## Pemanfaatan SFCL tipe Bridge untuk Meningkatkan
Stabilitas Transien Microgrid dan Economic Feasibility Roy Bayu Negara 1 ,  Fransisco Danang Wijaya 2 , Lesnanto Multa Putranto 3 ,  Mohd. Brado Frasetyo 4
1,2,3,4 Departemen Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada, Jln. Grafika No.2, Kampus UGM, Yogyakarta, 55281, INDONESIA (tel: 0274- 552305; email: 1 roybayunegara92@mail.ugm.ac.id, 2 danangwijaya@ugm.ac.id, 3 lesnanto@ugm.ac.id, 4 mohd.brado41@mail.ugm.ac.id)
[Diterima: 28 Juni 2022, Revisi: 17 Mei 2023] Corresponding Author : Roy Bayu Negara
INTISARI —  Pembangkit  energi  terbarukan  ( renewable  energy ,  RE)  saat  ini  banyak  digunakan  oleh  masyarakat  sebagai upaya untuk mengurangi emisi. Untuk itu, dikembangkan sistem microgrid bersumber pada RE yang berdampingan dengan energi  konvensional.  Akan  tetapi,  sistem  energi  listrik  tersebut  cenderung  mengalami  gangguan  transien  seperti  hubung singkat, beban bertambah, dan turunnya keluaran generator. Gangguan tersebut dapat menyebabkan turunnya tegangan dan tidak  stabilnya  frekuensi,  sehingga  diperlukan  upaya  untuk  mempertahankan  stabilitas  sistem  dengan  menggunakan superconducting  fault  current  limiter (SFCL).  Pemilihan  SFCL  didasari  oleh  kemampuannya  membatasi  arus  gangguan serta kecepatannya dalam memberikan perlindungan  selama terjadinya gangguan  transien. Model SFCL yang digunakan adalah  SFCL  tipe bridge dengan  komponen  utamanya  adalah  dua  induktor.  Pada  model  ini,  dalam  kondisi  normal,  arus mengalir  melalui  dua  induktor.  Ketika  terjadi  gangguan  ( fault ),  arus  akan  mengalir  melalui  satu  induktor.  Penelitian  ini dilakukan dalam skenario terjadi gangguan. Pada saat kondisi terjadi gangguan, nilai tegangan tanpa SFCL tipe bridge adalah 2,5 V. Ketika SFCL tipe bridge digunakan, nilai tegangannya sebesar 207 V. Nilai arus terukur pada kondisi tanpa SFCL tipe bridge adalah 30 kA dan ketika menggunakan SFCL tipe bridge adalah 1,1 kA. Nilai frekuensi pada kondisi tanpa SFCL tipe bridge adalah  49,7  Hz  hingga  50,2  Hz  dan ketika menggunakan  SFCL  tipe bridge adalah  49,9  Hz  sampai  50,1 Hz. Penelitian  ini  juga  menambahkan  perhitungan economic  feasibility untuk  mengetahui  kelayakan  sistem microgrid saat menggunakan SFCL tipe bridge . Perhitungannya terdiri atas empat bagian, yaitu net present value (NPV), profitability index (PI), discounted payback period (DPP), dan internal rate of return (IRR). Economic feasibility yang diperoleh yaitu nilai NPV sebesar US$6.865.405, nilai PI sebesar 2,4, nilai DPP selama empat tahun, dan nilai IRR sebesar 28,59%. Nilai yang diperoleh dibandingkan dengan standar kelayakan dan disimpulkan bahwa microgrid dengan adanya SFCL dapat dikatakan layak.
KATA  KUNCI — Microgrid ,  Gangguan,  Pembatas  Arus,  Energi  Terbarukan,  Transien,  SFCL  Tipe Bridge , Economic Feasibility .

