Jenis peralatan FACTS

Alat berikutnya yang dikembangkan pada generasi pertama diberi nama NGH-SSR (Narain G. Hingorani – SubSynchronous Resonance) Damper. Alat ini dirancang untuk mengatasi permasalahan subsynchronous resonance (SSR) yang ditemukan pada jaringan transmisi listrik AC. Jaringan transmisi 500kV Southern California Edison dijadikan tempat pemasangan pertama dari alat ini pada tahun 1980-an setelah SSR mengakibatkan kerusakan fatal pada salah satu generatornya. NGH-SSR seperti yang ditunjukan gambar 2 juga terdiri dari thyristor yang dihubungkan dengan induktor dan tahanan secara seri. Alat inilah yang kemudian menjadi cikal bakal dari salah satu alat yang dikembangkan dalam generasi kedua FACTS yaitu alat yang dikenal dengan nama Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC).
 

Semakin berkembangnya teknologi dibidang pembuatan Thyristor mendorong terciptanya generasi kedua dari FACTS. Pada generasi kedua beberapa peralatan FACTS baru telah dikembangkan. Pertama adalah alat yang diberi nama Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC) yang berfungsi sebagai pengendali impedansi dari jaringan transmisi. Seperti diketahui, impedansi sepanjang jaringan transmisi umumnya bersifat induktif sedangkan yang bersifat resistif hanya berkisar 5 sampai 10 persen. Ini berarti akan terasa sangat besar manfaatnya apabila kita mampu mengendalikan impedansi transmisi yang bersifat induktif pada kondisi stabil (steady state impendance). Hal ini dapat ditempuh dengan cara penambahan kapasitor dan induktor secara seri. Penghubungan kapasitor secara seri akan berakibat pengurangan impedansi pada transmisi sedangkan penghubungan induktor secara seri akan berarti penaikan impedansi pada transmisi yang sama. Gambar 3 menunjukkan contoh dari TCSC yang telah dipasang pada jaringan transmisi 500kV milik Bonneville Power Administration (BPA) dinegara bagian Oregon. Studi kasus pemasangan TCSC yang telah dilaksanakan oleh Electric Power Research Institute (EPRI) pada satu jaringan transmisi menunjukkan bahwa TCSC berhasil meningkatkan kuantitas aliran daya (dalam MW) sebanyak 30% dengan sekaligus menjaga stabilitas sistim jaringan transmisi tersebut. Hal ini yang mengakibatkan pemasangan TCSC, menurut studi kasus pada jaringan transmisi tersebut, akan memberikan keuntungan sebesar kurang lebih $68 juta US dolar setiap tahunnya.
 

Alat yang kedua diberi nama Static Condenser (STATCON) dan berfungsi sebagai penyedia Volt Amp Reactive (VAR) untuk menjaga kestabilan voltase pada jaringan transmisi yang panjang dan berbeban tinggi (heavily loaded). Pada akhirnya nanti, STATCON diharapkan untuk dapat menggantikan pemakaian alat Rotating Synchronous Condensers yang kini umum dipasang. STATCON adalah alat FACTS pertama yang menggunakan tipe thyristor berbeda dari peralatan FACTS sebelumnya. Jenis thyristor yang dipakai adalah jenis GTO (Gate Turned-Off). Pada dasarnya, STATCON adalah alat yang berbasis inverter tiga fasa yang dihasilkan oleh voltase satu arah (dc) dari kapasitor seperti yang diilustrasikan oleh Gambar 4. Pada gambar tersebut, jika voltase V₀ lebih tinggi (atau lebih rendah) dari pada voltase sistim transmisi V, maka selisih sudut fasa dari kedua voltase tersebut akan menentukan jumlah arus listrik yang mengalir serta arus listrik akan menjadi lead (atau lag). Dengan jalan demikian, maka daya reaktif beserta arahnya pada sistim transmisi akan dapat dikendalikan secara cepat dan berkelanjutan (continuous). Dua contoh studi kasus pemasangan STATCON di Amerika Serikat telah dilaksanakan dengan hasil yang memuaskan. Percobaan pertama adalah pemasangan 1 Mvar STATCON pada jaringan transmisi milik Orange & Rockland Utilities Inc di negara bagian New York pada tahun 1989. Sedangkan studi kasus berikutnya adalah pemasangan 100-Mvar STATCON pada tahun 1995 di jaringan transmisi Sullivan milik Tennessee Valley Authority (TVA) di negara bagian Tennessee.
 

Selanjutnya adalat alat FACTS yang disebut TCPR kependekan dari Thyristor Controlled Phase angle Regulator. Fungsi dari alat ini tidak lain adalah sebagai pengendali selisih sudut fasa pada voltase dari kedua ujung jaringan transmisi yang sama. Fungsi tersebut dimungkinkan dengan cara penyuntikan voltase secara seri pada jaringan transmisi listrik. Gambar 5 menunjukkan konsep dari TCPR ini. Penambahan sudut fasa a pada voltase transmisi V dicapai dengan cara menambahkan voltase V_q yang tegak lurus terhadap V. Voltase V_q sendiri dihasilkan dari voltase sekunder dari transformer yang dihubungkan ke dua fasa dari sistim transmisi tiga fasa ini. Percobaan pemasangan TCPR telah dilaksanakan dengan sukses diberbagai lokasi jaringan transmisi di Amerika Serikat. Salah satu contoh adalah pemasangan TCPR di jaringan transmisi 230kV milik Minnesota Power yang telah terbukti mampu menghasilkan selisih sudut fasa dengan sangat cepat.
 

