## PERBAIKAN STABILITAS DINAMIK TENAGA LISTRIK DENGAN

## POWER SYSTEM STABILIZER (PSS)
Rika Favoria Gusa Dosen Jurusan Teknik Elektro UBB Bangka Belitung, Indonesia
1 Email : rika_favoria@ubb.ac.id
Abstract-Stability  of  electrical  system  is one  of  system’s  characters  that  make some  machines  can  operate  together  in one  frequency  even  there  are  some interrupts  in  normal  condition  or  make them  back  into  previous  condition  either in new or old equilibrium. Some variables that  have  to  be  observed  are  angel  of rotor δ ,    speed  of  rotor ω ,  and  voltage source of generator v t .
In  this  paper,  simulation  was done  in  IEEE  14  bus  system  at  steady state  condition,  dynamic  condition  and adding  of  PSS  as  a  stability  tool.  The result  was  PSS  could  make  the  system became  stable  even  in  new  point  of equilibrium.
Keywords  : stability  of  electrical  power system, PSS, angel of rotor.

## I. PENDAHULUAN
Stabilitas sistem tenaga listrik merupakan sifat sistem yang memungkinkan mesin  bergerak  serempak  dalam  sistem untuk memberikan reaksi terhadap gangguan dalam  keadaan  kerja  normal,  serta  balik kembali  ke  keadaan  semula  bila  keadaan menjadi normal.
Dalam studi stabilitas, untuk
mengetahui  apakah  sistem  tenaga  listrik masih  stabil  atau  tidak setelah  adanya gangguan,  diamati  melalui  variabel – variabel  keadaan  sistem  dengan  indikator stabilitas,  antara  lain  sudut  rotor  δ, kecepatan  putar  rotor  ω,  dan  tegangan terminal generator v t . Jika beban mengalami perubahan  pada  sistem  tenaga  listrik, perubahan  tegangan  dan  frekuensi  sistem menyebabkan  pengendali  maupun  pengatur kembali  besaran-besaran  masukan  guna mencapai  titik  keseimbangan  mencapai  titik keseimbangan baru.
PSS  (Power  System  Stabilizer) sebagai  salah  satu  perangkat  penambah kestabilan merupakan sistem eksitasi suplemen  yang  ditambahkan  pada  sistem eksitasi  generator .    Ide  sistem  ini  adalah memberikan  suatu  sinyal  ke  sistem  eksitasi untuk menambah torsi peredam dari generator.    Sistem  eksitasi  suplemen semacam  ini,  hanya  akan  mengendalikan daya  reaktif  (VAR)  saja,  sehingga  bersifat hampir seperti VAR statis.

## II. STUDI KASUS
Data  sistem  tenaga  listrik  sebagai plant yang  dikendalikan  diambil  dari IEEE 14 Bus System berbasis 100 MVA :
Gambar 1. Sistem tenaga listrik 14 Bus IEEE one-line

## PERBAIKAN STABILITAS DINAMIK TENAGA LISTRIK DENGAN

## POWER SYSTEM STABILIZER (PSS)
Rika Favoria Gusa Dosen Jurusan Teknik Elektro UBB Bangka Belitung, Indonesia
1 Email : rika_favoria@ubb.ac.id
Abstract-Stability  of  electrical  system  is one  of  system’s  characters  that  make some  machines  can  operate  together  in one  frequency  even  there  are  some interrupts  in  normal  condition  or  make them  back  into  previous  condition  either in new or old equilibrium. Some variables that  have  to  be  observed  are  angel  of rotor δ ,    speed  of  rotor ω ,  and  voltage source of generator v t .
In  this  paper,  simulation  was done  in  IEEE  14  bus  system  at  steady state  condition,  dynamic  condition  and adding  of  PSS  as  a  stability  tool.  The result  was  PSS  could  make  the  system became  stable  even  in  new  point  of equilibrium.
Keywords  : stability  of  electrical  power system, PSS, angel of rotor.

