PENENTUAN LETAK DAN KAPASITAS BANK KAPASITOR SECARA OPTIMAL PADA JARING TRANSMISI MENGGUNAKAN BEE COLONY ALGORITHM

Transkripsi

1 ENENTUAN LETAK DAN KAASITAS BANK KAASITOR SECARA OTIMAL ADA JARING TRANSMISI MENGGUNAKAN BEE COLONY ALGORITHM Danang Sulstyo Jurusan Teknk Elektro, Insttut Teknolog Sepuluh Nopember Abstrak-ertumbuhan ndustr dkut permntaan daya reaktf yang tngg menyebabkan perencanaan dan operas dar sstem nterkoneks menjad lebh kompleks sehngga kualtas sstem menjad kurang dapat dandalkan. Alran daya reaktf dapat menyebabkan drop tegangan dan kerugan bars dalam sstem transms. emasangan kapastor pada sstem transms adalah salah satu cara untuk memecahkan masalah n. Fungs kapastor adalah untuk pasokan daya reaktf sehngga kapastor dapat memperbak faktor daya, mengurang drop tegangan dan mengurang kerugan daya pada saluran transms. Sstem transms lstrk memlk banyak varas beban bus sehngga memasang kapastor perlu mempertmbangkan lokas dan kapastas kapastor. Algortma Bee Colony adalah sebuah bentuk kecerdasan buatan untuk menentukan lokas dan kapastas bank kapastor secara optmal sehngga sstem menjad lebh andal. Kata kunc-bank kapastor, Artfcal Bee Colony (ABC) Algorthm. ENDAHULUAN Jarng transms pada sstem tenaga lstrk berfungs sebaga sarana untuk menyalurkan energ lstrk yang dhaslkan dar pusat pembangkt ke pusat-pusat beban. Jarng transms sebaga sarana untuk penyaluran daya membutuhkan suatu konds yang optmal. Daya yang dsalurkan oleh jarng transms n memlk dua komponen yatu daya aktf dan daya reaktf. Besar alran daya pada suatu sstem berpengaruh pada tngkat keamanan dan kestablan sstem tenaga lstrk Dalam suatu sstem transms tenaga lstrk, daya reaktf berpengaruh pada kestablan sstem. Daya reaktf dsebabkan oleh mpedans dar saluran yang sebagan besar merupakan komponen reaktf. Daya reaktf juga menjad konsums untuk peralatan lstrk sepert motor, transformator dan peralatan elektronka daya. Bla suatu jarng transms tdak memlk sumber daya reaktf d daerah sektar beban, maka semua kebutuhan beban reaktfnya dpkul oleh generator sehngga akan mengalr arus reaktf pada jarng transms. Apabla kebutuhan n cukup besar maka arus yang mengalr d jarng transms juga semakn besar yang akan berakbat pada penurunan faktor daya, penngkatan rug-rug jarngan, jatuh tegangan pada ujung saluran menngkat. Demkan juga pengaruh kenakan arus terhadap kapastas peralatan yang pada akhrnya berpengaruh pada umur peralatan. Optmsas dapat dcapa dengan mempertmbangkan batas operasonal dan kualtas daya yang dbutuhkan []. Banyak usaha yang telah dlakukan dalam menentukan letak dan kapastas kapastor. Suatu metode yang dgunakan untuk menyelesakan permasalahan peletakkan kapastor sebaga sebaga kompensas daya reaktf, penempatan kapastor shunt pada suatu jarng dstrbus dengan menggunakan program aplkas []. J-yng Chou dan kawan-kawan melakukan peneltan menggunakan SHDE (arable Scalng Hybrd Dfferental Evoluton) untuk menentukan letak kapastor pada jarng dstrbus dalam skala besar [3,4]. Ahmed M. Azmy mengoptmalkan alran daya untuk mengatur profl tegangan pada sstem ternterkoneks [5]. S.K. Bhattacharya dan S.K. Goswam melakukan penempatan kapastor mengunakan metode fuzzy [6].. ALIRAN DAYA REAKTIF Daya aktf dar rangkaan AC dperoleh dar perkalan tegangan dan komponen arus yang sefase. Jka sebuah beban nduktf murn (L) dhubungkan dengan sumber (volt) akan menghaslkan arus laggng, yatu arus I tertnggal atau terbelakang 90º terhadap. Sebalknya jka sebuah beban kapastf murn (C) dhubungkan dengan sumber (volt) akan menghaslkan arus leadng, yatu arus I mendahulu 90º terhadap. Dalam suatu rangkaan beban, gambar dan menunjukkan rangkaan dan dagram phasor suatu beban yang dsupla oleh sumber, I I 90 0 X L I (a) (b) Gambar. Rangkaan dengan beban nduktf a) Rangkaan AC dengan beban elemen nduktf b) Dagram phasor rangkaan beban nduktf I I 90 I 0 X C (a) (b) Gambar. Rangkaan dengan beban kapastf a) Rangkaan AC dengan beban elemen kapastf b) Dagram phasor rangkaan beban kapastf Daya lstrk dbag menjad 3 elemen yang dapat dketahu masng-masng elemen dar daya tersebut adalah, Total power (S)) : S I * (A ) () Actve power () : I (Watt) () Reactve power (Q): Q I sn (ar) (3) Sehngga faktor daya dapat dketahu dengan persamaan daya aktf (KW) Faktor daya = (4) daya total (KA) Faktor daya dkatakan laggng apabla beban nduktf dan sedangkan leadng apabla beban kapastf.. engaruh Kompensas ada Beban Induktf Kompensas beban nduktf dlakukan untuk menngkatkan kualtas daya, yatu profl tegangan dan power factor (pf). Dngan menggunakan kapastor, arus reaktf yang mengalr pada saluran akan berkurang dan mengurang penurunan tegangan pada saluran, sehngga tegangan sumber pada ss krm yang tdak berbeda jauh dengan tegangan pada ss terma.

