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

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
2017

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

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
tegangan, kestabilan frekuensi.

i

Universitas Sumatera Utara

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
telah memberikan banyak motivasi selama masa perkuliahan.

ii

Universitas Sumatera Utara

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
harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat
berguna bagi kita semua.
Medan, Januari 2017
Penulis

Mahatir Muhammad
NIM : 120402050
iii

Universitas Sumatera Utara

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

Sistem Distribusi 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

3.3

Pelaksanaan Penelitian ..........................................................................20
iv

Universitas Sumatera Utara

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

v

Universitas Sumatera Utara

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
Gambar 4.8 Grafik tegangan 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 .......................................................... 33

vi

Universitas Sumatera Utara

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
kondisi 1 (a), 2 (b), dan 3 (c dan d) ........................................................ 37
Gambar 4.11 Grafik tegangan bus DG Aek Silang dan bus DG Aek Sibundong
pada kondisi 1 (a), 2 (b), dan 3 (c dan d) ............................................... 39
Gambar 4.12 Grafik frekuensi bus DG Aek Silang dan bus DG Aek Sibundong
pada kondisi 1 (a), 2 (b), dan 3 (c dan d) ............................................... 41
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
beban terhubung DG Aek Silang ....................................................... 44
Gambar 4.15 Grafik frekuensi bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan pelepasan
beban terhubung DG Aek Silang ....................................................... 45
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
pelepasan beban terhubung DG Aek Sibundong ............................... 47
Gambar 4.18 Grafik frekuensi bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan
pelepasan beban terhubung DG Aek Sibundong ............................... 48
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
DG Aek Sibundong ................................................................................ 51
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
DG Aek Sibundong ................................................................................ 53
vii

Universitas Sumatera Utara

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
pada kondisi 4 (a), 5 (b), dan 6 (c dan d) ............................................... 59

viii

Universitas Sumatera Utara

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
singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang ............................................ 26
Tabel 4.5 Stabilitas Frekuensi Bus DG Aek Silang saat terjadi gangguan hubung
singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang ............................................ 27
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
DG Aek Sibundong ............................................................................. 32
Tabel 4.12 Stabilitas Tegangan Bus DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong saat
terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang dan
DG Aek Sibundong ............................................................................. 34
Tabel 4.13 Stabilitas Frekuensi Bus DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong saat
terjadi gangguan hubung singkat 3 fasa terhubung DG Aek Silang dan
DG Aek Sibundong ............................................................................. 35
ix

Universitas Sumatera Utara

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
Sibundong pada kondisi 1, 2 dan 3 ...................................................... 40
Tabel 4.16 Perbandingan stabilitas frekuensi bus DG Aek Silang dan bus DG Aek
Sibundong pada kondisi 1, 2 dan 3 ...................................................... 42
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
beban terhubung DG Aek Silang ......................................................... 43
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
pelepasan beban terhubung DG Aek Sibundong ................................. 46
Tabel 4.23 Stabilitas Tegangan Bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan
pelepasan beban terhubung DG Aek Sibundong ................................. 47
Tabel 4.24 Stabilitas Frekuensi Bus DG Aek Sibundong saat terjadi gangguan
pelepasan beban terhubung DG Aek Sibundong ................................. 48
Tabel 4.25 Detail aksi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang dan
DG Aek Sibundong .............................................................................. 49
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
terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang dan DG
Aek Sibundong .................................................................................... 52

x

Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.28 Stabilitas Frekuensi Bus DG Aek Silang dan DG Aek Sibundong saat
terjadi gangguan pelepasan beban terhubung DG Aek Silang dan DG
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
Sibundong pada kondisi 4, 5, dan 6 ..................................................... 60

xi

Universitas Sumatera Utara