## EVALUASI PENERAPAN TEKNOLOGI DIGITAL SUBSTATION DI INDONESIA
Achmad Syerif Habibie 1) , Muhammad Ridwan 2) , Putu Agus Aditya Pramana 3) , Brian Bramantyo S.D.A. Harsono 4) , Muhammad Said Al Manshury 5)
1,2,3,4) PT PLN (Persero) Pusat Penelitian dan Pengembangan Ketenagalistrikan
5) PT PLN (Persero) UPDL Semarang Email: brian.adiputro@pln.co.id 1) Asal Negara: Indonesia

## ABSTRAK
Perkembangan  pemanfaatan  teknologi  informasi  dalam  sektor  ketenagalistrikan  mendorong perkembangan  teknologi  gardu  induk  konvensional  ke  arah digital  substation .  Sebagai  pertimbangan  sebelum diimplementasikan di PT PLN (Persero), maka dilakukan kajian literatur terkait standar, protokol komunikasi, network redundancy, time synchronization , serta kelebihan dan isu pada teknologi tersebut seperti yang disajikan pada  makalah  ini;  selain  itu,  diskusi  dengan  pabrikan digital  substation yang  ada  di  Indonesia  juga  dilakukan untuk memperkaya studi literatur yang dilakukan. Teknologi digital substation mengacu pada standar IEC 61850, dapat  dilengkapi dengan network  redundancy berupa parallel redudancy protocol (PRP) atau high-availability seamless redudancy (HSR), serta precission time protocol (PTP) untuk kebutuhan sinkronisasi waktunya. Digital substation memiliki banyak kelebihan diantaranya, yaitu: kebutuhan copper wire yang rendah, transportasi dan space yang lebih sedikit, instalasi peralatan sekunder lebih singkat, penghematan biaya (instalasi, operasi, dan pemeliharaan), pemadaman lebih singkat, peningkatan keamanan dan utilisasi aset. Sedangkan isu yang ada pada digital substation diantaranya maturity, interoperability, reliability, time synchronisation, network configuration dan bandwith management, cyber security, mixed mode, backward compatibility , suhu dan kelembaban. Selain itu, masih terdapat permasalahan pada substation automation system (SAS) yang sudah terpasang dalam rangka menuju teknologi Digital substation , namun belum tertangani dengan baik. Maturity level dari teknologi Digital substation menjadi bahan pertimbangan dalam penerapan teknologi tersebut di sistem ketenagalistrikan.
Kata kunci: Digital substation, communication protocol, network redundancy, time synchronization.

## ABSTRACT
The increase of information technology usage in power utility has driven the development of conventional substations toward digital substations. Before digital substation can be considered to be implemented in PT PLN (Persero), a literature review is conducted to evaluate the related standard, communication protocol, network redundancy, time synchronization, advantages, and issues regarding this technology as written in this paper; in- depth discussion with digital substation manufacturer was also conducted to enrich the literature review process. Digital substation technology used IEC 61850 as a reference and equipped with parallel redundancy protocol (PRP)  or  high-availability  seamless  redundancy  (HSR)  for  redundancy  protocol  and  precision  time  protocol (PTP) for time synchronization. The digital substation has many advantages compared to conventional one, e.g., low  copper  wire  requirements,  less  transportation  and  space,  shorter  secondary  equipment  installations,  cost savings  (installation,  operation,  and  maintenance),  shorter  blackouts,  increased  safety,  and  asset  utilization. However,  several  issues  exist  in  digital  substation  such  as  maturity,  inter-operability,  reliability,  time synchronization,  network  configuration,  and  bandwidth  management,  cybersecurity,  mixed-mode,  backward compatibility, temperature, and humidity. In addition, there are still several problems with the installed substation automation system (SAS) intended for digital substation technology implementation which has not been handled properly. The Maturity level of digital substation technology should be taken into consideration in the application of this technology in the electrical system.
Keywords: Digital substation, communication protocol, network redundancy, time synchronization

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan pemanfaatan teknologi informasi dalam sektor ketenagalistrikan mendorong adanya  perkembangan  teknologi,  contohnya  seperti remote  controling dan monitoring untuk  sistem microgrid yang  ada  di  pulau  terluar  (Tofani et  al . 2020) serta transisi gardu induk konvensional ke arah digital  substation .  Pada  saat  ini utility sebagai
pemilik gardu induk menghadapi berbagai tantangan baik  itu  pada  saat  pembangunan,  pengoperasian ataupun  pemeliharaan  gardu  induk.  Tantangan tersebut  diantaranya  adalah  isu  lingkungan  seperti kebocoran  minyak,  limbah  dan  polusi  air,  serta  gas SF6. Isu operasional seperti kesinambungan pasokan, efisiensi  layanan, downtime ,  dan overloading . Permasalahan capital expenditure seperti footprint ,
penggantian  aset,  dan  biaya  pekerjaan  sipil.  Selain itu,  termasuk  juga  biaya  material  dan  instalasi contohnya  harga copper  wire ,  biaya wiring ,  biaya pengujian,  dan biaya  tenaga  kerja  untuk wiring . Isu keamanan  meliputi  risiko  kebakaran,  ledakan peralatan, electrical  hazard , step  voltage ,  serta electromagnetic compatibility . Meningkatnya permintaan  pembaharuan/perbaikan  gardu  induk, permintaan  pengerjaan  proyek,  instalasi  peralatan, dengan biaya yang lebih murah dan waktu yang lebih cepat,  permintaan  peningkatan  pemanfaatan  aset gardu induk, serta semakin berkembangnya pemanfaatan  teknologi  informasi  di  berbagai  sektor termasuk ketenagalistrikan.
