Apa itu Teknologi Kompensasi Daya Reaktif Strategi Optimisasinya dan Signifikansinya

1 Tinjauan Umum Teknologi Kompensasi Daya Reaktif
1.1 Peran Teknologi Kompensasi Daya Reaktif

Teknologi kompensasi daya reaktif adalah salah satu teknik yang paling banyak digunakan dalam sistem tenaga listrik dan jaringan listrik. Teknologi ini utamanya digunakan untuk meningkatkan faktor daya, mengurangi kerugian garis, meningkatkan kualitas daya, dan meningkatkan kapasitas transmisi serta stabilitas jaringan. Ini memastikan bahwa peralatan tenaga listrik beroperasi dalam lingkungan yang lebih stabil dan andal, sambil juga meningkatkan kemampuan jaringan untuk mentransmisikan daya aktif.

1.2 Keterbatasan Teknologi Kompensasi Daya Reaktif

Meskipun diterapkan secara luas, teknologi kompensasi daya reaktif tidak cocok untuk semua skenario aplikasi. Misalnya, dalam sistem dengan beban yang sering berubah, kecepatan beralih perangkat kompensasi mungkin tidak dapat mengikuti perubahan beban yang cepat. Hal ini dapat menyebabkan respons yang tidak adekuat, yang mengakibatkan fluktuasi tegangan yang tidak stabil dalam jaringan.

Dalam beberapa kasus, peralatan kompensasi daya reaktif mungkin menghasilkan arus harmonisa dan tegangan harmonisa, yang dapat mempengaruhi negatif sistem tenaga listrik secara keseluruhan dan peralatan yang terhubung. Oleh karena itu, masalah harmonisa harus dipertimbangkan secara penuh selama desain dan implementasi skema kompensasi, dan tindakan penekanan yang sesuai harus diadopsi.

2 Strategi Optimalisasi untuk Kompensasi Daya Reaktif

Teknologi kompensasi daya reaktif berbasis kapasitor daya yang diusulkan dalam makalah ini diimplementasikan dalam sistem kompensasi lengkap. Sistem ini terutama terdiri dari tiga komponen: kontroler utama S751e-JP, papan kontrol S751e-VAR (unit eksekusi beralih kapasitor), dan bank kapasitor daya. Di antara komponen-komponen tersebut, kontroler utama S751e-JP dan papan kontrol S751e-VAR beroperasi dalam hubungan master-slave.

Selama operasi normal, papan kontrol S751e-VAR menerima instruksi dari kontroler utama S751e-JP dan mengontrol saklar komposit internal sesuai untuk beralih kapasitor daya yang telah dikelompokkan. Kontroler utama S751e-JP bertanggung jawab untuk mengumpulkan dan menganalisis data operasional real-time dari sistem tenaga listrik. Menggunakan perangkat lunak dan algoritma bawaan, ia menghitung jumlah kompensasi daya reaktif yang dibutuhkan, lalu mengonversi informasi ini menjadi sinyal yang kompatibel dengan papan kontrol S751e-VAR. Setelah menerima perintah, papan kontrol mengeksekusi operasi beralih sesuai logika yang telah ditetapkan, memungkinkan kompensasi daya reaktif yang tepat untuk sistem tenaga listrik.

2.1 Desain dan Konfigurasi Peralatan Kompensasi Daya Reaktif
2.1.1 Kapasitas Kompensasi Kapasitor Daya

Metode perhitungan yang disederhanakan umumnya digunakan untuk mengestimasi kapasitas kompensasi kapasitor daya. Namun, metode ini memiliki batasan tertentu dalam aplikasi praktis. Oleh karena itu, makalah ini mengadopsi algoritma yang lebih rinci dan akurat untuk menentukan kompensasi yang dibutuhkan. Pertama, faktor daya awal (cosφ) dari sistem tanpa kompensasi ditetapkan.

$P$ dan $Q$ adalah nilai daya aktif dan reaktif, masing-masing, ketika jaringan beroperasi pada beban penuh;
$\α$ adalah faktor beban aktif tahunan rata-rata sistem tenaga listrik (atau jaringan), biasanya berkisar dari 0,70 hingga 0,75;
$\β$ adalah faktor beban reaktif tahunan rata-rata sistem tenaga listrik (atau jaringan), umumnya diambil sebesar 0,76.

Jika sistem tenaga listrik sudah beroperasi normal, data konsumsi listrik historis dapat digunakan untuk perhitungan. Dalam hal ini:

di mana:
W_m adalah konsumsi energi aktif rata-rata bulanan sistem tenaga listrik;
W_rm adalah konsumsi energi reaktif rata-rata bulanan sistem tenaga listrik.

Berdasarkan faktor daya target yang disebutkan di atas, kapasitas kompensasi aktual kapasitor daya dapat ditentukan menggunakan rumus berikut:

2.1.2 Metode Koneksi Bank Kapasitor Daya

Selama operasi normal sistem tenaga listrik, bank kapasitor daya umumnya menggunakan dua metode koneksi dasar: koneksi delta (Δ) dan koneksi Y (wye). Selain itu, tergantung pada lokasi perangkat beralih dalam rangkaian, mereka juga dapat diklasifikasikan sebagai konfigurasi beralih internal atau eksternal.

