Visualisasi Aliran Daya Tiga Fasa Tak Seimbang Pada Penyulang Kangkung PT. PLN (PERSERO) Distribusi Lampung Berbasis GIS (Geographic Information System)
ABSTRACT
Visualizations Unbalanced Three-Phase Power Flow in Kangkung Feeder
PT. PLN (Persero) Distribution of Lampung Based on GIS
(Geographic Information System)
By:
Trisno Handoko
It is of importance to provide information from the results of the results of the
power flow studies for state assessment of large-scale power systems and analyze
the information. This can be achieved by visualizing power flow results
graphically. Visualizations are used to evaluate the performance of power systems
and analyze load conditions intuitively and quickly.
This paper presents the benefits of visualizations to evaluate the performance of
the power systems, especially in three-phase unbalanced by using GIS
(Geographic Information System) technology. By integrating into GIS,
representation of spatial aspects can be embedded into one-line diagram approach.
This is implemented in Python Scripting Language in this worlds.
The goal of this paper is the application of power system modeling softwares that
provides GIS-based power flow information in the form of open software
packages. One-line diagram approach integrated spatial aspects in these packages
are one of the parameters of the success of this paper.
Keyword: power flow, visualizations, GIS, python scripting
ABSTRAK
Visualisasi Aliran Daya Tiga Fasa Tak Seimbang Pada Penyulang Kangkung
PT. PLN (PERSERO) Distribusi Lampung Berbasis GIS
(Geographic Information System)
Oleh:
Trisno Handoko
Dalam upaya menyediakan informasi dari hasil studi aliran daya untuk menilai
keadaan sistem tenaga skala besar dan menganalisis sejumlah informasi tersebut,
hal ini menjadi prioritas utama. Salah satu upaya penyediaan informasi ini yakni
dengan menggunakan visualisasi aliran daya. Visualisasi ini digunakan untuk
mengevaluasi kinerja sistem tenaga serta menganalisis kondisi pembebanan secara
intuitif dan cepat.
Pada tugas akhir ini visualisasi ditujukan untuk mengevaluasi kinerja sistem
tenaga khususnya pada tiga fasa tak seimbang dengan memanfaatkan teknologi
GIS (Geographis Information System). Dengan mengintegrasikan GIS, bentuk
representasi spasial dapat dipadukan dengan pendekatan one-line diagram. Hal ini
diimplementasikan dalam bentuk program dengan penulisan Bahasa
Pemprograman Python.
Hasil dari tugas akhir ini adalah penerapan model perangkat lunak sistem tenaga
yang menyediakan informasi aliran daya berbasis GIS dalam bentuk paket
perangkat lunak terbuka. Pendekatan one-line diagram yang diintegrasikan aspek
spasial pada paket tersebut menjadi parameter keberhasilan tugas akhir ini.
Kata kunci: aliran daya, visualisasi, GIS, python scripting
DISUALISASI ALIRAN DAYA TIGA FASA TAK SEIMBANG
PADA PENYULANG KANGKUNG PT.PLN (PERSERO)
DISTRIBUSI LAMPUNG BERBASIS GIS (GEOGRAPHIC
INFORMATION SYSTEM)
Oleh
TRISNO HANDOKO
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar
SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIDERSITAS LAMPUNG
BANDARLAMPUNG
2014
RIWAYAT HIDUP
Trisno Handoko, anak sulung dari tiga bersaudara yang
dilahirkan di Bangunrejo, Lampung Tengah pada tanggal 09
Agustus 1991 dari pasangan Bapak Daryanto dan Ibu Siti
Komariyah.
Penulis menyelesaikan pendidikan prasekolah di TK. Darma Wanita Bumi
Dipasena (BD) Makmur Lampung Utara (1996-1997), SDN Bumi Dipasena (BD)
Makmur Tulang Bawang (1997-2003), kemudian berlanjut SMPN 3 Rawajitu
Selatan Tulang Bawang (2003-2006), dan SMAN 2 Menggala Tulang Bawang
(2006-2009).
Pada tahun 2009 penulis terdaftar sebagai mahasiswa jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur Penelusuran Kemampuan
Akademik dan Bakat (PKAB) dan Penerima Beasiswa Outreach (PBO) serta
menamatkan program studi Strata Satu pada bulan Juli 2014.
Selama kuliah penulis aktif di Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro Universitas
Lampung (HIMATRO) sebagai anggota serta aktif pada Forum Silaturrahim dan
Studi Islam Fakultas Teknik Universitas Lampung (FOSSI FT Unila) dan menjadi
kepala divisi Bidang Akademik (BAK) FOSSI FT Unila Periode 2011-2012.
Pengalaman akademik penulis diantaranya melakukan Kerja Praktek di PT.
Pembangkit Jawa Bali (PJB) Muara Karang, Jakarta Utara pada bagian operasi
serta pemeliharaan.
Atas ridho Allah SWT
Dengan rasa hormat, cinta dan sayangku
Aku dedikasikan karya sederhana ini untuk Bapak dan Mamak-ku:
Daryanto & Siti Komariyah
Terima kasih atas cinta, kasih sayang, doa dan segalanya
Dan juga guru-guruku selama ini tak lelah pada muridmu yang bodoh ini
Serta
Almamater Tercinta
Universitas Lampung
SANWACANA
Alhamdulillahirobbil’alamin, segala puji bagi Allah SWT atas limpahan nikmat
kesehatan, kesempatan, rahmat serta hidayah-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini. Sholawat serta salam senantiasa tercurah kepada
Nabi Muhammad SAW sang penutup para Nabi dan Rasul, kepada keluarga,
sahabat, dan pengikutnya yang setia sampai akhir zaman.
Tugas Akhir dengan judul “Visualisasi Aliran Daya Tiga Fasa Tak Seimbang
Pada Penyulang Kangkung PT. PLN (PERSERO) Distribusi Lampung Berbasis
GIS (Geographic Information System)” sebagai salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Lampung.
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang tulus dan sebesarbesarnya kepada:
1.
Bapak Prof. Dr. Ir. Sugeng P. Harianto, M.S. selaku Rektor Universitas
Lampung.
2.
Bapak Prof. Suharno, M.Sc. Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Lampung.
3.
Bapak Agus Trisanto, Ph.D., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro
Universitas Lampung.
4.
Ibu Herlinawati S.T., M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro
Universitas Lampung.
5.
Bapak Dr. Eng. Lukmanul Hakim, S.T., M.Sc., sebagai Pembimbing Utama
yang dengan sabar telah banyak memberikan bantuan, pengetahuan, pelajaran
dan sumbangsih saran dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
6.
Bapak Herri Gusmedi, S.T., M.T., sebagai Pembimbing Pendamping, dengan
sabar memberikan ilmu dan pengetahuan baru, nasehat yang sangat berarti
serta bantuan dan doanya.
7.
Bapak Ir. Noer Soedjarwanto, M.T., sebagai Penguji Utama yang telah
memberikan saran dan kritiknya dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
8.
Bapak Dr. Eng. Helmy Fitriawan, S.T., M.Sc., sebagai Pembimbing
Akademik penulis.
9.
Seluruh Dosen Teknik Elektro, terima kasih atas ilmu pengetahuan yang telah
diberikan kepada penulis dan juga kepada jajaran staf administrasi Jurusan
Teknik Elektro yang telah banyak membantu dalam penyelesaian penulisan
skripsi ini.
10. Guru-guruku selama ini baik di masa sekolah dan lingkunganku berada, guru
mengajiku yang telah berpulang sisi-Nya, mudah-mudahan amal perbuatan
beliau diterima disisi-Nya dan juga para tutor atau kakak-kakak yang
memberikan paradigma serta tujuan kita didunia ini.
11. Adik-adikku tercinta “Dewi dan Renaldi” sehingga penulis bisa belajar
menjadi kakak yang lebih sabar dan lebih dewasa. Maaf Aa’ jarang pulang.
12. Teman satu perjuangan dalam menyelesaikan tugas akhir ini, M. Wahidi
(beta), tempat sharing ilmu serta canda dikesunyian lab.