Alat selanjutnya adalah konsep lain dari pengaturan selisih sudut fasa seperti pada TCPR. Alat ini diberi nama Unified Power Flow Controller (UPFC) yang mana perancangannya berbasis inverter dengan menggunakan thyristor. Sebagaimana diilustrasikan pada gambar 6, pada UPFC, vektor voltase V_pq yang dihasilkan oleh inverter disuntikkan secara seri ke jaringan transmisi. Voltase searah (dc) yang digunakan inverter ini didapatkan dari hasil penyearah (rectification) voltase dari transmisi yang sama. UPFC merupakan alat kendali daya aktif dan daya reaktif secara terpisah pada trasmisi listrik dan dapat dipasang pada ujung pengirim maupun penerima daya. Lebih penting lagi, UPFC juga merupakan alat pengendali daya yang sangat fleksibel karena dapat menggunakan salah satu ataupun kombinasi parameter dasar dari sistim aliran daya yaitu voltase transmisi, impedansi transmisi, dan selisih sudut fasa transmisi. Hal ini merupakan suatu keuntungan karena dengan pemasangan satu UPFC yang dapat mengendalikan ketiga parameter tersebut, maka tidak hanya sistim jaringan transmisi akan menjadi lebih baik, tetapi juga akan menjadi lebih murah dan mudah dalam pemeliharaan dan pengoperasiannya. Dengan kata lain, pemasangan satu UPFC akan sama halnya dengan pemasangan alat TCSC, STATCON dan TCPR secara bersamaan. Studi kasus terhadap UPFC, baik itu dalam skala besar maupun kecil telah berhasil dilaksanakan. Sebagai contoh, 1060 MVA UPFC telah dipasang pada jaringan transmisi 500kV yang menghubungkan kota Phoenix (negara bagian Arizona) dengan kota Las Vegas (negara bagian Nevada) dan kota Los Angeles (negara bagian California). Gangguan tiga fasa pada satu titik di jaringan tersebut disimulasikan untuk menginvestigasi reaksi UPFC dan peralatan konvesional. Hasil simulasi menunjukkan UPFC memberikan reaksi lebih stabil dibandingkan dengan reaksi peralatan konvesional. Voltase dari transmisi menunjukkan lebih kurang osilasinya dengan menggunakan UPFC dibandingkan pemasangan peralatan lama. Dengan demikian, UPFC merupakan alat yang dapat dihandalkan untuk pengendalian aliran daya listrik dengan sekaligus menjaga kestabilan sistim jaringan transmisi itu sendiri.
 

Beberapa peralatan FACTS lainnya yang juga dikembangkan adalah TCBR, TCSR, dan TCVL. TCBR adalah singkatan dari Thyristor Controlled Braking Resistor yang dapat menjadi alternatif yang compact dan murah dari penggunaan Mechanically Switched Braking Resistor yang saat ini umum digunakan. Pemasangan braking resistor dekat unit pembangkit sangat diperlukan untuk mencegah terjadinya percepatan pada generator setelah terjadinya pemutusan beban (loss of load) pada transmisi. Direncanakan sebelum tahun 2000 an nanti, alat TCBR ini akan mencapai tahap penyelesaian. Yang berikutnya adalah TCSR singkatan dari Thyristor Controlled Series Reactor yang dapat digunakan pada jaringan transmisi yang membutuhkan pengurangan beban dengan cepat dan pembatasan dari arus gangguan (fault). Alat ini dapat pula digunakan bersama TCSC pada jaringan transmisi yang memerlukan kompensasi induktif seri yang tinggi. Rancangan alat ini telah dilaksanakan pada pertengahan dekade 90-an. Terakhir adalah Thyristor Controlled Voltage Limiter berfungsi sebagai pembatas kelebihan voltase (overvoltage) selama selang waktu yang relatif cukup lama yang dapat merusak peralatan pada jaringan transmisi. Sebagaimana halnya dengan TCSR, rancangan alat ini juga dimulai sekitar pertengahan dekade 90-an.

Kesimpulan

Hambatan yang dihadapi dalam pengembangan peralatan FACTS berhubungan dengan penggunaan thyristor jenis GTO yang mana harganya masih lebih mahal dari thyristor jenis biasa. Penelitian dan pengembangan ke arah pembuatan jenis thyristor yang lebih unggul dan murah dari GTO telah berjalan dan menghasilkan jenis thyristor baru yang diberi nama MOS Controlled Thyristor (MCT). Walaupun belum ada peralatan FACTS yang menggunakan MCT, namun sudah dapat diperkirakan bahwa peralatan FACTS generasi berikutnya kemungkinan besar akan mengganti fungsi GTO dengan MCT tersebut.

Daftar Pustaka

1. N.G.Hingorani, High Power Elelctronics, Scientific American, Novembar 1993.
2. R. Nelson, Transmission Power Flow Control, IEEE Transactions on Power Delivery, April 1994. q