2 . Koreks Faktor Daya embangktan daya reaktf pada perencanaan daya dan pensuplaannya ke beban-beban yang berlokas pada jarak yang jauh adalah tdak ekonoms, tetap dapat dengan mudah dsedakan oleh kapastor yang dtempatkan pada pusat beban. Dengan mengasumskan beban dsupla dengan daya nyata (aktf), daya reaktf tertnggal (laggng) Q, dan daya semu S, pada faktor daya tertnggal bahwa : S Q ( ) ketka kapastor shunt Qc ka dpasang pada beban, faktor daya dapat dtngkatkan dar θ ke θ, dmana : S ( Q ) ( Q Q ) c Oleh karena tu, dapat dlhat dar gambar.4, daya total dan daya reaktf menurun dar S ka menjad S ka dan dar Q kvar menjad Q kvar. Sehngga dapat dketahu penurunan daya reaktf menyebabkan penurunan daya total. 80 kar ka F= kar ka F= kar ka F= kar ka F=0.9 (5) (6) ka F= Gambar 3. Ilustras perubahan daya akbat perubahan faktor daya Q =Q QC Q (a) S S Q Q C (b) Gambar 4. Ilustras koreks faktor daya LOAD Fungs objektf yang dgunakan adalah rug mnmal daya aktf ( loss ) pada sstem transms. Sehngga pemasangan kapstor untuk menguranga rug saluran mengacu pada persamaan berkut, Nl loss k[( k ) j k j j ] k g t t (7) Dengan N l adalah jumlah saluran pada sstem transmson, g k adalah konduktans dar lne k antara bus dan j, t k merupakan tap rato dar transformator k, adalah magntud tegangan pada bus, θ j perbedaan sudut tegangan antara bus dan j. Q Batas tegangan tap bus menggunakan persamaan 8 dan batas supla daya reaktf generator menggunakan persamaan 9, mn mum max mum L L L untuk =,, N pq (8) mn mum max mum Qg Qg Q g untuk =,, N gen (9) 3. ARTIFICIAL BEE COLONY (ABC) Metode optmsas yang dgunakan untuk menentukan letak dan kapastas dar masng masng bank kapastor adalah metode berbass kawanan lebah yatu Artfcal Bee Colony (ABC). ABC adalah sebuah metode optmsas yang ternspras oleh perlaku mencar makan lebah madu dperkenalkan oleh Karaboga pada tahun 005 [9]. ABC Adalah suatu metode pencaran nla optmal yang ternspras oleh kegatan/pola dar kawanan lebah dalam mencar makanan. Dalam metode n, perlaku cerdas tertentu dar sekawanan lebah madu berupa perlaku mencar makan dtnjau, dan sebuah algortma baru dar kolon lebah buatan (Artfcal Bee Colony) yang mensmulaskan perlaku lebah madu tersebut djelaskan untuk memecahkan permasalahan optmsas multdmens dan multmodal. Dalam model ABC algorthm, kolon lebah buatan terdr dar tga kelompok lebah, yatu: lebah pekerja, lebah onlooker dan lebah scout. Lebah yang menunggu d dance area untuk membuat keputusan dalam memlh sumber makanan, dsebut sebaga lebah onlooker dan lebah yang perg ke sumber makanan yang pernah dkunjung sendr sebelumnya, dber nama lebah pekerja. Sedangkan lebah yang melakukan pencaran acak dsebut lebah scout. Untuk setap sumber makanan, hanya ada satu lebah pekerja. Lebah