Industri Inovatif - Jurnal Teknik Industri ITN Malang, 29 September 2018 Integrasi Distributed Generation (DG) Pada Sistem Distribusi 20 KV Taufik| Lauhil| Rachmadi

## INTEGRASI DISTRIBUTED GENERATION ( DG ) PADA SISTEM DISTRIBUSI 20 KV SEBAGAI UPAYA MENGURANGI LOSSES DAN MENINGKATKAN PROFIL TEGANGAN
Taufik Hidayat 1)* , Lauhil Mahfudz Hayusman 2) , Rachmadi Setiawan 3)
1),2) Program Studi Teknologi Listrik DIII, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Nasional Malang
3) Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Nasional Malang
Abstrak, Pengembangan  pembangkit  tersebar  atau  yang  dikenal  dengan  istilah Distributed  Generation ( DG ) diarahkan  untuk  memenuhi  pertumbuhan  beban  yang  jauh  dari  pusat  pembangkit  konvensional,  dan  untuk wilayah  tertentu  diutamakan  untuk  memenuhi  kekurangan  pasokan  tenaga  listrik.  Pemanfaatan  sumber  energi setempat  khususnya  energi  baru  terbarukan  sangat  dibutuhkan  untuk  mendukung  program  pemerintah  dalam mengurangi penggunaan sumber energi fosil. Energi baru terbarukan merupakan energi yang ramah lingkungan, berkelanjutan,  ekonomis  dan  mudah  diimplementasikan. DG merupakan  unit  pembangkit  skala  kecil  yang terhubung  dengan  sistem  distribusi,  dapat  langsung  diinjeksikan  dekat  dengan  pusat  beban  sehingga  dapat meningkatkan  profil  tegangan  sistem  dengan  mengurangi  rugi-rugi  daya.  Penelitian  ini  membahas  pemodelan DG (PLTMH dan PLTS) yang akan diinjeksikan ke bus-bus yang kritis yang memiliki nilai tegangan dibawah standar  operasi  jaringan.  Analisis  dilakukan  dengan  4  kondisi  pengujian  yaitu  kondisi  awal  sistem,  kondisi injeksi  PLTMH  Seloliman,  kondisi  Injeksi  PLTS,  kondisi  injeksi  PLTMH  dan  PLTS  secara  bersamaan.  Hasil yang diperoleh menunjukan kondisi yang optimal pada saat PLTMH Seloliman dan PLTS di injeksikan, dimana dapat meningkatkan nilai tegangan pada bus-bus beban yang kritis jaringan dilevel standar nilai tegangan operasi yaitu 20 kV.
Kata Kunci: Distributed Generation ( DG ), profil tegangan, rugi-rugi daya, energi baru terbarukan .

## PENDAHULUAN
Setiap  tahun  kebutuhan  energi  listrik  terus meningkat  seiring  dengan  meningkatnya jumlah  penduduk.  Kebutuhan  energi  listrik mutlak  harus  dipenuhi  oleh  penyedia  tenaga listrik, akan tetapi sumber energi listrik utama di  Indonesia  masih  mengandalkan  sumber energi  fosil.  Hal  tersebut  memunculkan masalah,  karena  kesediaan  cadangan  energi fosil sangat terbatas.
Menurut  Menteri  Energi  dan  Sumber Daya Mineral Republik Indonesia tahun 2016 tentang pengesahan RUPTL-PLN menyatakan bahwa  sampai  dengan  tahun  2015  kapasitas terpasang pembangkit PLN dan IPP (Independen  Power  producer)  di  Indonesia adalah  48.065  MW  yang  terdiri  dari  33.824 MW  di  sistem  Jawa-Bali  dan  10.091  MW  di sistem kelistrikan wilayah Sumatra dan 4.150 MW  di  Indonesia  Timur.  Rasio  elektrifitas nasional  mencapai  75,83%  [4].  Akan  tetapi berdasarkan  wilayahnya,  indonesia  bagian timur  masih  di  bawah  60%  bahkan  di  Papua rasio elektrifitas 35,89%. Masih kecilnya rasio elektrifitas tersebut salah satu faktor penyebabnya adalah keterbatasan kemampuan
pembangkit PLN dan letak geografis sebagian wilayah indonesia yang terpencil [3].