Salah  satu  hal  yang  memicu berkembangnya teknologi digital  substation adalah  karena  adanya tantangan-tantangan  tersebut.  Gardu  induk  dapat disebut digital  substation ketika  semua  data  dalam gardu induk dipertukarkan melalui jaringan ethernet sehingga  dalam  gardu  induk  tersebut  tidak  ada  lagi wiring /pengkabelan  tembaga  untuk  sinyal input ouput , pengukuran, serta clock . Wiring yang ada pada digital substation biasanya hanya untuk power supply saja.  Sedangkan  pada  gardu  induk  konvensional masih terdapat banyak wiring /pengkabelan. Berdasarkan  sejumlah  referensi,  poin  utama  dalam digital substation adalah perubahan mendasar berupa adanya process  bus sehingga digital  substation bergantung pada komunikasi protokol oleh international  electrotechnical  commission (IEC) 61850 (Hinkley & Mistry, 2018; Kumar et al ., 2021; Tryapkin et  al .,  2018).  Desain  dan  peralatan  gardu induk  menggunakan  standar  IEC  61850. Interface antara switchyard dan  peralatan  kontrol/proteksi dilakukan  melalui  jaringan ethernet ,  kabel fiber optic , menggantikan kabel tembaga yang digunakan pada gardu induk konvensional. Tegangan, arus dan sinyal digital dikirim oleh protokol komunikasi IEC 61850 berupa sampled value dan GOOSE (Bhardwaj et al ., 2014; Pruthvi et al. , 2013; Szela et al ., 2018; Topolsky et  al .,  2018,  2019;  Wester et  al .,  2015) . Current  transformer (CT)  dan voltage  transformer (VT)  konvensional  atau Conventional  Instrument Transformer (CIT) serta peralatan switchyard lainnya didigitalisasi  menggunakan merging  unit (MU)  dan swithgear  control  unit (SCU).  Data-data  digital tersebut  dikirimkan  melalui  jaringan ethernet sehingga  interoperasi  antar  perangkat  lebih  mudah dengan  peningkatan  fleksibilitas. Non-conventional instrument  transformer (NCIT),  baik  optik  maupun elektronik,  mengubah  nilai  analog  menjadi  digital dan  mengirimkannya  melalui  protokol  tertentu (Hinkley  &  Mistry,  2018).  Adanya  rancangan  PT PLN (Persero) selaku BUMN pengelola ketenagalistrikan di Indonesia
untuk mengimplementasikan  teknologi  d igital  substation pada  gardu  induk  tegangan  tinggi  dan  ekstra  tinggi konvensional  serta  mengingat  bahwa  teknologi digital substation masih tergolong baru, maka  perlu dilakukan evaluasi lebih mendalam terkait teknologi
tersebut dari sejumlah aspek. Pada makalah ini akan disajikan  hasil  evaluasi  dari  teknologi digital substation yang  nantinya  dapat  digunakan  dalam pengambilan  keputusan  maupun roadmap untuk implementasi di Indonesia.

## 2. METODE
Metode  yang  digunakan  pada  makalah  ini adalah  studi  literatur  pada  sejumlah  referensi  yang berkaitan  dengan  acuan  standar  yang  berlaku, protokol  komunikasi  yang  digunakan, network redundancy , time  synchronization ,  serta  kelebihan dan  isu  dari  teknologi digital  substation .  Diskusi dengan  pabrikan digital  substation yang  ada  di Indonesia  juga  dilakukan  untuk  memperkaya  studi literatur yang dilakukan.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Arsitektur Digital Substation Arsitektur digital  substation pada  umumnya dibagi menjadi tiga level, yaitu station level , process level, dan bay level (Chen et  al .,  2021;  Hinkley  & Mistry, 2018; Kumar et al ., 2021). Peralatan d igital substation yang  masuk  dalam station  level meliputi gateway,  server,  workstation beserta software -nya. Termasuk peralatan lainnya seperti printer. Peralatan digital  substation yang  masuk  dalam bay  level meliputi intelligent  electronic  devices (IED) diantaranya  IED bay  control  unit (BCU),  IED Proteksi,  dan  IED  lainnya  seperti  IED automatic voltage  regulator (AVR),  IED  kWh  meter,  dll (Kumar et  al .,  2021).  Peralatan digital  substation yang masuk dalam process level meliputi MU, SCU, CIT,  NCIT  dan  peralatan  lainnya  yang  ada  di switchyard . Sedangkan bus pada Digital substation dibagi menjadi  dua,  yaitu station  bus dan process  bus . Station  bus merupakan  jaringan ethernet yang menghubungkan peralatan  yang  ada  di station  level dan  di bay  level .    Jaringan ethernet ini  dibangun dengan  menggunakan ethernet  switch . Data  status dan pengukuran yang terdapat di IED pada bay level dikirimkan ke server dan gateway pada station level melalui ethernet dengan protokol IEC 61850 (Kumar et  al .,  2021).  Sedangkan  kontrol  dikirimkan  dari server atau gateway pada station level ke IED di bay level .  Data  akan  dikirimkan  dari server ke workstation dan ditampilkan di lokal human machine interface (HMI),  sedangkan  data  dari  gateway  akan diteruskan ke control center menggunakan protokol IEC  60870-5-101/104  atau distributed  network protocol 3  (DNP3).  Pada bus ini  tersambung  juga GPS untuk sinkronisasi waktu.
Process  bus merupakan  jaringan ethernet yang menghubungkan peralatan yang ada di bay level dan  di process  level .  Jaringan ethernet ini  biasanya dibangun  dengan  menggunakan ethernet switch . Besaran  arus  dan  tegangan  dari  NCIT/CIT  diubah menjadi  digital  dalam  bentuk sampled  value (SV) oleh  MU  (Serebryannikov et  al .,  2019),  sedangkan
status  peralatan switchyard lainnya,  seperti circuit breaker (CB)  dan disconnecting  switch (DS), didigitalisasi  dalam  bentuk generic  object-oriented substation  events (GOOSE)  (Xia et al .,  2015)  oleh SCU dan data tersebut dikirimkan dalam process bus . IED  yang  membutuhkan  data  tersebut  akan mengambil data tersebut dari jaringan ethernet pada process bus . Kebutuhan bandwith dalam process bus sangat  tinggi,  untuk  1  SV  membutuhkan  5  Mbps. Untuk  itu, backbone untuk process  bus harus memiliki bandwith yang  tinggi  hingga  1  Gbps.
Process  bus ini  harus  memiliki  kehandalan  yang tinggi. Salah satu alasannya karena bus ini digunakan sebagai  jalur  komunikasi  pengganti  dari hardwired CT/PT  konvensional,  yang  mengirimkan  data-data arus dan tegangan yang dibutuhkan IED proteksi agar IED proteksi tersebut bekerja secara benar.