13. Sahabat-sahabatku satu angkatan muda Helmi Aziz, Anwar K.N., Nurhadi S.,
mudah-mudahan Allah memberi jalan yang terbaik untuk kalian.
14. Teman-teman seperjuangan lab bawah, Annora, Binsar, Dedi, Hadi, Jimmy,
Jumanto, Luqvi, Mbeu, Rani, Robert, Udin, Unggul, Albet, Widi. Semoga
kalian sukses.
15. Tak lupa rival abadiku M. Jazuli Mustofa, embrace your dreams. Tempat
berbagi mimpi serta tukar pikiran. Go sorbonne jul.
16. Teman-teman seangkatanku elektro 2009, teman-teman elektro serta teman–
teman fakultas teknik.
17. Semua pihak yang telah membantu serta mendukung penulis yang tak
tersebutkan diatas.
Akhir kata, Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan,
akan tetapi sedikit harapan semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi
kita semua.
Bandar Lampung, 19 Agustus 2014
Penulis
Trisno Handoko
i
✁✂ TAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ...................................................................................................................... i
DAFTAR TABEL ............................................................................................................ iii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................... iv
I. PENDAHULUAN ......................................................................................................... 1
A. Latar Belakang ....................................................................................................... 1
B. Tujuan ..................................................................................................................... 2
C. Perumusan Masalah ............................................................................................... 3
D. Batasan Masalah .................................................................................................... 4
E. Manfaat Penelitian ................................................................................................. 5
F.
Hipotesis ................................................................................................................. 5
G. Sistematika Penulisan ............................................................................................ 6
II. TINJAUAN PUSTAKA............................................................................................... 7
A. Sistem Tenaga Listrik ............................................................................................ 7
B. Studi Aliran Daya .................................................................................................. 8
C. Persamaan Aliran Daya ....................................................................................... 10
D. Sistem Tiga Fasa Tak Seimbang ......................................................................... 13
E. Pemodelan Perangkat Lunak Sistem Tenaga ..................................................... 15
F.
Scripting Power System ....................................................................................... 17
G. Teknik Visualisasi Berbasis GIS (Geographic Information System) ............... 20
H. Perangkat Lunak Pendukung............................................................................... 24
1.
Python Programming Language ..................................................................... 24
ii
2.
PostgreSQL....................................................................................................... 25
III. METODE PENELITIAN ......................................................................................... 26
A. Waktu dan Tempat ............................................................................................... 26
B. Alat dan Bahan ..................................................................................................... 27
C. Prosedur Kerja...................................................................................................... 27
1.
Studi Literatur................................................................................................... 27
2.
Studi Bimbingan............................................................................................... 27
3.
Pengambilan Data ............................................................................................ 28
4.
Pengembangan Perangkat Lunak Visualisasi Load Flow Berbasis GIS ...... 28
D. Diagram Alir Penelitian ....................................................................................... 33
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................ 34
A. Sistem Tiga Fasa Tak Seimbang di Penyulang Kangkung Distribusi...... 34
B. Model Perangkat Lunak Sistem Tenaga ............................................................. 36
C. Pengembangan Perangkat Lunak Visualisasi Load Flow Berbasis GIS .......... 43
D. Hasil Simulasi ...................................................................................................... 51
V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................................. 58
A. Kesimpulan ............................................................................................................. 58
B. Saran ........................................................................................................................ 59
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
iii
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
1. Representasi magnitude tegangan dengan penggunaan gambar kotak yang
bervariasi warna…………………………………………………………………..57
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
Gambar 1 Bus pada Sistem Tenaga................................................................................ 11
Gambar 2 Prosedur Pengembangan Software Simulasi................................................ 16
Gambar 3 Pendekatan studi sistem fisik berdasarkan close software package .......... 18
Gambar 4 Pendekatan sistem fisik berdasarkan open software.................................... 19
Gambar 5 Objek aplikasi GIS ......................................................................................... 23
Gambar 6 Antarmuka antara program load flow dan database GIS ............................ 23
Gambar 7 Salah satu aplikasi Basemap. ........................................................................ 25
Gambar 8 Model Waterfall ............................................................................................. 29
Gambar 9 Desain sistem perangkat lunak...................................................................... 30
Gambar 10 Diagram Alir Penelitian............................................................................... 33
Gambar 11 Tampilan Toolkit PostgreSQL .................................................................... 37
Gambar 12 Desain database pada perangkat lunak sistem tenaga 3 fasa .................... 38
Gambar 13 Tampilan Qlandkarte ketika memuat data garmin. ................................... 39
Gambar 14 Struktur OOP dalam proses inisialisasi data .............................................. 41
Gambar 15 Salah satu contoh GUI dari PyGTK+Matplotlib+Basemap...................... 44
Gambar 16 Toolkit untuk berinteraksi di antarmuka map ............................................ 45
Gambar 17 Panning fault pada perangkat lunak ........................................................... 46
Gambar 18 Checkbutton untuk fasa abc ........................................................................ 47
Gambar 19 Informasi yang terkandung pada annotation-box ...................................... 48
Gambar 20 Informasi secara tekstural pada widget toolkits ......................................... 48
Gambar 21 Representasi saluran dalam bentuk garis ................................................... 49
Gambar 22 Representasi tegangan pada elemen grafis ................................................. 50
Gambar 23 Contoh penggunaan kotak dengan variasi level warna ............................. 51
Gambar 24 Memulai program ........................................................................................ 52
Gambar 25 Pilih start analysis ....................................................................................... 52
Gambar 26 Memiliki jenis analysis yang akan dipakai ................................................ 53
Gambar 27 Tampilan dari visualisasi aliran daya tiga fasa .......................................... 53
Gambar 28 Melakukan zoom pada map ......................................................................... 54
Gambar 29 Melakukan zoom untuk kedua kalinya ....................................................... 54
v
Gambar 30 Melakukan panning pada map .................................................................... 55
Gambar 31 Tes pada check button fasa A...................................................................... 55
Gambar 32 Tes pada check button fasa B ...................................................................... 56
Gambar 33 Tes pada check button fasa C ...................................................................... 56
Gambar 34 Perangkat lunak masih dalam proses penelitian ........................................ 57
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Untuk meningkatkan kinerja dalam optimalisasi serta keandalan pada sistem tenaga
listrik dibutuhkan beberapa perlakuan. Perlakuan tersebut meliputi perencanaan
sistem tenaga, pengoperasian, exchange of power antara peralatan-peralatan, serta
economic
scheduling
yang
baik.
Sebelum
kebutuhan-kebutuhan
tersebut
dilaksanakan, pertama kali yang perlu dilakukan adalah studi aliran daya. Hasil dari
studi ini akan digunakan untuk studi-studi lainnya seperti transient stability serta
studi kontingensi.
Studi aliran daya menyediakan informasi berupa aliran daya, tegangan sistem serta
informasi lainnya. Informasi tersebut diusung baik itu berupa computer-aided
program, maupun perangkat lunak sistem tenaga lainnya yang ditampilkan dengan
antarmuka grafis maupun non-grafis.
Ketika operator dihadapkan untuk menilai keadaan sistem tenaga skala besar dan
menganalisis sejumlah besar informasi yang didalamnya berisi ribuan bus, maka
tantangannya adalah menyajikan data-data tersebut dalam bentuk sedemikian rupa
2
sehingga operator dapat menilai keadaan sistem secara intuitif dan cepat. Hal tersebut
berlaku ketika mencoba khususnya melakukan studi aliran daya yang dimana
informasi yang disajikan digunakan untuk mengevaluasi kinerja sistem tenaga dan
menganalisis kondisi pembebanan. Sehingga diperlukan penerapan teknik visualisasi
pada sistem tenaga untuk membantu dalam tugas-tugas tersebut.
Sehingga pada penelitian tugas akhir ini peneliti mencoba menyajikan informasi dari
studi aliran daya. Khususnya analisis aliran daya tiga fasa tak seimbang pada sistem
distribusi menggunakan metode Newton Rhapson yang divisualisasikan. Bentuk
visualisasi diadaptasikan dengan teknologi Geographic Information System (GIS).
