Arus sirkulasi antar inverter bisa merusak mikrogrid energi terbarukan. Pelajari teknik kontrol cerdas dan peran AI untuk membuat mikrogrid Indonesia lebih tangguh.
Mengapa Arus Sirkulasi Jadi Masalah Serius di Mikrogrid Indonesia
Sebagian besar proyek mikrogrid di Indonesia hari ini menggabungkan inverter paralel untuk mengelola PLTS, PLTB, baterai, hingga kendaraan listrik. Di lapangan, banyak engineer mengeluh hal yang sama: tegangan goyang, pembagian daya berantakan, dan komponen cepat panas. Akar masalahnya sering bukan di panel surya atau baterai, tapi di arus sirkulasi (circulating current) antar inverter.
Ini relevan sekali untuk transisi energi Indonesia. Saat sistem listrik makin sarat Distributed Generation (DG) berbasis inverter, stabilitas frekuensi dan tegangan yang dulu dijaga turbin sinkron besar, sekarang bergeser ke kendali elektronik daya. Kalau arsitektur dan kontrolnya tidak beres, target penetrasi energi terbarukan malah bikin jaringan rapuh.
Di tulisan ini, saya akan membahas:
- Apa itu arus sirkulasi di inverter paralel dan kenapa berbahaya
- Kenapa droop control standar sering gagal di kondisi nyata
- Teknik virtual impedance, angle droop, dan multi-loop control untuk meredam arus sirkulasi
- Peran AI untuk mengoptimalkan kontrol mikrogrid di Indonesia
Fokusnya: dari konsep teknis ke implikasi praktis bagi utilitas, IPP, dan pengembang proyek energi terbarukan.
Apa Itu Arus Sirkulasi di Inverter Paralel?
Arus sirkulasi adalah arus yang mengalir antar inverter, bukan ke beban. Arus ini muncul karena adanya perbedaan:
- Tegangan keluaran inverter
- Fase tegangan
- Impedansi jalur (R, L, atau kombinasi)
Bayangkan ada dua inverter PLTS 100 kW di sebuah desa di NTT, terhubung ke bus AC yang sama. Secara desain, keduanya harus berbagi daya ke beban desa. Tapi kalau:
- Tegangan output salah satu inverter sedikit lebih tinggi (misalnya 400,5 V vs 398 V)
- Impedansi kabel ke titik sambung (PCC) berbeda karena jarak dan ukuran kabel berbeda
Maka akan timbul arus yang mengalir dari inverter dengan tegangan lebih tinggi ke yang lebih rendah. Arus ini:
- Tidak “berguna” untuk melayani beban
- Bisa cukup besar sehingga memanaskan trafo, kabel, dan inverter
- Mengacaukan perhitungan pembagian daya (power sharing) yang diharapkan
Di sistem mikrogrid dengan banyak DG (N inverter), efek ini bisa berlipat:
- Muncul banyak path arus sirkulasi
- Tegangan bus menjadi tidak stabil
- Proteksi lebih sering trip tanpa sebab yang tampak jelas
Arus sirkulasi yang tidak dikendalikan adalah salah satu penyebab tersembunyi kenapa beberapa mikrogrid tampak “rewel” meskipun semua alatnya baru.
Keterbatasan Droop Control Konvensional di Kondisi Nyata
Secara teori, droop control itu elegan. Inverter berbagi daya aktif dan reaktif tanpa komunikasi, cukup dengan karakteristik P–f dan Q–V:
- Semakin tinggi beban aktif, frekuensi cenderung turun → inverter tambah suplai daya aktif
- Semakin tinggi beban reaktif, tegangan cenderung turun → inverter tambah suplai daya reaktif
Konsep ini bekerja baik jika:
- Impedansi jalur tiap inverter ke PCC kurang lebih sama
- Tipe impedansi juga mirip (semuanya dominan induktif, misalnya)
Masalahnya, di lapangan Indonesia:
- Ada feeder pendek dengan kabel besar (impedansi kecil, lebih resistif)
- Ada feeder panjang ke pulau/desa terpencil (impedansi besar, lebih induktif)
- Kadang satu inverter dekat PCC, yang lain jauh dengan kabel udara panjang
Akibatnya:
- Droop control standar jadi tidak akurat dalam berbagi daya
- Inverter dengan jalur kabel lebih pendek bisa mengalirkan lebih banyak arus, bahkan saat setpoint dayanya sama
- Arus sirkulasi jadi besar saat ada sedikit perbedaan tegangan/phase
Di mikrogrid dengan penetrasi energi terbarukan tinggi (seperti PLTS off-grid di Maluku atau Kalimantan), kondisi ini memperburuk:
- Deviasi frekuensi lokal
- Fluktuasi tegangan di ujung jaringan
- Risiko instabilitas ketika beban tiba-tiba naik/turun
Singkatnya: droop control klasik saja tidak cukup untuk mikrogrid Indonesia yang jalurnya beragam dan sering asimetris.
