Memahami Stabilitas Tegangan dalam Sistem Tenaga: Gangguan Besar vs. Kecil dan Batas Stabilitas

Definisi Stabilitas Tegangan

Stabilitas tegangan dalam sistem tenaga listrik didefinisikan sebagai kemampuan untuk mempertahankan tegangan yang dapat diterima di semua bus baik dalam kondisi operasi normal maupun setelah mengalami gangguan. Dalam operasi normal, tegangan sistem tetap stabil; namun, ketika terjadi kesalahan atau gangguan, ketidakstabilan tegangan mungkin muncul, yang menyebabkan penurunan tegangan progresif dan tidak terkendali. Stabilitas tegangan kadang-kadang disebut sebagai "stabilitas beban."

Ketidakstabilan tegangan dapat memicu runtuhnya tegangan jika tegangan keseimbangan pasca-gangguan dekat beban jatuh di bawah batas yang dapat diterima. Runtuhnya tegangan adalah proses di mana ketidakstabilan tegangan menghasilkan profil tegangan yang sangat rendah di bagian-bagian kritis sistem, yang berpotensi menyebabkan pemadaman total atau sebagian. Perlu dicatat, istilah "ketidakstabilan tegangan" dan "runtuhnya tegangan" sering digunakan secara bergantian.

Klasifikasi Stabilitas Tegangan

Stabilitas tegangan dikategorikan menjadi dua jenis utama:

• Stabilitas Tegangan Gangguan Besar: Ini merujuk pada kemampuan sistem untuk mempertahankan kontrol tegangan setelah gangguan signifikan, seperti kesalahan sistem, hilangnya beban tiba-tiba, atau hilangnya pembangkitan. Menilai bentuk stabilitas ini memerlukan analisis kinerja dinamis sistem dalam rentang waktu yang cukup lama untuk memperhitungkan perilaku perangkat seperti transformator pengatur tap beban, kontrol medan generator, dan pembatas arus. Stabilitas tegangan gangguan besar biasanya dipelajari menggunakan simulasi domain waktu nonlinier dengan pemodelan sistem yang akurat.

• Stabilitas Tegangan Gangguan Kecil: Suatu keadaan operasi sistem tenaga listrik menunjukkan stabilitas tegangan gangguan kecil jika, setelah gangguan minor, tegangan dekat beban tetap tidak berubah atau tetap dekat dengan nilai sebelum gangguan. Konsep ini erat kaitannya dengan kondisi steady-state dan dapat dianalisis menggunakan model sistem sinyal kecil.

Batas Stabilitas Tegangan

Batas stabilitas tegangan adalah ambang kritis dalam sistem tenaga listrik di mana tidak ada jumlah penyuntikan daya reaktif pun dapat mengembalikan tegangan ke level nominalnya. Hingga batas ini, tegangan sistem dapat disesuaikan melalui penyuntikan daya reaktif sambil mempertahankan stabilitas.Transfer daya melalui garis tanpa rugi diberikan oleh:

• di mana P = daya yang ditransfer per fase

• Vs = tegangan fase pengirim

• Vr = tegangan fase penerima

• X = reaktansi transfer per fase

• δ = sudut fase antara Vs dan Vr.

Karena Garis tidak memiliki kerugian

Dengan asumsi pembangkitan daya konstan,

Untuk transfer daya maksimum: δ = 90º, sehingga saat δ→∞

Persamaan di atas menentukan posisi titik kritis pada kurva δ versus Vs, dengan asumsi bahwa tegangan penerima tetap konstan.Hasil yang serupa dapat diperoleh dengan mengasumsikan tegangan pengirim tetap konstan dan menganggap Vr sebagai parameter variabel saat menganalisis sistem. Dalam skenario ini, persamaan yang dihasilkan adalah

Ekspresi daya reaktif di bus penerima dapat ditulis sebagai

Persamaan di atas mewakili batas stabilitas tegangan steady-state. Hal ini menunjukkan bahwa, pada batas stabilitas steady-state, daya reaktif mendekati tak terhingga. Ini berarti bahwa turunan dQ/dVr menjadi nol. Dengan demikian, batas stabilitas sudut rotor dalam kondisi steady-state bertepatan dengan batas stabilitas tegangan steady-state. Selain itu, stabilitas tegangan steady-state juga dipengaruhi oleh beban.