Geographic Information System (GIS) menggunakan perangkat antarmuka Graphic
User Interface (GUI) berbasis PyGTK serta Matplotlib-Basemap. Dengan adanya
visualisasi ini akan memberikan kemudahan bagi operator sistem tenaga untuk
memantau serta mengevaluasi sistem tenaga. Dimana implementasi selanjutnya
digunakan pada penyajian informasi pembebanan sistem dan perencanaan operasi
dalam bentuk grafis dan bersifat geografis dalam ruang lingkup operasi sistem tenaga
listrik.
B. Tujuan
Tujuan dari penelitian tugas akhir ini adalah:
1. Merancang dan membangun perangkat lunak yang dapat menampilkan
informasi dari simulasi aliran daya pada sistem distribusi tiga fasa tak
3
seimbang menggunakan antarmuka berbasis PyGTK dan MatplotlibBasemap.
2. Untuk mengetahui hasil kalkulasi aliran daya dalam bentuk tegangan, daya,
dan informasi lainnya di sistem tiga fasa tak seimbang pada khususnya di
Penyulang Kangkung PT. PLN Distribusi Lampung.
3. Memvisualisasikan hasil simulasi aliran daya dengan memanfaatkan teknologi
Geographic Information System (GIS) untuk mempermudah pengguna
memahami kondisi sistem.
4. Mengembangkan
perangkat
lunak
untuk
studi
aliran
daya
serta
memvisualisasikannya ke dalam bentuk Geographic Information System
(GIS) maupun bentuk lainnya yang lebih efisien.
C. Perumusan Masalah
Berdasarkan dari latar belakang diatas maka peneliti merumuskan permasalahannya
sebagai berikut:
1. Bagaimana membangun sistem visualisasi dari simulasi aliran daya tiga fasa
tak seimbang dengan mengintegrasikan antara data spasial berupa data posisi
dan koordinat dengan data non-spasial/atribut berupa teks atau angka sesuai
dengan karakteristik objeknya.
2. Bagaimana menampilkan data berupa hasil simulasi aliran daya ke dalam
bentuk elemen grafis dua dimensi serta informasi tekstual atau numerik yang
dapat dikontrol sehingga user dapat dengan mudah menggunakannya.
4
3. Bagaimana menyelaraskan data output hasil simulasi aliran daya ke dalam
inputan data spasial serta data non-spasial yang nantinya digunakan untuk
visualisasi aliran daya.
D. Batasan Masalah
Dalam tugas akhir ini peneliti tidak membahas semua masalah yang ditemukan, tetapi
peneliti akan membatasi permasalahan sebagai berikut:
1. Penelitian ini tidak menganalisa secara mendalam mengenai perhitungan serta
pemprograman pada analisa aliran daya sistem tiga fasa dengan metode
Newton Raphson melainkan output hasil perhitungan dan simulasinya.
2. Simulasi aliran daya yang divisualisasikan sebatas pada sistem distribusi dan
trafo distribusi pada sistem dianggap beban.
3. Penelitian ini sebatas bagaimana cara perancangan perangkat lunak dengan
memvisualisasikan simulasi aliran daya dengan bahasa pemprograman Python
beserta library-nya yang hasilnya dapat berjalan dalam lingkup interpreter
Python dan belum bersifat aplikasi siap pakai (executable).
4. Perangkat lunak yang digunakan untuk mengolah sekumpulan informasi data
output (hasil simulasi aliran daya) dan input (digunakan untuk visualisasi)
yang berbentuk database adalah PostgreSQL.
5. Sistem operasi yang mendukung visualisasi simulasi aliran daya untuk
sementara adalah Ubuntu 12.10 atau versi yang terbaru.
5
E. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian tugas akhir ini adalah:
1. Memberikan referensi informasi terkait dalam perancangan perangkat lunak
khususnya teknik visualisasi pada hasil simulasi aliran daya tiga fasa tak
seimbang.
2. Mempermudah dalam mempelajari studi aliran daya terutama jika ditampilkan
secara visual mengenai informasi terkait tentang aliran daya pada sistem
tenaga.
3. Dapat dikembangkan serta dimodifikasi kembali perangkat lunak baik sisi
teknik visualisasinya serta algoritma aliran dayanya. Hal ini dikarenakan sifat
simulasi aliran daya pada penelitian ini hanya melingkupi sistem distribusi
saja. Sehingga setting koneksi bus, efek kapasitansi, tap changing pada trafo
serta optimasi perancangan masih dalam keterbatasan.
4. Dapat digunakan sebagai sarana edukasi pada studi aliran daya.
F. Hipotesis
Visualisasi dari simulasi aliran daya sistem tiga fasa tak seimbang berbasis GIS di
Penyulang Kangkung PT. PLN Distribusi Lampung ini dapat digunakan untuk
menampilkan informasi aliran daya. Hal ini untuk memudahkan user mengevaluasi
serta mengambil kesimpulan secara kualitatif dari bentuk elemen grafis yang lebih
mudah dan lebih cepat dibandingkan melihat deretan angka pada tabel dalam kondisi
serta situasi tertentu.
6
G. Sistematika Penulisan
Penulisan laporan penelitian tugas akhir ini terbagi dalam lima bab dengan
sistematika sebagai berikut:
BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang dan masalah, tujuan serta manfaat penelitian,
perumusan dan batasan masalah, hipotesis, dan sistematika penulisan.
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi teori-teori pendukung yang digunakan dalam penulisan laporan
penelitian tugas akhir ini.
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi tentang waktu dan tempat pelaksanaan penelitian tugas akhir, alat dan
bahan yang digunakan untuk penyelesaian penelitian, serta metode termasuk diagram
alir yang akan digunakan pada penelitian tugas akhir.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Sistem Tenaga Listrik
Proses penyaluran tenaga listrik terdiri dari tiga komponen utama yaitu pembangkit,
penghantar (saluran transmisi/distribusi), dan beban. Pada sistem transmisi berfungsi
untuk mentransfer energi listrik dari unit-unit pembangkit di berbagai lokasi ke
sistem distribusi yang pada akhirnya menyuplai beban1. Listrik sistem tiga fasa
merupakan metode umum yang digunakan pada pembangkitan tenaga listrik arus
bolak-balik, transmisi, dan distribusi 2.
Dalam sistem tenaga tiga fasa, tegangan yang dihasilkan adalah sinusoidal dan sama
besarnya, dengan masing-masing fasa 120°. Namun resultan tegangan sistem tenaga
pada ujung distribusi dan titik pemanfaatan menjadi tidak seimbang karena beberapa
alasan. Sifat ketidakseimbangan termasuk ketidaksamaan besaran tegangan pada
sistem fundamental frekuensi (under-voltage dan over-voltage), fundamental deviasi
sudut fasa, dan ketidaksamaan tingkat dari distorsi harmonik antar fasa. Penyebab
1
Marsudi, Djiteng, Operasi Sistem Tenaga Listrik (Jakarta: Balai Penerbit, 1990), hal.1.
Terjemahan dari Stevenson, W.D., Elements of Power System Analysis Third Edition (New York:
McGraw-Hill, 1975).
2
8
utamanya dari ketidakseimbangan tegangan adalah distribusi tidak merata dari beban
satu fasa yang dapat terus berubah di sistem tiga fasa 3.
Sistem distribusi biasanya dipecah menjadi tiga komponen: gardu distribusi
(substation), distribusi primer, dan distribusi sekunder. Pada tingkat gardu, tegangan
direduksi dan daya didistribusikan ke dalam jumlah yang lebih kecil ke pelanggan.
Akibatnya satu gardu akan menyediakan daya ke banyak pelanggan. Dengan
demikian jumlah jalur transmisi di dalam sistem distribusi lebih banyak dibandingkan
dari sistem transmisi. Selain itu sebagian pelanggan terhubung pada salah satu dari
ketiga fasa di sistem distribusi. Sehingga aliran daya untuk setiap jalur (fasa) berbeda
dan sistem biasanya menjadi ‘tak seimbang’. Karakteristik in ierlu
p diperhitungkan
dalam studi aliran beban yang berhubungan dengan jaringan distribusi 4.