## I. PENDAHULUAN
Kebutuhan  energi  yang  terus meningkat  saat  ini memiliki dampak negatif terhadap lingkungan, salah satunya adalah efek gas rumah kaca dari penggunaan energi fosil [1]. Pembakaran energi fosil sudah seharusnya ditinggalkan karena menimbulkan pemanasan global. Maka, dibutuhkan energi lain dari  sumber  energi  terbarukan  ( renewable  energy , RE)  yang ramah terhadap lingkungan [2]. Pemasangan pembangkit yang bersumber dari RE pada microgrid semakin gencar dilakukan. Di Indonesia, target capaian keseluruhan pembangkit RE pada akhir tahun 2025 adalah sebesar 23% [3]. Penggunaan sumber RE  seperti  angin,  saat  ini,  meningkat  secara  signifikan. Penggunaan  RE  seperti  ini  baik  untuk  lingkungan  dan  dapat digunakan di daerah terpencil [4].
Untuk  mengintegrasikan  energi  dari  sumber  RE  seperti wind turbine (WT), dibutuhkan sebuah sistem, yaitu microgrid . Microgrid merupakan  sekelompok  beban  yang  saling berhubungan  dengan  berbagai  macam  sumber  daya  energi sebagai suatu kesatuan tunggal yang dapat dikendalikan [5]. Di sisi  lain, microgrid dengan  sumber  RE  memiliki  sifat  sulit mempertahankan  keadaan steady-state ,  sehingga  rawan mengalami gangguan. Penyebab gangguan yang sering terjadi pada sistem di antaranya adalah hubung singkat ( short circuit ), beban  bertambah, dan  turunnya  keluaran  daya  generator  atau generator  lepas.  Gangguan  tersebut  merupakan  faktor penyebab  terjadinya  gangguan  transien.  Permasalahan  yang utama  pada microgrid berhubungan  dengan  faktor  terjadinya gangguan  transien,  yaitu  untuk  mempertahankan  kestabilan setelah  mengalami  gangguan  besar  seperti  kesalahan  hubung
singkat,  perubahan  beban  secara  drastis,  pengalihan  mode operasi,  dan  daya  masukan  intermiten  pada  pembangkit  RE. Stabilitas  transien  adalah  sebuah  respons  sistem  saat  terjadi gangguan besar dalam waktu singkat [6]. Maka, pengertian dari stabilitas  transien  adalah  kemampuan  generator  untuk mempertahankan  atau  melanjutkan  operasi  setelah  terjadi gangguan.  Penyebab  terganggunya  stabilitas  transien  adalah gangguan rangkaian sirkuit, pemutusan saluran, dan gangguan pada generator.
Pada penelitian sebelumnya, superconducting fault current limiter (SFCL) digunakan untuk melindungi sebuah microgrid dalam  menekan  arus  gangguan  serta  mengompensasi penurunan  tegangan bus .  Tipe  SFCL  yang  digunakan  adalah tipe  SFCL  resistif.  Hasil  penelitian  ini  menyatakan  bahwa SFCL dapat membatasi penurunan tegangan dan arus gangguan, sehingga dapat memenuhi persyaratan fault ride through (FRT) pada generator yang bersumber RE. Akan tetapi, penelitian ini menggunakan skenario grid-connected yang terkoneksi paralel dengan  SFCL  tipe  resistif,  sehingga  dibutuhkan  pengujian tambahan  menggunakan  skenario microgrid dalam  keadaan grid-connected dengan menggunakan SFCL tipe bridge [7]. Pada  penelitian  yang  lain,  SFCL  digunakan  untuk mengendalikan  operasi  dan  melindungi  sistem  saat  terjadi gangguan.  SFCL  yang  digunakan  juga  bertipe  SFCL  resistif. Penelitian  ini  menyimpulkan  bahwa  SFCL  dapat  membatasi arus  gangguan  yang  terjadi  antara  generator  terdistribusi ( distributed generator , DG) dan grid dengan memantau aliran arus  melalui  SFCL  resistif  yang dipasang.  Namun,  penelitian ini  menggunakan  skenario grid-connected dengan  SFCL
diletakkan antara grid dan sumber DG, sehingga  dibutuhkan pengujian tambahan dengan skenario microgrid menggunakan SFCL tipe bridge [8].
Tipe SFCL lain juga telah digunakan untuk mengendalikan operasi  dan  melindungi  sistem  saat  terjadi  gangguan.  Tipe pembatas  arus  ( current  limiter )  yang  digunakan  adalah  tipe solid  state fault current limiter (SSFCL). Pada  penelitian ini, SSFCL  dapat  mengendalikan  arus  gangguan  dengan  kinerja yang  baik.  Akan  tetapi,  penelitian  ini  hanya  berfokus  pada skenario  menggunakan  pembangkit  tunggal  saja  yang terkoneksi  dengan  SSFCL,  sehingga  dibutuhkan  pengujian tambahan dengan skenario microgrid menggunakan SFCL tipe bridge serta pengaplikasian  dengan  model pembangkit  ganda [9].
Referensi  [10]  menggunakan  SFCL  bertipe  resistif  untuk mengendalikan  operasi  dan  melindungi  sistem  saat  terjadi gangguan.  Hasilnya  adalah  SFCL  dapat  membatasi  arus gangguan  yang  terjadi  dengan  efektif.  Namun,  penelitian  ini menggunakan  kondisi grid-connected dengan  SFCL  tipe resistif  diletakkan  antara grid dan  sumber  DG.  Dibutuhkan pengujian tambahan dengan skenario microgrid dalam keadaan penambahan  SFCL  tipe bridge dan  perhitungan economic feasibility [10] .
Berdasarkan studi literatur yang telah dilakukan, penelitian tentang stabilitas pada microgrid menggunakan pembatas arus telah  dilakukan  sebelumnya  oleh  beberapa  peneliti.  Saat  ini, pembatas  arus  mempunyai  beberapa  klasifikasi,  di  antaranya current limiting reactor, SFCL , solid state fault current limiter, electromagnetic fault current limiter, pyrotechnic fault current limiter, dan hybrid  fault  current  limiter [11].  Pada  penelitian ini,  model  SFCL  dipilih  untuk  dijadikan  sebagai  kendali stabilitas  gangguan  transien.  Pemilihan  SFCL  didasari  oleh kemampuannya  dalam  membatasi  arus  gangguan  serta kecepatannya dalam memberikan perlindungan selama terjadi gangguan transien [12]. Terdapat dua tipe SFCL, yaitu resistif dan  induktif.  Pada  tipe  resistif,  digunakan  komponen  resistif yang  dapat  menahan  arus.  Kelemahan  SFCL  tipe  ini  adalah ketika  arus  tinggi  mengalir,  akan  terjadi  peningkatan temperatur  dan  saat  mencapai  temperatur  kritis,  akan dibutuhkan pendingin ( cooler ). Pada SFCL tipe induktif, tidak diperlukan  pendingin.  Maka,  pada  penelitian  ini  digunakan SFCL tipe induktif.
Model  SFCL  tipe  induktif  dapat  mengatasi  keadaan  tidak stabil ketika terjadi gangguan, terutama saat gangguan transien. SFCL  tipe  ini  dapat  digunakan  juga  sebagai  pengendali stabilitas  tegangan  maupun  frekuensi  yang  digunakan  dalam sistem microgrid .
Pada  penelitian  ini,  stabilitas  transien  sistem microgrid berbasis  WT  dapat  ditingkatkan  menggunakan  SFCL  tipe induktif dengan konfigurasi tipe bridge . Terdapat dua variabel dalam  melihat  stabilitas  sebuah microgrid .  Variabel  pertama adalah  frekuensi,  yang  harus  dikendalikan  untuk  menjaga stabilitas frekuensi microgrid . Variabel kedua adalah tegangan, yang  juga  harus  dikendalikan  untuk  menjaga  stabilitas tegangan microgrid [13], [14]. Salah satu variabel yang dapat digunakan adalah variabel tegangan, yang akan diamati ketika beroperasinya  sebuah  sistem  tenaga  listrik.  Kemudian, dilakukan pengendalian untuk mengatasi gangguan yang dapat menyebabkan  tegangan  turun  atau  naik  [15].  Maka,  pada penelitian ini digunakan variabel frekuensi dan tegangan. Pada bagian kendali, digunakan SFCL tipe bridge yang dikendalikan oleh komparator. Arus diukur untuk melihat kinerja SFCL tipe bridge yang berfungsi sebagai pembatas arus.

