PELEPASAN BEBAN OTOMATIS MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY PADA SISTEM TENAGA LISTRIK SULSELRABAR

Transkripsi

1 PROS ID I NG 2 0 HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK PELEPASAN BEBAN OTOMATIS MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY PADA SISTEM TENAGA LISTRIK SULSELRABAR Zaenab Muslimin & Indrabayu Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 0 Tamalanrea - Makassar, Telp./Fax: (04) Zaenab_muslimin@yahoo.com Abstrak Dalam sistem tenaga listrik, daya yang dibangkitkan harus disesuaikan dengan daya yang dibutuhkan konsumen, dan secara teknis disebut sebagai beban sistem. Masalah utama dalam hal ini adalah jika sistem mengalami gangguan, seperti gangguan mendadak pada unit pembangkit besar yang menyebabkan jatuhnya unit tersebut maupun gangguan penyaluran berupa putusnya saluran transmisi yang mengakibatkan sistem mengalami kehilangan keseimbangan daya. Hal tersebut berpengaruh pada operasi sistem tenaga[3].apabila daya yang dibangkitkan lebih kecil dari beban sistem karena beberapa unit pembangkit jatuh, maka frekuensi sistem akan turun. Jika penurunan frekuensi tidak terlalu jauh, perbaikan frekuensi masih dapat dilakukan oleh reaksi governor, yaitu dengan mengatur frekuensi, baik pengaturan pada sisi primer maupun sisi sekunder. Tapi apabila frekuensi sistem turun tajam karena beberapa unit pembangkit besar jatuh, sehingga pemulihannya tidak dapat ditanggung oleh kerja governor dan cadangan berputar, maka perlu dilakukan pelepasan sejumlah beban sistem (load shedding) sama besar atau lebih kecil dari beban yang berlebih[2]. Penentuan perencanaan pelepasan beban, merupakan salah satu langkah awal dalam menjaga keandalan sistem, yang merupakan proses simulasi program pelepasan beban yang bersifat coba-coba (trial and error) guna memperoleh suatu pengaturan pelepasan beban dengan konfigurasi beban terhadap penurunan frekuensi yang tepat. Pembahasan masalah dilakukan dengan menggunakan sebuah model sistem pembangkit listrik tenaga uap (reheat system} dengan menggunakan logika fuzzy Kata Kunci: sistem tenaga listrik, frekuensi, pelepasan beban, logika fuzzy PENDAHULUAN Dalam sistem tenaga listrik, frekuensi sistem harus tetap berada pada standar operasi dari setiap mesin pembangkit yaitu 50 Hz. Penurunan frekuensi sistem sangat berbahaya bila tidak teramati dengan baik dan diharapkan bila terjadi penurunan frekuensi dibawah standar harus segera dilakukan tindakan perbaikan, dimana dalam penelitian ini disimulasikan untuk sistem Sulselrabar dengan menerapkan Logika Fuzzy. Pada tahun 965 Loffi A. Zadeh, memperkenalkan suatu konsep matematika tentang himpunan Fuzzy. Teori himpunan ini mengijinkan adanya ketidakpastian, implementasi teori ini pada sistem pengendali menghasilkan pengendali fuzzy. Logika fuzzy merupakan cara untuk mendekati cara berfikir manusia dan mengintegrasikannya ke dalam komputer. Kemampuan logika dan kuantitatif komputer jika digabung dengan cara berfikir manusia yang mengijinkan adanya ketidakpastian menghasilkan suatu sistem yang sangat fleksibel. Dengan fieksibilitasnya yang cukup tinggi, pengendali fuzzy dapat melakukan antisipasi terhadap perubahan pada sistem. Dengan kebebasannya terhadap model matematis, pengendali fuzzy dapat menjadi salah satu alternatif pengendali yang dapat diandalkan. Fungsi Alih Pada Sistem Tunggal Pembangkit Uap Gambar. Menunjukkan diagram blok yang mencakup fungsi alih governor, turbin, dan generator yang sesuai untuk analisis frekuensi beban dalam suatu sistem. Dalam berbagai studi frekuensi, banyak penelitian yang hanya melihat pada perubahan nilai gangguan Pd (Psp = 0) yang muncul pada proses pembangkitan yang secara langsung sangat menentukan perubahan frekuensi sistem, oleh karena itu kita dapat menyederhanakan fungsi alih sistem yang ditunjukkan pada Gambar. menjadi seperti yang digambarkan pada Gambar 2. Volume 5 : Desember 20 Group Teknik Elektro ISBN : TE -

