – Reaktansi garis

VG – Tegangan generator

VM – Tegangan motor

δ – Sudut Beban

PM – Daya motor

PG – Kekuatan motor

Pmax – Daya maksimum

Daya maksimum yang ditransfer antara alternator, dan motor berbanding lurus dengan produk ggl internal mesin dan berbanding terbalik dengan reaktansi saluran. Batas kondisi mapan meningkat karena dua alasan;

• Dengan meningkatkan eksitasi generator atau motor atau keduanya – Eksitasi meningkatkan ggl internal dan akibatnya daya maksimum yang ditransfer antara kedua mesin meningkat. Selanjutnya dengan meningkatnya nilai ggl internal, sudut beban menurun.
• Mengurangi transfer Reaktansi – Reaktansi berkurang dengan meningkatkan garis paralel antara titik transmisi. Penggunaan konduktor bundel adalah metode lain untuk mengurangi reaktansi saluran. Reaktansi juga dapat diturunkan dengan menggunakan kapasitansi seri dengan saluran.

Kapasitor seri hanya digunakan pada saluran EHV untuk meningkatkan transfer daya dan jarak yang lebih ekonomis lebih dari 350 km.