## I. PENDAHULUAN
Stabilitas sistem tenaga listrik merupakan sifat sistem yang memungkinkan mesin  bergerak  serempak  dalam  sistem untuk memberikan reaksi terhadap gangguan dalam  keadaan  kerja  normal,  serta  balik kembali  ke  keadaan  semula  bila  keadaan menjadi normal.
Dalam studi stabilitas, untuk
mengetahui  apakah  sistem  tenaga  listrik masih  stabil  atau  tidak setelah  adanya gangguan,  diamati  melalui  variabel – variabel  keadaan  sistem  dengan  indikator stabilitas,  antara  lain  sudut  rotor  δ, kecepatan  putar  rotor  ω,  dan  tegangan terminal generator v t . Jika beban mengalami perubahan  pada  sistem  tenaga  listrik, perubahan  tegangan  dan  frekuensi  sistem menyebabkan  pengendali  maupun  pengatur kembali  besaran-besaran  masukan  guna mencapai  titik  keseimbangan  mencapai  titik keseimbangan baru.
PSS  (Power  System  Stabilizer) sebagai  salah  satu  perangkat  penambah kestabilan merupakan sistem eksitasi suplemen  yang  ditambahkan  pada  sistem eksitasi  generator .    Ide  sistem  ini  adalah memberikan  suatu  sinyal  ke  sistem  eksitasi untuk menambah torsi peredam dari generator.    Sistem  eksitasi  suplemen semacam  ini,  hanya  akan  mengendalikan daya  reaktif  (VAR)  saja,  sehingga  bersifat hampir seperti VAR statis.

## II. STUDI KASUS
Data  sistem  tenaga  listrik  sebagai plant yang  dikendalikan  diambil  dari IEEE 14 Bus System berbasis 100 MVA :
Gambar 1. Sistem tenaga listrik 14 Bus IEEE one-line

## PERBAIKAN STABILITAS DINAMIK TENAGA LISTRIK DENGAN

## POWER SYSTEM STABILIZER (PSS)
Rika Favoria Gusa Dosen Jurusan Teknik Elektro UBB Bangka Belitung, Indonesia
1 Email : rika_favoria@ubb.ac.id
Abstract-Stability  of  electrical  system  is one  of  system’s  characters  that  make some  machines  can  operate  together  in one  frequency  even  there  are  some interrupts  in  normal  condition  or  make them  back  into  previous  condition  either in new or old equilibrium. Some variables that  have  to  be  observed  are  angel  of rotor δ ,    speed  of  rotor ω ,  and  voltage source of generator v t .
In  this  paper,  simulation  was done  in  IEEE  14  bus  system  at  steady state  condition,  dynamic  condition  and adding  of  PSS  as  a  stability  tool.  The result  was  PSS  could  make  the  system became  stable  even  in  new  point  of equilibrium.
Keywords  : stability  of  electrical  power system, PSS, angel of rotor.

## I. PENDAHULUAN
Stabilitas sistem tenaga listrik merupakan sifat sistem yang memungkinkan mesin  bergerak  serempak  dalam  sistem untuk memberikan reaksi terhadap gangguan dalam  keadaan  kerja  normal,  serta  balik kembali  ke  keadaan  semula  bila  keadaan menjadi normal.
Dalam studi stabilitas, untuk
mengetahui  apakah  sistem  tenaga  listrik masih  stabil  atau  tidak setelah  adanya gangguan,  diamati  melalui  variabel – variabel  keadaan  sistem  dengan  indikator stabilitas,  antara  lain  sudut  rotor  δ, kecepatan  putar  rotor  ω,  dan  tegangan terminal generator v t . Jika beban mengalami perubahan  pada  sistem  tenaga  listrik, perubahan  tegangan  dan  frekuensi  sistem menyebabkan  pengendali  maupun  pengatur kembali  besaran-besaran  masukan  guna mencapai  titik  keseimbangan  mencapai  titik keseimbangan baru.
PSS  (Power  System  Stabilizer) sebagai  salah  satu  perangkat  penambah kestabilan merupakan sistem eksitasi suplemen  yang  ditambahkan  pada  sistem eksitasi  generator .    Ide  sistem  ini  adalah memberikan  suatu  sinyal  ke  sistem  eksitasi untuk menambah torsi peredam dari generator.    Sistem  eksitasi  suplemen semacam  ini,  hanya  akan  mengendalikan daya  reaktif  (VAR)  saja,  sehingga  bersifat hampir seperti VAR statis.

