Pengaruh Distributed Generation Terhadap Stabilitas Transien Pada Sistem Distribusi (Studi Kasus: Penyulang Tl 2 Gi Tele )

(1)

TUGAS AKHIR

PENGARUH DISTRIBUTED GENERATION _{TERHADAP STABILITAS}

TRANSIEN PADA SISTEM DISTRIBUSI (STUDI KASUS: PENYULANG TL 2 GI TELE)

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan dalam Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik

Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh:

MAHATIR MUHAMMAD NIM: 120402050

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

(4)

ABSTRAK

Penyulang TL 2 GI Tele pada jaringan distribusi listrik 20 kV terhubung

dengan PLTMH Aek silang dan PLTMH Aek Sibundong dengan kapasitas

masing-masing 750 kW. Distributed Generation_{(DG) dengan kapasitas yang}

kecil, akan mempengaruhi kestabilan sistem distribusi listrik. Begitu juga

Distributed Generation_{(DG) yang mempunyai jumlah kapasitas yang besar}

mungkin dapat memberikan pengaruh lebih terhadap kestabilan sistem distribusi

listrik. Untuk itu studi dan simulasi terhadap kestabilan sistem distribusi listrik

dilakukan di penyulang TL 2 GI Tele dengan skenario gangguan hubung singkat 3

fasa dan pelepasan beban dengan kondisi terhubung satu DG dan kondisi

terhubung dua DG. Pada saat kondisi yang hanya terhubung satu DG yaitu DG

Aek Silang, sistem dapat kembali stabil setelah gangguan terjadi. Saat sistem

terhubung DG Aek Sibundong nilai kestabilan sudut rotor lebih rendah, tegangan

lebih tinggi dengan frekuensi tetap dan waktu mencapai kestabilan lebih cepat

daripada terhubung DG Aek Silang. Nilai kestabilan sudut rotor, tegangan dengan

frekuensi tetap saat terhubung dua DG yaitu DG Aek Silang dan DG Aek

Sibundong lebih tinggi dan waktu mencapai kestabilan lebih cepat daripada

terhubung satu DG.

Kata Kunci : Distributed Generation _{(DG), kestabilan sudut rotor,} _kestabilan

(5)

ii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena

atas berkat rahmat dan ridha-Nya Tugas Akhir ini dapat disusun dan diselesaikan

oleh penulis. Tidak lupa juga shalawat beriring salam penulis kirimkan kepada

junjungan Nabi Besar Muhammad SAW.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan

untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu

di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas

Akhir ini adalah :

PENGARUH DISTRIBUTED GENERATION _TERHADAP

STABILITAS TRANSIEN PADA SISTEM DISTRIBUSI (STUDI KASUS: PENYULANG TL 2 GI TELE )

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu

Ayahanda (Gozali Lubis), Ibunda (Ummi Kalsum Nasution) serta abang, kakak

dan adik tersayang (M.Zuhdi, Ahmad Riyadi, M.Fadli, Miswari, Rahma Wati,

M.Nawi, Rizka Nauli, Maulana M Zein) yang selalu memberikan semangat dan

mendoakan penulis selama masa studi hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Selama masa kuliah hingga penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis juga

banyak mendapatkan dukungan, bimbingan maupun bantuan dari berbagai pihak.

Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang mendalam kepada:

1. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir

serta Kepala Laboratorium Transmisi dan Distribusi yang telah banyak

meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu memberikan bantuan,

bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga

penyusunan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Riswan Dinzi M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang

telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini dan

(6)

3. Bapak Ir. Syahrawardi, selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah

banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini dan telah

memberikan banyak motivasi selama masa perkuliahan.

4. Bapak Fahmi, S.T., M.T., selaku Dosen Wali yang telah banyak

memberikan bantuan dan bimbingan selama perkuliahan.

5. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan

pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada penulis.

6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro yang telah membantu

proses administrasi penulis selama perkuliahan.

7. Rekan sesama asisten Lab. Transmisi dan Distribusi Muhammad Arif,

Yudi Iriandi Pasaribu, dan Riovan Sipahutar.

8. Rekan sesama asisten Lab. Elektronika Dasar Guntur Gusmao lintang,

Muhammad Antan Wisuga, Leily Handayani Utami, M.Kennedy Ginting,

Sudarmin Pasaribu dan Bobby B Kewas.