Koneksi delta memungkinkan kompensasi tiga fase yang cepat dan simultan, mengurangi durasi ketidakseimbangan garis dan meningkatkan efisiensi kompensasi. Namun, metode ini umumnya hanya cocok untuk sistem dengan beban tiga fase yang relatif seimbang dan tidak dapat mencapai kompensasi jaringan yang tepat.

Koneksi Y memungkinkan kompensasi independen dan akurat untuk setiap fase bank kapasitor. Namun, metode ini dapat menyebabkan tegangan rendah atau tinggi pada satu fase dan biasanya melibatkan biaya implementasi yang lebih tinggi.

Oleh karena itu, makalah ini mengusulkan pendekatan hibrida yang menggabungkan keuntungan dari kedua metode koneksi, menyesuaikan jumlah dan kapasitas kelompok kapasitor berdasarkan kondisi beban aktual.

2.1.3 Konfigurasi Pengelompokan Kapasitor Daya

Konfigurasi pengelompokan kapasitor daya umumnya mencakup skema kapasitas sama dan kapasitas tidak sama.

Dalam pengelompokan kapasitas sama, bank kapasitor total dibagi menjadi kelompok dengan kapasitas identik, dengan jumlah kelompok ditentukan berdasarkan kapasitas total yang dibutuhkan. Metode ini menawarkan perakitan yang sederhana dan logika kontrol beralih yang mudah. Namun, karena jumlah kelompok yang lebih sedikit dan kapasitas individual yang lebih besar, hasilnya adalah langkah kompensasi yang kasar, sehingga sulit untuk kompensasi yang tepat. Beralih yang sering juga dapat mempercepat aus peralatan dan meningkatkan biaya pemeliharaan.

Dalam pengelompokan kapasitas tidak sama, kapasitas kapasitor didistribusikan menurut rasio yang telah ditentukan (misalnya, 1∶2∶4∶8). Pendekatan ini memberikan akurasi kompensasi yang lebih tinggi dan fleksibilitas, memungkinkan regulasi daya reaktif yang halus. Namun, metode ini melibatkan desain sistem dan logika kontrol yang kompleks, membatasi skalabilitas. Selain itu, kapasitor dengan kapasitas yang lebih kecil mungkin mengalami operasi beralih yang berlebihan, mempengaruhi keandalan jangka panjang.

Setelah evaluasi komprehensif, makalah ini mengadopsi metode pengelompokan kapasitas sama. Namun, kapasitas kelompok kompensasi umum sedikit lebih besar daripada kelompok kompensasi split-fase. Konfigurasi ini mendukung operasi beralih siklik, meningkatkan akurasi kompensasi dan kecepatan respons, serta mengurangi kompleksitas kontrol. Hal ini juga mempersingkat siklus kompensasi dan meningkatkan efisiensi secara keseluruhan.

2.2 Optimalisasi Strategi Kompensasi Daya Reaktif

Strategi kompensasi daya reaktif yang dirancang dengan baik memastikan kompensasi yang efektif dalam berbagai kondisi operasi. Selama operasi sistem normal, keadaan real-time sistem kompensasi dapat dibagi menjadi zona—seperti zona beralih-masuk, zona stabil, dan zona beralih-keluar—berdasarkan parameter seperti daya aktif dan reaktif.

Optimalisasi strategi kompensasi adalah aspek penting dari desain sistem, langsung mempengaruhi kinerja kompensasi. Strategi kontrol satu parameter tradisional hanya fokus pada satu variabel, membuatnya kurang memadai untuk menangani kondisi yang kompleks atau dinamis. Hal ini sering menyebabkan over-kompensasi atau beralih yang berlebihan, meningkatkan biaya operasional dan pemeliharaan.

Oleh karena itu, makalah ini menggunakan strategi kontrol komposit multi-parameter. Satu parameter digunakan sebagai kriteria keputusan utama, sementara beberapa parameter lainnya berfungsi sebagai faktor pendukung. Sistem mengevaluasi beberapa parameter secara bersamaan, melakukan perhitungan komprehensif untuk menentukan kebutuhan beralih, dan mengeksekusi tindakan beralih sesuai, meningkatkan akurasi dan stabilitas kontrol.

2.3 Operasi dan Pemeliharaan Peralatan Kompensasi

Untuk meningkatkan stabilitas dan ketahanan gangguan peralatan kompensasi, sistem perlindungan perangkat lunak bawaan harus diimplementasikan. Ini memastikan perangkat dapat beroperasi normal atau putus aman dalam berbagai kondisi abnormal, sehingga meningkatkan keandalan dan keamanan operasional.

Selain itu, teknisi profesional harus secara rutin melakukan komisi instalasi dan inspeksi untuk mengidentifikasi potensi bahaya keamanan dalam peralatan dan melakukan penguatan tepat waktu.

Sistem kompensasi daya reaktif biasanya dilengkapi dengan fungsi perlindungan seperti perlindungan arus lebi