PERENCANAAN SMARTGRID JARINGAN LISTRIK SUMBAGUT 150 KV MENGGUNAKAN SIMULINK MATLAB Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik Oleh: FRANSISCO WIARTONE SIMBOLON NIM : 100402087 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR PERENCANAAN SMARTGRID JARINGAN LISTRIK SUMBAGUT 150 KV MENGGUNAKAN SIMULINK MATLAB Oleh : FRANSISCO WIARTONE SIMBOLON NIM : 100402087 Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN Sidang pada Tanggal 08 Bulan April Tahun 2015 di depan penguji : 1. Ketua Penguji : Ir. Zulkarnaen Pane, M.T. 2. Anggota Penguji : Ir. Riswan Dinzi, M.T. Disetujui Oleh: Pembimbing Tugas Akhir (Yulianta Siregar, S.T., M.T.) NIP : 19780709 200912 1 001 Diketahui Oleh: Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU (Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si.) NIP : 19540531 198601 1 002
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR PERENCANAAN SMARTGRID JARINGAN LISTRIK SUMBAGUT 150 KV MENGGUNAKAN SIMULINK MATLAB Oleh : FRANSISCO WIARTONE SIMBOLON 090402001 Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN Sidang pada Tanggal 08 Bulan April Tahun 2015 di depan penguji : 1. Ketua Penguji : Ir. Zulkarnaen Pane, M.T. 2. Anggota Penguji : Ir. Riswan Dinzi, M.T. Disetujui Oleh: Pembimbing Tugas Akhir (Yulianta Siregar, S.T., M.T.) NIP : 19780709 200912 1 001 Diketahui Oleh: Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU (Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si.) NIP : 19540531 198601 1 002
ABSTRAK Jaringan listrik konvensional yang digunakan saat ini memiliki beberapa kekurangan dalam pengoperasiannya. Jaringan listrik saat ini kurang memperhatikan efisiensi dalam pengoperasiaan pembangkit pembangkit yang ada. Kekurangan yang lain adalah tidak adanya informasi aliran daya yang pasti serta kurang ekonomisnya biaya mulai dari pembangkitan sampai dengan penyaluran energi listrik. Dengan adanya kekurangan kekurangan yang dimiliki sistem konvensional ini, maka sudah sebaiknya sistem kelistrikan saat ini menggunakan konsep smartgrid. Smartgrid merupakan sebuah penamaan terhadap sistem kelistrikan yang menggunakan perkembangan teknologi, sehingga nantinya didapatkan sistem yang baik, otomatis dan efisien dalam pengoperasiannya. Sebelum membangun sistem ini, maka perlu dibuat suatu rancangan sistem smartgrid yang menggunakan bantuan software. Perencanaan smartgrid yang akan dirancang adalah sistem smartgrid jaringan listrik SUMBAGUT 150 kv. Dari percobaan yang dibuat dengan mengubah beberapa parameter daya beban, didapatkan persen rugi rugi jaringan terkecil adalah pada keadaan 10% beban puncak yaitu sebesar 12,64% dari daya yang dibangkitkan dan hanya dua pembangkit yang beroperasi, sedangkan persen rugi rugi terbesar pada jaringan adalah pada keadaan 95 % beban puncak yaitu sebesar 17,65% dari daya yang dibangkitkan. Dari percobaan tersebut juga didapatkan tegangan terendah yang terbaca pada bus beban gardu adalah sebesar 135,581 kv pada gardu Rantau Prapat dalam keadaan 95% beban puncak. Dari perencanaan dan percobaan yang dilakukan dalam tugas akhir ini, maka didapatkan sistem yang terotomatisasi dengan memperhatikan keefisienan dari segi pembangkitan dan keandalan dari segi tegangan. Kata kunci: jaringan listrik konvensional, smartgrid, daya, tegangan i
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan karunia-nya sehingga penulis diberikan kemampuan dan kesempatan untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Tugas Akhir ini berjudul Perencanaan Smartgrid Jaringan Listrik SUMBAGUT 150 kv Menggunakan Simulink Matlab yang penulis susun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam penulisan tugas akhir ini penulis telah banyak mendapat bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis menyampaikan terima kasih kepada: 1. Keluarga tercinta: Papi Sudung Simbolon, Mama Rosmawati Sinurat, kakak saya Fitriani Christien Simbolon dan adik saya Hardidrah Simbolon atas segala kasih sayang, doa, dukungan, kesabaran, dan pengertiannya. 2. Bapak Yulianta Siregar, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing tugas akhir atas segala arahan, motivasi, dan bimbingannya dalam penyelesaian tugas akhir ini. 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. selaku Dosen Wali penulis atas segala bimbingan dan nasehat serta motivasinya selama penulis menjalani kegiatan akademik. 4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. dan Bapak Rahmad Fauzi, S.T., M.T. selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. ii