3.2. Protokol Komunikasi pada
Digital Substation
Service komunikasi  IEC  61850  pada digital substation meliputi client - server ,  GOOSE,  dan  SV (Serebryannikov et al ., 2019; Wang et al ., 2020; Xia et  al .,  2015). Client-server merupakan  komunikasi point  to  point yang  dipakai  untuk  keperluan monitoring dan control . Komunikasinya menggunakan manufacturing  message  specification (MMS). Client-server digunakan  untuk command, reporting, log, file transfer . Standar yang digunakan adalah IEC 61850 part 7 dan 8. GOOSE merupakan multicast data real-time , yang bisa digunakan dalam banyak  hal  misalnya  untuk interlocking .  GOOSE meliputi binary  data,  indication, dan command . Standar yang digunakan adalah IEC 61850 part 8-1. Sampled value juga merupakan multicast data real- time , yang berisi data pengukuran dari process level . Standar yang digunakan adalah IEC 61850 part 9-2, IEC 61850 part 9-2 light edition (LE).
IEC  61850-9-2  SV  merupakan  komunikasi unidirectional dari  MU  ke bay  level atau  IED. Transmisi  data  pada  SV  melalui physical  layer berupa fiber optic serta datalink  layer berupa physical layer ethernet dengan kemampuan 100Mbit/s.  Standar  IEC  61850-9-2  SV  sangat  luas, sehingga interpretasinya masih sangat lebar. Hal ini menyebabkan kesulitan interoperability antar pabrikan  (Chen et  al .,  2021;  Hinkley  &  Mistry, 2018).  Untuk  memfasilitasi  implementasi  dan memungkinkan interoperability , UCA  international users  group (UCAIug)  membuat  panduan  yang mendefinisikan profil aplikasi IEC 61850-9-2, biasa disebut  sebagai  IEC  61850-9-2  LE.  Adanya  IEC 61850-9-2 LE sebagai panduan dalam implementasi dan interoperabiliy dari  IEC  61850-9-2.  Perbedaan antara IEC 61850-9-2 dan IEC 61850-9-2 LE dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Perbedaan IEC 61850-9-2 dan IEC 61850-9-2 LE
Parameter Standar IEC 6180- 9-2 Panduan penerapan IEC 6180-9-2 LE Dibuat oleh IEC UCA International Users Group Sampling rate dari analog value free parameter 80 sample per cycle untuk proteksi dan metering,
atau 256 sample per cycle untuk power quality Isi dataset configurable 4 tegangan dan 4 arus, yaitu
tegangan : 3 phase + netral beserta quality
arus : 3 phase + netral beserta quality 3.3. Network Redundancy pada
Digital Substation Redundancy memungkinkan  adanya  jalur alternatif  dari  sumber  ke  tujuan.  Ada  dua  jenis redundancy ,  yaitu: active  redundancy (kedua link aktif  pada  saat  yang  bersamaan)  serta passive redundancy (satu link aktif,  yang  lain  dalam  mode standby ). Protokol redundancy yang sering digunakan  adalah rapid  spanning  tree  protocol (RSTP), high seamless redundancy (HSR) (Sanchez- Garrido et  al .,  2020),  dan parallel  redundancy protocol (PRP). RSTP merupakan pengembangan dari spanning  tree  protocol (STP)  pada  standar ANSI/IEEE  802.1D ‐ 2004.  RSTP  menggunakan standar  IEEE  802.3w,  membutuhkan  kurang  lebih ratusan  milidetik  untuk  melakukan  rekonfigurasi jaringan  jika  terjadi  gangguan.  STP  menggunakan standar  IEEE  802.1D.  STP  dapat  mencegah loop dalam jaringan, yang dapat menyebabkan broadcast storm .  STP  membangun  satu logical  tree dalam jaringan,  tanpa  memperhatikan  konektivitas  fisik. Semua link yang  tidak  digunakan  dalam active  tree akan  dinonaktifkan.  Jika  satu  aktif link gagal, spanning  tree akan  mengkonfigurasi  ulang  secara otomatis dengan mengaktifkan link yang belum aktif. Dalam  STP  rekonfigurasi  membutuhkan  waktu beberapa  detik.  Sementara  RSTP  memiliki fast convergence kurang dari 1 detik. RSTP menggunakan  standar  IEEE  802.1w  dan  dapat dioperasikan dengan STP IEEE 802.1D, yaitu tanpa menerapkan fast convergence . RSTP identik dengan STP, kecuali STP mempelajari rute cadangan setelah kegagalan  sedangkan  RSTP  mempelajari  rute cadangan sebelum kegagalan.
HSR  memiliki  arsitektur  menyerupai  RSTP namun  memiliki  transmisi  data  dua  arah  secara simultan  (Sanchez-Garrido et  al .,  2020).  HSR menggunakan  standar  IEC  62439 ‐ 3  Klausul  5, menggunakan topologi/arsitektur ring . HSR
memiliki zero switchover time , jika terjadi kegagalan, dan kompatibel untuk aplikasi otomasi dan proteksi. Selanjutnya  HSR  memungkinkan interoperability IED  yang  sup port ethernet redundancy pada  sistem IEC 61850 atau dengan kata lain dapat diaplikasikan untuk multi-pabrikan .  Setiap double  attached  node implementing HSR  (DANH)  memiliki  dua port . Setiap port meneruskan frame yang diterimanya dari salah  satu port nya  ke port yang  lainnya,  misal  dari port A  ke port B  atau  sebaliknya.  Kecuali  untuk frame yang sudah diteruskan atau yang ditujukan ke node tersebut, dirinya sendiri, atau multicast/broadcast traffic yang dibuat oleh node itu sendiri.  Jadi,  setiap frame akan  dikirimkan  melalui ring  sebanyak  dua  kali,  satu  ke  arah  kanan,  atau searah jarum, dan satu ke arah kiri, atau berlawanan arah  jarum  jam. Redundancy  Box (RedBox) digunakan  untuk  menghubungkan single  attached node (SAN) ke jaringan HSR.
PRP  merupakan  protokol redundancy yang distandarisasi  pada  IEC  62439-3  klausul  4.  Sistem yang menggunakan  PRP  dapat  mengatasi  gangguan tunggal pada jaringan tanpa mempengaruhi transmisi data  (Chen et  al .,  2021;  Hinkley  &  Mistry,  2018). PRP dapat diterapkan untuk sebagian besar aplikasi ethernet karena  tidak  tergantung  pada  protokol  dan menyediakan seamless  failover,  zero  switchover time. Karakteristik PRP diantaranya adalah menggunakan  standar  IEC  62439 ‐ 3  klausul  4, topologi/arsitektur double  star ,  dibatasi  untuk domain  broadcast layer 2.  Selanjutnya  Arsitektur PRP menggunakan ethernet switch standar, tidak ada persyaratan  khusus,  tetapi  untuk  peralatan  pada arsitektur  PRP,  seperti  IED,  MU,  dan  sebagainya, harus support PRP.