9. Teman-teman anggota Apartment 57 Kapten Lipi, Rasyid, Gading, Arif,

Royan, Syahrul, Kennedy, Ipan, Habib, Padlan, Gansyar, Yudha, Ardi,

Ezzy, Iqbal dan Marguna.

10. Teman-teman se-angkatan 2012.

11. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior.

12. Semua pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini masih belum

sempurna karena masih terdapat banyak kekurangan baik dari segi isi maupun

susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan

menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis

(7)

iv

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... ix

BAB I PENDAHULUAN ...1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Manfaat dan Kegunaan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA...5

2.1 SistemDistribusi Listrik ... 5

2.2 Distributed Generation ... 7

2.3 Stabilitas Sistem Tenaga Listrik ... 9

2.4 Klasifikasi Stabilitas Sistem Tenaga Listrik ... 11

2.5 Stabilitas Sudut Rotor ... 12

2.6 Stabilitas Frekuensi ... 15

2.7 Stabilitas Tegangan ... 17

BAB III METODE PENELITIAN ...19

3.1 Tempat dan Waktu... 20

3.2 Bahan dan Peralatan ... 20

(8)

3.4 Variabel yang Diamati ... 21

3.4 Prosedur Penelitian ... 21

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...23

4.1 Kondisi Sistem Distribusi Listrik Saat Terjadi Gangguan Hubung Singkat 3 fasa Terhubung DG Aek Silang ... 24

4.2 Kondisi Sistem Distribusi Listrik Saat Terjadi Gangguan Hubung Singkat 3 fasa Terhubung DG Aek Sibundong ... 27

4.3 Kondisi Sistem Distribusi Listrik Saat Terjadi Gangguan Hubung Singkat 3 fasa Terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong ... 31

4.4 Perbandingan Sudut Rotor, Tegangan dan Frekuensi Pada Kondisi 1, 2 dan 3 ... 36

4.5 Kondisi Sistem Distribusi Listrik Saat Terjadi Gangguan Pelepasan Beban Terhubung DG Aek Silang ... 42

4.6 Kondisi Sistem Distribusi Listrik Saat Terjadi Gangguan Pelepasan Beban Terhubung DG Aek Sibundong ... 45

4.7 Kondisi Sistem Distribusi Listrik Saat Terjadi Gangguan Pelepasan Beban Terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong ... 49

4.8 Perbandingan Sudut Rotor, Tegangan dan Frekuensi Pada Kondisi 4, 5 dan 6 ... 54

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...61

5.1 Kesimpulan ... 61

5.2 Saran ... 62

DAFTAR PUSTAKA ...63

LAMPIRAN ...64

(9)

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sistem Distribusi Tenaga Listrik ... 5

Gambar 2.2 Jaringan Distribusi Radial ... 6

Gambar 2.3 Struktur Sistem Kelistrikan Konvensional Dan Sistem Kelistrikan Dengan DG ... 8

Gambar 2.4 Klasifikasi Stabilitas Sistem Tenaga Listrik ... 11

Gambar 2.5 Grafik Osilasi Stabilitas Kecepatan Rotor ... 12

Gambar 2.6 Model Dinamis Generator ... 13

Gambar 2.7 Respons Governor Terhadap Perubahan Beban ... 14

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 22

Gambar 4.1 Grafik sudut rotor DG Aek Silang saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang ... 25

Gambar 4.2 Grafik tegangan bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang ... 26

Gambar 4.3 Grafik frekuensi bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang ... 27

Gambar 4.4 Grafik sudut rotor DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Sibundong ... 28

Gambar 4.5 Grafik tegangan bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Sibundong ... 29

Gambar 4.6 Grafik frekuensi bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Sibundong ... 30

Gambar 4.7 Grafik sudut rotor DG Aek Silang (a) dan DG Aek Sibundong (b) saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong ... 32

(10)

Gambar 4.9 Grafik frekuensi bus DG Aek Silang (a) dan bus DG Aek Sibundong

(b) saat terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek

Silang dan DG Aek Sibundong ... 35

Gambar 4.10 Grafik sudut rotor DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong pada

Gambar 4.13 Grafik sudut rotor DG Aek Silang saat terjadi gangguan pelepasan

beban terhubung DG Aek Silang ... 43

Gambar 4.14 Grafik tegangan bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan pelepasan