5. Seluruh Dosen Departemen Teknik Elektro FT-USU yang telah membekali penulis dengan berbagai disiplin ilmu selama masa pendidikan. 6. Seluruh Pegawai dan Karyawan Departemen Teknik Elektro FT-USU atas segala bantuan dan dukungannya. 7. Teman-teman di Departemen Teknik Elektro FT-USU, terkhusus angkatan 2010 atas dukungan, doa, suka dan duka selama di bangku perkuliahan. Juga penulis menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu namun tidak dapat penulis sebutkan satu per satu disini. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Untuk itu, dengan segala kerendahan hati penulis bersedia menerima saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini bermanfaat bagi siapapun yang membutuhkannya. Medan, Februari 2015 Penulis 3
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... vii BAB I PENDAHULUAN... 1 Latar Belakang... 1 Rumusan Masalah... 3 Tujuan Penulisan... 3 Batasan Masalah... 3 Metodologi Penulisan... 4 Sistematika Penulisan... 5 BAB II DASAR TEORI... 6 Sistem Tenaga Listrik... 6 Studi Aliran Daya... 7 Jaringan Listrik Sumatera Bagian Utara... 8 Pembangkit Tenaga Listrik... 9 Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)... 10 Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)... 11 Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU)... 11 Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)... 11 Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)... 12 Smartgrid... 13 Komunikasi Data dan Jaringan Komputer... 15 Power Meter dan Remote Terminal Unit (RTU)... 20 4
BAB III PERENCANAAN SMARTGRID SISTEM TENAGA LISTRIK... 23 Skema Sistem Smartgrid Jaringan Listrik... 23 Perancangan Sistem Komunikasi... 24 Perancangan Sistem Kontrol dan Automasi... 27 Perancangan Smartgrid Sistem Tenaga Listrik... 29 BAB IV PENGUJIAN DAN HASIL SIMULASI... 34 Tampilan Sistem Smartgrid dan Panel Monitoring... 34 Pelaksanaan Sistem Kontrol Untuk Optimasi Daya dan Tegangan... 37 Analisa Daya dan Tegangan Pada Simulasi... 41 BAB V PENUTUP... 50 Kesimpulan... 50 Saran... 51 DAFTAR PUSTAKA... 52 LAMPIRAN 5
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 : Diagram Alur Konsep Smartgrid Jaringan Tenaga Listrik... 14 Gambar 2.2 : Blok Diagram Sistem Komunikasi Data... 17 Gambar 2.3 : Blok Diagram RTU sederhana... 21 Gambar 3.1 : Skema Smartgrid Jaringan Listrik... 23 Gambar 3.2 : Diagram Alir Lapisan Protokol TCP... 26 Gambar 3.3 : Data Beban Sumatera Bagian Utara 150 kv... 31 Gambar 3.4 : Diagram Alir Smartgrid Jaringan Listrik... 33 Gambar 4.1 : Sistem Komunikasi Pada Bus Beban... 34 Gambar 4.2 : Sistem Komunikasi Pada Bus Generator... 35 Gambar 4.3 : Sistem Kontrol Pada Bus Generator... 35 Gambar 4.4 : Tampilan Data Gardu Pada Panel Monitoring... 36 Gambar 4.5 : Tampilan Data Pembangkit Pada Panel Monitoring... 37 Gambar 4.6 : Profil Tegangan Bus Beban pada 10% Beban Puncak... 42 Gambar 4.7 : Profil Tegangan Bus Beban pada 20% Beban Puncak... 43 Gambar 4.8 : Profil Tegangan Bus Beban pada 30% Beban Puncak... 44 Gambar 4.9 : Profil Tegangan Bus Beban pada 40% Beban Puncak... 44 Gambar 4.10 : Profil Tegangan Bus Beban pada 50% Beban Puncak... 45 Gambar 4.11 : Profil Tegangan Bus Beban pada 60% Beban Puncak... 46 Gambar 4.12 : Profil Tegangan Bus Beban pada 70% Beban Puncak... 46 Gambar 4.13 : Profil Tegangan Bus Beban pada 80% Beban Puncak... 47 Gambar 4.14 : Profil Tegangan Bus Beban pada 90% Beban Puncak... 48 Gambar 4.15 : Profil Tegangan Bus Beban pada 100% Beban Puncak... 49 6
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 : Pembangkit Listrik Tenaga Uap di SUMBAGUT... 10 Tabel 2.2 : Pembangkit Listrik Tenaga Gas di SUMBAGUT... 11 Tabel 2.3 : Pembangkit Listrik Tenaga Air di SUMBAGUT... 12 Tabel 3.1 : Urutan Prioritas Pengoperasian Pembangkit... 28 Tabel 3.2 : Data Pembangkit di Sumatera Bagian Utara... 30 Tabel 4.1 : Keadaan Pembangkit Pada Beban Puncak... 39 Tabel 4.2 : Data Daya Pembangkitan dan Daya Beban... 41 vii