Pengembangan  sumber  energi  matahari dan  beberapa  sumber  energi  terbarukan  di Indonesia  saat  ini  hanya  diaplikasikan  pada kebutuhan lokal ( stand alone ).  Pemanfaatan  energi  terbarukan  di dunia  saat  ini  dikembangkan  pada  sistem pembangkitan tersebar pada jaringan distribusi  atau  lebih  dikenal  dengan  istilah Distributed Generations ( DG ) [1]. Sistem DG adalah pembangkitan tersebar yang terhubung langsung  ke  jaringan  distribusi  pada  sisi pelanggan. Penerapan Photovoltaic menggunakan  sistem DG menjadi  sebuah harapan besar Indonesia untuk
memaksimalkan  pasokan  listrik,  mengurangi penggunaan  konsumsi  solar,  dan  peningkatan kualitas daya listrik [2].
Peneltian ini membahas mengenai pengaruh  integrasi DG pada  sistem  distribusi 20  kV  penyulang  Jolotundo  Mojokerto dengan pembebanan maksimal. Analisis aliran daya  menggunakan  metode  newton  raphson dengan 4 kondisi pengujian yaitu kondisi awal sistem,  kondisi  injeksi  PLTMH  Seloliman,
Industri Inovatif - Jurnal Teknik Industri ITN Malang, 29 September 2018 Integrasi Distributed Generation (DG) Pada Sistem Distribusi 20 KV Taufik| Lauhil| Rachmadi
kondisi  injeksi  PLTS,  kondisi  PLTMH Seloliman dan PLTS secara bersamaan.

## Analisis Aliran Daya
Masalah  aliran  daya  dapat  diselesaikan dengan metode Newton-Raphson
menggunakan  sejumlah  persamaan  nonliniear untuk  menyatakan  daya  aktif  dan  reaktif. Dalam  motede  ini  persamaan  aliran  daya dirumuskan  dalam  bentuk  polar.  Persamaan daya pada suatu bus i dapat ditulis [6]:
   n j j ij i V Y
I 1 ......................................... (1)
Persamaan di atas bila ditulis dalam bentuk polar adalah:
j ij j n j ij i V Y I        1 ............. (2)
Daya kompleks pada bus i adalah:
i i i i I V jQ P *   ........................................ (3)
Subsitusi  dari  Persamaan  (2)  untuk i I ke dalam Persamaan (3) menghasilkan:
j ij j n j ij i i i i V Y V jQ P            1 .. (4)
Pisahkan bagian real dan imajiner:   j i ij ij j n j i i Y V V
P         cos 1 ......... (5)   j i ij ij j n j i i Y V V Q          sin 1 .......(6)
Persamaan (5) dan (6) membentuk persamaan aljabar  nonlinier  dengan  variabel  sendiri. Besarnya  setiap  variabel  dinyatakan  dalam satuan  per  unit  dan  untuk  sudut  fasa dinyatakan  dalam  satuan  radian.  Persamaan (5)  dan  (6)  dikembangkan  dari  deret Taylor seperti persamaan di bawah ini.
[ ] = [ | | | | |  | |  | |  | |  | |  | |  | ] [ | | | |] ........
.............................................................. (7)
Matrik Jacobian memberikan  perbandingan linear  antara  perubahan  pada  sudut  tegangan   k i   dan besarnya tegangan   k i V  dengan
sedikit    perubahan  pada  daya  aktif     k i
P  dan  daya  reaktif     k i Q  .  Dalam  bentuk singkat dapat ditulis seperti berikut:
                       V J J J J Q P  4 3 2 1 .........................(8) Banyaknya  elemen  matrik jacobian dari Persamaan (8) ditentukan dengan     m n x m n     2 2 2 2 dengan n adalah banyaknya  bus  pada    sistem,  sedangkan m adalah  banyaknya voltage-controlled  buses pada sistem. 1 J diperoleh dari     1 1   n x n , 2 J diperoleh  dari     m n x n    1 1 , 3 J
diperoleh  dari     1 1    n x m n dan 4 J
diperoleh dari     m n x m n     1 1 .