## II. METODOLOGI

## A. ALUR RANCANGAN METODE PENGENDALIAN
Sistem kendali yang dirancang adalah kendali stabilitas saat terjadi  gangguan  transien  pada microgrid .  Setelah  sistem kendali  dibuat,  sistem  dapat  menyesuaikan  perubahan amplitudo  arus  yang  terjadi  pada microgrid .  Ketika  terjadi gangguan,  amplitudo  arus  akan  tinggi,  sehingga  diperlukan penahan arus agar arus tidak mengalami lonjakan.
Sensor membaca variabel tegangan ketika terjadi gangguan, sehingga  saat  terjadi  penurunan  atau  kenaikan  di  luar  batas standar  Perusahaan  Listrik  Negara  (PLN),  SFCL  akan  aktif. Selanjutnya,  SFCL  akan  menjadi  penahan  arus  supaya  tidak terjadi lonjakan arus. Skema kendali pembatas arus tipe SFCL yang dirancang mempunyai tahapan sebagai berikut.
Penelitian  dilakukan  dari  perancangan  sistem  sampai analisis economic  feasibility .  Penelitian  dimulai  melalui perancangan  sistem.  Sistem  untuk microgrid dibuat menggunakan  dua  buah  sumber  daya.  Sumber  daya  pertama berasal dari PLTD dan sumber daya kedua berasal dari WT.
Perancangan kendali transien dilakukan untuk memperoleh komponen yang akan digunakan sebagai pengendali tegangan dan  frekuensi.  Setelah  tahapan  perancangan  dilakukan, ditemukan bahwa SFCL dapat digunakan sebagai pengendali. SFCL yang digunakan adalah SFCL tipe bridge .
Selanjutnya,  dilakukan  penambahan  komponen  berupa komparator.  Komparator  berfungsi  untuk  menganalisis  aliran daya  pada  sistem.  Pembacaan  komparator  hanya  dilakukan pada sisi tegangan, sebagai pemicu sakelar yang terdapat pada SFCL.
Tahapan-tahapan  dari  perancangan  yang  telah  dilakukan akan  menghasilkan  stabilitas microgrid .  Setelah  stabilitas diperoleh, dilakukan perhitungan economic feasibility . Namun, jika  stabilitas microgrid belum  tercapai,  perancangan pengendali stabilitas transien akan diulangi kembali.

## B. WIND TURBINE
Komponen yang membentuk WT untuk memperoleh energi angin  terdiri  atas  turbin  dan gearbox .  Penggunaan gearbox dihilangkan  jika  WT  menggunakan  metode  disambung langsung (tanpa gearbox ).
Gambar  1  adalah  model  dari  WT,  sedangkan  persamaan dari WT ditunjukkan pada (1) dan (2).
𝐽 𝑡 𝜔 𝑡 = 𝑇 𝑎 − 𝐾 𝑡 𝜔 𝑡 − 𝑇 𝑔 (1)
𝐽 𝑡 = 𝐽 𝑟 + 𝑛 𝑔 2 𝐽 𝑔 (2a)
Gambar 1. Model WT.
𝐾 𝑡 = 𝐾 𝑟 + 𝑛 𝑔 2 𝐾 𝑔 (2b)
𝑇 𝑔 = 𝑛 𝑔 𝑇 𝑒𝑚 (2c)
dengan 𝐽 𝑡 adalah momen inersia rotor turbin (kg m 2 ); ω t adalah kecepatan  sudut  poros  rendah  (rad  sec -2 ); K t adalah  koefisien redaman  turbin  (Nm  rad -1 sec -1 ),  yang  merepresentasikan resistansi aerodinamis; Kg adalah koefisien redaman generator (Nm  rad -1 sec -1 ),  yang  merepresentasikan  friksi  mekanik; J g adalah  momen  inersia  dari  rotor  generator  (kgm 2 ); T g adalah torsi elektromagnetik; dan T em adalah torsi turbin (Nm).
Persamaan  daya  sistem  mekanik  pada  WT  dapat  dihitung menggunakan (3).
𝑃 𝑤 = 1 2 𝜌𝐴𝑉 𝑤 3 (3)
dengan ρ adalah  densitas  udara  (kg/m 3 ), A adalah  luas  area bilah (m 2 ), dan V adalah rata-rata kecepatan angin (m/s). Luas area bilah pada WT dapat dihitung menggunakan (4).
𝐴 = 𝜋𝑅 2 (4)
dengan R adalah  radius  dari  turbin  (m)  dan π menunjukkan konstanta π .  Energi  yang  dihasilkan  WT  dapat dihitung menggunakan (5).
𝑄 𝑤 = 𝑃 × waktu (5)
dengan 𝑄 𝑤 adalah energi (kWh), P adalah daya (W), dan waktu dinyatakan dalam jam.
WT mengonversi energi angin dengan  memutar generator untuk  memperoleh  arus  listrik.  Pada  penelitian  ini,  generator induksi  digunakan  pada  WT sebagai  penghasil  arus  listrik. Generator induksi memiliki fungsi seperti motor induksi, tetapi cara  kerjanya  berbeda.  Jika  berperan  sebagai  motor  induksi, kecepatan putaran rotor lebih kecil daripada kecepatan putaran sinkron.  Jika  kecepatan  rotor  melebihi  kecepatan  sinkron, motor  induksi  akan  berperan  menjadi  generator  induksi. Generator induksi dan motor induksi bersifat reversibel [16].