B. Studi Aliran Daya
Analisis aliran daya merupakan dasar untuk mempelajari sistem tenaga bahkan
bentuk aliran daya merupakan inti dari analisis aliran daya. Studi aliran daya sangat
berharga untuk berbagai alasan. Sebagai contoh analisis aliran daya memainkan peran
kunci dalam perencanaan penambahan atau ekspansi pada transmisi dan fasilitas
pembangkit. Solusi dari aliran daya sering menjadi titik awal untuk banyak jenis
analisa sistem tenaga. Sebagai tambahan, analisa aliran daya dan banyak
3
Terjemahan dari von Jouanne A., Banerjee B.B., “Assessment of Voltage Unbalance”, dalam IEEE
Trans. Power Delivery, No. 4, Oktober 2001 (IEEE, 2001), vol. 16, hal. 782-790.
4
Cugnet, Pierre, “Chapter 2: Power Distribution Systems”,
http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-61697-14555/unrestricted/Ch2.pdf (05 Februari 2014).
9
perluasannya merupakan unsur penting dari studi yang dilakukan dalam operasi
sistem tenaga listrik5.
Secara umum tujuan dari analisis aliran daya adalah dimaksudkan untuk
mendapatkan:
1. Besar dan sudut tegangan masing-masing bus sehingga bisa diketahui tingkat
pemenuhan batas-batas operasi yang diperbolehkan.
2. Besar arus dan daya yang dialirkan lewat jaringan interkoneksi, sehingga bisa
diidentifikasi tingkat pembebanannya6.
Kompleksitas untuk memperoleh bentuk solusi dari aliran daya pada sistem tenaga
timbul karena adanya perbedaan jenis data tertentu untuk tiap jenis bus. Meskipun
formulasi persamaan yang cukup untuk mencocokkan jumlah dari variabel keadaan
yang tidak diketahui itu tidak sulit seperti telah kita lihat, solusi bentuk tertutup cukup
tidak praktis.
Solusi digital dari masalah aliran daya mengikuti proses berulang-ulang dengan
menetapkan nilai yang telah diperkirakan untuk bus tegangan yang tidak diketahui
dan dengan menghitung nilai baru untuk setiap bus tegangan dari nilai perkiraan di
bus lainnya serta daya aktif (P) dan daya reaktif (Q) yang ditentukan. Set nilai
tegangan baru di setiap bus yang diperoleh digunakan untuk menghitung masih di
satu set bus tegangan. Setiap perhitungan satu set baru tegangan disebut iterasi.
5
Grigsby, L.L., The Electronic Power Engineering Handbook: Power Systems 3 Ed (Florida : CRC Press,
2012).
6
Saadat, H., Power System Analysis (New York : McGraw-Hill, 1999).
10
Proses iterasi diulang sampai ada perubahan di tiap bus kurang dari nilai minimum
(mismatch) yang ditentukan 7.
Studi aliran daya, atau umumnya dikenal sebagai aliran beban, merupakan bentuk
bagian terpenting dari analisis sistem tenaga. Dalam menyelesaikan masalah aliran
daya, ada empat kuantitas yang terkait dengan setiap bus yakni magnitude tegangan
|V|, sudut fasa δ , daya aktif P, dan daya reaktif Q. Pada
sistem bus umumnya
diklasifikasikan menjadi tiga jenis:
1. Slack Bus
Bus yang dikenal sebagai swing bus merupakan bus yang diambil sebagai
referensi dimana magnitude (|V|) dan sudut fasa (δ) dari tegangan diketahui.
Bus ini memberikan perbedaan antara beban yang dijadwalkan dan daya yang
dihasilkan disebabkan oleh kerugian dalam jaringan
2. Load Bus
Pada bus ini daya aktif dan daya reaktif diketahui. Magnitude dan sudut fasa
dari tegangan bus tidak diketahui. Bus ini juga dikenal P-Q bus.
3. Voltage Controlled Bus
Bus juga dikenal bus generator. Di bus ini daya aktif serta magnitude
tegangan diketahui. Sudut fasa dari tegangan dan daya reaktif harus
ditentukan.
C. Persamaan Aliran Daya
7
Grainger, J.J., Stevenson, W.D., Power System Analysis (New York : McGraw-Hill, 1994).
11
Mempertimbangkan banyaknya bus dari jaringan sistem tenaga yang ditunjukkan
pada gambar dibawah ini,
Gambar 1 Bus pada Sistem Tenaga
dimana impedansi telah dikonversi ke per unit admitansi dalam MVA base, maka
aplikasi dari KCL (Kirchoff Current Law) untuk bus yakni:
=
=(
+
atau
=
dimana
(
+
∑
=∑
+
dan
+∑
= ∑
,
)+
+ ⋯+
−∑
.
,
=
−
(
)
−
−
[6]
,
=
)+⋯+
−
=−
, maka
Daya aktif dan daya reaktif di bus i yakni
+
=
=
∗
∗
(
−
−⋯−
)
12
Dengan mensubtitusikan Ii, maka
∗
=
+∑
,
Dari relasi diatas, formula matematika dari permasalahan aliran daya menghasilkan
persamaan aljabar nonlinier dimana harus diselesaikan menggunakan metode iteratif
[6]
.
Sejak makalah yang bersifat teknis asli menggambarkan algoritma penyelesaian
aliran daya yang muncul pada pertengahan tahun 1950-an. Kumpulan skema iterasi
yang tak ada habisnya telah dikembangkan dan dilaporkan. Banyak dari kumpulan
skema tersebut adalah variasi dari salah satu atau dua teknik dasar yang digunakan
secara luas oleh industri saat ini: teknik Gauss-Seidel dan Nerwton-Raphson. Teknik
yang lebih disukai dan digunakan oleh sebagian besar perangkat lunak aliran daya
komersial merupakan variasi dari teknik Newton8.
Meskipun metode Gauss-Seidel merupakan metode popular pertama untuk
perhitungan aliran beban, namun metode Newton-Raphson sekarang umum
digunakan. Metode Newton-Raphson memiliki karakteristik konvergensi yang lebih
baik dan untuk banyak sistem lebih cepat daripada metode Gauss-Seidel, yang
dimana memiliki banyak waktu per iterasi tetapi membutuhkan sedikit iterasi.
Sedangkan Gauss-Seidel lebih membutuhkan lebih banyak iterasi. Angka tersebut
akan terus meningkat dengan membesarnya ukuran sistem9.
8
Terjemahan dari “IEEE Recommended Practice for Industrial and Commercial Power Systems
Analysis”, dalam The Brown Book. IEEE Std 399, (IEEE, 1997), hal. 141-142.
9
Weedy, B.M. et al, Electric Power System 5 Ed (West Sussex : John Wiley & Sons Ltd, 2012).
13
Pada metode Newton-Raphson untuk penyusunan matriks Jacobi menggunakan
turunan parsial. Berikut penyelesaian aliran daya kompleks pada sistem AC:
∆ =
∆
∆
dimana J merupakan matrik Jacobi.
=
∆
∆| |
D. Sistem Tiga Fasa Tak Seimbang
Untuk jenis gangguan yang tidak setimbang, maka sistem tiga fasa yang tidak
setimbang dapat direpresentasikan dengan menggunakan komponen simetrisnya.
Komponen simetris memungkinkan besaran-besaran fasa yang tidak setimbang
seperti arus dan tegangan digantikan oleh tiga komponen simetris setimbang yang
terpisah.
Berdasarkan teori C.L. Fortescue, fasor tiga fasa tak seimbang dari sistem tiga fasa
dapat diselesaikan ke dalam fasor sistem tiga fasa seimbang sebagai berikut:
1. Komponen urutan positif terdiri dari komponen tiga fasa seimbang dengan
urutan fasa abc.
