## Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN: 2086 ‐ 9479

## Analisa Pemulihan Gangguan Voltage Dip Menggunakan Dynamic Voltage Restorer (Dvr) Di Krakatau Daya Listrik
Setiawan Andri Pratama Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Cilegon, Indonesia setiawandrip@gmail.com
Abstrak— Tegangan yang baik adalah tegangan dengan nilai mendekati  1  pu,  faktor  daya  yang  mendekati  1,  dan  dengan toleransi  frekuensi  tidak  lebih  dari  0,6  Hz.  Akan  tetapi,  dalam praktiknya  sistem  tenaga  banyak  mengalami  gangguan  yang berpengaruh  secara  signifikan  pada  kualitas  daya  dari  suplai. Gangguan tersebut dapat berupa jatuh tegangan dan  voltage dip (kedip  tegangan).  Dalam  penelitian  ini,  dilakukan  dengan mendesain  dynamic  voltage  restorer  (DVR)  untuk  menangani masalah  kualitas  tegangan  khususnya  voltage  dip.  Simulasi dilakukan dengan menggunakan Matlab Simulink dengan beban aktif 10 MW dan reaktif 4 MVAR pada saluran penyulang AK13 20  kV  di  Krakatau  Daya  Listrik.  Ketika  simulasi  dijalankan tanpa  DVR,  terjadi  jatuh  tegangan  pada  beban  sebesar  0.65  pu (13 kV). Namun saat simulasi dijalankan dengan DVR, tegangan beban dapat diperbaiki kembali menjadi 1 pu (20 kV).

## Kata Kunci— Simulasi, kualitas tegangan, voltage dip, DVR

## I. P ENDAHULUAN
Kualitas daya listrik menjadi masalah yang penting, karena daya  listrik  yang  disalurkan  ke  konsumen  haruslah  yang berkualitas  baik.  Gangguan-gangguan  kelistrikan  dapat mengurangi  kualitas  daya,  dimana  salah  satu  gangguan tersebut adalah voltage dip. Voltage dip merupakan gangguan [1].  Voltage  dip  merupakan  salah  satu  faktor  penyebab berkurangnya  kualitas  daya  listrik  yang  terjadi  dalam  durasi waktu yang singkat. Gangguan ini sulit untuk dihindari karena saat  terjadinya  gangguan  tidak  dapat  diketahui  dengan  pasti. Oleh sebab itu dilakukan antisipasi apabila terjadi voltage dip pada  sisi  sumber  tegangan  tidak  akan  mengakibatkan terganggunya tegangan pada sisi beban.
Salah  satu  cara  yang  dilakukan  adalah  dengan menggunakan  Dynamic  Voltage  Restorer  (DVR).  DVR merupakan  suatu  konverter  elektronika  daya  yang  didesain untuk  menjaga  tegangan  beban  dari  semua  gangguan  sisi suplai [2]. DVR merupakan salah satu peralatan custom power system (CUPS), dimana DVR memiliki topologi yang hampir serupa dengan uninterruptible power supply (UPS) [3].

## II. L ANDASAN T EORI

## A. Voltage Dip
Salah   satu  persoalan  terbesar   mengenai   kualitas  daya dewasa  ini  adalah  voltage  dip.  Gangguan  ini  merupakan gangguan  dengan  durasi  waktu  yang  singkat.  Voltage  dip didefinisikan sebagai penurunan nilai rms tegangan yang dapat terjadi  dari  0.1  detik  sampai  ke  1  menit  dengan  kedalaman jatuhnya  tegangan  sebesar  0,9  pu  sampai  0,1  pu  berdasarkan standar  IEEE  1159-1995  [1].  Voltage  dip  bisa  diakibatkan oleh hubung singkat pada sistem tenaga, starting motor dengan daya yang cukup besar, energizing transformator, dan lain-lain [2].  Kontaktor,  PLC  dan  Adjustable  Speed  Drive  (ASD) adalah  peralatan-peralatan  yang  sangat  sensitif  terhadap terjadinya voltage dip.
Voltage  dip  umumnya  disebabkan  oleh  arus  hubung singkat. Penjelasan sederhananya ditunjukkan pada Gambar 1. Fasa  dan  besar  dari  voltage  dip  pada  point  of  common coupling  (PCC)  ditentukan  oleh  gangguan  dan  impedansi suplai.
Gambar 1. Gangguan voltage dip
Pada  voltage  dip  ini  hanya  besaran  tegangan  yang dikompensasi. Hal ini dikarenakan tegangan yang dikompensasi  sefasa  dengan  voltage  dip  yang  terjadi.  Dapat dilihat di Gambar 2 tidak terdapat perbedaan sudut fasa antara Vdip  dengan  VDVR,  dimana  VDVR  adalah  tegangan  yang

## Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN: 2086 ‐ 9479
diinjeksikan  untuk  mencapai  Vpre-dip  (1  pu).  Definisi  suatu voltage dip dinyatakan dengan persamaan (1) [3].