Dual  attached  node  implementing  PRP (DANP),  misalnya  IED,  dan  MU,  memiliki  dua interface ethernet dengan MAC dan alamat IP yang sama  dan  bekerja  di layer 2,  yang  berarti  bahwa peralatan mendukung PTP, GOOSE dan SV. DANP terhubung  ke  dua  jaringan ethernet yang  berbeda yang bekerja secara paralel. Setiap frame ditransmisikan  ke  kedua  jaringan  melalui  kedua interface ethernet DANP  tersebut,  keduanya  aktif, dan penerima memproses frame yang datang terlebih dulu dan membuang duplikat/salinannya yang datang belakangan.
PRP  dapat  mengawasi  redundansi  secara terus-menerus  dalam  mode  " duplicate  discard " (kedua  LAN  aktif).  Memungkinkan  pemasangan node dengan port tunggal ke jaringan ethernet , tanpa redundansi,  atau  dikenal  sebagai  SAN.  SAN  hanya dapat  berkomunikasi  dengan  peralatan  yang terhubung dalam satu jaringan ethernet dimana SAN terpasang,  jika  menginginkan  komunikasi  ke  kedua jaringan ethernet ,  harus  ditambahkan  RedBox. RedBox  ini  berfungsi  untuk  mengubah  perangkat non-PRP menjadi PRP. Arsitektur PRP membutuhkan  dua  jaringan,  dua interface ethernet , dan driver khusus per node . Kondisi ini meimbulkan
biaya dua kali lipat, tetapi ini adalah harga untuk full redundant system . Sehingga sistem PRP
memungkinkan interoperability IED  yang  sup port ethernet redundancy  pada  sistem  IEC  61850  atau dengan  kata  lain  dapat  diaplikasikan  untuk  multi- pabrikan.  Selain  itu  PRP  juga  kompatibel  dengan PTP-IEEE 1588, redundant clock profile didefinisikan,  memiliki zero  switchover time jika terjadi  kegagalan.  PRP  juga  kompatibel  untuk aplikasi  otomasi  dan  proteksi.  PRP  bersifat aplication-independent ,  sesuai  dengan  jaringan ethernet industri.
3.4. Time Synchronization pada Digital Substation
Time  synchronization perlu  dilakukan  untuk semua  peralatan  pada digital  substation ,  terutama untuk  peralatan  yang  kerjanya  sangat  bergantung pada  akurasi  waktu  seperti  MU, differential protection , fault  recorder ,  dan  lain-lain. Time synchronization pada digital  substation ini  sangat penting,  misalnya frame SV  dari  berbagai  MU kemungkinan  memiliki delay yang  tidak  sama  dan IED proteksi tidak akan bekerja dengan benar kecuali frame SV  tersebut  waktunya  sinkron.  Referensi sinkronisasi  waktu  pada digital  substation pada umumnya berbasis waktu satelit. Alasan menggunakan satelit sebagai referensi waktu karena tidak memerlukan biaya, ada di semua tempat, serta handal. Selain satelit, pilihan lain untuk singkronisasi waktu  adalah  Glonass,  Baidou,  Gallileo.  Terdapat beberapa protokol yang digunakan untuk singkronisasi  waktu  pada digital  substation yaitu network  time  protocol atau simple  network  time protocol (NTP/SNTP), inter-range  instrumentation group (IRIG-B)  (Bhardwaj et  al .,  2014),  serta precision  time  protocol (PTP)  (Hinkley  &  Mistry,
2018).  NTP/SNTP  memiliki  karakteristik  yaitu menggunakan  media  jaringan ethernet .  NTP/SNTP melakukan sinkronisasi waktu antara perangkat yang beroperasi  melalui packet-switched dan variable- latency data networks . NTP/SNTP memiliki non-deterministik delay antara server dan klien NTP/SNTP dapat melakukan integrasi  komunikasi  data  dan  sinkronisasi  waktu, yang dalam prosesnya memperhitungkan round trip delay .  Informasi  waktu  termasuk  tanggal  dan  jam, berdasarkan coordinated universal time (UTC). NTP tidak  mengenali  zona  waktu  dan  daylight  savings time  (DST).  Zona  waktu  dan  DST  dapat  ditangani oleh  NTP/  SNTP server .  NTP/SNTP  memiliki akurasi 50-100 ms
IRIG-B  merupakan  format  khusus  yang digunakan dalam aplikasi utilitas dan industri. IRIG- B merupakan pengkodean waktu menggunakan pulsa tegangan pada kawat tembaga, dimodulasi atau tidak termodulasi, dan pulsa cahaya pada fiber optik. Pulsa menunjukkan  waktu  dari  pecahan  detik  dari  tengah malam, tanggal dari 1 Januari, dua digit terakhir dari tahun.  Tergantung  pada  kode  ekstensi  dari  IRIG-B,
pulsa  juga  dapat  menunjukkan  terjadinya  DST  dan time offset dari  UTC.  IRIG-B  memiliki  akurasi hingga  1-10  ms  (Bhardwaj et  al .,  2014).  Kelebihan dari  IRIG-B  adalah  memiliki  presisi  tinggi,  banyak digunakan,  serta  akurasi  pada  sub micro  second . Namun demikian, terdapat kekurangan dari IRIG-B, yaitu  jumlah  perangkat  terbatas,  jarak  dibatasi  oleh drop  tegangan  akibat copper ,  redundansi  sulit, membutuhkan  desain wiring yang  teliti  dan tersendiri, serta membutuhkan dedicated network . PTP  mengacu  pada  standar  IEEE  1588  dan IEC  61850-9-3  (Hinkley  &  Mistry,  2018).  Media yang  digunakan  adalah  jaringan ethernet dengan akurasi
mencapai
20-100 ns.
