OPTIMASI PENENTUAN DAYA DAN PELETAKAN DISTRIBUTED GENERATION PADA JARINGAN DISTRIBUSI 20 kv (STUDI KASUS: PENYULANG PM. 6 GARDU INDUK PEMATANGSIANTAR) Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik Oleh: ANN ALBERTH SITORUS NIM : 110402068 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
ABSTRAK Pengembangan dunia kelistrikan dilakukan untuk membuat sistem kelistrikan mempunyai tingkat kehandalan dan kontinuitas yang baik agar sistem kelistrikan dapat memenuhi pertumbuhan beban. Salah satu perkembangan yang telah dilakukan ialah dengan menjadikan sistem distribusi yang semula pasif menjadi aktif dengan distributed generation (DG). Dengan kehadiran DG pada sistem kelistrikan, membuat aliran daya kelistrikan tidak dapat lagi disebut aliran daya satu arah. Perubahan aliran daya ini membuat penempatan dan penentuan kapasitas DG terbaik haruslah dioptimasi agar rugi-rugi sistem menjadi lebih kecil dan profil tegangan sistem menjadi lebih baik. Pada tugas ahkir ini akan dibahas optimasi penempatan dan penentuan kapasitas optimal DG pada jaringan distribusi PM6 pematang siantar. Metode yang digunakan dalam menentukan kapasitas optimal dan titik peletakan optimum dari DG adalah dengan metode fuzzy logic. Dari hasil perhitungan dan simulasi maka diperoleh titik optimum dimana DG ditempatkan pada bus 23 dengan kapasitas optimal DG sebesar 0.4 MW. Kata Kunci : distributed generation, optimasi, fuzzy logic i
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat dan berkat-nya Tugas Akhir ini dapat disusun dan diselesaikan. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah: "OPTIMASI PENENTUAN DAYA DAN PELETAKAN DISTRIBUTED GENERATION PADA JARINGAN DISTRIBUSI 20 kv (STUDI KASUS: PENYULANG PM6 PEMATANG SIANTAR) Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda (Amiruddin Sitorus Pane) beserta Ibunda (Anita Nurbaya Sianipar) dan abang serta adik tersayang (Avisco Sylvester Sitorus Pane dan Andryan Sitorus Pane serta Assharia Sitorus Pane) yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis selama masa studi hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini. Selama masa kuliah hingga penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis juga banyak mendapatkan dukungan maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang mendalam kepada: 1. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T., selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir serta Kepala Lab. Transmisi dan Distribusi yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu memberikan bantuan, ii
bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si., selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara dan sebagai Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan bimbingan, nasehat dan motivasi kepada penulis selama menjalani perkuliahan dan masukan demi perbaikan Tugas Ahkir ini. 3. Ibu Siska Yana S.T., M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir, yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini dan telah memberikan banyak motivasi selama masa perkuliahan. 4. Bapak Yulianta Siregar S.T., M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir serta yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini serta senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan. 5. Bapak Ir. Sihar Panjaitan, M.T., selaku dosen Wali yang selalu memberikan arahan, bimbingan dan nasihat selama penulis menjalani perkuliahan di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 6. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada penulis. 7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah membantu penulis dalam pengurusan administrasi. iii