Elemen  diagonal  dan  diagonal  luar  untuk 1 J
adalah:
Untuk 1  j   j i ij ij j j i i i Y V V P            sin 1 ........ (9)   j i ij ij j i j i Y V V P        
  sin ........ (10) Elemen diagonal dan diagonal luar untuk 2 J adalah: Untuk 1  j
Integrasi Distributed Generation (DG) Pada Sistem Distribusi 20 KV Taufik| Lauhil| Rachmadi
.................................................................. (11)
  j i ij ij i j i Y V V P      
  cos ............... (12)
Elemen  diagonal  dan  diagonal  luar  untuk 3 J
adalah:
Untuk 1  j   j i ij ij j j i i i Y V V Q            cos 1 ...... (13)   j i ij ij j i j i Y V V Q           cos ........ (14)
Elemen diagonal dan diagonal luar untuk 4 J
adalah:
Untuk 1  j
  j i ij ij j j ii ii i i i Y V Y V V Q              sin sin 2 1 .................................................................. (15)
  j i ij ij i j i Y V V Q          sin
.................................................................. (16) Harga  dari dan berbeda  antara
yang  terjadwal  dengan  nilai  perhitungan,  dan ini disebut dengan sisa daya ( power residual ) yang diberikan dengan persamaan:
…………………… (17)
…………………… (18)
Perhitungan baru untuk sudut fasa dan tegangan bus adalah:       k i k i k i        1
............................. (19)       k i k i k i V V
V     1 .......................... (20)
Keterangan:
| | =  Nilai magnitude tegangan baru.
| | =  Nilai magnitude tegangan lama.
| | =  Nilai koreksi tegangan.
=  sudut fasa tegangan baru.
=  Sudut fasa tegangan lama.
=  Nilai koreksi sudut fasa tegangan. Prosedur penyelesaian proses iterasi akan berhenti jika nilai konvergen ( ) sudah terpenuhi:
………………………………. (21) ……………………………….  (22)

## METODE
Penelitian  ini  dimulai  dengan  studi literatur,  jurnal-jurnal  yang  relevan  dengan topik penelitian yang dibahas dan terbaru (± 5 Tahun  terkahir).  Melakukan  pengumpulan data  lapangan  penyulang  Jolotundo  20  kV UPJ  Pacet  Mojokerto,  meliputi:  data  digram segaris penyulang jolotundo; data transformator:  kapasitas  travo  (kVA),  rasio tegangan  trafo  (kV),  impedansi  trafo;  Data kabel:  jenis  kabel,  luas  penampang  kabel (mm2), panjang kabel (km), impedansi kabel; data beban: waktu beban puncak (WBP), luar waktu  beban  puncak  (LWBP),  data  profil tegangan  (Volt)  dan  rugi-rugi  daya  ( Plosses dan Qlosses )  penyulang  Jolotundo.  Data PLTMH  Seloliman,  meliputi  data  Generator: kapasitas  daya  (kW),  eksiter  dan  governor; data  transformator:  kapasitas  travo  (kVA), rasio  tegangan  trafo  (kV),  impedansi  trafo. Selanjutnya  dilakukan  pemodelan  penyulang Jolotundo sebelum injeksi PLTMH Seloliman, melakukan  analisis  aliran  daya  menggunakan metode newton  raphson pada  saat  pembeban maksimum.  Apabila  hasil analisis  aliran  daya menunjukan terjadinya rugi-rugi daya ( Plosses dan Qlosses )  dan  profil  tegangan diluar  batas  yang  diperbolehkan  yaitu  +5%,  - 10%  (Permen  ESDM  2003)  maka  dilakukan integrasi  DG-1  (PLTM  Seloliman).  Injeksi PLTMH seloliman berdasarkan kondisi lapangan,  sedangkan  injeksi Photovoltaic ( PV )  berdasarkan  hasil  analisis  aliran  daya sebelum  dan  sesudah  injeksi  DG-1  (PLTMH Seloliman)  dengan  mencari  bus-bus  yang mengalami  rugi-rugi  daya  dan  penurunan tegangan  terbesar.  Melakukan  analisis  hasil program, sebelum dan sesudah injeksi DG