PTP mempertimbangkan delay compensation jika terdapat support hardware sehingga memungkinkan multiple master  clock dan message  protocol berdasarkan  jaringan ethernet . Network  buffering delay dan paused  frame diperhitungkan  untuk menentukan  waktu.  Segmentasi  jaringan  untuk memilih  jalur  terbaik.  Memungkinkan  untuk beroperasi  pada advanced  network (PRP,  HSR, RSTP,  dll).  Dalam  penggunannya ethernet  swicth harus support PTP. PTP memiliki delay mechanism peer-to-peer (P2P).  Kelebihan  dari  PTP  adalah menggunakan  jaringan ethernet ,  akurasi  tinggi, presisi tinggi, serta memiliki karakteristik redundancy .  Kekurangan  dari  PTP  adalah  masih dalam proses pengembangan.
PTP  bekerja  dengan  menggunakan  tiga konsep,  yaitu best  master  clock (BMC), operation mode ,  dan delay  mechanism .    BMC  merupakan algoritma  untuk  menentukan  master  terbaik  yang akan digunakan. BMC berjalan secara menerus untuk antisipasi perubahan jaringan. Operation mode terdiri dari dua bagian, yaitu one step mode , hanya mampu sinkronisasi/ delay message saja, dan two step mode , add follow up message . Delay mechanism terdiri dari end  to  end (E2E)  dan peer-ti-peer (P2P).  E2E merupakan  perhitungan delay antara clock  master dan clock slave . Metode ini digunakan ketika switch ethernet tidak  mendukung  PTP.  P2P  merupakan perhitungan  dilakukan  antar  perangkat. Ethernet switch mengukur delay antrian  secara  internal, dimana ethernet switch harus mendukung PTP.
Dalam  PTP  terdapat  beberapa  definisi,  yaitu grandmaster clock merupakan  sumber  waktu  untuk sinkronisasi  waktu  menggunakan  PTP. Ordinary clock merupakan clock PTP  dengan port PTP tunggal,  bisa  sebagai master atau slave ,  biasanya sebagai slave pada  level  perangkat  terakhir. Boundary clock merupakan multiple PTP port s, satu slave dan  lainnya master ,  yang  dapat  berfungsi sebagai master atau slave .  Mengirimkan  pulsa sinkronisasi  jika master hilang. Transparent  clock merupakan  pengkoreksi  waktu  dari  pesan  yang melaluinya  serta  melakukan update interval  waktu dalam PTP message (Szela et al ., 2018).
IEC  61850  menerima  IRIG-B,  PPS  dan  PTP untuk  ini  aplikasi  sinkronisasi  waktu  pada digital
substation ,  tetapi  hanya  PTP  yang  dapat  bekerja redundant dan  dapat  dipetakan  dalam ethernet protokol  dan  seperti message IEC  61850  lainnya. PTP  dipetakan  pada ethernet  layer 2  dan menggunakan delay mechanism  P2P,  ini  berarti bahwa  semua  peralatan,  termasuk ethernet  switch , merging  units,  IED  proteksi,  bay  controllers,  dan sebagainya, harus mendukung PTP.

## 3.5. Kelebihan dan Manfaat Digital Substation
Beberapa  kelebihan  dan  manfaat  dari digital substation seperti kebutuhan copper wire yang lebih sedikit (Chen et al ., 2021; Hinkley & Mistry, 2018; Wester et al ., 2015). Copper wire yang digunakan di ruang  kontrol  dan  proteksi  digantikan  dengan fiber optic dengan jumlah yang lebih sedikit, karena status, kontrol  dan  pengukuran  dikirimkan  secara  digital melalui  protokol  IEC  61850. Digital  substation menggunakan copper wire hanya untuk power supply dan wiring jarak  pendek  antara  peralatan  primer dengan marshalling kiosk (MK). Pengurangan kebutuhan copper wire berdampak  pada  kebutuhan  transportasi  yang  lebih sedikit; jumlah dan berat fiber optic yang digunakan pada digital substation lebih sedikit dan lebih ringan dari  pada copper  wire pada  gardu  induk konvensional.  Jika digital  substation menggunakan NCIT, ukuran dan berat NCIT lebih kecil dan lebih ringan dari pada CIT (CT/VT konvensional). Dengan lebih sedikit  transportasi, maka lebih sedikit karbon dioksida yang dihasilkan dan lebih sedikit peralatan pengangkat berat yang diperlukan. Kebutuhan space di ruang kontrol dan proteksi yang lebih kecil karena ukuran  IED  lebih  kecil.  Tidak  ada  komponen input output konvensional  seperti  untuk  input  CT,  VT, digital input, dan digital output . Tidak ada wiring dan terminal  copper  wire,  kecuali  untuk power  supply . Terintegrasinya beberapa fungsi dalam satu IED, jika diijinkan.
Selaih kebutuhan transport yang lebih sedikit, kebutuhan space di switchyard juga  lebih  kecil karena wiring menggunakan copper  wire lebih sedikit (hanya untuk power supply dan wiring jarak pendek  antara  peralatan primer dengan  MK,  selain itu  sudah  menggunakan fiber  optic ).  Jika digital substation menggunakan  NCIT,  ukuran  NCIT  lebih kecil  dari  pada  CIT,  bahkan  ada  NCIT  yang terintegrasi  dengan  CB.  Dengan  demikian, space yang  dibutuhkan  menjadi  lebih  kecil  (Chen et  al .,
2021; Hinkley & Mistry, 2018).
Dengan  berkurangnya  penggunaan copper wire ,  instalasi  pada  gardu  induk  menjadi  lebih ringkas  dan  lebih  mudah  (terutama  untuk  peralatan sekunder);  jumlah  panel  dan wiring yang  perlu diinstalasi  lebih  sedikit  serta copper  wire sebagian besar digantikan oleh fiber optic dengan jumlah yang lebih  sedikit  (Hinkley  &  Mistry,  2018).  Kondisi  ini juga menghasilkan penghematan biaya instalasi atau investasi.  Penghematan  biaya  instalasi  meliputi, pondasi  dan space peralatan  CT/VT,  pondasi  dan
space  bangunan,  kubikel,  panel,  kabel,  penarikan kabel, dan duct . Penghematan biaya operasi meliputi pengoptimalan  fungsi  operator,  diagnosa  gangguan lebih cepat dan pemulihan lebih cepat. Penghematan biaya  pemeliharaan  berupa  memonitor  semua  data peralatan, maka pemeliharaan periodik bisa dikurangi.