2. Komponen urutan negatif terdiri dari komponen tiga fasa seimbang dengan
urutan fasa acb.
3. Komponen urutan nol terdiri dari komponen tiga fasa tunggal, semua sama
besarnya tetapi dengan sudut fasa yang sama.
Di dalam jaringan tiga fasa tak seimbang, tegangan yang tidak seimbang akan
dianggap sebagai tegangan yang seimbang. Dengan komponen simetris ini maka
tegangan yang tak seimbang menjadi:
14
=
+
+
=
+
+
=
+
+
=
Sehingga menjadi:
=
+
+
=
+
=
1
1
1
+
+
+
Persamaan diatas dapat dibentuk ke dalam matriks menjadi:
1
1
dimana komponen simetris yakni besaran-besaran hasil dari perhitungan matematis,
dalam dunia praktek komponen tersebut tidak terukur sehingga:
=
1 1
1
3
1
1
1
Jika dinotasikan dalam bentuk matriks maka:
=[ ]
=[ ]
Daya pada sistem tiga fasa adalah jumlah daya setiap fasa maka:
=
maka dalam bentuk matriks:
∗
=[
+
∗
] [
+
∗
]∗
15
=[
]
∗
∗
∗
E. Pemodelan Perangkat Lunak Sistem Tenaga
Arsitektur yang memungkinkan untuk paket perangkat lunak analisis sistem tenaga
menurut F. Milano sebagai berikut:
1. Parsing input data
Dimana input data dapat didefinisikan sebagai teks biasa atau melalui
perangkat grafis. Dengan nada yang sama, tidak ada alasan dalam mengadopsi
format data asalkan cocok untuk input data yang disediakan.
2. Initialization of power flow device
Setelah input data diberikan, inisialisasi perangkat aliran data terdiri dalam
pembuatan instance (variabel) dari seluruh perangkat yang digunakan dalam
analisis aliran daya dan mengisi instance tersebut dengan data yang diberikan
oleh parser. Dalam analisis aliran daya kita harus mendefinisikan setidaknya
berupa bus, jalur transmisi, generator statis, dan beban.
3. Power flow analysis
Analisa aliran daya merupakan pemecahan masalah umum yang mencari
nilai-nilai kosong dari persamaan nonlinier tetapi tidak mengandung informasi
mengenai jaringan atau perangkat yang ada pada jaringan.
4. Initialization of remaining device
16
Setelah menyelesaikan analisis aliran daya, adapun kebiasaan umum
setelahnya untuk menginisialisasikan perangkat-perangkat dinamis seperti
mesin sinkron, tegangan primer, regulator tegangan, dan lain-lain. Inisialisasi
terdiri dalam pembuatan instance dari seluruh perangkat yang dibutuhkan,
menetapkan data ke instance dan melakukan komputasi keadaan nilai awal
dan variable aljabar.
5. Statis or dynamic analyses
Setelah diberikan nilai/titik kesetimbangan (equilibrium point), beberapa
analisis tingkat lanjut perlu dilakukan contohnya continuation power flow dan
optimal power flow.
6. Output storage and display
Langkah terakhir adalah untuk menampilkan hasil dalam format yang mudah
digunakan. Laporan berupa file, tabel, plot dan teknik visualisasi lainnya
dapat membantu memahami dan menginterpretasikan hasil. Sedangkan untuk
input data ataupun jika ada editor line diagram pilihannya tidak terbatas hanya
satu tool atau output format saja 10.
Gambar 2 Prosedur Pengembangan Software Simulasi
10
Terjemahan dari Milano, F, Power System Modelling and Scripting (London : Springer, 2009).
17
Gambar 2 menunjukkan langkah-langkah yang terlibat dalam pengembangan analisis
steady-state (seperti power flow). Proses pembangunan dimulai dengan memodelkan
dunia nyata yang merupakan sistem fisiknya. Prilaku dari sistem fisik secara
matematis dimodelkan berupa persamaan aljabar atau differensial, maupun linier atau
nonlinier. Persamaan matematis dan data ini disesuaikan dengan komponen fisik
yang diterjemahkan ke dalam model perangkat lunak, yang menggambarkan
spesifikasi data dimana semua operasi dilakukan. Pemodelan perangkat lunak
memainkan peran penting dalam mempresentasikan model matematis dari sistem ke
dalam memori komputer. Model perangkat lunak yang dikembangkan kemudian
diimplementasikan ke dalam bahasa pemprograman untuk mendapatkan modul
simulasi penuh 11.
F. Scripting Power System
Pada proses ini sebenarnya cukup langka dalam prakteknya, setidaknya apakah sesuai
dengan standar analisis dari permasalahan aliran daya atau integrasi domain
waktunya. Baik mahasiswa, yang menyedihkan lagi beberapa peneliti sering
menggunakan paket perangkat lunak tertutup (closed software package) seperti
ETAP, EDSA, IPSA Power, PowerWorld. dan lain-lain untuk memecahkan masalah
yang ditugaskan.
11
Selvan, M.P, Synopsis of: Object-Oriented Modeling and Implementation for Steady State Analysis
of Power System (Madras : Indian Institute of Technology, 2005).
18
Gambar 3 Pendekatan studi sistem fisik berdasarkan close software package
Gambar 3 memperlihatkan bahwa istilah closed software package mengacu pada
kurangnya kebebasan untuk memodifikasi source code dari perangkat lunak tertentu.
Dalam hal ini produk komersial umumnya tertutup. Namun juga ada proyek
(umumnya FOSS/Free and Open Source Software) yang bebas didistribusikan tetapi
tertutup (secara efek praktisnya) jika source code tidak disediakan atau jika
disediakan terlalu rumit untuk dikuasai dalam waktu tertentu.
Jelasnya, keuntungan utama dari menggunakan paket perangkat lunak tertutup untuk
mempersingkat waktu. Di sisi lain, kelemahan perangkat lunak tertutup jelas pada
bidang edukasi.
Bagi sarana edukasi paket perangkat lunak tertutup memiliki kelemahan antara lain:
1. Pengguna sering mengabaikan langkah-langkah perhitungan matematis.
2. Menerima hasil yang didapat oleh perangkat lunak tertutup tanpa ingin
mengetahui prosesnya.
19
Gambar 4 Pendekatan sistem fisik berdasarkan open software
Pada gambar 4 merupakan pendekatan yang diusulkan untuk mempelajari sistem fisik
berdasarkan perangkat lunak terbuka yang dimana paket perangkat lunak open dapat
berdiri sendiri untuk aplikasi individual atau tersedia dalam proyek open source yang
dapat dengan mudah dikuasai dan dimodifikasi oleh pengguna. Tentu saja,
menerapkan paket perangkat lunak secara keseluruhan dapat mengakibatkan suatu
tugas yang sangat besar rata-rata pada mahasiswa. Tapi menurut pendekatan ini,
bahwa tidak perlu pengguna menerapkan keseluruhan arsitektur, hanya pengaturan
terbatas pada modifikasi, ekstensi, add-ons atau plug-in. Jika ekstensi sudah layak, ini
dapat digunakan oleh orang lain dan proyek dapat dikembangkan.
Penulisan atau scripting kode yang cocok dalam komputasi dan memenuhi syarat
untuk analisis sistem tenaga menurut F. Milano sebagai berikut:
20
1. Memiliki fungsi dasar matematika (seperti eksponensial, logaritma,
trigonometri).
2. Mendukung bilangan kompleks
3. Mendukung multi-dimensional arrays (operasi elemen dengan elemen dan
slicing)
4. Mendukung aljabar linier
5. Sparse matrices (teknik manipulasi fraction dari elemen nol dalam matrik)
6. Mendukung analisis eigenvalue (dibidang aljabar vektor) dari matrik nonsimetri.
Salah satu pemprograman yang memenuhi syarat tersebut adalah salah satunya
bahasa pemprograman Python.
Python merupakan bahasa pemprograman interpretatif multiguna12, dengan filosofi
perancangan yang berfokus pada tingkat keterbacaan kode. Python diklaim sebagai
bahasa yang menggabungkan kapabilitas, kemampuan, dengan sintaksis kode yang
sangat jelas13, dan dilengkapi dengan fungsionalitas pustaka standar yang besar serta
komprehensif .
