Komponen-komponen Utama Sistem Distribusi Listrik

Sistim Distribusi Daya listrik adalah bagian dari Sistem Daya Listrik yang berhubungan langsung dengan pelanggan. Sistem ini memiliki tegangan rendah dan menengah. Topologinya radial serta memiliki saluran 3,2 dan 1 fasa.

Secara umum, komponen utamanya terdiri dari:
1. Gardu Induk (substation) dimana biasanya terdapat:
   a. transformator
   b. pengatur tegangan
   c. shunt capacitor
2. Penjulang (Feeder) yang merupakan konduktor yang menghubungkan gardu induk dengan pelanggan. Pada feeder dimungkinkan juga dipasang transformator, pengatur tegangan atau kapasitor.
3. Beban (load) yang mewakili pengguna listrik. Beban dapat diwakili oleh beberapa model yaitu:
    a. beban berdaya konstan
    b. beban berarus konstan
    c. beban beimpedansi konstan
    d. beban campuran.
    Selain itu, berdasarkan jumlah fasanya, beban bisa berfase 1, 2 atau 3. Jika berfasa tiga, ia bisa dihubungkan secara delta atau Y. Jika dihubungkan secara Y, ia bisa ditanahkan atau tidak.
4. Pembangkit tersebar (distributed generation) yang merupakan pembangkit listrik berdaya kecil yang dihubungkan ke jaringan distribusi. Pembangkit ini dapat terdiri dari:
    a. Pembangkit terbarukan:
        i. pembangkit listrik tenaga surya
       ii. pembangkit listrik tenaga angin
      iii. pembangkit listrik tenaga air mikro
    b. Pembangkit mesin pembakaran dalam
5. Alat-alat pengendali berbasis elektronika lainnya seperti:
    a. Distribution Static Compensator
    b. Unified Power Flow Controller
    c. Active shunt filter


Pada mulanya, pembangkit tersebar dan pengendali berbasis elektronika belum banyak dipasang. Namun beberapa dekade terakhir, kedua kelompok tersebut semakin banyak dipasang di seluruh belahan dunia. Kehadiran pembangkit tersebar memberikan potensi manfaat juga kerugian. Sebuah negara berkembang seperti Indonesia memerlukan banyak tenaga ahli dibidang ini. Para pengambil keputusan di pemerintahan dan swasta juga perlu memahami perubahan ini agar dapat mengambil manfaat sebesar-besarnya untuk kepentingan bangsa dan negara.

Begitulah, ringkasan komponen-komponen utama sistem distribusi listrik. Semoga bermanfaat.

Perbedaan studi aliran daya pada sistem transmisi dan distribusi listrik.

Studi aliran daya pada sistem distribusi listrik berbeda dengan studi pada sistem transmisi karena perbedaan topologi dan kondisi operasi. Tidak seperti sistem transmisi, sistem distribusi bertopologi radial dan banyak memiliki saluran yang berukuran pendek (beberapa puluh meter) hingga panjang (beberapa kilo). Metode Newton-Raphson dan FastDecoupled Newton Raphson ternyata seringkali gagal mencari solusi untuk sistem ini. 

      Kemudian, sistem distribusi umumnya beroperasi secara tidak seimbang. Ini sangat berlawanan dengan asumsi dasar dalam studi aliran daya sistem transmisi. Sistem transmisi beroperasi secara seimbang sehingga studi aliran daya jadi lebih sederhana. Sebuah sistem tiga fasa seimbang dapat diwakili oleh sebuah sistem satu phasa saja. Tegangan dan arus fasa-fasa lain dapat dicari dengan menggeser fasenya sejauh 120 derajat dan -120 derajat. Sayangnya, kemudahan tersebut tidak dapat kita peroleh ketika mempelajari sistem distribusi. Dalam distribusi, ada banyak tipe pengguna, satu fasa, dua fasa maupun tiga fasa. Kemudian, salurannya pun bervariasi jumlah fasanya sesuai dengan pengguna yang dilayani. Jadi ketidakseimbangan memang tidak bisa dihindari dalam sistem distribusi. Akibatnya adalah, studi aliran daya sistem distribusi adalah studi tiga fasa.

     Demikianlah dua alasan utama mengapa aliran daya dalam sistem distribusi harus berbeda. Semoga bermanfaat bagi pembaca.

Phasor Measurement Unit

Today, I read about Phasor Measurement Unit (PMU). If you are familiar with alternating circuit theory, you should know what phasor is. But it is always good to refresh our memory, isn't it?

In ac circuit analyis, generally we use a voltage source, sinusoidal voltage source. Then we usually represent it using something like

v(t)= Vm sin (wt + d) 

at time t=0, it is

v(0) = Vm sin (d).

The last one can be in short represented as a phasor with magnitude Vm/sqrt(2)  and phase angle d. Hence, a phasor is an alternative representation of sinusoid signals. This ends our review about it.

Now, returning to PMU, it is a technology that enable power utility to have real-time synchronised phasor measurement unit. How can it be done? It is done by integrating digital signal processing, sensors, GPS and telecommunication technology. Sensors are used to sample voltage or current signals. DSP further processed it to find its fundamental frequency, amplitude and phase angle. With the help of GPS, measurements can have time stamp which provide us with synchronous measurements. Those are a very short introduction of how a PMU works.

Next, how is it useful for power engineer? Well, you know, when we are doing steady-state analysis of a power system, our state variables are voltage phasors at all buses. Once we know them, we can calculate other information such as, power flow, current, and line losses. The whole procedure of load flow calculation is to find them. The good news is those phasors can be directly measure using PMUs. Another possible application is to measured slow transient in power system caused by load variation. Those measurement can be used to verify relevant dynamic model of power system.

 We can also have better information to predict future load or possible contingency. 

Well now that you know a little about PMU, you might want to read more, don't you? Here are the list of reading materials related to this topic.

[1] Phadke, A.G.; , "Synchronized phasor measurements in power systems," Computer Applications in Power, IEEE , vol.6, no.2, pp.10-15, Apr 1993

doi: 10.1109/67.207465
URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=207465&isnumber=5308

(should you have more suggestion about freely available source, fell free to put a comment! :D)

DCS or PLC, which one is better?

A student of mine asked about which one of DCS and PLC is better? Unfortunately, I could not answered directly. This is a very late effort to help him.

Now, let us start with some definition. DCS stands for Digital Control System and PLC stands for Programmable Logic Controller. Hence both of them are referring to controller technology. Also, PLC is a digital controller which mean that PLC is a subset of DCS.

However, DCS can also means Distributed Control System. It is another member of the family. This type usually has better hardware than PLC and hence more expensive.

In general, for any project, an electrical engineer should have an ability to evaluate the applicability of PLC first as it is a lot cheaper. If it is clear that PLC is not sufficient, then one should consider using Distributed Control System or other alternatives.

Returning to the question, it is difficult to answer because it is not clear which criteria is used to judge those alternatives. I think that is why at that time, in addition that I did not have the opportunity to reply, I simply did not answer. This is my late answer for now.

Peace be upon you all.