## II. STUDI KASUS
Data  sistem  tenaga  listrik  sebagai plant yang  dikendalikan  diambil  dari IEEE 14 Bus System berbasis 100 MVA :
Gambar 1. Sistem tenaga listrik 14 Bus IEEE one-line
Gambar 2. Simulasi jaringan sistem tenaga listrik 14 Bus IEEE menggunakan program EDSA
Tabel 1. Parameter Generator
No. Bus Gnerato r 1 2 3 4 5 X1(pu) 0,2396 0,00 0,00 0,134 0,134 ra (pu) 0,00 0,003 1 0,003 1 0,001 4 0,004 1 Xd(pu) 0,8979 1,05 1,05 1,25 1,25 X'd(pu) 0,2995 0,185 0,185 0,232 0,232 X"d(pu) 0,23 0,13 0,13 0,12 0,12 T'do(s) 7,4 6,1 6,1 4,75 4,75 T"do(s) 0,03 0,04 0,04 0,06 0,06 Xq(pu) 0,646 0,98 0,98 1,22 1,22 X'q(pu) 0,646 0,36 0,36 0,715 0,715 X"q(pu) 0,4 0,13 0,13 0,12 0,12 T'q(s) 0,01 0,3 0,3 1,5 1,5 T"q(s) 0,033 0,099 0,099 0,21 0,21 H 5,148 6,54 6,54 5,06 5,06 D 2 2 2 2 2
Simulasi dilakukan dalam tiga tahap, yaitu : 1. Simulasi  sistem  tenaga  pada  keadaan steady state, keadaan  ketika  generator – generator pada bekerja
tanpa
menggunakan  data  dinamik,  sistem eksitasi, AVR dan PSS.
2. Simulasi  sistem  tenaga  pada  keadaan berdinamika.  Pada  simulasi  ini,  setiap generator  diberi  tambahan  data  dinamik seperti  yang  tertera  pada  tabel  1  dan
sistem  eksitasi  yaitu governor IEEE- steam.
3. Simulasi  sistem  tenaga  pada  keadaan berdinamika  ditambah  penstabil  sistem tenaga  (Power  System  Stabilizer, PSS) pada generator swing (generator 2).  PSS yang  digunakan  adalah  tipe  IEEE  type  1
PSS.

## III. HASIL SIMULASI

## A. Keadaan Steady State
Gambar 3. Hasil program EDSA pada keadaan steady state

## B. Keadaan Berdinamika
Gambar 4. Hasil program EDSA pada keadaan berdinamika

## Gambar 2. Simulasi jaringan sistem tenaga
listrik 14 Bus IEEE menggunakan program EDSA
Tabel 1. Parameter Generator
No. Bus Gnerato r 1 2 3 4 5 X1(pu) 0,2396 0,00 0,00 0,134 0,134 ra (pu) 0,00 0,003 1 0,003 1 0,001 4 0,004 1 Xd(pu) 0,8979 1,05 1,05 1,25 1,25 X'd(pu) 0,2995 0,185 0,185 0,232 0,232 X"d(pu) 0,23 0,13 0,13 0,12 0,12 T'do(s) 7,4 6,1 6,1 4,75 4,75 T"do(s) 0,03 0,04 0,04 0,06 0,06 Xq(pu) 0,646 0,98 0,98 1,22 1,22 X'q(pu) 0,646 0,36 0,36 0,715 0,715 X"q(pu) 0,4 0,13 0,13 0,12 0,12 T'q(s) 0,01 0,3 0,3 1,5 1,5 T"q(s) 0,033 0,099 0,099 0,21 0,21 H 5,148 6,54 6,54 5,06 5,06 D 2 2 2 2 2
Simulasi dilakukan dalam tiga tahap, yaitu : 1. Simulasi  sistem  tenaga  pada  keadaan steady state, keadaan  ketika  generator – generator pada bekerja
tanpa
menggunakan  data  dinamik,  sistem eksitasi, AVR dan PSS.
2. Simulasi  sistem  tenaga  pada  keadaan berdinamika.  Pada  simulasi  ini,  setiap generator  diberi  tambahan  data  dinamik seperti  yang  tertera  pada  tabel  1  dan
sistem  eksitasi  yaitu governor IEEE- steam.
3. Simulasi  sistem  tenaga  pada  keadaan berdinamika  ditambah  penstabil  sistem tenaga  (Power  System  Stabilizer, PSS) pada generator swing (generator 2).  PSS yang  digunakan  adalah  tipe  IEEE  type  1
PSS.