G. Teknik Visualisasi Berbasis GIS (Geographic Information System)
Karena penyajian one-line diagram memiliki kemungkinan penting dalam analisis
jaringan sistem tenaga, maka dipilih untuk mengkonsentrasikan analisis tersebut
sejalan dengan prinsip umum yang bisa dilakukan pada tipe-tipe diagram listrik
12
“What is Python Good for?”. http://docs.python.org/2/faq/general.html#what-is-python-good-for
(8 Februari 2014).
13
“General Python FAQ”. http://docs.python.org/2/faq/general#what-is-python (8 Februari 2014).
21
lainnya. Komponen dari jenis antarmuka program sistem tenaga dapat dipisah
menjadi tiga kategori:
1. Komponen kegunaan secara umum
Komponen dimana elemen umum yang ada pada beberapa antarmuka grafis
seperti pushbutton, pulldown menu, serta popup menu. Mereka disediakan
dengan toolkit dan memegang peranan penting dalam pelaksanaan protokol
dialog umum.
2. Grafik 2D atau 3D
Digunakan untuk memplot variable dan seringkali mengizinkan untuk
berinteraktif.
3. Komponen sistem tenaga tertentu
Mempresentasikan komponen secara simbolik yang relevan dan proses dari
sistem tenaga.
Representasi dari komponen sistem tenaga tertentu dapat dipisahkan sebagai berikut:
1. Connectivity
Menunjukkan bagaimana komponen sistem dihubungkan (berupa garis dll.).
2. State
Menunjukkan keadaan dari beberapa komponen. Keadaan ini biasanya
diindikasikan dengan simbol atau warna.
3. Magnitude
Menunjukkan besaran dari variable yang relevan. Banyak kasus pada besaran
diindikasikan dalam bentuk kotak berisi nilai atau dengan grafik.
4. Trend
22
Di situasi manapun, dan khususnya dalam aplikasi on-line, trend dari
beberapa variabel sistem bisa menjadi penting daripada nilai mutlaknya.
Bagaimanapun, representasi dari trend tidak tertuju pada semua aplikasi
antarmuka14.
Manfaat dari pendekatan/penyajian one-line diagram adalah ketika menggunakan
representasi statis, seperti halnya gambar pada kertas, pembaca dapat dengan cepat
memahami aliran daya yang melalui sebagian besar dari sistem.
Geographic information System (GIS) merupakan alat berbasis komputer untuk
pemetaan dan menganalisis hal yang ada dan peristiwa yang terjadi di bumi.
Teknologi GIS mengintegrasikan operasi database umum seperti query dan analisis
statistik dengan visualisasi unik dan manfaat analisis geografis yang ditawarkan oleh
map. Kemampuan ini membedakan GIS dari sistem informasi lainnya dan
membuatnya berharga untuk berbagai perusahaan umum dan pribadi untuk
menjelaskan peristiwa-peristiwa, memprediksi hasil, dan strategi perencanaan15.
Secara teoritis, objek yang ada dalam GIS dapat dibagi menjadi 2 jenis informasi.
Jenis pertama yang terkait dengan lokasi mereka di bumi lebih dikenal dengan istilah
data spasial. Jenis kedua yang mengidentifikasi properti non-spasial dari objek dan
disebut sebagai data atribut. Data atribut dapat diukur dalam skala nominal, ordinal,
14
Terjemahan dari de Azevedo,G.P., et al, “Enhancing the Human-Computer Interface of Power
System Applications” dalam IEEE Trans. Power Systems, No. 2, Vol. 11, Mei 1996 (IEEE, 1996), hal.
646-652.
15
Terjemahan dari Wainwright, I., “Engineering the benefits of a geographical information system:
the business case for GIS” dalam Engineering the Benefits of GIS(Digest No:1977/105), (IEE
Colloquium on. 2/1-2/7, 1997).
23
interval, dan rasio. Atribut inilah yang biasanya digunakan oleh ilmuwan non-spasial
untuk menggambarkan klasifikasi objek sesuai nilai atribut yang dimiliki.
Gambar 5 Objek aplikasi GIS
Gambar 5 diatas merupakan objek dari aplikasi GIS dimana aplikasi komputing dan
representasi komputer berinteraksi satu sama lain mengubah dari fenomena geografis
atau dunia nyata ke bentuk visualisasi atau dunia simulasi. Dalam rangka untuk
membawa dunia nyata ke dalam bentuk GIS, kita harus menggunakan model
sederhana dari dunia nyata16.
Gambar 6 Antarmuka antara program load flow dan database GIS
Dari gambar diatas data grafik serta data non-grafik diambil dari database GIS yang
sangat efisien dengan antarmuka MMI (Man-Machine Interface). Model jaringan
dapat diambil dari database GIS dari data tracing. Penggunaan bahasa program
16
Taufik. Sistem Informasi Geografis (Yogyakarta : Universitas Gadjah Mada, 2005).
24
dalam hal ini adalah script file digunakan untuk melacak data dari atribut GIS untuk
membangun input data load flow. Hasil load flow dari sistem diselesaikan dengan
program load flow, kemudian disimpan kembali ke database GIS.
H. Perangkat Lunak Pendukung
Perangkat lunak yang digunakan pada proses pengerjaan penelitian ini sebagai
berikut:
1. Python Programming Language
Python merupakan bahasa pemprograman interpretatif multiguna. dengan
filosofi perancangan yang berfokus pada tingkat keterbacaan kode. Python
diklaim sebagai bahasa yang menggabungkan kapabilitas, kemampuan, dengan
sintaksis kode yang sangat jelas, dan dilengkapi dengan fungsionalitas pustaka
standar yang besar serta komprehensif17.
Pada penelitian ini, berikut library dari Python dalam mengimplementasikan
teknik visualisasi antara lain:
1. PyGTK
Merupakan salah satu library Python khususnya dalam pembuatan GUI
(Graphic User Interface). Aplikasi dari PyGTK
dapat dijalankan di Linux, Windows, MacOS X
bersifat multiplatform
.
dan platform lainnya
2. Matplotlib Basemap Toolkit
17
Wikipedia Indonesia. “Python (bahasa pemrograman)”.
http://id.wikipedia.org/wiki/Python_%28bahasa_pemrograman%29 (8 Februari 2014)
25
Merupakan salah satu library Python khususnya dalam memplot dua
dimensi pada map. Berikut contoh penggunaan aplikasi Basemap saat
penangkapan gambar map titik kebakaran hutan di Brazil.
Gambar 7 Salah satu aplikasi Basemap18.
2. PostgreSQL
Merupakan implementasi database relasional yang sangat baik, memiliki fitur
lengkap, open source, dan bebas digunakan. PostgreSQL dapat digunakan dari
hampir semua bahasa pemprograman meliputi C, C++, Perl, Python, Java, Tcl,
dan PHP. PostgreSQL juga telah memenangkan beberapa penghargaan,
termasuk Choice Award LinuxJournal Editor untuk Database Terbaik tiga kali
(untuk tahun 2000, 2003, dan 2004) dan LinuxNew Media Award 2004 untuk
Best Database System.
18
Gambar diambil dari Pyevolve. “Python: accessing near real-time MODIS images and fire data from
NASA’s Aqua and Terra satellites”. http://pyevolve.sourceforge.net/wordpress/?p=86 (10 Februari
2014)
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat
Pengerjaan dan perancangan tugas akhir ini dilakukan dari bulan Januari - Mei 2013,
bertempat di Lab. Sistem Energi Elektrik Jurusan Teknik Elektro, Universitas
Lampung. Berikut tabel jadwal serta kegiatan penelitian:
Tabel 1. Jadwal dan kegiatan penelitian
No
Aktifitas
1
Penentuan
Spesifikasi Alat
dan Simulasi
2
Seminar
Proposal
3
Perancangan
Simulasi
4
Tes/Uji Coba
5
Analisis dan
Pembahasan
6
Seminar Hasil
7
Komprehensif
Januari
Februari
Maret
April
Mei
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
27
B. Alat dan Bahan
Adapun peralatan dan bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah
sebagai berikut:
1. Satu unit laptop dengan spesifikasi Intel Pentium 1.89 GHz beserta sistem
operasi LinuxUbuntu 12.10 (Quantal Quetzal).