2 Pelepasan Beban Otomatis Menggunakan Zaenab M. & Indrabayu R + Σ T G s sf Pc T s T s GOVERNOR CH HP T TURBIN Pm - + Σ Pd - Gambar. Fungsi Alih Pembangkit Turbin Uap Ms D Inersia rotor dan beban r Pd + Pα + Σ Σ - Pm - Ms R sf D T T s T s T s o HP CH Gambar 2. Fungsi Alih Pembangkit Reheat Turbin Uap Metoda Pelepasan Beban Apabila terjadi gangguan sistem yang mengakibatkan daya pembangkitan secara mendadak tidak dapat melayani beban, maka untuk menghindarkan sistem menjadi koleps perlu dilakukan pelepasan beban secara cepat. Praktek pelepasan beban (load shedding) dapat dilakukan antara lain dengan memasang UFR pada berbagai feeder distribusi yang dipilih menurut kondisi setempat. Feeder distribusi yang menyangkut objek vital seperti rumah sakit sedapat mungkin tidak diberi UFR. Jumlah UFR minimal harus cukup melepas beban sebesar unit terbesar dalam sistem. Pengertian Dasar Logika Fuzzy Logika fuzzy adalah suatu cara untuk menilai atau memetakan suatu keadaan dengan tidak mutlak untuk setiap keadaan tergantung basis pengetahuan penilainya. Basis pengetahuan ini bersumber pada teori, pengalaman pakar dan pengetahuan pakar. Pada Gambar 3 dapat dibedakan antara logika klasik yang mempunyai nilai mutlak 0 atau, maka tidak demikian dengan logika fuzzy dimana hasil penilaiannya dipaparkan dalam bentuk suatu himpunan fuzzy (fuzzy set) dengan fungsi keanggotaan (membership function) yang mempunyai nilai/derajad keanggotaan (u) berkisar antara 0 dan. 0 Logika klasik 0 Logika fuzzy Gambar 3. Fungsi keanggotaan logika klasik dan logika fuzzy ISBN : Group Teknik Elektro Volume 5 : Desember 20 TE - 2

3 PROS ID I NG 2 0 HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK Teknik Inferensi Proses pembangkitan output aturan-aturan yang teraktifkan (rules fired) disebut inferensi. Pada contoh sebelumnya kombinasi input P dan T akan mengaktifkan (fire) aturan nomor 2 dan 3 (lihat Gambar 4) :. Jika temperatur DINGIN ( = 0,48) dan tekanan KECIL ( = 0,57) maka aksi katup POSITIF KECIL = 0,48). 2. Jika temperatur DINGIN ( = 0,48) dan tekanan SEDANG ( = 0,25) maka aksi katup NOL ( = 0,25). Kita lihat bahwa output yang dihasilkan mempunyai yang sama dengan terkecil input karena operasi logika yang digunakan adalah AND, atau : Kecil Sedang 0, 50, 2 P Tekanan NOL Min (0.25, 0.48) = 0.25 Dingin POSITIF KECIL Min (0.57, 0.48) = , 4 T Temperatur Gambar 4. Proses Pembangkitan Output (Inferensi) NL PK 0,48 0,25 IKM Aksi katup Gambar 5. Penggabungan Output yang Teraktivasi dengan Operasi) Sedangkan penggabungan output-output tersebut dilakukan dengan operasi OR terhadap seluruh output yang memenuhi syarat. Pada Gambar 5 daerah yang diarsir merupakan daerah hasil operasi OR output PK dan NL. METODE PENELITIAN Perancangan Manajemen Pelepasan Beban Rancangan manajemen pelepasan beban yang berbasis logika fuzzy dalam mempertahankan unjuk kerja frekuensi pada sistem tenaga listrik, mulai fuzzlfikator, aturan dasar fuzzy, inferensiator, dan defuzzifikator simulasikan dengan bantuan program Matlab 7.5, dengan memperoleh data-data sistem interkoneksi Sulselrabar, seperti diagram satu garis, sistem pembangkitan, saluran transmisi dan beban sistem. Adapun sebagai gambaran sistem pembangkit yang diamati sebagai proses terjadinya perubahan frekuensi sistem sehingga perlu adanya manajemen pelepasan beban dan implementasi logika fuzzy, tampak jelas pada Gambar 6. Volume 5 : Desember 20 Group Teknik Elektro ISBN : TE - 3