## III. HASIL SIMULASI

## A. Keadaan Steady State
Gambar 3. Hasil program EDSA pada keadaan steady state

## B. Keadaan Berdinamika
Gambar 4. Hasil program EDSA pada keadaan berdinamika

## Gambar 2. Simulasi jaringan sistem tenaga
listrik 14 Bus IEEE menggunakan program EDSA
Tabel 1. Parameter Generator
No. Bus Gnerato r 1 2 3 4 5 X1(pu) 0,2396 0,00 0,00 0,134 0,134 ra (pu) 0,00 0,003 1 0,003 1 0,001 4 0,004 1 Xd(pu) 0,8979 1,05 1,05 1,25 1,25 X'd(pu) 0,2995 0,185 0,185 0,232 0,232 X"d(pu) 0,23 0,13 0,13 0,12 0,12 T'do(s) 7,4 6,1 6,1 4,75 4,75 T"do(s) 0,03 0,04 0,04 0,06 0,06 Xq(pu) 0,646 0,98 0,98 1,22 1,22 X'q(pu) 0,646 0,36 0,36 0,715 0,715 X"q(pu) 0,4 0,13 0,13 0,12 0,12 T'q(s) 0,01 0,3 0,3 1,5 1,5 T"q(s) 0,033 0,099 0,099 0,21 0,21 H 5,148 6,54 6,54 5,06 5,06 D 2 2 2 2 2
Simulasi dilakukan dalam tiga tahap, yaitu : 1. Simulasi  sistem  tenaga  pada  keadaan steady state, keadaan  ketika  generator – generator pada bekerja
tanpa
menggunakan  data  dinamik,  sistem eksitasi, AVR dan PSS.
2. Simulasi  sistem  tenaga  pada  keadaan berdinamika.  Pada  simulasi  ini,  setiap generator  diberi  tambahan  data  dinamik seperti  yang  tertera  pada  tabel  1  dan
sistem  eksitasi  yaitu governor IEEE- steam.
3. Simulasi  sistem  tenaga  pada  keadaan berdinamika  ditambah  penstabil  sistem tenaga  (Power  System  Stabilizer, PSS) pada generator swing (generator 2).  PSS yang  digunakan  adalah  tipe  IEEE  type  1
PSS.

## III. HASIL SIMULASI

## A. Keadaan Steady State
Gambar 3. Hasil program EDSA pada keadaan steady state

## B. Keadaan Berdinamika
Gambar 4. Hasil program EDSA pada keadaan berdinamika

## C. Sistem Menggunakan PSS
Gambar 5. Hasil program EDSA ketika sistem menggunakan perangkat PSS

## IV. PEMBAHASAN
Dalam  studi  stabilitas,  terdapat  satu persamaan  dasar  yang  mengatur  dinamika (gerak)  perputaran  mesin  serempak,  yaitu persamaan ayunan mesin.
e m a P P P dt d f H − = = 2 2 . 180  (1)
dengan,
H : konstanta inersia P a : daya percepatan
f : frekuensi (Hz)
P m : masukan daya poros ke mesin
δ : sudut rotor terhadap rotor
P e : daya listrik
Berdasarkan persamaan diatas, maka untuk  mengetahui  apakah  sistem  tenaga listrik masih stabil atau tidak setelah adanya gangguan,  diamati  melalui  variabel – variabel  keadaan  sistem  dengan  indikator stabilitas,  antara  lain  daya  listrik Pe yang diukur  dari  tegangan  terminal  generator v t , sudut rotor δ , dan frekuensi f atau kecepatan putar rotor ω .
A. Magnitude Tegangan Bus Stabilitas tegangan, merupakan kemampuan sistem tenaga untuk
mempertahankan  tegangan  bus  sistem  pada besaran  tertentu  dibawah  kondisi  operasi.
Suatu  sistem  dikatakan  instabilitas tegangan yaitu ketika terjadi gangguan akibat kenaikan  beban  atau  perubahan  dalam sistem  akibat  suatu  aksi  yang  tidak terkendali.
Gambar 6. Keadaan steady state
Gambar 7. Keadaan berdinamika
Gambar 8. Menggunakan PSS
Dari gambar 6 terlihat pada keadaan steady  state,  magnitude  tegangan  bus  akan stabil  pada  nilai  1  pu.  Saat  generator – generator  pada  sistem  berdinamika,  maka magnitude tegangan  bus  akan  berubah
(turun)  seperti  yang  terlihat  pada  gambar  7. Dengan  penambahan  PSS pada  gambar  8 sebagai  perangkat  penambah  stabilitas, sistem kembali kekeadaan stabil walau pada titik  keseimbangan  lain. Power  System Stabilizer membuat  sistem  berosilasi  hinga menemukan  titik  keseimbangan  baru  yaitu 0.9 pu.

