SIMULASI OPTIMASI PENEMPATAN KAPASITOR MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY DAN ALGORITMA GENETIKA PADA SISTEM TEGANGAN MENENGAH REGION JAWA BARAT

Transkripsi

1 SIMULASI OPTIMASI PENEMPATAN KAPASITOR MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY DAN ALGORITMA GENETIKA PADA SISTEM TEGANGAN MENENGAH REGION JAWA BARAT Gahara Nur Eka Putra NRP : bb.201smg@gmail.com ABSTRAK Dalam penyaluran energi listrik ada beberapa masalah yang dihadapi antara lain drop tegangan, faktor daya yang rendah dan rugi-rugi daya. Beban pada sistem tegangan menengah bisa berupa beban kapasitif maupun induktif, namun pada umumnya merupakan beban induktif. Apabila beban reaktif induktif semakin tinggi maka akan berakibat memperbesar drop tegangan, memperbesar rugi-rugi daya, menurunkan faktor daya dan menurunkan kapasitas penyaluran daya. Untuk mengurangi beban daya reaktif induktif diperlukan sumber daya reaktif kapasitif, salah satu diantaranya adalah dengan memasang nilai kapasitor yang optimal di lokasi yang tepat. Metoda yang digunakan untuk penempatan kapasitor yang optimal adalah logika fuzzy dan algoritma genetika. Logika fuzzy digunakan untuk menentukan kandidat bus sebagai lokasi kapasitor, sedangkan algoritma genetika digunakan untuk menentukan besarnya kapasitor bank yang akan dipasang. Parameter yang digunakan untuk fungsi objektif dalam algoritma genetika adalah total rugi rugi daya aktif saluran minimal. Dengan parameter fungsi obyektif ini akan mendapat nilai kapasitor yang optimal untuk memperbaiki drop tegangan. Hasil pengujian menunjukan bahwa optimasi penempatan kapasitor menggunakan logika fuzzy dan algoritma genetika dapat menemukan ukuran kapasitor yang optimal sehingga tegangan tiap bus sudah memenuhi batas tegangan yang di tentukan setelah penempatan kapasitor ( V min = 0.95 dan V max = 1.05). Lokasi kapasitor yang optimal adalah bus 11 ( MVar) dan bus 12 ( MVar). Kata Kunci : Drop Tegangan, Rugi-Rugi Daya, Kapasitor, Logika Fuzzy, Algoritma Genetika iii

2 CAPACITOR PLACEMENT OPTIMIZATION SIMULATION USING GENETIC ALGORITHM AND FUZZY LOGIC IN MEDIUM VOLTAGE SYSTEM WEST JAVA REGION Gahara Nur Eka Putra NRP : bb.201smg@gmail.com ABSTRACT In the distribution of electrical energy there are several problems encountered include voltage drop, low power factor and power losses. The load on the intermediate voltage system can be either capacitive or inductive load, but is generally an inductive load. If the inductive reactive load is higher than it will increase the voltage drop, increase the power losses, decrease the power factor and decrease the power distribution capacity. To reduce the inductive reactive power load a capacitive reactive resource is required, one of which is to install an optimum capacitor value at the right location. The method using for optimum capacitor placement is fuzzy logic and genetic algorithm. Fuzzy logic is used to determine the candidate bus as the location of the capacitor, while the genetic algorithm is used to determine the size of the bank capacitor to be installed. The parameter used for the objective function in the genetic algorithm is the total loss of active power of the channel minimum. With this objective function parameter will get an optimal capacitor value to fix the voltage drop. The test results showed that the optimization of capacitor placement using fuzzy logic and genetic algorithm can find the optimal capacitor size so that the voltage of each bus meets the specified voltage limits after capacitor placement (V min = 0.95 and V max = 1.05). The optimal capacitor location is bus 11 ( MVar) and bus 12 ( MVar). Keywords : Voltage Drop, Power Losses, Capacitors, Fuzzy Logic, Genetic Algorithms iv

3 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN PERNYATAAN ORSINALITAS LAPORAN TUGAS AKHIR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI LAPORAN TUGAS AKHIR KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii ABSTRACT... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR ISTILAH... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xiv BAB I PENDAHULUAN... 1 I.1 Latar Belakang... 1 I.2 Identifikasi Masalah... 2 I.3 Perumusan Masalah... 2 I.4 Tujuan... 3 I.5 Pembatasan Masalah... 3 I.6 Sistematika Penulisan... 3 BAB II LANDASAN TEORI... 5 II.1 Sistem Jaringan Distribusi... 5 II.1.1 Jaringan Distribusi Primer... 6 II.1.2 Rugi-Rugi Jaringan... 8 II.1.3 Pengturan Tegangan... 9 II Jatuh Tegangan II Perbaikan Tingkat Tegaangan II.2 Besaran Per Unit II.3 Kapasitor Bank II.3.1 Kapasitor Seri Pada Jaringan v