4 Pelepasan Beban Otomatis Menggunakan Zaenab M. & Indrabayu Pd + P + - Pm - Ms () Relay Frek D Fuzzy sfhpt R( T S)( T S( T G CH S) Gambar 6. Rancangan implementasi fuzzy pada sistem pembangkit frekuensi Implemented logika yang dikembangkan disini memiliki dua masukan dan satu keluaran. Kedua masukan itu merupakan mo (t) sebagai hasil laju perubahan frekuensi sistem per detik pada waktu (t), f(t) yang merupakan selisih frekuensi pada waktu t dengan frekuensi pada waktu (to). Dipilihnya perubahan frekuensi pada waktu, f(t) yang berupa perubahan frekuensi pada waktu (t) karena dapat menunjukkan letak gangguan yang terjadi pada sistem pembangkit tenaga dan dipilihnya laju perubahan frekuensi sistem per detik pada waktu mo(t) sebagai salah satu masukan karena dapat sebagai petunjuk mengenai besarnya gangguan yang sedang terjadi dan sekaligus sebagai petunjuk oleh logika fuzzy untuk melakukan perhitungan yang berupa perintah lepas sejumlah beban sistem (Pshed), beban sistem inilah yang akhirnya akan menjadi data keluaran dan implementasi logika fuzzy (Pshed), Metode Defuzzyfikasi Dalam perancangan sistem ini, metode defuzzifikasi yang dipergunakan adalah Centrold dan Mean of Maximum. Untuk kasus pada sistem ini dimana bentuk grafik fungsi keanggotaan adalah simetris dan menggunakan teknik inferensi IKM, maka rumus metode Centrol dapat dipermudah menjadi: m μ0 (x) x μ0 dimana i menyatakan indeks daerah kontrol, sedangkan m adalah nilai tengah/mean daerah kontrol. Jadi dalam contoh sebelumnya output PK teraktivitas dengan derajat 0,48 dan output NL teraktivasi dengan derajat 0,25. misal PK mempunyai mean 0, maka nilai Disain Program Matlab 7.5 0x0,2550 x 0,48 x 0,25 0,48 Dalam implementasi program Matlab 7.5 untuk simulasi pelepasan beban sistem, dibuat dalam beberapa program Matlab yang terdiri satu main program dan beberapa subprogram, antara lain : *m.zaenab- Merupakan main program yang menampilkan berbagai tombol-tombol instruksi perhitungan untuk pemanggilan sub program, menampilkan nilai parameter sistem dan grafik hasil perhitungan. Mengenai gambaran proses pada file m.zaenab- dapat dilihat pada program alir pada Gambar 7.a. * m.zaenab-2 Pada program zaenab-2, dilakukan suatu proses perhitungan pelepasan beban yang dilakukan dengan menggunakan perhitungan fuzzy, matematis (rumus dasar), dan ditampilkan secara bersamaan pada program m.agus untuk dapat dibandingkan langsung hasilnya baik secara grafik maupun tampilan angkanya. Secara diagram alir proses dapat ditunjukkan pada Gambar 7.b *m.zaenb- 3 Pada program zaenab-3, dibuat program untuk menampilkan jadual pelepasan beban untuk tiap tahapan frekuensi yang dilakukan berdasarkan perhitungan fuzzy. ISBN : Group Teknik Elektro Volume 5 : Desember 20 TE - 4