          1 cos cos 2 j j i ij ij j ii ij i i i Y V Y V V P    
Industri Inovatif - Jurnal Teknik Industri ITN Malang, 29 September 2018 Integrasi Distributed Generation (DG) Pada Sistem Distribusi 20 KV Taufik| Lauhil| Rachmadi
Mulai Pemodelan sistem (Penyulang Sebelum Injeksi DG) Pengumpulan Data Lapangan: Data Single Line diagram Data Pembangkit (EBT) Data Transformator Data Saluran Data Beban Input Data Studi Aliran Daya Metode Newton Raphson dengan kondisi pembebanan:pembeban maksimum P losses ? V sistem < -10% ? Analisis Hasil Tidak Ya Selesai Kesimpulan Hasil Studi Aliran Daya Injeksi DG-2 (Photovoltaic/PV) Injeksi DG -1 (PLTMH) Hasil Studi Aliran Daya Susudah Injeksi DG-2 Hasil Studi Aliran Daya Sesudah Injeksi DG-1 Lokasi bus yang kritis dan rugi daya nyata terbesar P losses ? V sistem < -10% ? Tidak Ya Perbandingan Hasil Aliran Daya Sebelum dan Sesudah Injeksi (DG-1 & DG-2)

## Gambar 1. Alur penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Nilai  Tegangan  dan  Rugi-Rugi  Daya Kondisi Awal Sistem
Hasil  analisis  aliran  daya  pada  kondisi awal  sistem  menunjukan  terjadi  penurunan tegangan di semua bus pada penyulang seperti yang terlihat pada Gambar 2.

## Gambar 2. Grafik nilai tegangan bus kondisi awal sistem
Bus  yang  mengalami  penurunan  nilai tegangan  tertinggi  terjadi  pada  bus  112  yaitu sebesar  17,73  kV  atau  11,36  %.  Penurunan tegangan  terjadi  diatas                    -10%  dari tegangan nominal 20 kV. Rugi-rugi daya aktif pada kondisi awal terjadi sebesar 848 kW.

## B. Nilai  Tegangan  dan  Rugi-Rugi  Daya
Setelah  Injeksi  DG  (PLTMH  Seloliman  & PLTS)
Hasil  analisis  aliran  daya  setelah  injeksi DG-1  dan  DG-2  (PLTMH  Seloliman  dan PLTS)  menunjukan  perubahan  pola  aliran daya  dan  memberikan  kontribusi  positif terhadap  peningkatan  nilai  tegangan  bus  dan penurunan rugi-rugi daya pada penyulang.
Gambar 2.   Grafik  perbandingan  nilai  tegangan bus  kondisi  awal  sistem  dan  setelah injeksi DG
Gambar 2 memperlihatkan nilai tegangan bus setelah injeksi DG. Pada saat injeksi DG- 1 (PLTMH Seloliman) bus yang mengalami
Industri Inovatif - Jurnal Teknik Industri ITN Malang, 29 September 2018 Integrasi Distributed Generation (DG) Pada Sistem Distribusi 20 KV Taufik| Lauhil| Rachmadi
Tabel 1. Perbandingan  total  rugi-rugi daya kondisi awal dan injeksi DG
penurunan tegangan tertinggi terjadi pada bus 108 yaitu sebesar    V =18,01 kV atau 9,95 %.
Pada saat injeksi DG-2 (PLTS) bus yang mengalami penurunan nilai tegangan tertinggi terjadi  pada  bus  76  yaitu  sebesar  V  =  18,33 kV  atau  8,35  %.  Pada  saat  injeksi  DG-1  & DG-2  bus  yang  mengalami  penurunan  nilai tegangan  tertinggi  terjadi  pada  bus  31  yaitu sebesar  V = 19,29 kV atau 3,55%.
