TUGAS AKHIR PENENTUAN LOKASI DAN KAPASITAS DAYA DISTRIBUTED GENERATION TIPE MVAR CONTROL UNTUK MENGURANGI RUGI RUGI DAYA DAN MEMPERBAIKI TEGANGAN PADA JARINGAN DISTRIBUSI 20 kv (STUDI KASUS: PENYULANG TR 5 GI TARUTUNG) Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan dalam Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik Oleh: MUHAMMAD FIKRY INDRA NIM: 110402005 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ABSTRAK Perkembangan 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 akhir ini akan dibahas penentuan lokasi dan kapasitas daya DG tipe MVAR Control pada jaringan distribusi TR 5 Tarutung. Metode yang digunakan dalam penentuan lokasi dan kapasitas daya optimal dari DG adalah dengan metode fuzzy logic metode Sugeno. Dari hasil perhitungan dan simulasi maka diperoleh titik optimum dimana DG ditempatkan pada bus 27 dengan kapasitas optimal DG sebesar 6 MVAR dan rugi-rugi jaringan berkurang sebesar 60,77%. Kata Kunci : distributed generation, optimasi, fuzzy logic, profil tegangan, rugirugi jaringan i
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan ridho-nya Tugas Akhir ini dapat disusun dan diselesaikan. Tidak lupa juga shalawat beriring salam penulis haturkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro,. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah: PENENTUAN LOKASI DAN KAPASITAS DAYA DISTRIBUTED GENERATION TIPE MVAR CONTROL UNTUK MENGURANGI RUGI RUGI DAYA DAN MEMPERBAIKI TEGANGAN PADA JARINGAN DISTRIBUSI 20 kv (STUDI KASUS: PENYULANG TR 5 GI TARUTUNG) Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda (Heri Indra) beserta Ibunda (Asmanidar) dan kakak serta adik-adik tersayang (Bripda Novriana Indra beserta adik-adik, Briptu Muthia Dianah Indra dan Mhd Taufiq Indra) 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, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan Tugas Akhir ini. ii
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si., selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, 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. Bapak Ir. Syahrawardi, 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 Wali yang selalu memberikan arahan, bimbingan dan nasihat selama penulis menjalani perkuliahan di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. 5. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada penulis. 6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah membantu penulis dalam pengurusan administrasi. 7. Teman sekaligus pengisi hati penulis Ummu Khairiyah,S.ked yang selalu menemani disaat senang maupun susah bersama penulis. 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 Albert, Syahlan Hutagaol, Sakinah, Frederik, dan Andreas yang selalu membantu dan tidak bosan-bosannya menghibur selama masa pengerjaan Tugas Ahkir ini. 10. Sahabat-sahabat penulis selama berkuliah yaitu Angga, Wahyudi, Yoga, Rais, Zein, Aspar, Verrie, Tegar, Fadhli, Wasfi, Heri, Fandi yang selalu memberi dukungan moril kepada penulis. 11. Rekan-rekan satu angkatan 2011 yang selalu saling memberi semangat, bantuan dan cerita selama perkuliahan. iii
12. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah memberikan dukungan dan bantuan. 13. 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 Allah SWT-lah penulis menyerahkan diri. Medan, Maret 2016 Penulis Muhammad Fikry Indra 110402005 iv
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix 1 BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan... 2 1.4 Batasan Masalah... 3 1.5 Manfaat... 3 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 4 2.1 Sistem Distribusi Listrik... 4 2.2 Jaringan Distribusi... 5 2.3 Distributed Generation... 6 2.3.1 Defenisi Distributed Generation... 6 2.3.2 Teknonologi dari DG... 7 2.3.3 Dampak dari Pemasangan Distributed Generation pada Jaringan Distribusi... 10 2.3.4 Dampak dari Pemasangan Distributed Generation Untuk Memperbaiki Tegangan... 11 2.3.5 Dampak dari Pemasangan Distributed Generation Terhadap Rugi Rugi Daya... 13 2.4 Distributed Generation Tipe MVAR Control... 14 v
2.5 Studi Aliran Daya... 16 2.5.1 Konsep Perhitungan Aliran Daya... 17 2.5.2 Persamaan Aliran Daya... 18 2.5.3 Metode Newton-Raphson... 20 2.5.4 Contoh Perhitungan Aliran Daya dengan Menggunakan Metode Newton Raphson... 25 2.6 Fuzzy Logic... 29 2.6.1 Penggunaan Fuzzy Logic... 29 2.6.2 Cara Kerja Fuzzy Logic... 29 3 BAB III METODE PENELITIAN... 34 3.1 Tempat dan Waktu... 34 3.2 Data - Data yang Diperlukan... 34 3.3 Pelaksanaan Penelitian... 34 3.4 Variabel yang Diamati... 34 3.5 Prosedur Penelitian... 35 3.5.1 Prosedur Kerja... 37 4 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 45 4.1 Tegangan Minimum dan Total Rugi Rugi pada Jaringan pada Saat DG Diinterkoneksikan ke Bus 2 untuk Tiap Besar DG yang Berbeda. 45 4.2 Hasil Rangkuman... 48 5 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 57 5.1 Kesimpulan... 57 5.2 Saran... 57 DAFTAR PUSTAKA... 59 vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Sistem Distribusi Tenaga Listrik... 4 Gambar 2.2 Aliran Daya Satu Arah... 10 Gambar 2.3 Aliran Daya Dua Arah... 11 Gambar 2.4 Diagram Aliran Daya dengan Koneksi DG... 12 Gambar 2.5 Perbandingan Aliran Daya Saat DG Dikoneksikan di Bus yang Berbeda... 13 Gambar 2.6 One Line Diagram Untuk Mengilustrasikan Jatuh Tegangan di Sistem Distribusi yang Terdapat DG dengan Tipe MVAR control... 15 Gambar 2.7 Diagram Satu Garis dari N-Bus dalam Suatu Sistem Tenaga... 19 Gambar 2.8 Single Line Diagram Sistem Distribusi dengan Tiga Bus... 25 Gambar 2.9 Struktur Sistem Inteferensi Fuzzy (FIS)... 30 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian... 36 Gambar 3.2 Single Line Diagram Penyulang TR 5... 38 Gambar 3.3 Fuzzy Logic Toolbox... 43 Gambar 3.4 Fuzzy Logic Toolbox untuk mencari Tingkat Kesesuaian DG... 44 Gambar 4.1 Total Rugi-rugi Daya untuk Tiap Kapasitas DG Dikoneksikan di Bus 2... 46 Gambar 4.2 Tegangan Minimum untuk Tiap Kapasitas DG Dikoneksikan di Bus 2... 47 Gambar 4.3 Kapasitas Optimal DG di Tiap-Tiap Bus... 50 Gambar 4.4 Rugi-Rugi Jaringan untuk Tiap Kapasitas Optimal DG di Tiap Bus 54 vii
Gambar 4.5 Profil Tegangan Pada Tiap Bus untuk Tiap Besar DG Optimal di Tiap Bus... 55 viii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tipe Bus Dalam Sistem Tenaga Listrik.... 18 Tabel 4.1 Data Rugi-Rugi, Profil Tegangan, dan Tingkat Kecocokan DG untuk Tiap Besar DG yang Berbeda yang Diinterkoneksikan di Bus 2... 46 Tabel 4.2 Kapasitas Optimal DG pada Masing-Masing Bus... 48 Tabel 4.3 Kondisi Tegangan pada Tiap Koneksi Optimal DG... 51 Tabel 4.4 Profil Total Rugi-Rugi sebelum dan sesudah Koneksi Optimal DG... 52 ix