5 PROS ID I NG 2 0 HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK Mulai Inisialissi Hitung Mulai Inisialisasi Zaenab- 2 Fuzzy Editor Fuzzy Fuzzy Hitung, Mo Hitung Shed Fuzzy; Hitung Shed Rumus Hitung Output dengan Rangekuta Tampilkan Output Selesai Selesai a Gambar 7. a. Program zaenab- b. Program zaenab-2 b HASIL DAN BAHASAN Simulasi Pelepasan Beban pada Pembangkit SulSelrabar Berbasis Logika Fuzzy Kondisi Sistem SulSelrabar pada saat pembangkit sektor Sengkang lepas dari sistem interkoneksi Sulawesi Selatan, dimana terjadi pada saat Luar Waktu beban Puncak (LWBP). Maka diperoleh data sebagai berikut: Hz = 39,09 Detik Hg = 6,26 Detik F 0 = 50 Hz P GOT = 579,2 MW P SOT = 35 MW P GO = 488,2 MW Pbo = 488,2 MW P SO = 35 MW Interval waktu diambil sebesar 0,5 detik, jadi t 0 = 0,5 t =,0 t 2 =,5 t 3 =2,0 dan seterusnya, hasil simulasi Gambar 8. Gambar 8. Kondisi frekuensi sistem SulSelrabar apabila sektor Sengkang lepas pada Luar Waktu Beban Puncak Volume 5 : Desember 20 Group Teknik Elektro ISBN : TE - 5

6 Pelepasan Beban Otomatis Menggunakan Zaenab M. & Indrabayu Kondisi PLN pada saat pembangkit sektor Sengkang lepas dari sistem interkoneksi Sulawesi Selatan, dimana terjadi pada saat Waktu beban Puncak (WBP). Maka diperoleh data sebagai berikut : Hz = 39,09 Detik Hg = 6,26 Detik F 0 = 50 Hz P GOT = 579,2 MW P SOT = 35 MW P GO = 5, MW Pb0 = 5, MW P SO = 35 MW Interval waktu diambil sebesar 0,5 detik, jadi t 0 = 0 t =0,5 t 2 =,5 t 3 =2,0 dan seterusnya, hasil simulasi Gambar 9. Gambar 9. Kondisi frekuensi sistem SulSelrabar apabila sektor Sengkang lepas pada Waktu Beban Puncak Pelepasan Beban Saat Luar Waktu Beban Puncak (LWBP) Data kontrol pembangkit sebagai berikut Frekuensi Nominal (Fo) : 50 Hz Frekuensi Pemulihan : ,5 Hz Beban Sistem (Pgot) : 579,2 MW Beban gangguan (Psot) : 35 MW Inersia pembangkit (Hg) : 6,26 Setting relay lepas : 0,00 p.u/relay Waktu tunda : 0,5 detik Selanjutnya didapat respons frekuensi dan kerja manajemen logika fuzzy sebagai berikut:. Besar gangguan 35 MW (0.04 pu), dihasilkan simulasi frekuensi akhir yang terjadi dan hasil pelepasan bebannya sebagai berikut, ternyata tidak diperlukan adanya pelepasan beban (sistem masih mampu mengkompensasi sendiri) dengan frekuensi akhir 48,5 Hz dan frekuensi pulih 49,7 Hz seperti tampak pada Gambar 0. Gambar 0. Simulasi pelepasan beban saat luar waktu beban puncak (LWBP) dengan gangguan 35 MW (0,04 pu) ISBN : Group Teknik Elektro Volume 5 : Desember 20 TE - 6

