ANALISIS PENEMPATAN OPTIMAL BANK KAPASITOR PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL DENGAN METODE GENETIK ALGORITHM APLIKASI : PT. PLN (PERSERO) CABANG MEDAN

Transkripsi

1 ANALISIS PENEMPATAN OPTIMAL BANK KAPASITOR PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL DENGAN METODE GENETIK ALGORITHM APLIKASI : PT. PLN (PERSERO) CABANG MEDAN TESIS OLEH TARSIN SARAGIH N I M : /TE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

2 ANALISIS PENEMPATAN OPTIMAL BANK KAPASITOR PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL DENGAN METODE GENETIK ALGORITHM APLIKASI : PT. PLN (PERSERO) CABANG MEDAN TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Oleh TARSIN SARAGIH /TE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

3 Judul Tesis : ANALISIS PENEMPATAN OPTIMAL BANK KAPASITOR PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL DENGAN METODE GENETIK ALGORITHM APLIKASI : PT. PLN (PERSERO) CABANG MEDAN Nama Mahasiswa : Tarsin Saragih Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi : Magister (S2) Teknik Elektro Bidang Keahlian : Teknik Energi Listrik / Kwalitas Daya Menyetujui Komisi Pembimbing (Prof. Dr. Ir. Usman Baafai) Ketua (Ir. Refdinal Nazir, MS, Ph.D. ) Anggota ( Ir. Suprapto, MT) Anggota Ketua Program Studi Dekan (Prof. Dr. Ir. Usman Baafai) (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) Telah lulus : 16 Agustus 2011

4 Telah diuji Pada Tanggal : 16 Agustus 2011 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua Anggota : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai : 1. Ir. Refdinal Nazir, M.S, Ph.D 2. Ir. Suprapto, MT 3. Dr. Marwan Ramli 4. Ir. Sinar Terang Sembiring, MT 5. Ir. Ashuri, MT

5 ABSTRAK Seiring dengan perkembangan zaman, maka kebutuhaan terhadap energi listrik semakin meningkat. Besarnya kebutuhan daya reaktif (Q) akan menyebabkan penyaluran daya yang tidak optimal, karena akan dibutuhkan daya semu (S) yang besar untuk melayani daya aktif (P) yang juga bertambah. Untuk mengoptimalkan pemakaian daya listrik pada sistem distribusi radial dapat dilakukan dengan penempatan optimal bank kapasitor sebagai kompensasi daya reaktif. Dalam sistem distribusi radial kompensasi daya reaktif yang dibutuhkan, sebaiknya dibagi ke beberapa bus agar penyebaran daya reaktif yang dikompensasikan lebih optimal dengan demikian perlu ditentukan nilai optimal masing-masing bank kapasitor yang akan ditempatkan pada sistem. Untuk menentukan rating dan letak optimal bank kapasitor pada sistem distribusi radial terlebih dahulu dilakukan analisa aliran daya dengan bantuan software E.T.A.P 4.0 dimana hasil out-put aliran daya merupakan input pada proses Genetik Algorithm. Untuk menentukan rating dan letak optimal bank kapasitor. Genetik Algorithm digunakan untuk mencari nilai optimal masingmasing bank kapasitor yang akan ditempatkan pada bus yang dipilih secara acak.. Nilai optimal masing-masing bank kapasitor yang didapat dengan menggunakan Genetik Algorithm adalah sebesar1600 kvar yang diletakkan pada: C 1 = A = bus 1272 ; C 2 = B = bus 1397 ; C 3 = C = Bus 1478 dan C 4 = D = Bus 1486 dengan masing-masing kapasitas bank kapasitor = 400 kvar dan tegangan sistem telah mencapai 95 % dari tegangan nominal. Kata-kata Kunci: Aliran Daya, Genetik Algorithm, Kompensasi Daya Reaktif, Kualitas Tegangan i

6 ABSTRACT With time development, the need for electricity is increasingly high. The amount of reactive power (Q) will result in a non-optimal power distribution, because a big apparent power (S) will be needed to serve the increasing active power (P). To optimize the consumption of electric power in radial distribution systems, the optimal bank capacitor can be placed as reactive power compensation. In radial distribution system, the reactive power compensation needed should be split into several buses that the distribution of compensated rective power becomes more optimal, thus, the optimal value of respective bank capacitor that will be placed in the system needs to be determined. To set the rating and the optimal position of bank capacitor in the radial distribution system, an analysis of power flow using an E.T.A.P 4.0 software should be done first, where the out-put of power flow is the in-put to the process of Genetic Algorithm. The Genetic Algorithm is used to find the optimal value of each bank capacitor which will be placed in the buses which are randomly selected. The optimal value of each bank capacitor found through the Genetic Algorithm is 1600 kvar which is placed on: C 1 = A = bus 1272; C 2 = B = bus 1397; C 3 = C = bus 1478 and C 4 = D = bus 1486 with the capacity of respective bank capacitor = 400 kvar and the system voltage has reaced 95 % of nominal voltage. Keywords: Power Flow, Genetic Algorithm, Reactive Power Compensation, Voltage Quality ii