## Gambar 2. Teknik kompensasi DVR
(1) dimana, Vpre-dip = tegangan sebelum gangguan voltage dip Vmissing = tegangan yang hilang

## B. Dynamic Voltage Restorer
Begitu  banyak  peralatan  CUPS  (custom  power  systems) yang  tersedia  di  pasaran  sekarang  ini,  yaitu  seperti  active power filter (APF), distribution static synchronous compensator  (DSTATCOM),  distribution  series  capacitors (DSC), dynamic voltage restorer (DVR), surge arresters (SA), static  var  compensator  (SVC),  dan  uninterruptible  power supplies  (UPS)  [3].  Dalam  menangani  masalah  gangguan voltage  dip,  terdapat  tiga  jenis  pengontrol  diantaranya  adalah pengontrol  shunt,  pengontrol  series,  dan  kombinasi  dari pengontrol  shunt  dan  series  yang  dikenal  dengan  unified power quality conditioner (UPQC). DVR merupakan peralatan dengan pengontrol series.
Gambar  3  menunjukkan  elemen-elemen  yang  terdapat dalam suatu DVR pada umumnya dan berikut ini menjelaskan elemen-elemen dasar suatu DVR tersebut, antara lain:
• Control  system  yang  dilakukan  dengan  mengukur secara  kontinu  besar  tegangan  beban  yang  kemudian dibandingkan dengan besar tegangan referensi.
• Konverter;  Konverter  yang  dimaksud  serupa  dengan voltage  source  inverter  (VSI),  dimana  pulse  width  modulates (PWM)  dengan  sumber  daya  DC  atau  penyimpan  tegangan diinjeksikan ke sistem.
• Filter;  Filter  disisipkan  untuk  mengurangi  harmonisa switching yang dihasilkan oleh konveter.
• Transformator  injeksi;  Dalam  kebanyakan  aplikasi, DVR  dilengkapi  dengan  trafo  injeksi  yang  bertugas menginjeksikan tegangan hasil DVR ke dalam jaringan.
• Penyimpan  energi  dan  sumber  DC;  sumber  DC digunakan  oleh  VSI  untuk  menghasilkan  tegangan  AC  ke dalam jaringan selama voltage dip terjadi.
Gambar 3. Struktur dasar sistem DVR
Fungsi  dasar  dari  DVR  adalah  mendeteksi  terjadinya voltage dip yang terjadi pada saluran sistem tenaga, kemudian menginjeksikan  tegangan  DVR  untuk  mengkompensasi voltage  dip  yang  terjadi.  Prinsip  kerjanya  cukup  sederhana. Tegangan  yang  terukur  pada  beban  dibaca  oleh  regulator tegangan  untuk  memberikan  sinyal  komando  kepada  voltage source  inverter  (VSI).  Sinyal  komando  tersebut  berupa  pulsa atau  dikenal  sebagai  pulse  witdh  modulation  (PWM).  Sinyal pulsa  ini  diresponi  oleh  inverter  yang  dicatu  daya  DC  untuk menghasilkan  tegangan  AC  saat  terjadi  gangguan.  Karena inverter  merupakan  piranti  semikonduktor  dan  dicatu  oleh tegangan  DC,  maka  tegangan  yang  dihasilkan  tidak  murni sinusoidal  (berupa  tegangan  kotak)  dan  juga  mengandung harmonisa.  Untuk  itu  diperlukan  filter  untuk  mengubahnya menjadi  tegangan  sinusoidal.  Tegangan  yang  dihasilkan  oleh inverter  kemudian  diinjeksikan  kembali  ke  dalam  sistem melalui  transformator  injeksi.  Sistem  DVR  terkadang ditambahkan  mekanika  by-pass  sebagai  piranti  penahan  yang menjaga  sistem  bila  DVR  menghasilkan  tegangan  atau  arus yang terlalu besar.