7 PROS ID I NG 2 0 HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK 2. Gangguan 35 MW (0.pu), hasil simulasi tampak pada Gambar 9 yang menunjukkan bahwa Frekuensi akhir yang tercapai adalah,65 pu (48,35 Hz) dengan frekuensi pulih 49,6 Hz dan penjadualan pelepasan beban dengan logika fuzzy dapat dilihat pada Gambar : Gambar. Simulasi pelepasan beban saat Luar Waktu Beban Puncak (LWBP) dengan gangguan 35 MW (0, pu) Pelepasan Beban Saat Waktu Beban Puncak (WBP) Data kontrol pembangkit sebagai berikut: Frekuensi Nominal (Fo) : 50 Hz Frekuensi Pemulihan : ,5 Hz Beban system (Pgot) : 579,2 MW Beban gangguan (Psot) : 35 MW atau 0,2 p.u Inersia pembangkit (Hg) : 6,26 Setting relay lepas : 0,00 p.u/relay Waktu tunda : 0,5 detik Didapat respons frekuensi berdasarkan logika fuzzy sebagai berikut: Untuk gangguan 35 MW (0,2 pu), hasil simulasi tampak pada Gambar 0 yang menunjukkan bahwa Frekuensi akhir yang tercapai adalah 48.4 Hz dengan frekuensi pulih 49.5 Hz terlihat pada Gambar 2. Gambar 2. Simulasi penglepasan beban saat waktu beban puncak WBP dengan gangguan 35 MW (0,2 pu) SIMPULAN Untuk kondisi Luar Waktu Beban Puncak (LWBP) dengan gangguan 35 MW (0,pu) dengan pelepasan beban, frekuensi yang dicapai adalah Hz dengan pemulihan frekuensi 49,6 Hz dengan setting UFR relay 0.00 pu. Volume 5 : Desember 20 Group Teknik Elektro ISBN : TE - 7

8 Pelepasan Beban Otomatis Menggunakan Zaenab M. & Indrabayu Untuk kondisi Waktu Beban Puncak (WBP) dengan gangguan 35 MW (0,pu) frekuensi meningkat diatas batas toleransi yaitu sekitar ± 50,9 Hz sehingga diperlukadengan pelepasan beban. Setelah pelepasan beban diperoleh frekuensi yang dicapai adalah 48.4 Hz dengan pemulihan frekuensi 49,5 Hz dengan setting UFR relay 0.00 pu. DAFTAR PUSTAKA AIEE COMMITTEE REPORT, 955. Automatic Load Shedding, IEEE Transactions on Power Systems AIEE COMMITTEE REPORT,973 Dynamic Model for Steam and Hydro Turbines In Power System Studies IEEE Transactions on Power Systems. Away, gunaidi Abdia The shorcut of Matlab Programing. Informatika, Bandung. Cekmas Cekdin, Sistem Tenaga Listrik. Andi, Yogyakarta. Hutahuruk, T.s.,M.sc., Prof.,996. Transmisi Daya Listrik Erlangga, Jakarta. Anderson, P.M. dan M. Mirheydar, M.990, A Low Order System Frequency response Model. IEEE Transactions on Power Systems. Anderson, P.M. dan M. Mirheydar, M.,992. An Adaptive Method for Setting Under Frequency Loads Shedding Relay IEEE Transactions on Power Systems. Indrajaya, Y., Simulasi Pengendali Temperatur Ruang Dengan Pengendali Berbasis Logika Fuzzy, Universitas Indonesia : Skripsi. Marsudi, Djiteng Operasi Sistem Tenaga Listrik. Graha Ilmu. Yogyakarta. Saadat Hadi, 999. Power System Analysis, McGraw-Hill. Stevenson, William D., Jr Analisis Sistem Tenaga Listrik Edisi 6 Erlangga, Jakarta Kosasih, 200. Pelepasan Beban dengan Rele Frekuensi Kurang Studi Kasus Sistem Tenaga Listrik Jawa- Bali, Universitas Indonesia Tesis. Kundur, P,994. Power System Stability and Con/r0/ Singapore : McGraw-Hil Inc. Laporan Jurnal, FUZZY LOGIC PROGRAM 2.0. Marsudi, D.,990. Operasi Sistem Tenaga Listrik Jakarta : Balai Penerbit dan Humas ISTN. Nagrath, IJ. dan Kothari D.P., Modem Power System Analysis Prasetijo. D. Frequency Respone Following Sudden Load-Generation Imbalance, PLN-P3B Journal, August, 998. Stevenson, W.D, Element of Power System Analysis Wood, Allen J. dan Bruece F. Wollenberg, Power Generation and Operation Control. ISBN : Group Teknik Elektro Volume 5 : Desember 20 TE - 8