Monitoring secara real time memungkinkan tindakan cepat, tepat dan efisien jika terjadi kegagalan. Fitur pengujian dan simulasi IEC 61850  memungkinkan  isolasi  dan  pengujian  fungsi proteksi  dan  kontrol  secara  cepat  dan  aman. Kesesuaian  dengan  standar  memungkinkan  retrofit sistem  sekunder  di  masa  depan  dilakukan  secara efisien.
Salah satu bentuk instalasi yang lebih ringkas adalah dengan dihilangkannya sirkuit CT dan VT di panel  kontrol  dan  proteksi;  hal  tersebut  dapat meningkatkan keamanan pada process bu s. Process bus mengganti  indikasi  konvensional  110  VDC dengan fiber  optic . Process  bus menghilangkan koneksi  elektrik  antara  panel  kontrol  dan  proteksi (peralatan  sekunder)  dengan switchyard (peralatan primer)  sehingga  mengurangi  risiko  sengatan  listrik dan resiko lainnya. NCIT tidak menggunakan minyak atau SF6 sehingga mengurangi resiko kebakaran, dan polusi  lingkungan.  Waktu  pemadaman  yang  lebih pendek, khususnya pada saat retrofit dan pemeliharaan  peralatan  sekunder.  Pengujian  dari proses  I/O  ke  proteksi,  kontrol  dan  sistem  SCADA dapat  dilakukan  sebelum  alat  dipasang  di site . Pemasangan fiber  optic dilakukan  tanpa  mematikan sistem eksisting. Pemasangan peralatan proteksi dan kontrol tidak memerlukan pengkabelan copper wire , kecuali untuk power supply , cukup memasang fiber optic ke  jaringan ethernet ,  dan  penempatan  IED fleksibel, tidak tergantung wiring seperti pada gardu induk konvensional. Selain itu juga dapat meningkatkan fleksibilitas penempatan peralatan dan distribusi  data.  Fleksibilitas  penempatan  panel  dan peralatan kontrol/proteksi yang baru/pengganti, tanpa tergantung  pada  pemasangan wiring ,  karena  sudah berbasis jaringan. Fleksibilitas dalam pendistribusian data  status,  kontrol  dan  pengukuran,  karena  data tersebut  dikirimkan/disharing  melalui  protokol  IEC 61850,  sehingga  peralatan  yang  membutuhkan  data tersebut  tinggal  mengambil  dari  jaringan ethernet tanpa perlu koneksi point to point secara hardwired seperti pada gardu induk konvensional.
Dari  sudut  pandang  komisioning,  acuan standar IEC 61850 memungkinkan pengujian fungsi proteksi  dan  control  dapat  dilakukan  dengan  secara cepat  dan  aman  (Chen et  al .,  2021).  Waktu pemadaman  yang  lebih  pendek  akan  meningkatkan availability  sistem,  ketersediaan  pasokan,  dan pendapatan utility . Digital substation dimungkinkan untuk  mendigitalisasi  semua  kondisi  peralatan, sehingga  semua  peralatan  dapat  di  monitor  secara real time (online condition monitoring) . Oleh karena itu,  dapat  dilakukan condition-based  maintenance
(CBM)
dan asset management untuk memaksimalkan performance dan lifetime peralatan.
3.6. Isu dan Permasalahan Digital Substation
Isu pada digital substation meliputi: maturity , interoperability,  reliability,  time  synchronization, network  configuration dan bandwidth  management, cyber security, mixed mode, backward compatibility , suhu  dan  kelembaban.  Teknologi digital  substation pada  saat  ini  belum mature , hal  ini  bisa dilihat  dari penerapan digital  substation yang pernah  dilakukan oleh  pabrikan  kebanyakan  masih  dalam  tahap pilot project untuk  beberapa bay saja.  Selain  itu, penerapan digital  substation antar  pabrikan  masih berbeda-beda.  Sedangkan  untuk  teknologi  NCIT, beberapa pabrikan masih dalam proses pengembangan,  sedangkan  yang  sudah  produksi, harganya masih mahal dibandingkan CIT.
Interoperability adalah  kemampuan dua  atau lebih  peralatan  IED  dari  pabrikan/merk  yang  sama atau  berbeda  untuk  bertukar  informasi  dan memanfaatkan informasi tersebut untuk melaksanakan  suatu  fungsi  tertentu  dengan  benar (Bhardwaj et  al .,  2014;  Pruthvi et  al .,  2013). Walaupun  saat  ini  pabrikan-pabrikan digital substation sama-sama  menggunakan  protokol  IEC 61850,  tetapi  kenyataan  di  lapangan  ada  peralatan beda merk yang tidak bisa berkomunikasi satu sama lain  menggunakan  protokol  IEC  61850;  hal  ini disebabkan  karena  penerapan  protokol  IEC  61850 antar  pabrikan  belum  tentu  sama.  Selain  itu, interoperability antar  peralatan,  sangat  tergantung dari  kemampuan  peralatan  dan  kemampuan  teknisi dalam mengintegrasikannya dengan peralatan lain.
Dibandingkan  gardu  induk  konvensional, jumlah  peralatan  pada digital  substation semakin banyak,  seperti  MU,  SCU, ethernet  switch , workstation , server , gateway dan lain-lain. Semakin banyak peralatan, maka semakin tinggi pula tingkat kegagalan  secara  keseluruhan.  Hal  ini  bisa  dilihat juga dari pengalaman penerapan substation automation system (SAS) dibandingkan gardu induk konvensional  dengan remote  terminal  unit (RTU), dimana  peralatan  SCADA  pada  gardu  induk konvensional lebih jarang terjadi gangguan dibandingkan dengan SAS. Hal ini karena peralatan SAS kebanyakan berbasis komputer dan elektronik. Untuk meningkatkan reliability pada digital substation ,  dapat  dilakukan  dengan  melakukan redundancy , tetapi memerlukan tambahan biaya yang cukup besar.
