ANALISIS KESTABILAN FREKUENSI SISTEM ON GRID PLTS IKN 10 MW PADA SISTEM KELISTRIKAN IBUKOTA NUSANTARA TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh DIDIK DARMAWAN NIM: 23122325 Program Studi Magister Teknik Mesin INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Januari 2025 ` i ABSTRAK ANALISIS KESTABILAN FREKUENSI SISTEM ON GRID PLTS IKN 10 MW PADA SISTEM KELISTRIKAN IBUKOTA NUSANTARA Oleh Didik Darmawan 23122325 Program Studi Magister Teknik Mesin Peningkatan kebutuhan energi listrik dan isu pemanasan global mendorong pemanfaatan energi terbarukan sebagai solusi berkelanjutan. Salah satu perhatian utama adalah dampak lingkungan akibat peningkatan emisi polusi udara yang berkontribusi terhadap perubahan iklim. Energi surya merupakan sumber energi terbarukan yang ramah lingkungan dan tidak memerlukan biaya bahan bakar. Namun integrasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya ke dalam sistem kelistrikan menghadapi tantangan akibat sifatnya yang intermittent serta ketergantungannya pada sumber energi utama yang tidak dapat dikendalikan. Hal ini dapat memengaruhi stabilitas sistem kelistrikan terutama kestabilan frekuensi. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, diperlukan teknologi penyimpanan energi dan sistem kendali yang mampu menjaga kestabilan frekuensi pada jaringan listrik di Ibu Kota Nusantara (IKN). Stabilitas frekuensi merupakan aspek krusial dalam sistem tenaga listrik yang dapat dijaga melalui pola operasi load sharing yang adaptif serta pemanfaatan sistem hibrida untuk penyimpanan energi. Pada sistem kelistrikan IKN, PLTS dengan kapasitas operasi 10 MW dikoneksikan secara on- grid dan tersinkronisasi dengan Sistem Mahakam melalui jaringan 20 kV. Kinerja PLTS sangat dipengaruhi oleh iradiasi matahari dan kondisi cuaca, menyebabkan daya keluarannya bersifat fluktuatif. Fluktuasi ini dapat diredam menggunakan baterai agar tidak berdampak signifikan terhadap kinerja pembangkit lainnya. Dalam penelitian ini, dilakukan simulasi menggunakan perangkat lunak DigSILENT 15.1 dengan beberapa studi kasus, meliputi pelepasan beban 100% yang memengaruhi frekuensi sistem dengan respon ada tidaknya free governor, serta implementasi sistem hibrida dengan baterai untuk meningkatkan kestabilan sistem. Hasil simulasi ini diharapkan dapat memberikan gambaran mengenai batas kestabilan sistem ketika PLTS IKN beroperasi hingga kapasitas 50 MW, sehingga integrasinya tidak mengganggu kestabilan frekuensi jaringan listrik di IKN. Kata Kunci: Energi terbarukan, PLTS, Intermittent, frekuensi ` ii ABSTRACT FREQUENCY STABILITY ANALYSIS OF ON-GRID SOLAR POWER PLANT SYSTEM 10 MW IN THE ELECTRICITY SYSTEM OF NUSANTARA CAPITAL CITY By DIDIK DARMAWAN 23122325 Master’s Program in Mechanical Engineering The increasing demand for electrical energy and global warming issues have driven the adoption of renewable energy as a sustainable solution. One major concern is the environmental impact of rising air pollution emissions, which contribute to climate change. Solar energy is environmentally friendly and fuel-free renewable energy source. However, integrating Solar PV into the electrical system presents challenges due to its intermittent nature and dependence on an uncontrollable primary energy source. This condition can affect the stability of the power system, particularly frequency stability. To address this issue energy storage technology and control systems are needed to maintain frequency stability in the power grid of Ibu Kota Nusantara (IKN). Frequency stability is a crucial aspect of the power system that can be maintained through adaptive load-sharing operations and hybrid energy storage systems. In the IKN power system, a 10 MW Solar PV is connected on-grid and synchronized with the Mahakam System through a 20 kV network. Solar PV performance is highly influenced by solar irradiation and weather conditions, causing fluctuations in power output. These fluctuations can be mitigated using batteries to minimize their impact on other power plants. This study conducts simulations using DigSILENT 15.1 software with several case studies, including a 100% load shedding scenario affecting system frequency, response analysis with and without free governor, and the implementation of a hybrid system with batteries to enhance system stability. The results of this simulation are expected to provide insights into the system's stability limits when Solar PV in IKN operates at a capacity of up to 50 MW, ensuring that its integration does not disrupt the frequency stability of the power grid. Keywords: Renewable energy, Solar PV, Intermittent, frequency ` iii HALAMAN PENGESAHAN ANALISIS KESTABILAN FREKUENSI PLTS 10 MW SISTEM ON GRID PADA SISTEM KELISTRIKAN IBUKOTA NUSANTARA Oleh Didik Darmawan NIM: 23122325 Program Studi Magister Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung Menyetujui Tim Pembimbing 3 Februari 2025 Ketua Poetro Lebdo Sambegoro, M.Sc., Ph.D. NIP: 198404152018031001 ` iv KATA PENGANTAR Assalamualaikum warahmatullahi wabarakatuh. Segala puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayah- Nya, sehingga penulis diberikan kemudahan dalam menyelesaikan tesis yang berjudul “Analisis Kestabilan Frekuensi PLTS 10 MW Sistem On Grid pada Sistem Kelistrikan Ibukota Nusantara”. Tesis ini disusun sebagai persyaratan untuk memperoleh gelar Magister Teknik pada Program Studi Rekayasa Energi Berkelanjutan, Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara, Institut Teknologi Bandung. Penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Allah Subhanahu wata’ala llahu ‘Alaihi Wasallam atas segala nikmat, petunjuk, dan kemudahan yang diberikan. 2. Keluarga tercinta khususnya kedua orang tua, istri Irlan Awalia Sabrini, serta kedua anak Shaqueena Maiza Zahab dan Syarafina Qiana Zuhrah atas doa dan dukungan yang selalu menjadi sumber semangat dalam menyelesaikan studi ini. 3. Bapak Poetro Lebdo Sambegoro, M.Sc., Ph.D. selaku dosen pembimbing, atas arahan, bimbingan dan ilmu yang diberikan selama proses penyusunan tesis ini 4. Perusahaan Listrik Negara (PLN) atas kesempatan dan dukungan melalui program beasiswa kerja sama S2 dengan Institut Teknologi Bandung. 