8. Abang Sylvester Sitorus Pane, Abang Andika Handy, dan Rizky Kurniawan yang mengajari dan memberi masukan kepada saya sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Ahkir ini. 9. Rekan sesama asisten Lab. Transmisi dan Distribusi M.Fikry, Syahlan Hutagaol, Sakinah, Frederik, dan Andreas yang selalu membantu dan tidak bosan-bosannya menghibur selama masa pengerjaan Tugas Ahkir ini. 10. Rekan-rekan satu angkatan 2011 yang selalu saling memberi semangat, bantuan dan cerita selama perkuliahan. 11. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah memberikan dukungan dan bantuan. 12. Semua pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini masih belum sempurna karena masih terdapat banyak kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi kita semua dan hanya kepada Tuhan yang Maha Esa penulis menyerahkan diri. Medan, November 2015 Penulis Ann Alberth Sitorus Pane NIM.110402068 iv
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... vii BAB 1 PENDAHULUAN... 1 Latar Belakang... 1 Perumusan Masalah... 2 Tujuan Penelitian... 3 Batasan Masalah... 3 Manfaat Penelitian... 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA... 5 Sistem Tenaga Listrik... 5 Jaringan Distribusi... 6 Studi Aliran Daya... 7 2.3.1 Konsep Perhitungan Aliran Daya... 7 2.3.2 Persamaan Aliran Daya... 9 2.3.3 Metode Newton-Raphson... 11 2.3.4 Contoh Perhitungan Aliran Daya Menggunakan Metode Newton-Raphson... 16 Distributed generation... 20 2.4.1 Defenisi Distributed Generation (DG)... 20
2.4.2 Teknologi dari DG... 21 2.4.3 Dampak dari pemasangan DG pada jaringan... 26 2.4.4 Dampak kapasitas DG pada jaringan distribusi... 29 2.4.5 Dampak lokasi penempatan DG pada jaringan distribusi... 30 Fuzzy Logic... 31 BAB 3 METODE PENELITIAN... 35 Tempat dan Waktu... 35 Bahan dan Peralatan... 35 Pelaksanaan Penelitian... 35 Variable yang Diamati... 35 Prosedur Penelitian... 36 3.5.1 Prosedur Kerja... 38 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 48 Tegangan Minimum dan Total Rugi - Rugi pada Jaringan pada Saat DG Diinterkoneksikan ke Bus 3 untuk Tiap Besar DG yang Berbeda. 48 Hasil Rangkuman... 52 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 61 Kesimpulan... 61 Saran... 61 DAFTAR PUSTAKA... 63 vi
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 One Line Diagram Sistem Tenaga Listrik... 5 Gambar 2.2 Diagram Satu Garis dari N-Bus dalam Suatu Sistem Tenaga... 10 Gambar 2.3 Single-Line Diagram Sistem Distribusi dengan Tiga Bus... 20 Gambar 2.4 Aliran Daya Satu Arah... 30 Gambar 2.5 Aliran Daya Dua Arah... 31 Gambar 2.6 Diagram Aliran Daya dengan Koneksi DG... 31 Gambar 2.7 Perbandingan Aliran Daya Saat DG Dikoneksikan di Bus yang Berbeda... 32 Gambar 2.8 Struktur Sistem Inteferensi Sistem (FIS)... 31 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian... 37 Gambar 3.2 Jaringan PM6 39 bus... 39 Gambar 4.1 Total Rugi-Rugi Daya untuk Tiap Kapasitas DG Dikoneksikan di Bus 3... 50 Gambar 4.2 Tegangan Minimum untuk Tiap Kapasitas DG Dikoneksikan di Bus 3... 50 Gambar 4.3 Kapasitas DG Optimal di Tiap Bus... 54 Gambar 4.4 Profil Tegangan Pada Tiap Bus untuk Tiap Besar DG Optimal di Tiap Bus... 58 Gambar 4.5 Rugi-rugi Jaringan untuk Tiap Kapasitas Optimal DG di Tiap Bus. 59 vii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Tipe Bus Dalam Sistem Tenaga Listrik.... 9 Tabel 3.2 Data Bus... 40 Tabel 3.3 Data Saluran... 42 Tabel 4.1 Data Rugi-Rugi, Profil Tegangan, dan Tingkat Kecocokan DG untuk Tiap Besar DG yang Berbeda yang Diinterkoneksi di Bus 3... 49 Tabel 4.2 Kapasitas Optimal DG pada Masing-Masing Bus... 52 Tabel 4.3 Kondisi Tegangan pada Tiap Koneksi Optimal DG... 55 Tabel 4.4 Profil Total Rugi-Rugi sebelum dan sesudah Koneksi Optimal DG... 56 viii