## B. Sudut Rotor Generator (δ)
Stabilitas sudut rotor adalah kemampuan
mesin sinkron
untuk
mempertahankan  sinkronisasinya.    Ketika dua atau lebih mesin sinkron disambungkan bersama  maka  semua  mesin  sinkron  harus memiliki  frekuensi  dan  kecepatan  yang sama.
Dari  hasil  simulasi  diatas,  dapat dilihat  adanya  perbedaan  grafik  sudut rotor generator  pada  keadaan steady  state, keadaan  berdinamika  dan  saat  ditambah PSS, seperti yang terangkum pada gambar 9, gambar  10,  dan  gambar  11 .    Untuk mempermudah  analisa,  pengambilan  data saat  sistem  berdinamika  dan  ditambah  PSS dilakukan selama 2 detik.  Hal ini bertujuan agar  perbedaan  respon  sistem  sebelum  dan sesudah  menggunakan  PSS  dapat  terlihat lebih jelas.
Gambar 9. Keadaan steady state

## Gambar 10. Keadaan berdinamika

## Gambar 11. Menggunakan PSS
Dari  gambar di  atas dapat  dilihat bahwa  pada  keadaan steady  state tidak  ada perubahan  sudut  rotor  terhadap  waktu. Namun  pada  keadaan  berdinamika,  terjadi penurunan sudut rotor generator. Apabila hal ini  dibiarkan,  maka  suatu  saat  sistem  dapat kehilangan  kestabilan  atau  mesin  tidak mampu lagi menjaga sinkronisasinya.
Dari grafik diatas, dapat pula dilihat bahwa pada sistem ini, penambahan perangkat PSS pada sistem eksitasi
generator swing tidak  terlalu  mempengaruhi besarnya sudut rotor generator.

## C. Frekuensi Bus (f)
Gambar  berikut  ini  adalah  grafik – grafik  hasil  simulasi  yang  menunjukkan hubungan  frekuensi  terhadap  waktu  untuk
masing – masing kondisi .
Gambar 13. Keadaan berdinamika
Gambar 14. Menggunakan PSS
Dari  grafik  diatas,  dapat  dilihat bahwa  pada  keadaan steady  state frekuensi bus  menurun  mengikuti  fungsi  step.    Saat terjadi  dinamika,  frekuensi  bus  menurun terhadap  perubahan  waktu. Penambahan perangkat  penambah  kestabilan  PSS  pada sistem ini juga tidak  memberi dampak  yang terlalu berarti pada perubahan frekuensi bus. Dari  hasil  simulasi  yang  telah dilakukan,  maka  dapat  dilihat  bahwa  PSS tipe  IEEE  1  ini  kurang  baik  untuk  menjaga kestabilan sudut rotor generator dan frekuensi  namun  baik  untuk  menjaga stabilitas  tegangan. Hal  ini  menunjukkan bahwa  PSS  tipe  IEEE-1  meningkatkan stabilitas sistem dengan cara mengendalikan daya listrik atau daya reaktifnya.

## V. KESIMPULAN
Dari simulasi dan analisa yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Penggunaan PSS dapat membantu sistem untuk  kembali  ke  keadaan  stabil  walau pada titik keseimbangan yang lain.
2. Penggunaan  PSS  tidak  memberi  dampak yang  berarti  pada  besar  sudut  rotor generator  dan  frekuensi  namun  sangat berpengaruh pada nilai magnitude
tegangan bus (V).
3. PSS tipe IEEE-1  meningkatkan stabilitas sistem  dengan  cara  mengendalikan  daya listrik atau daya reaktifnya (VAR).

## DAFTAR PUSTAKA
P.Kundur,  M.Klein,  G.J.Rogers,  and  M.S. Zywno., 1989. Application of Power
System  Stabilizers  for  Enhancement of  Overall  System  Stability. IEEE Trans.,Vol. PWRS-4, pp. 614-626. Padiyar K.R., 1995. Power System Dynamics  Stability  and  Control. Indian Institude of Science. Bangalore. Prabha  Kundur., 1993. Power  System Stability  and  Control.,  McGraw- Hill. New York.

## Sulasno., 1996. Analisis  Sistem  Tenaga
Listrik Edisi Kedua. Badan Penerbit Universitas  Diponegoro  Semarang. Semarang.
William  D.  Stevenson., 1983. Analisis Sistem Tenaga Listrik Edisi Keempat. Penerbit Erlangga. Jakarta