## C. Teknik Deteksi Voltage Dip Pada DVR
Fungsi utama dari kontroller pada DVR adalah mendeteksi terjadinya voltage dip pada sistem. Untuk mengatur kontroller pada  DVR  tersebut  digunakan  transformasi  dq0  atau transformasi  Park.  Metode  dq0  tersebut  akan  memberikan informasi  kedalaman  kedip  dan  pergeseran  fasa  disertai  titik

## Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN: 2086 ‐ 9479
awal  dan  titik  akhir  voltage  dip  tersebut.  Dimana  proses transformasi  dari  sistem  tiga  fasa  ke  sistem  dq0  ditunjukkan pada Persamaan (2) sampai (4).
(2)
(3)
(4)
Teknik  pendeteksian  dibuat  berdasarkan  perbandingan tegangan  referensi  terhadap  tegangan  hasil  pengukuran  (  Va, Vb  dan  Vc).  Metode  dq0  memberikan  informasi  kedalaman tegangan yang jatuh (d) dan pergeseran dari fasa tegangan (q) [4].

## III. M ETODOLOGI P ENELITIAN
Penelitian  yang  dilakukan  oleh  penulis  menggunakan software  Matlab/Simulink  2014a.  Dalam  simulasi  ini,  sistem saluran  distribusi  dimodelkan  sedemikian  rupa  agar  serupa dengan kenyataan di lapangan.
Adapun langkah–langkah pelaksanaan pada simulasi DVR (Dynamic Voltage Restorer) adalah sebagai berikut :
• Melakukan  langkah  persiapan, yang meliputi pengumpulan data dan penentuan parameter DVR,  gangguan, beban dan lain – lain.
• Dari  data  ini  kemudian  kita  bangun  rangkaian  DVR dan simulasi dengan bantuan program Matlab/Simulink 2014a.
• Buat gangguan hubung singkat tiga fasa yaitu dengan memberikan  tanda  check  point  pada  fasa  yang  diinginkan terganggu dari ketiga fasa yang ada.
• Lanjutkan  dengan  membuat  simulasi  dengan  urutan sebagai berikut :
o  Melakukan  deteksi  voltage  dip  dan  membangkitkan tegangan kompensasi oleh inverter SPWM.
o  Ukur  besar  tegangan  beban  dan  besar  tegangan  yang akan  disuntikkan  DVR  melalui  transformator  injeksi  ke sistem,  sehingga  tegangan  beban  dijaga  pada  1  pu  atau mendekati.  Apabila  hal  ini  tidak  tercapai,  lakukan  dengan mengubah  nilai    parameter-parameter  sistem  sampai  dengan tegangan beban diperoleh 1 pu atau mendekati.
• Catat besar tegangan beban beserta durasi pemulihan voltage dip.

## IV. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Untuk simulasi kompensasi tegangan pada aplikasi praktis, diterapkan  DVR  dengan  skema  kontrol  SPWM.  Tujuan  dari skema kontrol yang dibuat adalah untuk menjaga nilai konstan magnitude  tegangan  pada  titik  beban  sensitif  pada  kondisi sistem mengalami gangguan.
Gambar  4  sebagai  rangkaian  simulasi  menunjukkan diagram  satu  garis  sistem  pengujian.  Sistem  tersusun  dari sistem pembangkit 150 kV 50Hz menyuplai saluran transmisi. Lalu  saluran  transmisi  tersebut  menyuplai  jaringan  distribusi melalui  trafo  dalam  hubungan  Yg/y  dengan  rating  tegangan 150 kV/20 kV. Untuk menguji kerja kompensasi DVR, sebuah gangguan  diterapkan  pada  titik  saluran  menuju  beban  selama 0.4 detik. DVR disimulasikan beroperasi hanya selama durasi gangguan.
Gambar 4. Rancangan simulasi voltage dip pada jaringan distribusi
Pada  penelitian  ini,  metode  deteksi  voltage  dip  dilakukan dengan  kontrol  PI  menggunakan  transformasi  dq0  atau transformasi Park yang dilengkapi dengan Phase Locked Loop (PLL), dan dimodelkan menggunakan Matlab/Simulink 2014a.
Berikut  adalah  parameter-parameter  yang  diberikan  pada simulasi  DVR  untuk  sistem  distribusi  saluran  penyulang  AK 13 Krakatau Daya Listrik:
• Sumber Tegangan (Vrms phase to phase) : 150 KV
• Daya transformator distribusi : 80 MVA o Frekuensi : 50 Hz
o Tegangan  lilitan  primer  :  150  kV  (Vrms  phase  to phase)
o Tegangan  lilitan  sekunder  :  20  kV  (Vrms  phase  to phase)
• Transformator injeksi :
o Tegangan lilitan primer : 40 kV
o Tegangan lilitan sekunder : 20 kV
• Frekuensi carrier PWM : 5 KHz
• Filter
o Induktif : 100 mili Henry
o Kapasitif : 100 mikro Farad
• Beban:
o
Daya aktif :10 MW

## Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN: 2086 ‐ 9479
o Daya reaktif : 4 MVAR
Setelah  ditentukan  nilai  parameter  simulasi,  selanjutnya dibentuk suatu model pengujian yang akan diuji menggunakan sofware Matlab Simulink 2014a. Pengujian dilakukan  dengan beberapa kondisi, yaitu :
• kondisi-1  saat  sebelum  terjadi  gangguan  hubung singkat tiga fasa
• kondisi-2  saat  hubung  singkat  tiga  fasa  tanpa menggunakan DVR (Dynamic Voltage Restorer)
• kondisi-3  saat  terjadi  gangguan  hubung  singkat  tiga fasa dengan menggunakan DVR (Dynamic Voltage Restorer)

## A. Sebelum Terjadi Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa
Pada Gambar 5 terlihat grafik tegangan tiga fasa bernilai 1 pu  (keadaan  normal).  Grafik  itu  mengindisikan  belum terusiknya  sistem  oleh  gangguan  dari  luar  yang  dapat menyebabkan  bentuk  grafik  tersebut  melenceng  dari  yang sebagaimana mestinya. Bentuk grafik seperti inilah yang harus dipertahankan  oleh  sistem  agar  tercipta  kualitas  daya  yang baik dan membuat peralatan listrik bekerja secara optimal.
Gambar 5. Simulasi saat sebelum terjadi gangguan hubung singkat tiga fasa

## B. Saat Terjadi Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa
Pada gangguan hubung singkat tiga fasa lonjakan arus dan penurunan  tegangan  (voltage  dip)  memiliki  nilai  yang  sama pada  setiap  fasanya.  Artinya  apabila  terjadi  penurunan  nilai tegangan  sebesar  “x”  pu  itu  berarti  fasa  a,  fasa  b,  dan  fasa  c mengalami penurunan nilai tegangan sebesar “x” pu.
Semakin  besar  nilai  voltage  dip  yang  terjadi  dan  semakin lama  durasi  waktunya  maka  akan  membuat  peralatan  listrik bekerja tidak optimal.
Terjadinya gangguan hubung singkat tiga fasa, mengakibatkan  sistem  mengalami  gangguan  voltage  dip. Seperti yang terlihat pada Gambar 6 tegangan fasa – a Va, fasa –  b  Vb,  dan  fasa  –  c  Vc  mengalami  drop  tegangan  yang dipengaruhi  voltage  dip  ketika  menuju  ke  0.1  detik  sampai dengan  0.5  detik.  Akibat  jaringan  tidak  dilindungi  oleh  DVR maka  tidak  ada  pemulihan  tegangan  pada  fasa  –  a,  fasa  –  b, dan fasa – c.
Dari  Gambar  6  besarnya  penurunan  tegangan  yang  terjadi pada  beban  yang  mengalami  voltage  dip  dapat  dihitung dengan menggunakan persamaan (1).
Dari  hasil  perhitungan  dengan  persamaan  (1)  dapat diketahui  bahwa  voltage  dip  yang  terjadi  pada  sistem distribusi  yang  tidak  menggunakan  DVR  adalah  0.65  pu. Voltage  dip  sebesar  itu  melebihi  batas  toleransi  penurunan tegangan  yang  diijinkan,  yakni  hanya  0.1  pu.  Dengan penurunan  sebesar  ini,  peralatan-peralatan  di  industri  yang sensitif terhadap tegangan akan mengalami gangguan kerja.
Gambar 6. Hasil simulasi tegangan beban setelah terjadi hubung singkat tiga fasa