7 KATA PENGANTAR Syaloom!!!!!. Puji dan syukur penulis sampaikan kepada ALLAH BAPA SORGAWI yang menciptakan khalik langit dan bumi beserta segala isinya atas kasih dan karunia-nya serta pertolongan dan bimbingan-nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan perkuliahan dan penulisan tesis ini di Sekolah Pasca Sarjana Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik. Tesis ini disusun sebagai syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik. Adapun judul tesis yang disusun oleh penulis adalah Analisis Penempatan Optimal Bank Kapasitor Pada Sistem Distribusi Radial Dengan Metode Genetik Algorithm Aplikasi: PT. PLN (Persero) Cabang Medan. Dalam menyusun tesis ini, penulis banyak mendapat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik berupa dukungan moril, materi, spritual maupun administrasi. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan dan mengucapkan terima kasih kepada: Bapak Prof.Dr.Ir. Usman Baafai, sebagai Ketua program Studi Magister Teknik Elektro dan sekaligus sebagai Pembimbing-1. Bapak Ir. Refdinal Nazir, MS., Ph.D, Sebagai Pembimbing-2.Bapak Ir. Suprapto, MT, Sebagai pembimbing-3 serta seluruh Civitas Akademika Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik. Bapak Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME, Sebagai Dekan Fakultas Teknik. iii

8 Bapak Pemimpin PT.PLN (Persero) Cabang Medan dan staff atas kesempatan dan izin yang diberikan bagi penulis untuk pengambilan data dalam penyelesaian tesis ini. Rekan-rekan mahasiswa Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara angkatan pertama tahun 2008 pada khususnya. Dan secara khusus penulis persembahkan tesis ini buat: Bapak Ir. Mahrizal Masri MT, sebagai Rektor Institut Teknologi Medan atas ijin rekomendasi yang diberikan bagi penulis untuk mengikuti kuliah Pasca Sarjana Magister Teknik Elektro U S U. Pardamean Sinurat ST,MT atas semangat moril yang diberikan bagi penulis dalam penyelesaian tesis ini. Buat keluaraga besar penulis: Kel.Ir. P.Saragih (+) / M.br.Tambunan, Kel. J. Saragih/ br.sitohang, Kel. Dr. Ir.O.Saragih/Puji SB, Kel.Kol.Inf. L. Saragih/ T.D. br. Gultom Spd, Kel.M.saragih, SH, MH (+)/ A.br. Panggabean, Kel. D. Sigiro(+) / L.br.Saragih, Kel.A.Sihombing/ M. br. Saragih, Kel.F.Togatorop/ R. br. Saragih atas bantuan moril dan materi, serta salam doanya bagi penulis sehingga penulisan tesis ini selesai. Dan teristimewa penulis persembahkan buat Istriku yang tercinta L.br.Sihombing dan anak-anakku yang kukasihi dan kusayangi, Rudolf Parlinggoman Saragih, Samuel Ernst Lahcman Saragih, Heber Trudeo Pascauli Saragih dan Annabella Elisabeth Saragih dan juga buat keluarga mertuaku yang kusayangi, Kel. K.Sihombing(+)/br.Marbun atas doa dan semangat yang tak henti-hentinya disampaikan pada penulis sehingga selesai tesis ini, serta semua pihak yang turut berperan serta dalam penyelasian tesis ini yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. Walaupun penulis sudah berupaya semaksimal mungkin dalam penyelesaian penulisan tesis ini, namun penulis menyadari masih ada kekurangan dalam iv

9 penyusunan tesis ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun guna kesempurnaan tesis ini. Akhir kata, besar harapan penulis semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan semoga ALLAH BAPA SORGAWI memberkati dan terima kasih. Medan, Agustus 2011 Penulis, Tarsin Saragih v

10 DAFTAR RIWAYAT HIDUP Saya yang bertanda tangan dibawah ini, Nama : Tarsin Saragih Tempat / Tanggal Lahir : Aceh Tenggara / 3 Februari 1955 Jenis Kelamin Agama Bangsa Alamat : Laki Laki : Kristen Protestan : Indonesia : Jl. Pramuka Lingk. III No.11 Cinta Damai, Medan Helvetia Menerangkan dengan sesungguhnya, bahwa : PENDIDIKAN 1. Tamatan SD Negeri No.1 Sei Sekambing, Medan Tahun Tamatan SMP Negeri VI, Medan Tahun Tamatan SMA Negeri IV, Medan Tahun Tamatan Jurusan Elektro FT USU, Medan Tahun 1985

11 PEKERJAAN 1. Dosen Kopertis Wilayah 1 Sumut/NAD dpk UDA Tahun 1986 s/d Dosen Kopertis Wilayah 1 Sumut/NAD dpk ITM Tahun 1989 s/d sekarang Demikian riwayat hidup ini saya buat dengan sebenarnya untuk dapat dipergunakan sebagaimana mestinya. Medan, Agustus 2011 Tertanda Tarsin Saragih