## C. SFCL
SFCL adalah  komponen  kendali  untuk  membatasi  arus gangguan pada sistem tenaga listrik yang bertujuan mengikat arus gangguan supaya tidak terjadi jatuh tegangan dan fluktuasi frekuensi pada sistem. Selanjutnya, SFCL akan meminimalkan terjadinya  gangguan  dengan  membatasi  nilai  arus  menjadi lebih kecil dari arus sebelum digunakannya SFCL. Pemilihan SFCL didasari oleh kemampuannya membatasi arus gangguan serta kecepatan dalam memberikan perlindungan selama terjadi gangguan, terutama ketika keadaan transien.
Pada Gambar 2 diperlihatkan bentuk SFCL yang terhubung dengan microgrid melalui port 1 dan port 2. SFCL tipe bridge diletakkan pada masing-masing line . Peletakan mengikuti line R, S, dan  T yang terdapat pada sistem microgrid [17].  SFCL tipe bridge memiliki bagian utama, yaitu dua buah induktor, L1 dan  L2,  sebagai  jalur  yang  akan  dilewati  arus  listrik,  dan memiliki  sakelar.  Sakelar  berfungsi  mengaktifkan  jalur  pada induktor  L2.  Saat  terjadi  gangguan  pada  sistem,  arus  akan mengalir pada induktor L1 saja. Jika tidak ada gangguan yang terjadi,  L1 dan L2 akan dialiri arus semua . Selanjutnya,  jalur pada  induktor  L1,  yang  berperan  sebagai  pembatas  ( limiter ), akan terkoneksi paralel dengan induktor L2.
Gambar 3 menunjukkan bentuk skema kendali SFCL yang berfungsi  untuk  mengendalikan thyristor 1  dan thyristor 2. Keadaan  tanpa  gangguan  akan  mengaktifkan  pemicu  ke
gerbang thyristor 1 dan thyristor 2. Sementara itu, ketika terjadi gangguan, thyristor 1  dan thyristor 2  tidak  aktif . Deteksi gangguan  transien  pada grid ditentukan  oleh  tegangan  pada sistem dengan nominal lebih dari 231 dan kurang dari 198. Jika tegangan  berada  di  luar  batas  yang  telah  ditentukan,  sakelar akan on . Selanjutnya, sinyal akan masuk ke thyristor sebagai sakelar  untuk  melakukan switch-on dan  menghidupkan thyristor , sehingga dapat mengaktifkan limiter untuk menahan gangguan transien yang terjadi.
Arah  arus  pada  saat  terjadi  gangguan  dan  saat  keadaan normal akan berbeda nilainya. Pada saat keadaan normal arus tidak mengalami lonjakan, sedangkan ketika terjadi gangguan arus akan naik secara tiba-tiba dan memiliki nilai yang sangat tinggi.  Lonjakan  arus  tersebut  akan  mengakibatkan  sistem mengalami  gangguan.  SFCL  tipe bridge , dengan  konfigurasi dua  buah  induktor,  dua  buah  diode,  dan  dua  buah thyristor , akan mengarahkan  aliran  arus  sesuai  dengan  keadaan  sistem. Pada  keadaan  normal,  arus  mengalir  pada  kedua  induktor, kedua diode, dan kedua thyristor . Ketika mengalami gangguan, thyristor 1 dan thyristor 2 akan menjadi normally open . Karena thyristor 1 dan thyristor 2 dalam keadaan mati, arus tidak dapat mengalir pada thyristor 1 dan thyristor 2, sehingga arus hanya melewati induktor 1 saja.
Pada  model  analisis  SFCL,  diasumsikan  kumparan  SFCL sebagai induktor padat. Pemodelan dibagi menjadi dua keadaan operasi, yaitu keadaan induktor pada L1 dan induktor L2.
Model  SFCL  yang  digunakan  adalah  SFCL  tipe bridge. Perhitungan  untuk  menentukan  nilai  induktor  pada  SFCL ditunjukkan pada (6).
𝑋 𝐿 = 2𝜋 𝑥 𝑓 𝑥 𝐿 (6)
dengan X L adalah reaktansi induktif (ohm), f adalah frekuensi AC dari sistem kelistrikan (Hz), dan L adalah nilai induktansi koil (H).
Dari nilai L pada (6) tidak diketahui, nilai L dapat dihitung menggunakan (7).
𝐿 = 𝑋 𝐿 2𝜋𝑓 . (7)
Jika  nilai X L pada (7)  juga  tidak  diketahui, X L dihitung menggunakan (8).
Gambar 2. Bentuk SFCL tipe bridge yang terhubung dengan microgrid .
Gambar 3. Bentuk skema kendali SFCL.
𝑋 𝐿 = 𝑉 𝐼 (8)
dengan V adalah tegangan sistem (V) dan I adalah arus nominal gangguan (A).