## C. Saat Terjadi Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa Dengan Menggunakan DVR
Dari  Gambar  7  dapat  dilihat  saat  sistem  mengalami gangguan  voltage  dip,  DVR  akan  mengkompensasi  tegangan yang  hilang  akibat  gangguan  hubung  singkat.  Saat  terjadi voltage  dip,  sinyal  tegangan  yang  disensor  oleh  rangkaian kontrol  DVR  akan  mendeteksi  adanya  penurunan  tegangan, dari  penurunan  tegangan  yang  terjadi  tersebut  akan menghasilkan  tegangan  input  untuk  mengaktifkan  gate inverter  sehingga  storage  sistem  akan  mengalirkan  tegangan DC  yang  kemudian  diubah  menjadi  AC  oleh  inverter  untuk dialirkan ke beban sebagai kompensator voltage dip.
Adapun  kontrol  dari  DVR  ini  adalah  selisih  tegangan refrensi (1 pu) dengan voltage dip (penurunan tegangan) pada beban  yang  akan  menghasilkan  sinyal  injeksi  dan  kemudian diterjemahkan  oleh  rangkaian  voltage  source  inverter  (VSI). Fungsi  utama  dari  kontroller  pada  DVR  adalah  mendeteksi

## Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN: 2086 ‐ 9479
terjadinya voltage dip pada sistem. Voltage dip akan terdeteksi apabila  tegangan  sumber  jatuh  dibawah  90%  tegangan referensi. Sinyal error yang diakibatkan terdapatnya perbedaan antara  tegangan  hasil  pengukuran  dengan  tegangan  referensi digunakan  sebagai  sinyal  modulasi  untuk  menghasilkan  pola sebagai  pemicu  penyalaan  IGBT.  Namun  ada  juga  efek samping  dari  DVR  itu  sendiri,  yakni  adanya  gejala  transien yang  menyebabkan  tegangan  sementara  tidak  stabil,  akan tetapi hal ini dapat ditoleransi karena interval waktunya sangat kecil (kurang dari 0.05 detik).
Perangkat  filter  juga  menjadi  bagian  yang  penting  dalam sistem  DVR.  Dari  grafik  yang  dihasilkan,  terlihat  bahwa sinyal  yang  dihasilkan  VSI  untuk  DVR  mengkompensasi tegangan selama gangguan voltage dip sangat halus dan sudah sangat sinusoidal. Penentuan parameter yang tepat untuk filter berpengaruh  pada  kualitas  tegangan  yang  dihasilkan  oleh inverter dan akhirnya juga berpengaruh pada kualitas tegangan beban.
Gambar 7. Hasil simulasi tegangan beban setelah terjadi hubung singkat tiga fasa menggunakan DVR

## V. K ESIMPULAN
Simulasi  voltage  dip  dilakukan  dengan  menjalankan gangguan  hubung  singkat  3  fasa,  dan  disimulasikan  pada rentang  waktu  0.1  s/d  0.5  s.  Saat  sistem  transmisi  dijalankan tanpa sistem DVR tegangan beban turun menjadi 0.35 pu. Saat sistem DVR terpasang pada sistem  transmisi, tegangan beban selama gangguan voltage dip terjadi dapat diperbaiki hingga 1 pu atau sebesar 20 kV.

## U CAPAN T ERIMA K ASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  tim  editorial Jurnal Teknologi Elektro atas dipublikasikannya penelitian ini.

## D AFTAR P USTAKA
[1] Omar,  Rosli,  dkk.  Modelling  And  Simulation  For  Voltage  Sag/Swell Mitigation  Using  Dynamic  Voltage  Restorer  (DVR).  Journal  of Theoretical and Applied Information Technology. 2009. Malaysia.
[2] Arindam  Ghosh.  Compensation  of  Distribution  System  Voltage  Using DVR.  IEEE  Transactions  On  Power  Delivery,  Vol.  17,  No.  4,  October 2002
[3] John  Godsk  Nielsen.  Design  and  Control  of  a  Dynamic  Voltage Restorer. Thesis. 2002. Aalborg University, Denmark
[4] Teguh.  Analisa  Dan  Desain  Dynamic  Voltage  Restorer  Untuk  Mitigasi Voltage  Dip.  Skripsi.  2009.  Fakultas  Teknik  Universitas  Sultan  Ageng Tirtayasa, Cilegon, Banten
[5] Nugroho,  Praditya  Adi.  Analisa  Dan  Simulasi  Static  Var  Compensator (SVC)  Sebagai  Kompensator  Daya  Reaktif  Di  Industri  Baja  PT. Krakatau  Steeel.  Skripsi.  2009.  Fakultas  Teknik  Universitas  Sultan Ageng Tirtayasa, Cilegon, Banten