pekerja yang sumber makanannya telah habs akan menjad lebah scout []. Langkahlangkah utama dar algortma ABC dberkan d Gambar 5. Langkah-langkah utama proses optmsas ABC algorthm dapat durakan sebaga berkut,. Insalsas poss sumber makanan.. Gerakkan lebah pekerja menuju sumber-sumber makanan dan tentukan jumlah nektarnya. Untuk tap lebah pekerja, sebuah sumber makanan baru dhaslkan melalu rumusan, vj xj j ( xj x kj ) (0) 3. Gerakkan lebah onlooker menuju sumber-sumber makanan dan tentukan jumlah nektarnya. ada langkah n, lebah onlooker memlh sebuah sumber makanan dengan menggunakan perh- tungan probabltas (4) dan mendapatkan sebuah sumber makanan baru dalam area sumber makanan yang telah dplh melalu rumusan (3). ft SN ft () 4. Tentukan sumber makanan yang harus dtnggalkan dan alokaskan lebah pekerjanya sebaga scout untuk mencar sumber makanan baru berdasarkan pencaran secara acak dengan memaka rumusan, x x rand[0,]( x x ) () j j j j mn max mn 5. Catat sumber makanan terbak yang telah dtemukan sejauh n. 6. Ulang langkah 5 hngga krtera yang dngnkan terpenuh.

3 Sagulng INISIALISASI LETAK SUMBER MAKANAN MENGHITUNG JUMLAH NECTAR MENENTUKAN LETAK MAKANAN BARU UNTUK LEBAH EKERJA MENGHITUNG JUMLAH NECTAR YANG BARU LEBAH ONLOOKER DISEBARKAN SEMUA? MENGINGAT LETAK TERBAIK MENEMUKAN SUMBER MAKANAN YANG DITINGGALKAN MENGHASILKAN TEMAT BARU UNTUK RODUKSI SUMBER MAKANAN 0 5 Crata KRITERIA AKHIR MEMUASKAN? LETAK AKHIR MAKANAN MENENTUKAN LETAK SUMBER MAKANAN UNTUK LEBAH ONLOOKER MEMILIH SUMBER MAKANAN UNTUK LEBAH ONLOOKER Gambar 5, flowchart algortma ABC Cbnong 3 Grat 7 Bekas Bandung 6 Clegon 4 9 Cbatu 4 Ungaran Surabaya Barat Gandul 6 Kembangan Cawang Mandracan Tanjung jat Gresk Suralaya 3 Muaratawar edan Kedr Gambar 6. Sngle lne dagram JAMALI 500k Depok Taskmalaya aton 4. ANALISA DATA DAN HASIL ERCOBAAN Smulas pada Tugas akhr n menggunakan sstem transms Jawa Bal 500 k yang terdr dar 3 bus, 8 saluran, dan 8 pusat pembangkt, sngle lne dagram sstem dapat dlhat pada gambar 6. Langkah yang harus dlakukan pertama kal untuk proses mplementas adalah merepresentaskan parameterparameter yang dbutuhkan untuk kompensas menjad parameter algortma kolon lebah sehnga proses optmas dapat dlakukan representas parameter dapat dlhat pada table. Tabel. Representas ABC Algorthm untuk optmsas kapastor Optmsas kapastor pada ABC Algorthm sstem transms Kanddat bus sebaga poss Jumlah lebah pekerja atau kapastor dan kanddat poss sumber makanan kapastas kapastor yang akan dpasang Jumlah kapastor yang akan Dmens dpasang pada bus sstem transms Fungs obyektf F = mn loss ftness fungs _ objektf Dar hasl analss load flow dperoleh bahwa tdak semua profl tegangan bus berada dalam batas standar yang djnkan yatu bus 3, 4, 9, 0, dan kurang