## D. ECONOMIC FEASIBILITY
Rancangan  yang  telah  dilakukan  dan  disimulasikan  telah memperoleh  stabilitas  sistem,  sehingga  dibutuhkan  analisis perhitungan economic  feasibility .  Analisis  ini  merupakan perhitungan-perhitungan untuk menentukan kelayakan sebuah investasi  yang  dilakukan  dalam  sebuah  rancangan  sistem. Proyek dapat dikatakan layak jika memenuhi beberapa kriteria. Kriteria-kriteria ini diperoleh dengan melakukan analisis yang berupa  kelayakan  investasi.  Terdapat  empat  bagian  yang dianalisis,  yaitu  perhitungan  nilai net  present  value (NPV), profitability index (PI), discounted payback period (DPP), dan internal rate of return (IRR).
Penghitungan  kelayakan  investasi  dengan  menganalisis NPV,  PI,  DPP,  dan  IRR  dapat  dilakukan  jika  nilai-nilai  dari biaya siklus hidup ( life cycle cost , LCC) dan biaya energi ( cost of  energy , COE)  telah  diperoleh.  LCC  dapat  dihitung menggunakan (9).
𝐿𝐶𝐶 = 𝐼𝐼 + 𝑂&𝑀 (9)
dengan LCC adalah biaya siklus hidup, II adalah biaya investasi awal  yang  dikeluarkan,  dan O&M adalah  biaya  operasi  dan perawatan.
Untuk menghitung nilai LCC, terlebih dahulu dicari nilai P . P adalah present value biaya tahunan selama umur proyek. P dihitung menggunakan (10).
𝑃 = 𝐴  [ (1+𝑖) 𝑛 −1 𝑖(1+𝑖) 𝑛 ] (10)
dengan A adalah biaya tahunan, i adalah tingkat diskonto, dan n adalah umur proyek.
Tingkat diskonto  merupakan penerimaan  pada  masa yang akan  datang  didiskonto  ke present  value , sehingga  dapat dibandingkan  dengan  pengeluaran  saat  ini. Nilai  diskonto merujuk  pada  tingkat  suku  bunga  pasar  atau  bank.  Faktor diskonto dapat dihitung menggunakan (11).
𝐷𝐹 = 1 (1+𝑖) 𝑛 (11)
dengan DF adalah faktor diskonto.
Selanjutnya, O&M serta present value dari O&M dihitung berdasarkan  biaya  O&M  dalam  masa  satu  tahun  per  kW. Perhitungan O&M dan O&Mp dapat dilihat pada (12).
𝑂&𝑀𝑝 =  𝑂&𝑀  [ (1+𝑖) 𝑛 𝑖(1+𝑖) 𝑛 ] (12)
dengan O & M adalah biaya operasi dan perawatan dan O & Mp adalah present value dari O & M . Setelah  perhitungan II dan O & Mp dilakukan,  nilai LCC dapat dihitung. Perhitungan selanjutnya, setelah diperoleh nilai LCC , adalah mencari nilai biaya energi COE. Nilai COE dapat dihitung menggunakan (13).
𝐶𝑂𝐸 = 𝐿𝐶𝐶 𝑥 𝐶𝑅𝐹 𝐴 𝑘𝑊ℎ (13)
dengan COE adalah  biaya  energi  dihitung  dalam  rupiah  atau dolar  per  kWh, CRF adalah  faktor  pemulihan  modal,  dan A kWh adalah energi yang dibangkitkan dalam satu tahun. Setelah  nilai LCC dan COE diperoleh,  perhitungan  nilai- nilai kelayakan investasi dapat dilakukan. Nilai NPV, PI, dan DPP dapat dihitung menggunakan (14) hingga (16).
𝑁𝑃𝑉 = ∑ 𝑁𝐹𝐶 𝑡 (1+𝑖) 𝑡 − 𝐼𝐼 𝑛 𝑡=1 (14)
dengan NFC t adalah net cash flow pada periode tahun pertama sampai tahun ke- n , i adalah nilai diskonto, dan n adalah umur investasi n tahun.
𝑃𝐼 = ∑ 𝑁𝐹𝐶 𝑡 (1+𝑖) −𝑡 𝑛 𝑡=1 𝐼𝐼 (15)
0 =   ∑ 𝑋𝑡 (1+𝐼𝑅𝑅) 𝑡 𝑡 𝑡=0 (16)
dengan Xt adalah cashflow pada tahun ke- t .
Perhitungan  menggunakan  persamaan-persamaan  di  atas akan menghasilkan nilai-nilai yang menentukan sebuah proyek dapat  dikatakan  layak  atau  tidak  layak.  NPV  berfungsi menganalisis  seluruh  aliran  keuangan  berdasarkan  faktor diskonto.  Pada  analisis  NPV,  ketika  diperoleh  nilai  negatif, proyek  menjadi  tidak  layak,  sedangkan  jika  nilai  yang diperoleh bernilai positif, proyek akan menjadi layak.
Analisis selanjutnya setelah menghitung nilai NPV adalah menghitung nilai PI. Sebuah proyek akan dikatakan layak jika nilai PI > 1. Sebaliknya, proyek menjadi tidak layak jika nilai PI  <  0.  PI  memiliki  fungsi  untuk  membandingkan  antara keuangan saat ini dengan nilai investasi awal.
Analisis  selanjutnya  adalah  menghitung  nilai  DPP.  Nilai DPP  merujuk  pada  jarak  waktu  proyek ( time  span )  untuk memperoleh keuntungan, yaitu ketika dari nilai investasi awal telah  diperoleh  laba,  sehingga payback keuntungan  telah diperoleh.  Jika  keuntungan  diperoleh  lebih  cepat  daripada keseluruhan  waktu  proyek,  investasi  dapat  dikatakan  layak. Sebaliknya,  jika  keuntungan  yang  diperoleh  melebihi keseluruhan  waktu  proyek,  investasi  dapat  dikatakan  tidak layak.
Analisis  berikutnya  adalah  menghitung  nilai  IRR.  IRR merupakan rujukan level suku bunga yang menghasilkan nilai NPV = 0. Apabila IRR bernilai lebih besar dari investasi awal, proyek dapat dikatakan layak. Sebaliknya, jika IRR lebih kecil dari investasi awal, proyek dapat dikatakan tidak layak.

## III. SIMULASI MICROGRID

## A. PARAMETER
Komponen  yang  digunakan  adalah  dua  buah  generator dengan total daya sebesar 900 kW. Generator satu merupakan generator tiga fase, yang merupakan generator sinkron sebagai pembangkit  utama  berkapasitas  500  kW  yang  terkoneksi dengan bus SC.  Generator  dua  adalah  generator  induksi berkapasitas 400 kW. Tipe generator induksi yang digunakan adalah squirrel-cage  induction  generator (SCIG),  sebagai generator pada pembangkit WT .
Pada sisi beban terdapat dua buah beban dengan total beban sebesar  850  kW.  Beban  satu  sebesar  450  kW  dan  beban  dua sebesar 400 kW. Selanjutnya, terdapat juga SFCL tipe bridge sebagai pengendali gangguan. SFCL tipe bridge ini memiliki komponen  internal  yang  terdiri  atas  diode, thyristor ,  dan induktor.  Nilai  induktor  L1  berbeda  berbeda  dengan  nilai induktor L2. Nilai L1 lebih  besar daripada nilai L2, yaitu L1 sebesar 0,21 mH dan L2 sebesar 0,07 mH.
Pada  sisi  sumber  daya  angin,  diperoleh  data  kecepatan angin  yang  akan  digunakan  sebagai  acuan  untuk  menghitung analisis  dari  sisi  ekonomi.  Data  ini  diambil  dari  Badan  Pusat Statistik Kabupaten Ketapang pada tahun 2019 [18].
Parameter  yang  digunakan  dalam  simulasi  merujuk  pada standar  aturan grid  code PLN.  Nilai  yang  memenuhi  standar stabilitas  dari grid  code terdapat  di  dalam  bagian  penjelasan
connection  code (CC),  yaitu  jika  frekuensi  sistem  dapat beroperasi secara terus-menerus di antara 49 Hz sampai 51 Hz [19].  Sementara  itu,  untuk  standar  acuan  pada  sisi  tegangan, digunakan  Standar  PLN  tahun  1995  dengan  standar  variasi tegangan  220  V  +5%  pada  batas  atas  dan  -10%  pada  batas bawah [20].