Gambar 4.15 Grafik frekuensi bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan pelepasan

Gambar 4.16 Grafik sudut rotor DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan

pelepasan beban terhubung DG Aek Sibundong ... 46

Gambar 4.17 Grafik tegangan bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan

Gambar 4.18 Grafik frekuensi bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan

Gambar 4.19 Grafik sudut rotor DG Aek Silang (a) dan DG Aek Sibundong (b)

saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang dan

DG Aek Sibundong ... 50

Gambar 4.20 Grafik tegangan bus DG Aek Silang (a) dan bus DG Aek Sibundong

(b) saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang dan

Gambar 4.21 Grafik frekuensi bus DG Aek Silang (a) dan bus DG Aek Sibundong

(b) saat terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang dan

(11)

viii Gambar 4.22 Grafik sudut rotor DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong pada

kondisi 4 (a), 5 (b), dan 6 (c dan d) ... 55

Gambar 4.23 Grafik tegangan bus DG Aek Silang dan bus DG Aek Sibundong

pada kondisi 4 (a), 5 (b), dan 6 (c dan d) ... 57

Gambar 4.24 Grafik frekuensi bus DG Aek Silang dan bus DG Aek Sibundong

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Skenario kondisi sistem distribusi listrik ... 23

Tabel 4.2 Detail aksi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang

... 24

Tabel 4.3 Stabilitas Sudut Rotor DG Aek Silang saat terjadi gangguan hubung

singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang ... 25

Tabel 4.4 Stabilitas Tegangan Bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan hubung

Tabel 4.5 Stabilitas Frekuensi Bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan hubung

Tabel 4.6 Detail aksi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek

Sibundong ... 28

Tabel 4.7 Stabilitas Sudut Rotor DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan hubung

singkat 3 fasa terhubung DG Aek Sibundong ... 29

Tabel 4.8 Stabilitas Tegangan Bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan

hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Sibundong ... 29

Tabel 4.9 Stabilitas Frekuensi Bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan

hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Sibundong ... 30

Tabel 4.10 Detail aksi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang

dan DG Aek Sibundong ... 31

Tabel 4.11 Stabilitas Sudut Rotor DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong saat

terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang dan

Tabel 4.12 Stabilitas Tegangan Bus DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong saat

Tabel 4.13 Stabilitas Frekuensi Bus DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong saat

(13)

x Tabel 4.14 Perbandingan stabilitas sudut rotor DG Aek Silang dan DG Aek

Sibundong pada kondisi 1, 2 dan 3 ... 38

Tabel 4.15 Perbandingan stabilitas tegangan bus DG Aek Silang dan bus DG Aek

Tabel 4.16 Perbandingan stabilitas frekuensi bus DG Aek Silang dan bus DG Aek

Tabel 4.17 Detail aksi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang .... 42

Tabel 4.18 Stabilitas Sudut Rotor DG Aek Silang saat terjadi gangguan pelepasan

Tabel 4.19 Stabilitas Tegangan Bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan

pelepasan beban terhubung DG Aek Silang ... 44

Tabel 4.20 Stabilitas Frekuensi Bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan

pelepasan beban terhubung DG Aek Silang ... 45

Tabel 4.21 Detail aksi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Sibundong

... 46

Tabel 4.22 Stabilitas Sudut Rotor DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan

Tabel 4.23 Stabilitas Tegangan Bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan

Tabel 4.24 Stabilitas Frekuensi Bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan

Tabel 4.25 Detail aksi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang dan

Tabel 4.26 Stabilitas Sudut Rotor DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong saat

terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang dan DG

Aek Sibundong ... 50

Tabel 4.27 Stabilitas Tegangan Bus DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong saat

(14)

Tabel 4.28 Stabilitas Frekuensi Bus DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong saat

Aek Sibundong ... 53

Tabel 4.29 Perbandingan stabilitas sudut rotor DG Aek Silang dan DG Aek

Sibundong pada kondisi 4, 5, dan 6 ... 56

Tabel 4.30 Perbandingan stabilitas tegangan bus DG Aek Silang dan bus DG Aek

Sibundong pada kondisi 4, 5, dan 6 ... 58

Tabel 4.31 Perbandingan stabilitas frekuensi bus DG Aek Silang dan bus DG Aek