dar 0.95 p.u. Sedangkan total kerugan daya saluran transms adalah j3.030 MA. a) ercobaan Lokas bus untuk penempatan kapastor adalah bus-bus yang merupakan tegangan krts sehngga kapastor akan dletakkan pada bus 3, 4, 9, 0, dan. Untuk parameter ABC dgunakan colony sze 50 dan maxmum cycle 300. Hasl smulas dperoleh nla kapstor yang terpasang yatu sebaga berkut: ) Bus 3 = 400 Mar 4) Bus 0 = 400 Mar ) Bus 4 = 400 Mar 5) Bus = 400 Mar 3) Bus 9 = Mar Dar hasl optmsas dengan ABC pada percobaan, total rug daya dapat dturunkan menjad j043.6 MA. erbandngan hasl smulas sebelum dan pada percobaan dapat dlhat pada gambar 7,,5. b) ercobaan ada percobaan, bus-bus yang akan dpasang kapastor adalah seluruh bus beban yang bukan bus pembangkt yatu, 3, 4, 5, 6, 7, 9,, 3, 4, 6, 8, 9, 0, dan. Untuk parameter ABC dgunakan colony sze 50 dan maxmum cycle 300. Hasl smulas dperoleh nla kapastor yang terpasang yatu sebaga berkut: Bus = Mar Bus 3 = 300 Mar Bus 3 = Mar Bus 4 = 300 Mar Bus 4 = Mar Bus 6 = Mar Bus 5 = Mar Bus 8 = Mar Bus 6 = 8.50 Mar Bus 9 = 97. Mar Bus 7 = Mar Bus 0 = 300 Mar Bus 9 = Mar Bus = 300 Mar Bus = Mar Dar hasl optmsas dengan ABC pada percobaan, total rug-rug daya dapat dturunkan menjad j MA. erbandngan hasl smulas sebelum dan pada percobaan dapat dlhat pada gambar 8,, 6. c) ercobaan 3 ercobaan kal n tdak hanya kapastas saja yang doptmas tetap letak kapastor juga doptmas, sedangkan Untuk parameter ABC dgunakan colony sze 50 dan maxmum cycle 300. Hasl smulas dperoleh letak dan kapastas kapastor yang terpasang yatu sebaga berkut: ) Bus = Mar 4) Bus 0 = 400 Mar

4 rug daya aktf (MW) ) Bus 3 = 400 Mar 5) Bus = 400 Mar 3) Bus 4 = 400 Mar Dar hasl optmsas dengan ABC pada percobaan, total rug-rug daya dapat dturunkan menjad j033.3 MA. erbandngan hasl smulas sebelum dan pada percobaan 3 dapat dlhat pada gambar 9, 3, 7. d) ercobaan 4 ercobaan kal n tdak hanya kapastas saja yang doptmas tetap letak kapastor juga doptmas, sedangkan Untuk parameter ABC dgunakan colony sze 70 dan maxmum cycle 500. Hasl smulas dperoleh letak dan kapastas kapastor yang terpasang yatu sebaga berkut, Bus 3 = 300 Mar Bus 3 = 300 Mar Bus 4 = 300 Mar Bus 4 = 300 Mar Bus 7 = 300 Mar Bus 9 = 7.89 Mar Bus 9 = 300 Mar Bus 0 = 300 Mar Bus = 300 Mar Bus = 300 Mar Dar hasl optmsas dengan ABC pada percobaan, total rug daya dapat dturunkan menjad j MA. erbandngan hasl smulas sebelum dan pada percobaan 3 dapat dlhat pada gambar 0, 4, 8. Gambar 7. Grafk perbandngan rug daya aktf sebelum dan setelah pemasangan kapastor percobaan. Gambar 8. Grafk perbandngan rug daya aktf sebelum dan setelah pemasangan kapastor percobaan saluran transms sebelum kompensas Gambar 9. Grafk perbandngan rug daya aktf sebelum dan setelah pemasangan kapastor percobaan 3.