## B. SIMULASI MENGGUNAKAN SIMULINK MATLAB
Simulasi sistem dibuat menggunakan Simulink MATLAB. Gambar  4  memperlihatkan  hasil  secara  keseluruhan  simulasi menggunakan Simulink MATLAB. Simulasi dilakukan dengan skenario gangguan ( fault ), yaitu terjadi gangguan pada beban dua.  Skenario  ini  dilakukan  dengan  menjadikan  keadaan gangguan  pada  beban  dua  pada  detik  0,2  sampai  0,7,  dengan simulasi selama satu detik.

## IV. SIMULASI MICROGRID

## A. PEMBAHASAN SIMULASI MENGGUNAKAN SIMULINK MATLAB
Standar tegangan menurut Standar PLN adalah +5% dan - 10% dari 220 V, yaitu 231 V untuk batas atas dan 198 V untuk batas  bawah.  Rentang  antara  198  V  sampai  231  V  adalah standar dari PLN agar sistem masih dapat dikategorikan layak untuk beroperasi.
Simulasi pada microgrid menggunakan skenario pengujian yaitu  gangguan  terjadi  pada  beban  dua.  Skenario  ini  terjadi pada detik 0,2 sampai 0,7 dengan simulasi selama satu detik.
Ketika  SFCL  tipe bridge tidak  digunakan  saat  gangguan terjadi,  gangguan  mengakibatkan  penurunan  tegangan. Tegangan  turun  sangat  jauh  di  bawah  standar  kestabilan. Penurunan  tegangan  terendah  adalah  2,5  V  dan  sistem  tidak dapat  mengendalikan  gangguan  yang  terjadi  karena  tegangan terlalu rendah. Tegangan ketika terjadi gangguan tanpa SFCL tipe bridge ditunjukkan pada Gambar 5.
Ketika SFCL tipe bridge digunakan saat terjadi gangguan, tegangan pada sistem microgrid tetap stabil. Tegangan berada
pada  rentang  standar  kestabilan  yang  diperbolehkan  ketika beroperasi. Penurunan tegangan tidak terjadi karena tegangan ketika gangguan adalah 207 V dan sistem dapat mengendalikan gangguan  yang  terjadi.  Gambar  6  memperlihatkan  tegangan ketika terjadi gangguan saat digunakannya SFCL tipe bridge . Ketika  SFCL  tipe bridge tidak  digunakan  saat  terjadi gangguan, akan  terjadi  kenaikan  arus.  Arus  melonjak  naik sangat  tinggi,  sehingga  dapat  mengakibatkan  terganggunya stabilitas.  Kenaikan  arus  tertinggi  adalah  30  kA  dan  sistem tidak dapat mengendalikan gangguan yang terjadi karena arus terlalu  tinggi.  Arus  ketika  terjadi  gangguan  tanpa  SFCL  tipe bridge ditunjukkan pada Gambar 7.
Ketika SFCL tipe bridge digunakan saat terjadi gangguan, arus yang mengalir pada sistem microgrid dibatasi. Pembatasan arus mengakibatkan tidak terjadinya lonjakan arus yang sangat tinggi saat terjadi gangguan. Arus dapat dibatasi dengan sangat signifikan,  dengan  nilai  tertinggi  adalah  1,1  kA  dan  sistem dapat  dikendalikan  karena  arus  telah  dibatasi,  sehingga  tidak terjadi  penurunan  tegangan.  Gambar  8  memperlihatkan  arus ketika terjadi gangguan dengan SFCL tipe bridge .
Gambar 4. Simulasi Simulink MATLAB dari model yang diusulkan.
Gambar 5. Tegangan ketika gangguan terjadi tanpa SFCL tipe bridge .
Gambar 6. Tegangan ketika gangguan terjadi dengan SFCL tipe bridge .

## ID-148
Ketika  SFCL  tipe bridge tidak  digunakan  saat  terjadi gangguan, frekuensi menjadi berfluktuasi. Fluktuasi frekuensi tidak  berada  di  luar  standar  yang  diperbolehkan  karena  nilai terendah  adalah  49,7  Hz  dan  nilai  tertinggi  adalah  50,2  Hz. Frekuensi  ketika  terjadi  gangguan  tanpa  SFCL  tipe bridge ditunjukkan pada Gambar 9.
Ketika SFCL tipe bridge digunakan saat terjadi gangguan, frekuensi juga menjadi berfluktuasi. Fluktuasi frekuensi tidak berada di luar standar yang diperbolehkan karena nilai terendah adalah  49,9  Hz  dan  nilai  tertinggi  adalah  50,1  Hz.  Frekuensi ketika terjadi gangguan tanpa SFCL tipe bridge diperlihatkan pada Gambar 10.