Hasil analisis aliran daya untuk 4 kondisi pengujian sistem diperoleh nilai perbandingan total  rugi-rugi  daya  seperti  yang  terlihat  pada Tabel 1.
Dari  perbandingan  total  rugi-rugi  daya  4 kondisi  pengujian  sistem  diperoleh  nilai prosentase  rugi-rugi  daya  ( losses )  terkecil pada  saat  injeksi  PLTMH  Seloliman  dan PLTS (DG-1  &  DG-2)  yaitu  sebesar  537  kW atau 9,5%.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Dari hasil analisis dapat diambil kesimpulan yaitu;
1. Hasil analisis aliran daya sebelum injeksi DG , beberapa bus mengalami penurunan tegangan dibawah standar operasi jaringan yaitu -10%. Bus yang mengalami  penurunan  paling  tinggi terjadi  pada  bus  112  yaitu  sebesar  11,36
%.
2. Hasil analisis aliran daya sesudah injeksi
DG memberikan pengaruh yang signifikan, yaitu dapat mengurangi terjadinya rugi-rugi daya listrik dan dapat meningkatkan  nilai  tegangan  pada  sisi beban  di  level  standar  nilai  tegangan yang ditetapkan yaitu 20 kV

## DAFTAR PUSTAKA
Ackermann,  T,  Andersson,  G  dan  Soder,  L. 2001. Distributed generation: a definition. Elsevier,  Electric  Power Systems  Research,  no.  57,  Page(s)  .195- 204.
Buayai, K.. Wartana, I. M., Sreedharan, S., & Ongsakul,  W,  2011,  A  Multi-objective Optimal  Placement  of  Multi-Type  DG for  Enhancement  of  Power  System Performance  by  NSGA-II. GMSARN International Journal, 5 (2), 97-104.
Kementrian  ESDM  Nomor  5889.  2016. Pengesahan  Rencana  Usaha  Penyediaan Tenaga  Listrik-PLN  Tahun  2016  sampai dengan 2025.
K-ESDM.  2013.  Kajian  Supply  Demand Energy.  Pusat  Data  dan  Teknologi Informasi  Energi  dan  Sumber  Daya Mineral.
Lopes,  Pecas.  JA  dkk.  2007. Integrating distributed generation into electric power  systems:A  review  of  drivers, challenges  and  opportunities .  Elsevier,
Electric Power Systems Research, no. 77,
Page.1189-1203.
Saadat,  H.  1999. Power  System  Analysis , McGraw-Hill, Inc. USA. Hasil aliran daya dan losses Kondisi Pengujian Sistem Kondis i Awal Injeksi DG-1 Injeksi DG-2 Injeksi DG-1 & DG-2 Total Pembangkitan Daya aktif (kW) 5094 5189 5574 5658 Daya reaktif (kVAR) 3172 3174 3240 3314 Total Pembebanan Daya aktif (kW) 4246 4464 4949 5121 Daya reaktif (kVAR) 2987 2993 3093 3182 Total losses Daya aktif (kW) 848 725 625 537 Data reaktif (kVAR) 185 181 147 132 Prosentase losses Daya aktif (%) 16,6 13,9 11,2 9,5 Daya reaktif (%) 5,8 5,7 4,5 3,9 Hasil aliran daya dan losses Kondisi Pengujian Sistem Kondis i Awal Injeksi DG-1 Injeksi DG-2 Injeksi DG-1 & DG-2 Total Pembangkitan Daya aktif (kW) 5094 5189 5574 5658 Daya reaktif (kVAR) 3172 3174 3240 3314 Total Pembebanan Daya aktif (kW) 4246 4464 4949 5121 Daya reaktif (kVAR) 2987 2993 3093 3182 Total losses Daya aktif (kW) 848 725 625 537 Data reaktif (kVAR) 185 181 147 132 Prosentase losses Daya aktif (%) 16,6 13,9 11,2 9,5 Daya reaktif (%) 5,8 5,7 4,5 3,9