Virtual Impedance: “Menyamakan” Jalur Tanpa Mengganti Kabel
Solusi yang masuk akal secara teknis dan ekonomis adalah virtual impedance control.
Intinya: kontroler inverter “menambahkan” impedansi virtual pada sisi output secara digital, sehingga dari perspektif sistem, semua jalur inverter tampak lebih seragam.
Bagaimana Virtual Impedance Bekerja?
- Kontroler mengukur arus keluaran inverter
- Menghitung tegangan drop virtual
V_virtual = I Ă— Z_virtual - Menyesuaikan referensi tegangan output inverter:
V_ref_new = V_ref_original - V_virtual
Dengan cara ini:
- Inverter dapat mengkompensasi perbedaan impedansi fisik jalur
- Pembagian daya antar inverter jadi lebih seimbang
- Arus sirkulasi akibat perbedaan impedansi dapat ditekan signifikan
Manfaat di Proyek Mikrogrid Indonesia
Untuk developer dan utilitas, virtual impedance punya beberapa keunggulan praktis:
- Tidak perlu mengganti semua kabel yang sudah terpasang
- Bisa dituning per inverter sesuai kondisi jalur aktual
- Cocok untuk sistem yang berkembang bertahap (tambah DG sedikit demi sedikit)
Di mikrogrid desa yang menggunakan beberapa inverter berbeda rating, virtual impedance menjadi kunci agar:
- Inverter kecil tidak overload saat inverter besar “tertarik” arus ke dirinya
- Daya terbagi sesuai rating unit, bukan sekadar posisi di jaringan
Virtual impedance memberi cara murah dan fleksibel untuk “merapikan” sistem yang fisiknya sudah terlanjur tidak ideal.
Angle Droop, Q–U Droop, dan Multi-Loop Control
Selain virtual impedance, ada tiga konsep kontrol lain yang penting untuk resiliensi mikrogrid berbasis inverter.
1. Angle Droop: Frekuensi Lebih Stabil
Angle droop control memanfaatkan sudut fase (angle) tegangan sebagai variabel kontrol, bukan hanya frekuensi.
Dibandingkan droop frekuensi klasik:
- Variasi frekuensi dengan angle droop cenderung lebih kecil
- Respon transien (saat beban berubah cepat) bisa lebih cepat dan lebih halus
Untuk sistem Indonesia yang ingin menjaga kualitas frekuensi di sekitar 50 Hz meski banyak DG, angle droop:
- Membantu mengurangi overshoot frekuensi
- Menjaga sinkronisasi antar inverter di PCC
2. Q–U Droop: Tegangan Output Lebih Rapi
Q–U droop mengatur hubungan antara daya reaktif (Q) dan tegangan (U).
Kelebihannya:
- Tegangan di sisi inverter bisa dipertahankan lebih stabil
- Performa tidak terlalu sensitif terhadap variasi impedansi jaringan
Ini penting untuk:
- Jaringan desa dengan kabel panjang dan beban motor induksi (pompa air, mesin kecil)
- Sistem yang sensitif terhadap tegangan seperti data center skala kecil atau fasilitas kesehatan di daerah terpencil
3. Multi-Loop Control: Menggabungkan Semuanya
Multi-loop control menambahkan beberapa lapisan kontrol:
- Loop luar: droop control untuk daya aktif & reaktif
- Loop dalam: kontrol tegangan dan arus yang cepat
Kombinasi ini membuat sistem:
- Lebih adaptif terhadap perubahan beban dan kondisi jaringan
- Bisa menekan arus sirkulasi tanpa mengorbankan kualitas tegangan dan frekuensi
Di mikrogrid yang terhubung ke jaringan utama (grid-connected) maupun yang berdiri sendiri (islanded), pendekatan multi-loop memberi fleksibilitas tinggi: inverter bisa berperan sebagai grid-following maupun grid-forming secara lebih andal.
Di Mana AI Masuk? Dari Tuning Droop ke Prediksi Kondisi Jaringan
Dalam konteks seri “AI untuk Sektor Energi Indonesia: Transisi Berkelanjutan”, pertanyaannya jelas: apa peran AI di semua kontrol canggih ini?
Jawabannya: AI tidak menggantikan teknik seperti droop, virtual impedance, atau multi-loop; AI membuatnya lebih pintar dan lebih adaptif.