## B. PEMBAHASAN ECONOMIC FEASIBILITY
Pada penelitian ini, economic feasibility digunakan sebagai tolok  ukur  sebuah  proyek.  Analisis  kelayakan  diuji  setelah semua  perhitungan  dilakukan.  Perhitungan  dimulai  dari  nilai LCC,  O&M,  O&Mp,  COE,  NPV,  PI,  DPP,  dan  IRR.  Semua bagian  tersebut  menjelaskan  hasil  dari  sebuah  proyek dikategorikan  layak  atau  tidak.  Berikut  ini  adalah  hasil  yang diperoleh dari perhitungan yang telah dilakukan. Pada Tabel I terdapat delapan jenis analisis yang diperoleh dari perhitungan analisis  kelayakan  investasi  dan  data  angin  dari  Kabupaten Ketapang  pada  tahun  2019  [18].  Selanjutnya,  Gambar  10 menunjukkan hasil secara keseluruhan simulasi menggunakan Simulink MATLAB.
Data  angin  digunakan  untuk  memperoleh  kecepatan  rata- rata angin dalam rentang periode selama satu tahun. Dari rata- rata  kecepatan  angin  dalam  rentang  satu  tahun  tersebut, dilakukan perhitungan daya yang dapat dihasilkan oleh WT . Perhitungan  pertama  adalah  LCC.  Diperoleh  nilai  LCC sebesar  US$4.879.341,  yang  didapatkan  dari  penjumlahan antara nilai investasi awal dan biaya operasi serta perawatan. Nilai O&M diperoleh dari perhitungan nilai biaya operasi dan perawatan,  dengan  nilai  US$463.006.  Nilai  O&Mp  diperoleh dari  perhitungan  O&M  dengan  lama  proyek  yang  akan dijalankan, sehingga diperoleh nilai US$ 3.941.834. Lalu, nilai COE  diperoleh  dari  biaya  siklus  dikalikan  faktor  pemulihan modal  dibagi  energi  (dalam  kWh)  yang  dihasilkan  oleh pembangkit.
Perhitungan analisis kelayakan investasi selanjutnya adalah menghitung  nilai  NPV.  Nilai  NPV  diperoleh  dari  jumlah keuntungan  dikurangi  jumlah  investasi,  yaitu  sebesar US$ 6.865.405.  Nilai  NPV  yang  diperoleh  tersebut  memiliki nilai  positif,  sehingga  proyek  dapat  dikatakan  layak.  Nilai  PI merupakan nilai indeks keuntungan, yaitu sebesar 2,4. Tampak bahwa  nilai  PI  >  1,  sehingga  proyek  dapat  dikatakan  layak.
Selanjutnya,  nilai  DPP  merupakan  rentang  waktu  yang dibutuhkan untuk mengembalikan modal. Diperoleh nilai DPP sebesar empat tahun pengembalian modal. Nilai DPP sebesar empat  tahun  tersebut  merupakan  indikator  bahwa  kelayakan terpenuhi dari sisi DPP.
Nilai  IRR  merupakan  nilai  untuk  mengetahui  persentase keuntungan  yang  diperoleh  selama  rentang  waktu  proyek dengan  perolehan  nilai  sebesar  28,59%.  Nilai  tersebut  lebih besar dari 10%, sehingga proyek dapat dikatakan layak.

## V. KESIMPULAN
Pada penelitian ini, tegangan dan frekuensi menjadi standar kestabilan  pada  simulasi  yang  dilakukan.  Tegangan  dan frekuensi  pada  sistem  dapat  dikendalikan  dengan  baik  ketika SFCL tipe bridge digunakan, dengan berpedoman pada standar CC  dan  Standar  PLN.  Skenario  yang  dilakukan  adalah terjadinya  gangguan  pada  beban  dua.  Skenario  yang  telah dibuat dengan menggunakan SFCL tipe bridge terbukti dapat mengatasi gangguan transien yang terjadi dan memungkinkan tegangan maupun frekuensi tidak keluar dari standar kelayakan operasi.  Oleh  karena  itu,  penggunaan  SFCL  tipe bridge ini dapat mengendalikan gangguan transien pada sistem microgrid dengan baik. Kemudian, arus gangguan dapat ditahan dengan signifikan, terutama saat terjadi gangguan.
Di  sisi  lain,  dilakukan  perhitungan  untuk  mengetahui kelayakan proyek dari sisi ekonomi ketika menggunakan SFCL. Kelayakan dihitung dari nilai LCC, O&M, O&Mp, COE, NPV, PI,  DPP,  dan  IRR.  Dari  nilai-nilai  yang  diperoleh,  dapat dinyatakan bahwa proyek memiliki kualifikasi layak.
Kelayakan  dari  sisi  ekonomi  telah  diperoleh,  sehingga dapat  disimpulkan  bahwa  penggunaan  SFCL  tipe bridge ini menguntungkan  dari  sisi  ekonomi.  Selain  itu,  keuntungan
Gambar 7. Arus ketika gangguan terjadi tanpa SFCL tipe bridge . Gambar 8. Arus ketika gangguan terjadi dengan SFCL tipe bridge . Gambar 9. Frekuensi ketika gangguan terjadi tanpa SFCL tipe bridge .
Gambar 10. Frekuensi ketika gangguan terjadi dengan SFCL tipe bridge .
T ABEL I A NALISIS I NVESTMENT F EASIBILITY DAN D ATA A NGIN W ILAYAH K ETAPANG T AHUN 2019 Parameter Nilai LCC (US$) 4.879.341 O&M (US$) 463.006 O&Mp (US$) 3.941.834 COE (US$/kWh) 0,078 NPV(US$) 6.865.405 PI 2,4 DPP (tahun) 4 IRR (%) 28,59 Rata-rata kecepatan angin (m/s) 8,5
lainnya  adalah  adanya  stabilitas  pada  sistem  karena penggunaan SFCL tipe bridge . Sisi ekonomi akan terpengaruh jika terjadi gangguan karena tidak diperolehnya kestabilan dan akan  terjadi  kehilangan  pendapatan  ( losses ),  baik  dari  sisi pembangkit  maupun  daya  listrik  yang  disalurkan.  Akibatya, pendapatan  berkurang  dan  terjadi  penurunan  nilai  pada  sisi kelayakan.

## KONFLIK KEPENTINGAN
Tim  penulis  menyatakan  bahwa  artikel  yang  berjudul “Pemanfaatan  SFCL  Tipe Bridge untuk  Meningkatkan Stabilitas  Transien Microgrid dan Economic  Feasibility ”  ini ditulis dengan bebas dari konflik kepentingan.

## KONTRIBUSI PENULIS
Konseptualisasi, Roy Bayu Negara dan Fransisco Danang Wijaya;  metodologi,  Roy  Bayu  Negara,  Fransisco  Danang Wijaya, dan Lesnanto Multa Putranto; penulisan—peninjauan dan  penyuntingan,  Roy  Bayu  Negara  dan  Mohd.  Brado Frasetyo;  persiapan  penulisan—penyusunan  draf  asli,  Roy Bayu  Negara;  penulisan—penyusunan  draf  asli,  Roy  Bayu Negara,  Fransisco  Danang  Wijaya,  Lesnanto  Multa  Putranto, dan Mohd. Brado Frasetyo; perangkat lunak, Roy Bayu Negara, Fransisco Danang Wijaya, Lesnanto Multa Putranto, dan Mohd. Brado Frasetyo.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kepada  Fransisco  Danang  Wijaya,  Lesnanto Multa Putranto, dan Mohd. Brado Frasetyo atas kontribusi dan bimbingannya dalam proses penelitian ini sehingga penelitian berjalan dengan baik. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Departemen Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, Universitas Gadjah Mada.