5 tegangan (p.u) tegangan (p.u) tegangan (p.u) Gambar 0. Grafk perbandngan rug daya aktf sebelum dan setelah pemasangan kapastor percobaan no Bus no bus tanpa kompensas sebelum Gambar. erbandngan tegangan masng-masng bus sebelum dan sesudah penempatan kapastor percobaan Gambar. erbandngan tegangan masng-masng bus sebelum dan sesudah penempatan kapastor percobaan no bus sebelum kompensas Gambar 3. erbandngan tegangan masng-masng bus sebelum dan sesudah penempatan kapastor percobaan 3 Gambar 4. erbandngan tegangan masng-masng bus sebelum dan sesudah penempatan kapastor percobaan 4 Gambar 5. Grafk konvergens optmsas ABC pada percobaan Gambar 6. Grafk konvergens optmsas ABC pada percobaan

6 Gambar 7. Grafk konvergens optmsas ABC pada percobaan 3 Gambar 8. Grafk konvergens optmsas ABC pada percobaan 4 5. KESIMULAN Dar percobaan yang telah dlakukan ABC dapat memperoleh hasl yang optmal untuk menentukan lokas dan kapastas bank kapastor. ercobaan dlakukan dengan pertmbangan batas-batas yang dgunakan untuk menemukan solus yang lebh bak. eformans komputas menunukkan hasl memuaskan dengan melhat penurunan kerugan daya Kompensas tdak cukup dengan optmas kapastas kapastor saja tetap juga dengan mengoptmas letak kapastor. Jumlah kapastor berpengaruh pada pemenuhan kebutuhan daya reaktf pada sstem. 6. DAFTAR USTAKA [] Mohammad A. S. Masoum, Marjan Ladjevard, Akbar Jafaran and Ewald F. Fuchs, Optmal lacement, Replacement and Szng of Capactor Banks n Dstorted Dstrbuton Networks by Genetc Algorthms, IEEE Transacton on ower Delvery, ol. 9, No. 4, Oktober 004. [] Ngakan utu Satrya Utama, Memperbak rofl Tegangan D Sstem Dstrbus rmer Dengan Kapastor Shunt, Teknolog Elektro, 45 ol, 7 No, Januar - Jun 008. [3] J-yng Chou, Chung-Fu Chang and Chng-Tzong Su, Ant Drecton Hybrd Dfferental Evoluton for Solvng Large Capactor lacement roblems, IEEE Transacton On ower Systems, ol. 9, No. 4, Nopember 004. [4] J-yng Chou, Chung-Fu Chang and Chng-Tzong Su, Capactor placement n large-scale dstrbuton systems usng varable scalng hybrd dfferental evoluton, Electrcal ower and Energy Systems, ol 8 Desember 006. [5] Ahmed M. Azmy, Optmal ower Flow to Manage oltage rofles n Interconnected Networks Usng Expert Systems, IEEE Transacton On ower Systems, ol, No. 4, Nopember 007. [6] S.K. Bhattacharya, S.K. Goswam, A new fuzzy based soluton of the capactor placement problem n radal dstrbuton system, Expert Systems wth Applcatons, ol 36, 009. [7] Imam Roband, Desan Sstem Tenaga Modern, ANDI, Yogyakarta, 006. [8] Had Saadat, ower System Analyss, McGraw-Hll, Sngapore, 004. [9] Karaboga, D., An Idea Based On Honey Bee Swarm For Numercal Optmzaton, Techncal Report- TR06, Ercyes Unversty, Engneerng Faculty, Computer Engneerng Departmen, 005 [0] Hayan Quan, Xnlng Sh, On the Analyss of erformance of the Improved Artfcal-Bee-Colony Algorthm. Fourth Internatonal Conference on Natural Computaton, 008. [] L-e Wong, Malcolm Yoke Hean Low and Chn Soon Chong, A Bee Colony Optmzaton Algorthm for Travelng Salesman roblem, Second Asa Internatonal Conference on Modellng & Smulaton, ol 7, No 4, Oktober 008. [] Nurhan Karaboga. A New Desgn Method Based on Artfcal Bee Colony Algorthm for Dgtal IIR Flters, Journal of the Frankln Insttute November 008. [3] Id/5049/THE_MIRACLE_OF_THE_HONEYBEE. [4] Tereshko., Reacton-dffuson model of a honey bee colony s foragng behavour, Lecture Notes n Computer Scence, vol 97, Sprnger-erlag: Berln, p , 000. [5]. Tereshko, A. Loengarov, Collectve Decson- Makng n Honey Bee Foragng Dynamcs, Computng and Informaton Systems Journal, ISSN , vol. 9, No 3, October 005. [6] Isnan Lal Izzat, Economc dspatch optmzaton for 500 k Jawa Bal electrcal power system usng bacteral foragng optmzaton, Fnal roject, Department of Electrcal Engneerng, Insttut Teknolog Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesa 00. [7] Junngtjastut, Optmzaton of parameter and locaton of UFC for transmsson loss reducton usng Bactera Foragng algorthm, Master Thess, Department of Electrcal Engneerng, Insttut Teknolog Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesa 00. DANANG SULISTYO, lahr d Madun, Jawa Tmur pada tanggal 4 September 986 dar pasangan Bapak Santoso dan Ibu Sarmnah, merupakan putra pertama dar dua bersaudara. ada tahun 999 penuls lulus dar SD Ledok Kulon III Bojonegoro. enuls melanjutkan d SMN Bojonegoro dan lulus pada tahun 00. Setelah lulus dar SMUN Bojonegoro pada tahun 005, penuls melanjutkan stud S d Insttut Teknolog Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya jurusan Teknk Elektro. enuls dapat dhubung melalu alamat emal: dan_elts986@yahoo.com