1. Tuning Parameter Secara Otomatis
Selama ini, engineer:
- Menentukan parameter droop, virtual impedance, dan loop kontrol berdasarkan perhitungan + trial and error
- Menghabiskan banyak waktu commissioning dan penyesuaian di lapangan
AI dapat:
- Menggunakan data historis arus, tegangan, dan beban untuk mencari kombinasi parameter optimal
- Menyesuaikan setting seiring perubahan pola beban (misalnya beban puncak yang bergeser karena penggunaan AC meningkat)
Hasilnya:
- Arus sirkulasi lebih kecil
- Pembagian daya antar inverter lebih mendekati ideal
- Waktu commissioning dan troubleshooting berkurang drastis
2. Prediksi Kondisi Mikrogrid dan Pencegahan Gangguan
Dengan data dari smart metering dan sensor di PCC, model AI bisa:
- Memprediksi kapan arus sirkulasi berpotensi naik (misalnya saat salah satu DG hampir mencapai batas kapasitas)
- Mengidentifikasi pola anomali: deviasi fase kecil yang berulang, tegangan salah satu inverter yang sering lebih tinggi, dan sebagainya
- Memberi rekomendasi atau langsung mengirim setpoint baru ke kontroler inverter
Ini sangat relevan bagi:
- Utility seperti PLN yang mengelola banyak mini-grid di wilayah timur
- IPP yang mengoperasikan captive microgrid di kawasan industri atau tambang
3. Koordinasi Banyak DG dalam Jaringan Luas
Saat jumlah DG meningkat ke ratusan unit tersebar (PLTS atap, baterai komunitas, EV charging), koordinasi manual sudah tidak realistis.
Platform manajemen berbasis AI dapat:
- Mengoptimalkan operasi ribuan inverter secara terpusat
- Mengirim profil droop dan virtual impedance berbeda untuk tiap cluster
- Menjaga stabilitas tegangan-frekuensi tanpa harus selalu memperkuat jaringan fisik
AI adalah “otak koordinasi” yang membuat teknik kontrol klasik bekerja maksimal di sistem yang sangat kompleks dan dinamis.
Langkah Praktis untuk Pengembang dan Utilitas di Indonesia
Untuk perusahaan energi dan pengembang proyek yang serius menuju transisi berkelanjutan, ada beberapa langkah konkret:
-
Audit teknis mikrogrid yang sudah berjalan
- Cek indikasi arus sirkulasi: pemanasan abnormal, rugi-rugi tinggi, proteksi sering trip
- Tinjau kembali keseragaman impedansi jalur dan pengaturan droop
-
Pastikan desain kontrol mendukung virtual impedance dan multi-loop
- Saat memilih inverter, jangan hanya lihat rating kVA dan efisiensi
- Tanyakan: apakah mendukung virtual impedance, Q–U droop, dan mode grid-forming canggih?
-
Bangun fondasi data untuk AI
- Pasang data logger di PCC, feeder utama, dan beberapa titik beban kritis
- Standarkan format data agar mudah dianalisis model AI nantinya
-
Mulai dengan proyek percontohan AI kecil
- Misalnya: AI untuk auto-tuning droop dan virtual impedance di satu mikrogrid
- Ukur dampak nyata: penurunan rugi-rugi, penurunan gangguan, peningkatan uptime
-
Siapkan tim lintas disiplin
- Kombinasi engineer kelistrikan, kontrol, dan data/AI
- Dalam pengalaman saya, proyek yang sukses adalah yang membuat tim ini duduk bareng sejak tahap desain, bukan belakangan saat masalah muncul.
Penutup: Mikrogrid Tangguh Butuh Kontrol Cerdas dan AI
Saat DG berbasis inverter mulai mendominasi pembangkitan, kualitas kontrol menjadi sama pentingnya dengan kualitas panel surya atau turbin angin. Arus sirkulasi antar inverter bukan sekadar isu teknis kecil; ia menentukan efisiensi, keandalan, dan umur peralatan di mikrogrid.
Teknik seperti virtual impedance, angle droop, Q–U droop, dan multi-loop control memberi fondasi kuat untuk menekan arus sirkulasi dan menjaga pembagian daya yang adil. Di atas fondasi itu, AI memberi lapisan kecerdasan: auto-tuning, prediksi gangguan, dan koordinasi skala besar.
Kalau Indonesia ingin mencapai target bauran energi terbarukan tanpa mengorbankan keandalan, investasi di kontrol pintar dan AI untuk mikrogrid sama pentingnya dengan menambah kapasitas PLTS atau PLTB. Pertanyaannya sekarang: apakah sistem Anda sudah siap, bukan hanya dari sisi kapasitas, tapi dari sisi kecerdasan pengelolaannya?