## REFERENSI
[1]  “Diseminasi RUPTL 2021-2030,” PT PLN (Persero), 2021.
[2]  Y. Sawle, S.C. Gupta, dan A.K. Bohre, “Review of  Hybrid Renewable Energy Systems with Comparative Analysis of Off-Grid Hybrid System,” Renew., Sustain. Energy Rev. , Vol. 81, hal. 2217–2235, Jan. 2018, doi: 10.1016/j.rser.2017.06.03
[3]  “Rencana Usaha Penyediaan Tenaga Listrik (RUPTL) PT PLN (Persero) 2021-2030,” PT. PLN (Persero), 2021.
[4]  Y.A. Medvedkina dan A.V. Khodochenko, “Renewable Energy and Their Impact  on  Environmental  Pollution  in  the  Context  of  Globalization,” 2020 Int. Multi-Conf. Ind. Eng., Modern Technol., (FarEastCon) , 2020, hal. 1–4, doi: 10.1109/FarEastCon50210.2020.9271508.
[5]  M. Ahmed, L. Meegahapola, A. Vahidnia, dan M. Datta, “Stability and Control Aspects of Microgrid Architectures-A Comprehensive Review,” IEEE  Access ,  Vol.  8,  hal.  144730–144766,  Agu.  2020,  doi: 10.1109/ACCESS.2020.3014977.
[6]  L.  Sun,  X.  Zhao,  dan  Y.  Lv,  “Stability  Analysis  and  Performance Improvement of Power Sharing Control in Islanded Microgrids,” IEEE Trans.  Smart  Grid ,  Vol.  13,  No.  6,  hal.  4665-4676,  Nov.  2022,  doi: 10.1109/TSG.2022.3178593.
[7]  L.  Chen  dkk.,  “Application  of  a  Resistive  Type  Superconducting  Fault Current Limiter for a DC Microgrid System,” 2018 IEEE Int. Conf. Appl. Supercond.,  Electromagn.  Devices  (ASEMD) ,  2018,  hal.  1–2,  doi: 10.1109/ASEMD.2018.8558931.
[8]  M.S. Alam dkk., “An Efficient Protection and Control Schemes for IBDG System with Resistive Superconducting Current Limiter,” 2021 5th Int. Conf. Elect. Eng., Inf. Commun. Technol. (ICEEICT) , 2021, hal. 1-5, doi: 10.1109/ICEEICT53905.2021.9667917.
[9]  M.S. Alam dkk., “An Efficient Adjustable Duty Control Based Current Limiter for Grid-Connected Solar PV System,” 2021 5th Int. Conf. Elect. Eng.,  Inf.  Commun.  Technol.  (ICEEICT) ,  2021,  hal.  1-5,  doi: 10.1109/ICEEICT53905.2021.9667899.
[10]  L.  Chen  dkk. . ,  “Application  and  Design  of  a  Resistive-Type Superconducting Fault Current Limiter for Efficient Protection of a DC Microgrid,” IEEE Trans. Appl. Supercond. , Vol. 29, No. 2, hal. 1-7, Mar. 2019, doi: 10.1109/TASC.2018.2882228.
[11]  M. Chewale dkk., “A Comprehensive Review on Fault Current Limiter for  Power  Network,” 2019  Int.  Conf.  Recent  Adv.  Energy-Efficient
Comput., Commun. (ICRAECC) , 2019, hal. 1-7, doi:
10.1109/ICRAECC43874.2019.8995098.
[12]  I.K.  Okakwu,  P.E.  Orukpe,  dan  E.A.  Ogujor,  “Application  of Superconducting  Fault  Current  Limiter  (SFCL)  in  Power  Systems:  A Review,” Eur. J. Eng. Res., Sci. , Vol. 3, No. 7, hal. 28-32, Jul. 2018, doi: 10.24018/ejeng.2018.3.7.799.
[13]  J.  Xu,  X.  Cao,  dan  Z.  Hao,  “A  Droop  Control  Strategy  Based  on Synchronous  Rectifier  to  Modulate  the  Frequency  and  Voltage  in  AC Microgrid,” 2019 22nd Int. Conf. Elect. Mach., Syst. (ICEMS) , 2019, hal. 1-5, doi: 10.1109/ICEMS.2019.8921702.
[14]  S. Ullah, L. Khan, I. Sami, dan J.-S. Ro, “Voltage/Frequency Regulation with Optimal Load Dispatch in Microgrids Using SMC Based Distributed Cooperative  Control,” IEEE  Access ,  Vol.  10,  hal.  64873–64889,  Jun. 2022, doi: 0.1109/ACCESS.2022.3183635.
[15]  R.  Tan,  Y.  Wang,  dan  S.  Zhang,  “Coordination  Scheme  of  SFCL  and SMES  in  the  DC  Microgrid  for  Fault  Current  Limiting  and  Voltage Stability,” 2020 IEEE Int. Conf. Appl. Supercond., Electromagn. Devices (ASEMD) , 2020, hal. 1–2, doi: 10.1109/ASEMD49065.2020.9276114.
[16]  I. Boldea, “Electric Generators and Motors: An Overview,” CES Trans. Elect.  Mach.  Syst. ,  Vol.  1,  No.  1,  hal.  3–14,  Mar.  2017,  doi: 10.23919/TEMS.2017.7911104.
[17]  M.  Satish  dan  H.S.  Veena,  “Transient  Stability  Enhancement  of  a Microgrid Consisting of Solar PV and DFIG Based Wind Turbine System Using Bridge Type SFCL,” 2020 Int. Conf. Smart Technol. Comput. Elect.
Electron. (ICSTCEE) , 2020 hal. 408–411, doi: 10.1109/ICSTCEE49637.2020.9277174.
[18]  Badan Pusat Statistik Kabupaten Ketapang, “Rata-Rata Kecepatan Angin Kabupaten Ketapang (Knot), 2018-2019,” 2020, [Online], https://ketapangkab.bps.go.id/indicator/151/123/1/rata-rata-kecepatan- angin-kabupaten-ketapang.html
[19]  “Aturan Jaringan Sistem Tenaga Listrik (Grid Code),” Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia, No. 2, 2020..
[20]  “Standar-Standar Tegangan,” PT PLN (Persero), 1995.