12 DAFTAR ISI ABSTRAK... ABSTRACT... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... i ii iii vi ix x BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 5 BAB 2 TINJAUAN PUSTKA Sistem Distribusi Penurunan Tegangan Faktor Daya Pengaruh Bank Kapasitor Bagaimana Kapasitor Memperbaiki Faktor Daya Hubungan Kapasitor Dengan Daya Reaktif Fungsi Kapasitor Pada Sistem Tenaga Rugi-Rugi Pada Sistem Distribusi Analisa Aliran Daya Pada Sistem Tenaga Persamaan aliran daya Metode aliran daya Metode Newton-Rhapson Metode Newton-Rhapson dengan koordinat polar Analisis Penempatan Bank Kapasitor Metode genetik algorithm Konsep dasar genetik algorithm vi

13 Analisa penempatan optimal bank kapasitor dengan metode genetik algorithm Injeksi daya reaktif Implementasi genetik algorithm Parameter dan Batasan Parameter Fungsi Objektif Fungsi objektif rugi-rugi daya l2.2. Fungsi objektif rating bank kapasitor Fungsi objektif biaya bank kapasitor Algoritma Penempatan Bank Kapasitor BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN Metode Penelitian Langkah-langkah Penelitian Lokasi Penelitian Data Alat dan Bahan Pemodelan Sistem Distribusi Radial Pemodelan sebelum penempatan bank kapasitor Pemodelan setelah penempatan bank kapasitor Analisa Data Metode Analisa Analisis Aliran daya Analisis aliran daya sebelum penempatan bank kapasitor Analisa profil tegangan sebelum penempatan optimal bank kapasitor Analisis penempatan optimal bank kapasitor Analisis aliran daya setelah penempatan bank kapasitor Analisis profil tegangan setelah penempatan bank kapasitor BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil dan Pembahasan Tegangan Sebelum Penempatan Bank Kapasitor Hasil dan Pembahasan Tegangan Setelah Penempatan Optimal Bank Kapasitor vii

14 4.3. Analisa Fungsi Objektif Fungsi objektif rating bank kapasitor Fungsi objektif biaya bank kapasitor Fungsi objektif rugi-rugi daya BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN viii

15 DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 1.1 Perbandingan peneliti terdahulu dengan peneulis Data populasi awal Data Populasi Pembaruan Hasil Aliran Daya Sebelum Penempatan Bank KapasitorPada Konfigurasi Kondisi Normal Dengan Software E.T.A.P Profil Tegangan Sistem Distribusi Radial Sebelum Penempatan Bank Kapasitor Pada Kondisi Konfigurasi Normal Dengan Software E.T.A.P Profil Tegangan Sistem Distribusi Radial Yang Mengalami Drop Tegangan Sebelum Penempatan Bank Kapasitor Pada Kondisi Konfigurasi Normal Dengan Software Proses Iterasi Dengan Metode Genetik Algorithm Hasil Analisis Aliran Daya Setelah Penempatan Bank Kapasitor Dengan Software E.T.A.P Profil Tegangan Sistem Distribusi Radial Setelah Penempatan Bank Kapasitor Pada Kondisi Konfigurasi Normal Dengan Software E.T.A.P Profil Tegangan Sistem Distribusi Radial Setelah Kapasitas Bank Kapasitor diperbesar Pada Kondisi Konfigurasi Normal Dengan Software E.T.A.P Profil Tegangan Sebelum Penempatan Bank Kapasitor Profil Tegangan Setelah Penempatan Bank Kapasitor Profil Tegangan Setelah Bank Kapasitor Diperbesar ix

16 DAFTAR GAMBAR Nomor J u d u l Halaman 2.1. Tipikal jaringan distribusi Vektor Diagram Segitiga Daya a. Rangkaian ekivalen dari saluran b. Diagram vektor pada rangkaian dgn faktor daya lag c. Diagram vektor dgn kapasitor shunt Perbandingan besar daya semu sebelum dan sesudah pemasangan kapasitor paralel Perbaikan faktor daya dengan kapasitor a. Generator tanpa kapasitor b. Generator terpasang dengan kapasitor Perbaikan faktor daya dengan kapasitor paralel Diagram satu garis sistem 2 rel Diagram impedansi sistem 2 rel Rel daya dengan transmisi model π untuk sistem 2 rel Aliran arus pada rangkaian ekivalen a. sistem n-rel b. model transmisi π untuk sistem n-rel Ilustrasi metode Newton-Raphson Proses Crossover Operasi Mutasi Karakteristik Fungsi Epsilon Terhadap Iterasi Profil Tegangan Sebelum Penempatan Bank Kapasitor x

17 4.2. Profil Tegangan Setelah Penempatan Bank Kapasitor Profil Tegangan Setelah Kapasitas Bank Kapasitor Diperbesar. 106 xi