2. Perangkat lunak Python 2.7.3 atau versi yang lebih tinggi, library Python
PyGTK 2.0 serta Matplotlib-Basemap 1.0.5
3. Perangkat lunak PostgeSQL 9.1 atau versi yang lebih tinggi.
C. Prosedur Kerja
Dalam penyelesaian penelitian tugas akhir ini ada beberapa langkah kegiatan yang
dilakukan sebagai berikut:
1. Studi Literatur
Studi literatur dimaksudkan untuk mempelajari berbagai sumber referensi atau
teori (buku dan internet) yang berkaitan dengan penelitian tugas akhir, yaitu
berupa penerapan teknik visualisasi pada simulasi aliran daya tiga phasa tak
seimbang metode Newton Raphson berbasis GIS (Geographic Information
System) dalam bentuk perangkat lunak berbasis GUI (Graphic User Interface)
dengan menggunakan Python Programming Language.
2. Studi Bimbingan
28
Berbentuk tanya jawab dengan dosen pembimbing mengenai masalah-masalah
yang timbul selama pengerjaan serta penulisan penelitian tugas akhir
berlangsung.
3. Pengambilan Data
Pada tahap ini pada mengambil data ada dua jenis data yang diambil yakni
sebagai berikut:
a. Data Spasial
Data spasial yang diambil meliputi data koodinat (lintang utara dan
bujur timur) dari feeder/penyulang primer (substation/gardu induk),
serta titik-titik pembebanan jaringan tegangan menengah (JTM).
b. Data Non-Spasial/Atribut
Data non-spasial/atribut meliputi hasil data dari simulasi analisis aliran
daya tiga fasa tak seimbang menggunakan metode Newton-Raphson
bentuk rectangular yakni tegangan (magnitude serta sudut), daya aktif,
serta daya reaktif masing-masing fasa (RST) [13]
.
4. Pengembangan Perangkat Lunak Visualisasi Load Flow Berbasis GIS
Dalam pengembangan perangkat lunak untuk penerapan visualisasi analisis
aliran daya, mempunyai langkah-langkah yang terstruktur supaya sistem yang
dihasilkan sesuai dengan yang diinginkan. Salah satu metode dalam
pengembangan perangkat lunak yakni model waterfall yang intinya pengerjaan
dari suatu sistem dilakukan secara berurutan dan linier (sequential linear) [29].
29
Gambar 8 Model Waterfall
Model ini mengusulkan sebuah pendekatan perkembangan perangkat lunak
yang sistematis dan berurutan yang dimulai pada tingkat dan kemajuan sistem
pada seluruh analisis, desain, kode, pengujian, dan pemeliharaan. Setiap tahap
pada model waterfall mendefinisikan suatu kegiatan yang harus dikerjakan dan
merupakan bagian dari pengembangan sistem. Tahap-tahapan model waterfall
sebagai berikut:
a. Analisa kebutuhan
Tujuannya adalah untuk mengumpulkan persyaratan apa saja yang
dibutuhkan untuk membangun sistem ini. Termasuk studi literatur serta
pengambilan data yang disebutkan diawal prosedur kerja. Selain itu
pencarian referensi yang membahas tentang bagaimana menampilkan
objek data atribut/non-spasial pada map dua dimensi menggunakan
Matplotlib-Basemap serta pyGTK sebagai antarmukanya termasuk input
30
output data dari hasil analisis aliran daya ke data atribut/non-spasial
menggunakan PostgreSQL.
b. Desain Sistem
Dimana merupakan langkah-langkah dalam perancangan sebuah sistem
yang mengimplementasikan syarat-syarat kebutuhan ke sebuah desain
perangkat lunak yang diinginkan. Perhatikan gambar dibawah ini yang
menjelaskan sistem dalam pengembangan perangkat lunak penelitian
tugas akhir ini.
Gambar 9 Desain sistem perangkat lunak
Sehingga dapat disimpulkan desain yang diperlukan terdiri atas desain
database, dan desain antarmuka.
Desain database
Desain database yang digunakan pada penelitian ini digunakan
sebagai data input (berupa data spasial dan non spasial) yang akan
dipakai saat memvisualisasikan aliran daya. Skema database dapat
berupa komponen sistem tenaga beserta informasi didalamnya.
Desain antarmuka
31
Antarmuka merupakan sebuah media yang menghubungkan antara
pengguna dengan sistem informasi yang akan dibangun. Sistem yang
akan dibangun diharapkan dapat menyediakan antarrnuka yang mudah
dipahami oleh
pengguna sehingga pengguna dapat langsung
memahami fasilitas antarmuka yang diberikan. Untuk penggunaan
fasilitas antarmuka berdasarkan kebutuhan pada visualisasi yang
berbasis GIS se
Visualizations Unbalanced Three-Phase Power Flow in Kangkung Feeder
PT. PLN (Persero) Distribution of Lampung Based on GIS
(Geographic Information System)
By:
Trisno Handoko
It is of importance to provide information from the results of the results of the
power flow studies for state assessment of large-scale power systems and analyze
the information. This can be achieved by visualizing power flow results
graphically. Visualizations are used to evaluate the performance of power systems
and analyze load conditions intuitively and quickly.
This paper presents the benefits of visualizations to evaluate the performance of
the power systems, especially in three-phase unbalanced by using GIS
(Geographic Information System) technology. By integrating into GIS,
representation of spatial aspects can be embedded into one-line diagram approach.
This is implemented in Python Scripting Language in this worlds.
The goal of this paper is the application of power system modeling softwares that
provides GIS-based power flow information in the form of open software
packages. One-line diagram approach integrated spatial aspects in these packages
are one of the parameters of the success of this paper.
Keyword: power flow, visualizations, GIS, python scripting
ABSTRAK
Visualisasi Aliran Daya Tiga Fasa Tak Seimbang Pada Penyulang Kangkung
PT. PLN (PERSERO) Distribusi Lampung Berbasis GIS
(Geographic Information System)
Oleh:
Trisno Handoko
Dalam upaya menyediakan informasi dari hasil studi aliran daya untuk menilai
keadaan sistem tenaga skala besar dan menganalisis sejumlah informasi tersebut,
hal ini menjadi prioritas utama. Salah satu upaya penyediaan informasi ini yakni
dengan menggunakan visualisasi aliran daya. Visualisasi ini digunakan untuk
mengevaluasi kinerja sistem tenaga serta menganalisis kondisi pembebanan secara
intuitif dan cepat.
Pada tugas akhir ini visualisasi ditujukan untuk mengevaluasi kinerja sistem
tenaga khususnya pada tiga fasa tak seimbang dengan memanfaatkan teknologi
GIS (Geographis Information System). Dengan mengintegrasikan GIS, bentuk
representasi spasial dapat dipadukan dengan pendekatan one-line diagram. Hal ini
diimplementasikan dalam bentuk program dengan penulisan Bahasa
Pemprograman Python.
Hasil dari tugas akhir ini adalah penerapan model perangkat lunak sistem tenaga
yang menyediakan informasi aliran daya berbasis GIS dalam bentuk paket
perangkat lunak terbuka. Pendekatan one-line diagram yang diintegrasikan aspek
spasial pada paket tersebut menjadi parameter keberhasilan tugas akhir ini.
Kata kunci: aliran daya, visualisasi, GIS, python scripting
DISUALISASI ALIRAN DAYA TIGA FASA TAK SEIMBANG
PADA PENYULANG KANGKUNG PT.PLN (PERSERO)
DISTRIBUSI LAMPUNG BERBASIS GIS (GEOGRAPHIC
INFORMATION SYSTEM)
Oleh
TRISNO HANDOKO
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar
SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIDERSITAS LAMPUNG
BANDARLAMPUNG
2014
RIWAYAT HIDUP
Trisno Handoko, anak sulung dari tiga bersaudara yang
dilahirkan di Bangunrejo, Lampung Tengah pada tanggal 09
Agustus 1991 dari pasangan Bapak Daryanto dan Ibu Siti
Komariyah.