4 II.3.2 Kapasitor Paralel Pada Jaringan II.4 Studi Aliran Daya (Load Flow) II.4.1 Representasi Sistem Tenaga Listrik II Generator Sinkron II Transformator II Saluran Transmisi II Kapasitor dan Reaktor Paralel II Beban (Load) II.4.2 Model Sistem II.4.3 Metoda Newton-Raphson II.5 Logika Fuzzy II.5.1 Sejarah Logika Fuzzy II.5.2 Konsep Logika Fuzzy II.5.3 Fuzzyfication (Membership Function) II.5.4 Interference System (Fuzzy Reasoning) II.5.5 Defuzifikasi II.6 Algoritma Genetika II.6.1 Sejarah Algoritma Genetika II.6.2 Siklus Algoritma Genetika II.6.3 Kelebihan dan Kelemahan Algoritma Genetika II.6.4 Komponen Dasar dan Komponen Utama Algoritma Genetika II.6.5 Parameter Algoritma Genetika II.6.6 Aplikasi Algoritma Genetika BAB III PERANCANGAN SISTEM III.1 Diagram Blok dan Diagram Alir Perancangan Sistem III.2 Metoda Newton-Raphson Untuk Aliran Daya III.2.1 Tahap Perhitungan Aliran Daya Dengan Newton-Raphson III.3 Logika Fuzzy Untuk Pemilihan Kandidat Bus III.3.1 Fuzifikasi III.3.2 Fuzzy Reasoning III.3.3 Tahap Menentukan Kandidat Bus Dengan Logika Fuzzy III.4 Tahap Optimasi Penempatan Kapasitor Dengan Algoritma Genetika vi

5 III.4.1 Inisialisasi Populasi III.4.2 Dekodekan Kromosom III.4.3 Evaluasi Individu (Nilai Fitness) III.4.4 Linear Fitness Ranking III.4.5 Roulette Wheel III.4.6 Seleksi Orang Tua III.4.7 Pindah Silang III.4.8 Mutasi III.5 Langkah Langkah Optimasi Penempatan Kapasitor Dengan Algoritma Genetika BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS IV.1 Data Sistem IV.2 Hasil Pengujian IV.2.1 Perhitungan Aliran daya Dengan Metoda Newton-Raphson IV.2.2 Perhitungan PLI (Power Loss Index) IV.2.3 Penentuan Kandidat Bus Dengan Logika Fuzzy IV.2.4 Pengujian Penempatan Kapasitor Dengan Algoritma Genetika IV Pengujian IV Pengujian IV Pengujian IV Pengujian IV.2.5 Perbandingan Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian IV.2.6 Perbandingan Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian IV.2.7 Perbandingan Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian IV.2.8 Perbandingan Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian IV.2.9 Hasil Perbandingan Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Semua Pengujian BAB V SIMPULAN DAN SARAN vii

6 V.1 Simpulan V.2 Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... A-1 viii

7 DAFTAR GAMBAR Gambar II.1 Penyaluran Tenaga Listrik... 6 Gambar II.2 Jaringan Radial... 7 Gambar II.3 Jaringan Lingkaran (Loop)... 7 Gambar II.4 Segitiga Daya Gambar II.5 Rangkaian Ekivalen Saluran Gambar II.6 Diagram vektor pada rangkaian faktor daya lagging tanpa kapasitor Gambar II.7 Diagram vektor pada rangkaian faktor daya lagging dengan kapasitor Gambar II.8 Model Sistem Tenaga Listrik Gambar II.9 Iterasi Metode Newton Gambar II.10 Diagram Blok Logika Fuzzy Gambar II.11 Diagram Alir Logika Fuzzy Gambar II.12 Penggambaran String Kromosom Gambar II.13 Siklus Algoritma Genetika Gambar II.14 Diagram Alir Siklus Eksekusi Algoritma Genetika Gambar III.1 Diagram Blok Perancangan Sistem Gambar III.2 Diagram Alir Perancangan Sistem Gambar III.3 Diagram Alir Perhitungan Aliran Daya Gambar III.4 Diagram Alir Proses Perhitungan Aliran Daya Dengan Metode Newton-Raphson Gambar III.5 Fungsi Keanggotaan Tegangan Gambar III.6 Fungsi Keanggotaan PLI Gambar III.7 Fungsi Keanggotaan CSI Gambar III.8 Diagram Alir Penentuan Kandidat Bus dengan Logika Fuzzy Gambar III.9 Diagram Alir Optimasi Penempatan dan Ukuran Kapasitor Menggunakan Algoritma Genetika ix