Time synchronization menjadi isu pada digital substation (Topolsky et  al .,  2018,  2019)  terutama pada  komunikasi  menggunakan  SV,  karena  SV  ini menggantikan data analog arus tegangan dari CT/PT konvensional. Adanya waktu yang tidak sikron, atau adanya delay pada frame SV bisa menyebabkan IED bekerja  tidak  sebagaimana  mestinya  ( malfunction ) (Serebryannikov et  al .,  2019),  terutama  untuk  IED proteksi differential ( line differential , trafo
differential , busbar  protection ),  yang  menggunakan algoritma  membandingkan  nilai  arus  dari  beberapa sumber.  Jika  ada  salah  satu  SV,  atau  lebih,  yang waktunya tidak sinkron, maka IED proteksi tersebut akan malfunction karena  membandingkan  beberapa nilai arus untuk waktu yang tidak sama persis. Untuk itu,  SV  pada Digital  substation waktunya  harus sinkron  dan  memiliki  akurasi  yang  sangat  tinggi, serta  arsitektur  jaringan  sinkronisasi  waktu, source , redundansi  perlu  ditentukan  secara  ketat,  untuk mengantisipasi hal-hal yang tidak diinginkan seperti GPS gagal/rusak.
Digital  substation sangat  bergantung  pada bandwidth ,  karena  semua  data  dikirimkan  melalui jaringan ethernet tersebut  (Kumar et  al .,  2021). Kebutuhan bandwith untuk  pengiriman  satu  SV cukup tinggi kira-kira membutuhkan 5 Mbps. Untuk itu, bandwith harus di- manage secara baik, misalnya dengan  penggunaan  VLAN  untuk  memisahkan komunikasi  data  yang  lewat,  dan  penggunaan  QoS untuk  membuat  prioritas  komunikasi  data  sebagai antisipasi  jika  jaringan overload .  Konfigurasi  dari jaringan ethernet dalam substation ( process  bus, station  bus )  juga  sangat  penting,  sebagai  contoh konfigurasi VLAN yang tidak benar akan menyebabkan jaringan collapse . Untuk itu. diperlukan  kemampuan  dalam  bidang networking , tidak hanya kemampuan di bidang SCADA.
Semua  bentuk  data  pada digital  substation berbentuk  digital,  dan digital  substation ini  sudah sangat  bergantung  pada  jaringan ethernet .  Karena digital  substation merupakan  objek  vital,  maka keamanan  dan  kehandalannya  harus  terjaga.  Untuk itu  pada digital  substation harus  diterapkan cyber security secara ketat agar terhindar dari serangan baik dari  dalam  maupun  dari  luar  (Kwon et  al .,  2019). Beberapa contoh serangan yang pernah terjadi pada sistem SCADA: Maroochy Waste Water (Australia), Davis  Besse  Nuclear  Power  Plant di  Ohio,  dan StuxNet Worm . Untuk digital substation yang pada salah satu bay nya  masih  menggunakan  CT/PT  konvensional tanpa  MU,  maka  terdapat  kemungkinan  terjadinya mixed-mode sehingga  besaran  arus  tegangan  masih dalam  bentuk  analog  ( bay lain  yang  sudah menggunakan  MU  besaran  arus  tegangan  dalam bentuk  digital  SV). Mixed - mode juga  dapat  terjadi pada digital  substation di  mana  gardu  induk lawannya  adalah  gardu  induk  konvensional  atau apabila terjadi ekstensi bay yang tidak seragam ( bay eksisting digital, sementara bay ekstensi analog); hal tersebut berpotensi menyebabkan permasalahan pada system proteksi, contohnya: proteksi line differential maupun busbar protection. Permasalahan di proteksi differential terjadi karena perbandingan besaran arus dengan  sampling  waktu  yang  tidak  sama,  sehingga perlu  dikaji  lebih  lanjut  apakah  ada  produk  yang dapat mengintegrasikan konvensional (arus tegangan dalam bentuk analog) dengan digital (arus tegangan dalam  bentuk  digital  atau  SV).  Jika  ada  produk
seperti  itu,  sangat  penting  untuk  memvalidasi interoperability pola  tersebut  untuk  menilai  kinerja dan  stabilitasnya.  Bahkan  ada  pabrikan  yang merekomendasikan untuk proteksi differential harus sama-sama menggunakan SV dengan MU dari merk dan  tipenya  sama,  untuk  menghindari malfunction dari proteksi differential tersebut.
Backward  compatibility antara  IEC  61850 edisi  1  dengan  edisi  2  juga  menjadi  salah  satu  isu yang disoroti dalam digital substation . Peralatan IEC 61850 edisi 1 dapat masuk ke sistem IEC 61850 edisi 2,  dengan  catatan  parameter  di  sistem  IEC  61850 edisi  2  mengikuti  parameter  IEC  61850  edisi  1. Sedangkan  jika  peralatan  IEC  61850  edisi  2  masuk ke  sistem  IEC  61850  edisi  1  maka  ada  beberapa masalah  yang  muncul.  Kasus  ini  mungkin  terjadi pada  gardu  eksisting  lama  yang  menggunakan  IEC 61850  edisi  1,  sedangkan bay  extension yang  baru menggunakan IEC 61850 edisi 2. Direkomendasikan semua  peralatan  menggunakan  IEC  61850  dengan edisi yang sama, edisi 1 semua atau edisi 2 semua.
Isu terakhir yang terkait dengan implementasi digital substation adalah kondisi udara di Indonesia yang  memiliki  suhu  dan  kelembaban  yang  tinggi. Sebagian peralatan digital substation seperti MU dan NCIT  (yang  memiliki  komponen  elektronik  di dalamnya)  dipasang di luar ruangan, sehingga perlu divalidasi kembali kinerja dan lifetime nya mengingat peralatan-peralatan  tersebut  kebanyakan  dibuat  dan digunakan oleh negara-negara Eropa yang memiliki temperatur  dan  kelembapan  tidak  tinggi  seperti  di Indonesia.
Apabaila direview kembali  terkait  SAS  yang sudah  terpasang  di  beberapa  gardu  induk,  terdapat sejumlah permasalahan yang mungkin terjadi, yaitu: interoperability peralatan  antar  pabrikan  masih sering menjadi kendala, konfigurator peralatan SAS tidak  tersedia  atau  versi  tidak  sesuai,  dokumentasi logic/GOOSE/software  sebagai  pengganti  as built drawing  tidak  ada ,  peralatan  yang  akan  dipasang belum  lulus  uji interoperability atau  versi firmware yang  terpasang  berbeda  dengan  yang  telah  diuji, pengetahuan tentang peralatan SAS sangat tergantung merk peralatan, jumlah teknisi lokal tidak sebanding dengan jumlah proyek SAS yang ada, serta format ICD dan tipe data antar pabrikan tidak sama.

