Apa Itu FACTS dan Mengapa Diperlukan dalam Sistem Tenaga Listrik

SISTEM TRANSMISI ARUS BOLAK-BALIK FLEKSIBEL (FACTS) merujuk pada sistem berbasis elektronika daya yang menggunakan perangkat statis untuk meningkatkan kapabilitas transfer daya dan kontrolabilitas jaringan transmisi AC.

Perangkat elektronika daya ini diintegrasikan ke dalam jaringan AC konvensional untuk meningkatkan metrik kinerja kunci, termasuk:

• Kapasitas transfer daya dari saluran transmisi

• Stabilitas tegangan dan stabilitas sementara

• Presisi pengaturan tegangan

• Reliabilitas sistem

• Batas termal infrastruktur transmisi

Sebelum munculnya saklar elektronika daya, masalah seperti ketidakseimbangan daya reaktif dan stabilitas ditangani dengan menggunakan saklar mekanik untuk menghubungkan kapasitor, reaktor, atau generator sinkron. Namun, saklar mekanik memiliki kekurangan kritis: waktu respons yang lambat, aus mekanik, dan reliabilitas yang buruk—membatasi efektivitas mereka dalam mengoptimalkan kontrolabilitas dan stabilitas saluran transmisi.

Pengembangan saklar elektronika daya tegangan tinggi (misalnya, tiristor) memungkinkan penciptaan kontroler FACTS, yang mengubah manajemen jaringan AC.

Mengapa Perangkat FACTS Diperlukan dalam Sistem Daya?

Sistem daya yang stabil memerlukan koordinasi yang tepat antara pembangkitan dan permintaan. Seiring bertambahnya permintaan listrik, memaksimalkan efisiensi semua komponen jaringan menjadi penting—dan perangkat FACTS memainkan peran kunci dalam optimisasi ini.

Daya listrik dikategorikan menjadi tiga jenis: daya aktif (daya bermanfaat/sebenarnya untuk penggunaan akhir), daya reaktif (disebabkan oleh elemen penyimpan energi dalam beban), dan daya semu (jumlah vektor dari daya aktif dan daya reaktif). Daya reaktif, yang dapat induktif atau kapasitif, harus seimbang untuk mencegah alirannya melalui saluran transmisi—daya reaktif yang tidak terkontrol mengurangi kapasitas jaringan untuk mentransmisikan daya aktif.

Teknik kompensasi (untuk menyeimbangkan daya reaktif induktif dan kapasitif dengan menyuplai atau menyerapnya) oleh karena itu sangat kritis. Teknik-teknik ini meningkatkan kualitas daya dan efisiensi transmisi.

Jenis-jenis Teknik Kompensasi

Teknik kompensasi diklasifikasikan berdasarkan cara perangkat terhubung ke sistem daya:

1. Kompensasi Seri

Dalam kompensasi seri, perangkat FACTS dihubungkan secara seri dengan jaringan transmisi. Perangkat-perangkat ini biasanya berfungsi sebagai impedansi variabel (misalnya, kapasitor atau induktor), dengan kapasitor seri yang paling umum.

Metode ini banyak digunakan dalam saluran transmisi THT (Tegangan Tinggi Tinggi) dan UHT (Ultra Tegangan Tinggi) untuk secara signifikan meningkatkan kapasitas transfer dayanya.

Kapasitas transfer daya dari saluran transmisi tanpa menggunakan perangkat kompensasi;

Di mana,

• V₁ = Tegangan ujung pengirim

• V₂ = Tegangan ujung penerima

• X_L = Reaktansi induktif saluran transmisi

• δ = Sudut fase antara V₁ dan V₂

• P = Daya yang ditransfer per fasa

Sekarang, kita menghubungkan kapasitor secara seri dengan saluran transmisi. Reaktansi kapasitif dari kapasitor ini adalah XC. Jadi, reaktansi total adalah XL-XC. Dengan demikian, dengan perangkat kompensasi, kapasitas transfer daya diberikan oleh;

Faktor k dikenal sebagai faktor kompensasi atau derajat kompensasi. Secara umum, nilai k berkisar antara 0,4 hingga 0,7. Misalkan nilai k adalah 0,5.

Dengan demikian, jelas bahwa penggunaan perangkat kompensasi seri dapat meningkatkan kapasitas transfer daya sekitar 50%. Ketika kapasitor seri digunakan, sudut fase (δ) antara tegangan dan arus lebih kecil dibandingkan dengan saluran yang tidak dikompensasi. Nilai δ yang lebih kecil meningkatkan stabilitas sistem—artinya, untuk volume transfer daya yang sama dan parameter ujung pengirim dan penerima yang identik, saluran yang dikompensasi menawarkan stabilitas yang jauh lebih baik dibandingkan dengan saluran yang tidak dikompensasi.

Kompensasi Paralel

Dalam saluran transmisi tegangan tinggi, besaran tegangan ujung penerima bergantung pada kondisi beban. Kapasitansi memainkan peran penting dalam saluran transmisi tegangan tinggi.

Ketika saluran transmisi dimuat, beban membutuhkan daya reaktif, yang pada awalnya disuplai oleh kapasitansi inheren saluran. Namun, ketika beban melebihi SIL (Beban Impedansi Lonjakan), permintaan daya reaktif yang meningkat menyebabkan penurunan tegangan yang signifikan di ujung penerima.

Untuk mengatasi hal ini, bank kapasitor dihubungkan secara paralel dengan saluran transmisi di ujung penerima. Bank-bank ini menyuplai daya reaktif tambahan yang diperlukan, secara efektif mengurangi penurunan tegangan di ujung penerima.

Penambahan kapasitansi saluran menyebabkan kenaikan tegangan ujung penerima.

Ketika saluran transmisi dimuat ringan (yaitu, beban di bawah SIL), permintaan daya reaktif lebih rendah daripada daya reaktif yang dihasilkan oleh kapasitansi saluran. Dalam skenario ini, tegangan ujung penerima menjadi lebih tinggi daripada tegangan ujung pengirim—fenomena yang dikenal sebagai efek Ferranti.

Untuk mencegah hal ini, reaktor paralel dihubungkan secara paralel dengan saluran transmisi di ujung penerima. Reaktor-reaktor ini menyerap daya reaktif berlebih dari saluran, memastikan tegangan ujung penerima tetap pada nilai rancangan.