5. Keluarga Besar UP3 Samarinda, Nusantara Power IKN, UIP3B Kalimantan dalam memberikan data dan pengetahuan dalam tesis ini 6. Rekan - rekan REB Batch 1 PLN Kerma ITB atas dukungannya 7. Seluruh pihak yang telah berkontribusi, baik secara langsung maupun tidak langsung dalam penyelesaian tesis ini. Penulis berharap bahwa tesis ini dapat memberikan kontribusi bagi pengembangan ilmu pengetahuan, khususnya di bidang energi terbarukan. Oleh karena itu, kritik, saran dan masukan yang membangun sangat diharapkan untuk perbaikan di masa mendatang. Wassalamualaikum warahmatullahi wabarakatuh. ` v DAFTAR ISI ABSTRAK ............................................................................................................... i ABSTRACT .............................................................................................................. ii HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iii KATA PENGANTAR ............................................................................................. iv DAFTAR ISI ........................................................................................................... v DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI ............................................................ viii DAFTAR TABEL ................................................................................................... ix DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG .......................................................... x Bab I Pendahuluan .................................................................................................. 1 I.1 Latar Belakang ........................................................................... 1 I.2 Identifikasi Masalah ................................................................... 2 I.3 Tujuan Penelitian ....................................................................... 3 I.4 Ruang Lingkup Penelitian ......................................................... 3 I.5 Metodologi Penelitian ................................................................ 4 I.6 Sistematika Penulisan ................................................................ 5 Bab II. Tinjauan Pustaka ......................................................................................... 6 Penelitian Yang Relevan ............................................................ 6 Landasan Teori PLTS ................................................................. 9 II.2.1 Pengertian PLTS ............................................................ 9 II.2.3 Duck Curve .................................................................. 11 II.2.4 Solar Insolation ........................................................... 13 Aliran Daya .............................................................................. 13 Metode Newton Raphson ......................................................... 14 Kestabilan Sistem .................................................................... 15 Kestabilan Sistem Tenaga Listrik ............................................ 15 II.6.1 Kestabilan Sudut Rotor ................................................ 16 II.6.2 Kestabilan Frekuensi ................................................... 17 II.6.3 Kestabilan Transien ..................................................... 17 Ramp Rate ................................................................................ 18 Standar yang berhubungan dengan Kestabilan Transien ......... 20 II.8.1 Undervoltage ............................................................... 20 II.8.2 Standar Frekuensi ........................................................ 21 Hubungan Daya dengan Frekuensi .......................................... 22 Governor .................................................................................. 23 Konsep Droop .......................................................................... 26 Bab III. Metodologi Penelitian .............................................................................. 29 III.1 Sistem PLTS IKN .................................................................... 29 III.2 Data Iradiasi Matahari ............................................................. 33 III.3 Kapasitas Pembangkit Interkoneksi Kalimantan ..................... 34 III.4 Metodologi Simulasi ................................................................ 35 ` vi Bab IV. Hasil Penelitian ........................................................................................ 37 IV.1 Pemodelan Simulasi Sistem Kelistrikan Ibukota Nusantara.... 37 IV.2 Profile Beban PLTS ................................................................. 39 IV.3 Kasus Simulasi ......................................................................... 41 IV.2.1 Kehilangan Suplai Daya dari PLTS Eksisting Ibu Kota Nusantara (10 MW) Sebesar 100% Tanpa Respon Governor Kit............................................................... 42 IV.2.2 Kehilangan Suplai Daya Dari PLTS IKN dengan Kondisi Keluaran 10 MW Sebesar 100% dengan Free Governor Kit............................................................... 45 IV.2.3 Pengaruh Governor ketika PLTS Hilang Daya 100% 47 IV.2.4 Kehilangan Suplai Daya dari PLTS IKN dengan Kondisi Keluaran 10 MW Sebesar 100% dengan respon Baterai dan respon Free Governor. ......................................... 49 IV.2.5 Kehilangan Suplai Daya dari PLTS IKN dengan Kondisi Keluaran 50 MW Sebesar 100% dengan Respon Tanpa Baterai. ........................................................................ 50 IV.2.6 Kehilangan Suplai Daya dari PLTS IKN dengan Kondisi Keluaran 50 MW Sebesar 100% dengan Free Governor PLTG. .......................................................................... 52 IV.2.7 Kehilangan Suplai Daya dari PLTS IKN dengan Kondisi Keluaran 50 MW Sebesar 100% dengan Respon Free Governor dan Baterai (BESS).