8 Gambar IV.1 Bentuk Jaringan Sistem Tegangan Menengah Subsistem Bandung Selatan 150 kv Gambar IV.2 Drop Tegangan Dari Perhitungan Newton-Raphson Gambar IV.3 Grafik Perbandingan Tegangan Bus Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Gambar IV.4 Grafik Perbandingan Rugi-Rugi Daya Aktif Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Gambar IV.5 Grafik Perbandingan Rugi-Rugi Daya Reaktif Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Gambar IV.6 Grafik Perbandingan Tegangan Bus Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Gambar IV.7 Grafik Perbandingan Rugi-Rugi Daya Aktif Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Gambar IV.8 Grafik Perbandingan Rugi-Rugi Daya Reaktif Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Gambar IV.9 Grafik Perbandingan Tegangan Bus Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Gambar IV.10 Grafik Perbandingan Rugi-Rugi Daya Aktif Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Gambar IV.11 Grafik Perbandingan Rugi-Rugi Daya Reaktif Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Gambar IV.12 Grafik Perbandingan Tegangan Bus Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Gambar IV.13 Grafik Perbandingan Rugi-Rugi Daya Aktif Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Gambar IV.14 Grafik Perbandingan Rugi-Rugi Daya Reaktif Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian x

9 DAFTAR TABEL Tabel II.1 Skema Binary Encoding Tabel III.1 Aturan Fuzzy Untuk Menentukan Lokasi Kapasitor Yang Optimal Tabel III.2 Implementasi Algoritma Genetika Untuk Optimasi Penempatan Kapasitor Tabel IV.1 Data Sistem Kelistrikan Subsistem Bandung Selatan 150 kv Tabel IV.2 Data Saluran Sistem Kelistrikan Subsistem Bandung Selatan 150kV Tabel IV.3 Perhitungan Aliran Daya Dengan Metode Newton-Raphson Tabel IV.4 Line Flow And Losses Tabel IV.5 Perhitungan PLI (Power Loss Index) Tabel IV.6 Output Logika Fuzzy Tabel IV.7 Perbaikan Tegangan Pada Pengujian Tabel IV.8 Line Flow And Losses Pada Pengujian Tabel IV.9 Perbaikan Tegangan Pada Pengujian Tabel IV.10 Line Flow And Losses Pada Pengujian Tabel IV.11 Perbaikan Tegangan Pada Pengujian Tabel IV.12 Line Flow And Losses Pada Pengujian Tabel IV.13 Perbaikan Tegangan Pada Pengujian Tabel IV.14 Line Flow And Losses Pada Pengujian Tabel IV.15 Perbandingan Tegangan Bus Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Tabel IV.16 Perbandingan Rugi-Rugi Daya Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Tabel IV.17 Perbandingan Tegangan Bus Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Tabel IV.18 Perbandingan Rugi-Rugi Daya Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian xi

10 Tabel IV.19 Perbandingan Tegangan Bus Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Tabel IV.20 Perbandingan Rugi-Rugi Daya Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Tabel IV.21 Perbandingan Tegangan Bus Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Tabel IV.22 Perbandingan Rugi-Rugi Daya Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor Pada Pengujian Tabel IV.23 Perbandingan Sebelum dan Sesudah Penempatan Kapasitor xii

11 DAFTAR ISTILAH Bus : lokasi di mana jalur transmisi, sumber generasi, dan beban distribusi bertemu. Line feeder : saluran transmisi pada sistem jaringan distribusi Transformator : alat yang memindahkan tenaga listrik antar dua rangkaian listrik atau lebih melalui induksi elektromagnetik. Generator : sebuah mesin yang dapat mengubah energi gerak (mekanik) menjadi energi listrik (elektrik). Gardu induk : sub sistem dari sistem penyaluran (transmisi) tenaga listrik, atau merupakan satu kesatuan dari sistem penyaluran (transmisi). Daya Aktif : daya yang sesungguhnya dibutuhkan oleh beban. Daya Reaktif : daya yang dibutuhkan untuk pembentukan medan magnet atau daya yang ditimbulkan oleh beban yang bersifat induktif. Daya Semu : daya yang dihasilkan dari perkalian tegangan dan arus listrik. Daya nyata merupakan daya yang diberikan oleh PLN kepada konsumen. Faktor Daya : perbandingan antara daya aktif dan daya nyata xiii

12 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Program Aliran Daya Newton-Raphson... A-1 Lampiran B Program Logika Fuzzy Untuk Penentuan Kandidat Bus... B-1 Lampiran C Program Algoritma Genetika Untuk Optimasi Penempatan Kapasitor... C-1 Lampiran D SPLN 72 : D-1 xiv