Dalam beberapa tahun terakhir, sistem tenaga konvensional menjadi sistem tenaga hybrid dengan peningkatan interkoneksi sumber Energi Terbarukan (RE), Arus Langsung Tegangan Tinggi (HVDC), dan Penyimpanan Energi (ES). Pada saat yang sama, jaringan sistem tenaga juga menjadi lebih fleksibel dalam mengelola variabilitas permintaan dan pasokan. Faktor-faktor ini menimbulkan tantangan dalam mencapai stabilitas frekuensi ketika terjadi perubahan mendadak pada sistem tenaga seperti peningkatan/penurunan beban, hilangnya generator, dan gangguan. Karena itu, kontrol frekuensi beban (LFC) telah bergeser dari pengontrol tradisional ke pengontrol hibrid dan dari metode pengoptimalan tradisional ke pengoptimalan metaheuristik hibrid untuk mencapai stabilitas yang lebih baik dalam sistem tenaga hibrid.
Makalah ini memberikan tinjauan komprehensif tentang kontrol frekuensi beban (LFC) dan fleksibilitas sistem tenaga. Mekanisme stabilitas frekuensi lain yang mendukung LFC lebih lanjut yaitu penerapan nadir frekuensi dan laju perubahan frekuensi (RoCoF), kontrol pada turbin angin, dan respons permintaan juga disajikan. Tinjauan ini juga menyoroti kesenjangan penelitian dan potensi arah penelitian masa depan LFC untuk sistem tenaga hibrida multi-area
Pasokan listrik yang terus menerus telah menjadi kebutuhan untuk kehidupan, industri modern, dan pertumbuhan ekonomi suatu negara yang dihasilkan oleh sistem pembangkit listrik. Sistem tenaga yang stabil dapat menahan gangguan, fluktuasi, dan tuntutan beban yang bervariasi. Jika sistem tenaga menjadi tidak stabil, pelepasan beban dapat terjadi, dan dalam skenario terburuk, hal itu akan menyebabkan pemadaman listrik.
Dalam sistem tenaga, beban sangat tidak dapat diprediksi dan tidak pasti karena perubahan permintaan beban, yang secara langsung mempengaruhi frekuensi sistem dan daya tie-line berfluktuasi dari nilai nominalnya. Sistem tenaga umumnya saling berhubungan dengan beberapa area pembangkit listrik untuk memasok daya ke daerah dengan permintaan tinggi. Suatu gangguan yang terjadi pada satu wilayah dapat mempengaruhi sistem tenaga listrik lainnya yang saling berhubungan. Oleh karena itu, menstabilkan frekuensi sistem tenaga merupakan perhatian utama bagi operator jaringan tenaga.
Untuk menstabilkan frekuensi dan daya tie-line, area control generation (AGC) digunakan untuk mengembalikan sistem ke keadaan tunaknya dengan menyesuaikan daya keluaran generator dengan menjaga keseimbangan antara pembangkitan daya dan permintaan beban. Mekanisme menjaga frekuensi dalam batas nominal di bawah sebuah perubahan permintaan beban disebut kontrol frekuensi beban (LFC). LFC adalah aspek penting dari stabilitas sistem tenaga yang menjaga keseimbangan daya antara area yang saling terhubung dalam berbagai kondisi beban.
Aplikasi praktis LFC termasuk menstabilkan frekuensi sistem, menyeimbangkan pembangkitan dan permintaan, dan pengiriman beban ekonomis. Beberapa aplikasi dunia nyata telah diselidiki menggunakan LFC, termasuk sistem tenaga Mesir, yang terdiri dari tujuh zona dengan berbagai sumber pembangkitan, termasuk data aktual dari ladang angin Zafarana dengan 1200 turbin yang masing-masing menghasilkan 850 kW.
Sebuah studi tentang LFC dari sistem tenaga operasional di barat daya Iran (Khozestan) terdiri dari dua pembangkit listrik tenaga air dengan kapasitas masing-masing 520 MW dan 1000 MW, yang saling terhubung ke wilayah lain di negara itu. Analisis LFC dilakukan untuk sistem tenaga Jepang Timur dengan hubungan HVDC Kita-Hon antara Hokkaido dan Honsh. Sistem tenaga Korea Selatan telah diselidiki untuk LFC dengan pembangkit termal dan ESS. Sebuah studi kasus meneliti kopling keseimbangan trilateral antara Inggris Raya, Eropa Kontinental, dan wilayah Nordik menggunakan HVDC. Selain itu, analisis pemisahan wilayah sinkron benua Eropa dalam kondisi aktual disajikan dalam.
Makalah ini memberikan ulasan rinci tentang literatur tentang perkembangan dan perspektif masa depan di LFC. Untuk mencapai stabilitas yang lebih tinggi dalam sistem tenaga hibrida, minat peneliti telah bergeser secara drastis dari pengontrol PID dan FOPID tradisional ke kontroler hybrid dan cascade. Demikian pula implementasinya teknik optimisasi metaheuristik hybrid dan baru lebih disukai untuk menyetel keuntungan pengontrol.
Dalam dekade terakhir, pemasangan RES seperti PV dan angin menjadi lebih ekonomis dibandingkan pembangkit listrik tenaga batu bara dan memiliki daya ungkit untuk mengurangi emisi karbon. Namun, PV dan angin memiliki kelemahan menurunkan inersia sistem secara keseluruhan. Untuk mengatasi masalah ini, inersia virtual injeksi menjadi lebih populer sebagai standar baru untuk pertempuran masalah stabilitas LFC.
Untuk stabilitas yang lebih baik, berbagai ESS dihubungkan secara paralel untuk membentuk inersia virtual hibrid, yang menggabungkan manfaat dari dua atau lebih perangkat penyimpanan energi, seperti SMES, superkapasitor, RFB, roda gila, aqua-elektroliser, dan sel bahan bakar. Selain itu, menyambungkan saluran penghubung HVDC dengan perangkat FACTS meningkatkan transfer daya di beberapa area.
Terlepas dari semua tindakan pengendalian ini, stabilitas sistem tenaga masih rentan terhadap serangan siber. Kemajuan terbaru untuk serangan dunia maya besar juga tercakup dalam artikel ini untuk LFC. Fleksibilitas sistem tenaga melalui VPP menjanjikan untuk mengatasi kemacetan jaringan dengan penetrasi RES yang tinggi. Selain itu, penelitian ini akan membantu peneliti dalam menjembatani kesenjangan antara saat ini dan masa depan Tren LFC dengan menetapkan persyaratan minimum untuk melakukan penelitian yang sangat baik pada sistem tenaga hibrida area luas.
Penulis: Lilik Jamilatul Awalin, ST, SPd, MT, PhD.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1110016823002028
Khan, I. A., Mokhlis, H., Mansor, N. N., Illias, H. A., Awalin, L. J., & Wang, L. New trends and future directions in load frequency control and flexible power system: A comprehensive review. Alexandria Engineering Journal, 71, 263-308, 2023.