## 4. KESIMPULAN DAN SARAN
Digital substation memiliki banyak kelebihan diantaranya,  yaitu:  kebutuhan copper  wire yang rendah,  transportasi  dan space yang  lebih  sedikit, instalasi peralatan sekunder lebih singkat, penghematan biaya (instalasi, operasi, dan pemeliharaan), pemadaman lebih singkat, peningkatan keamanan dan utilisasi aset.  Sementara itu,  terdapat  sejumlah  isu  yang  ada  pada digital substation meliputi: maturity , interoperability , reliability , time synchronization, network configuration dan bandwith  management , cyber security, mixed mode, backward compatibility , suhu
dan kelembaban. Maturity level dari teknologi digital substation masih rendah sehingga penerapan digital substation di  dunia  masih  dalam  tahap pilot  project dan pengembangan teknologi digital substation antar pabrikan  masih  berbeda-beda. Maturity  level dari teknologi digital substation menjadi bahan pertimbangan dalam penerapan teknologi tersebut di sistem ketenagalistrikan. Pilot project dapat digunakan  untuk  mempelajari  teknologi digital substation sebelum  diterapkan  secara  menyeluruh terutama  untuk  mengantisipasi  isu/permasalahan yang mungkin timbul.

## DAFTAR PUSTAKA
Tofani, K.M., Pramana, P.A.A., Harsono, B.B.S.D.A.,  Jintaka,  D.R.,  Mangunkusumo, K.G.H.  (2020). SCADA  System  Design  to Optimize and  Automate Microgrids Systems in Indonesia . International Conference on Technology and Policy in Energy and Electric Power (ICT-PEP)
Bhardwaj, V., Singh, M. I., Pardeshi, S., & Arora, R.
(2014).  A  review  on  various  standards  for Digital  substation . Proceeding  of  the  IEEE International Conference on Green Computing,  Communication  and  Electrical Engineering, ICGCCEE 2014 . https://doi.org/10.1109/ICGCCEE.2014.69223
64
Chen,  L.,  Li,  H.,  Charton,  T.,  &  Zhang,  R.  (2021). Virtual  Digital  substation  Test  System  and Interoperability Assessments . Hinkley,  K.,  &  Mistry,  C.  (2018).  First Digital substation in TransGrid – Australia: a journey,
business  case,  lessons. The  Journal  of
Engineering , 2018 (15), 1135–1139.
https://doi.org/10.1049/joe.2018.0171
Kumar,  S.,  Abu-Siada,  A.,  Das,  N.,  &  Islam,  S. (2021). Toward a substation automation system based on iec 61850. Electronics (Switzerland) ,
10 (3),
1–16. https://doi.org/10.3390/electronics10030310
Kwon, Y., Lee, S., King, R., Lim, J. I., & Kim, H. K. (2019).  Behavior  analysis  and  anomaly detection  for  a Digital  substation on  cyber- physical  system. Electronics  (Switzerland) , 8 (3). https://doi.org/10.3390/electronics8030326
Pruthvi, P., Bhuvaneswari, H. B., & Sudheendran, L. (2013).  Analysis  of  utility  communication protocol IEC 61850 for substation automation systems. IET Conference Publications , 2013 (648 CP). https://doi.org/10.1049/cp.2013.2504
Sanchez-Garrido,  J.,  Jurado,  A.,  Medina,  L., Rodriguez,  R.,  Ros,  E.,  &  Diaz,  J.  (2020). Digital  Electrical  Substation  Communications
Based on Deterministic Time-Sensitive Networking  over Ethernet . IEEE  Access , 8 ,
93621–93634. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.299518 9
Serebryannikov, A. V., Zinovev, D. V., Kravchenko, G. A., Kalinin, A. G., Ilin, D. V., & Ilina, L. A. (2019). Principles for reducing the phase shift between  instantaneous  analogue  and  discrete signals  and  the  corresponding  values  in  the sampled  values  (SV)  stream  of  a Digital substation . E3S Web of Conferences , 124 , 1–4. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20191240103
5
Szela, W., Gdowik, E., Vardhan, H., & Ramlachan, R.  (2018).  Deploying Digital  substation s : Experience  with  a Digital  substation Pilot  in North America Harsh Vardhan , R Ramlachan GE  Grid  Solutions  ,  USA  Wojciech  Szela  , Edward Gdowik. 2018 71st Annual Conference for Protective Relay Engineers (CPRE) . Topolsky, D. V., Topolskaya, I. G., & Plaksina, Y. G. (2019).  Digital  Measurement  System  to Substation Automation Systems. Proceedings -
2019 International Russian Automation Conference, RusAutoCon 2019 , 1–6. https://doi.org/10.1109/RUSAUTOCON.2019
.8867713
Topolsky, D. V., Topolskaya, I. G., & Topolsky, N. D.  (2018).  Development  of  an  Intelligent Measuring  System  for Digital  substation s.
2018  International  Multi-Conference  on Industrial Engineering and Modern Technologies, FarEastCon 2018 , 1–4. https://doi.org/10.1109/FarEastCon.2018.8602 868 Tryapkin,  E.,  Ignatenko,  I.,  &  Keino,  M.  (2018). Development of “ Digital substation ” technology  for  power  supply  of  railways.
MATEC Web of Conferences , 239 . https://doi.org/10.1051/matecconf/201823901 051
Wang,  S.,  Yang,  F.,  Yan,  X.,  &  Liu,  T.  (2020).
Analysis  of  GOOSE  message  and  the engineering  application  for  GOOSE  message in  the  intelligent  substation. The  Journal  of
Engineering , 2020 (6), 207–212. https://doi.org/10.1049/joe.2018.5208
Wester, C., Engelman, N., Smith, T., Odetunde, K.,
Anderson, B., & Reilly, J. (2015). The role of the  SCADA  RTU  in today’s substation. 2015 68th  Annual  Conference  for  Protective  Relay Engineers, CPRE 2015 , 622–628. https://doi.org/10.1109/CPRE.2015.7102199 Xia,  F.,  Xia,  Z.,  &  Huang,  X.  (2015).  Summary  of GOOSE  substation  communication. MATEC Web of Conferences , 25 , 1–8. https://doi.org/10.1051/matecconf/201525010 07