Penulis menyelesaikan pendidikan prasekolah di TK. Darma Wanita Bumi
Dipasena (BD) Makmur Lampung Utara (1996-1997), SDN Bumi Dipasena (BD)
Makmur Tulang Bawang (1997-2003), kemudian berlanjut SMPN 3 Rawajitu
Selatan Tulang Bawang (2003-2006), dan SMAN 2 Menggala Tulang Bawang
(2006-2009).
Pada tahun 2009 penulis terdaftar sebagai mahasiswa jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur Penelusuran Kemampuan
Akademik dan Bakat (PKAB) dan Penerima Beasiswa Outreach (PBO) serta
menamatkan program studi Strata Satu pada bulan Juli 2014.
Selama kuliah penulis aktif di Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro Universitas
Lampung (HIMATRO) sebagai anggota serta aktif pada Forum Silaturrahim dan
Studi Islam Fakultas Teknik Universitas Lampung (FOSSI FT Unila) dan menjadi
kepala divisi Bidang Akademik (BAK) FOSSI FT Unila Periode 2011-2012.
Pengalaman akademik penulis diantaranya melakukan Kerja Praktek di PT.
Pembangkit Jawa Bali (PJB) Muara Karang, Jakarta Utara pada bagian operasi
serta pemeliharaan.
Atas ridho Allah SWT
Dengan rasa hormat, cinta dan sayangku
Aku dedikasikan karya sederhana ini untuk Bapak dan Mamak-ku:
Daryanto & Siti Komariyah
Terima kasih atas cinta, kasih sayang, doa dan segalanya
Dan juga guru-guruku selama ini tak lelah pada muridmu yang bodoh ini
Serta
Almamater Tercinta
Universitas Lampung
SANWACANA
Alhamdulillahirobbil’alamin, segala puji bagi Allah SWT atas limpahan nikmat
kesehatan, kesempatan, rahmat serta hidayah-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini. Sholawat serta salam senantiasa tercurah kepada
Nabi Muhammad SAW sang penutup para Nabi dan Rasul, kepada keluarga,
sahabat, dan pengikutnya yang setia sampai akhir zaman.
Tugas Akhir dengan judul “Visualisasi Aliran Daya Tiga Fasa Tak Seimbang
Pada Penyulang Kangkung PT. PLN (PERSERO) Distribusi Lampung Berbasis
GIS (Geographic Information System)” sebagai salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Lampung.
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang tulus dan sebesarbesarnya kepada:
1.
Bapak Prof. Dr. Ir. Sugeng P. Harianto, M.S. selaku Rektor Universitas
Lampung.
2.
Bapak Prof. Suharno, M.Sc. Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Lampung.
3.
Bapak Agus Trisanto, Ph.D., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro
Universitas Lampung.
4.
Ibu Herlinawati S.T., M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro
Universitas Lampung.
5.
Bapak Dr. Eng. Lukmanul Hakim, S.T., M.Sc., sebagai Pembimbing Utama
yang dengan sabar telah banyak memberikan bantuan, pengetahuan, pelajaran
dan sumbangsih saran dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
6.
Bapak Herri Gusmedi, S.T., M.T., sebagai Pembimbing Pendamping, dengan
sabar memberikan ilmu dan pengetahuan baru, nasehat yang sangat berarti
serta bantuan dan doanya.
7.
Bapak Ir. Noer Soedjarwanto, M.T., sebagai Penguji Utama yang telah
memberikan saran dan kritiknya dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
8.
Bapak Dr. Eng. Helmy Fitriawan, S.T., M.Sc., sebagai Pembimbing
Akademik penulis.
9.
Seluruh Dosen Teknik Elektro, terima kasih atas ilmu pengetahuan yang telah
diberikan kepada penulis dan juga kepada jajaran staf administrasi Jurusan
Teknik Elektro yang telah banyak membantu dalam penyelesaian penulisan
skripsi ini.
10. Guru-guruku selama ini baik di masa sekolah dan lingkunganku berada, guru
mengajiku yang telah berpulang sisi-Nya, mudah-mudahan amal perbuatan
beliau diterima disisi-Nya dan juga para tutor atau kakak-kakak yang
memberikan paradigma serta tujuan kita didunia ini.
11. Adik-adikku tercinta “Dewi dan Renaldi” sehingga penulis bisa belajar
menjadi kakak yang lebih sabar dan lebih dewasa. Maaf Aa’ jarang pulang.
12. Teman satu perjuangan dalam menyelesaikan tugas akhir ini, M. Wahidi
(beta), tempat sharing ilmu serta canda dikesunyian lab.
13. Sahabat-sahabatku satu angkatan muda Helmi Aziz, Anwar K.N., Nurhadi S.,
mudah-mudahan Allah memberi jalan yang terbaik untuk kalian.
14. Teman-teman seperjuangan lab bawah, Annora, Binsar, Dedi, Hadi, Jimmy,
Jumanto, Luqvi, Mbeu, Rani, Robert, Udin, Unggul, Albet, Widi. Semoga
kalian sukses.
15. Tak lupa rival abadiku M. Jazuli Mustofa, embrace your dreams. Tempat
berbagi mimpi serta tukar pikiran. Go sorbonne jul.
16. Teman-teman seangkatanku elektro 2009, teman-teman elektro serta teman–
teman fakultas teknik.
17. Semua pihak yang telah membantu serta mendukung penulis yang tak
tersebutkan diatas.
Akhir kata, Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan,
akan tetapi sedikit harapan semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi
kita semua.
Bandar Lampung, 19 Agustus 2014
Penulis
Trisno Handoko
i
✁✂ TAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ...................................................................................................................... i
DAFTAR TABEL ............................................................................................................ iii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................... iv
I. PENDAHULUAN ......................................................................................................... 1
A. Latar Belakang ....................................................................................................... 1
B. Tujuan ..................................................................................................................... 2
C. Perumusan Masalah ............................................................................................... 3
D. Batasan Masalah .................................................................................................... 4
E. Manfaat Penelitian ................................................................................................. 5
F.
Hipotesis ................................................................................................................. 5
G. Sistematika Penulisan ............................................................................................ 6
II. TINJAUAN PUSTAKA............................................................................................... 7
A. Sistem Tenaga Listrik ............................................................................................ 7
B. Studi Aliran Daya .................................................................................................. 8
C. Persamaan Aliran Daya ....................................................................................... 10
D. Sistem Tiga Fasa Tak Seimbang ......................................................................... 13
E. Pemodelan Perangkat Lunak Sistem Tenaga ..................................................... 15
F.
Scripting Power System ....................................................................................... 17
G. Teknik Visualisasi Berbasis GIS (Geographic Information System) ............... 20
H. Perangkat Lunak Pendukung............................................................................... 24
1.
Python Programming Language ..................................................................... 24
ii
2.
PostgreSQL....................................................................................................... 25
III. METODE PENELITIAN ......................................................................................... 26
A. Waktu dan Tempat ............................................................................................... 26
B. Alat dan Bahan ..................................................................................................... 27
C. Prosedur Kerja...................................................................................................... 27
1.
Studi Literatur................................................................................................... 27
2.
Studi Bimbingan............................................................................................... 27
3.
Pengambilan Data ............................................................................................ 28
4.
Pengembangan Perangkat Lunak Visualisasi Load Flow Berbasis GIS ...... 28
D. Diagram Alir Penelitian ....................................................................................... 33
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................ 34
A. Sistem Tiga Fasa Tak Seimbang di Penyulang Kangkung Distribusi...... 34
B. Model Perangkat Lunak Sistem Tenaga ............................................................. 36
C. Pengembangan Perangkat Lunak Visualisasi Load Flow Berbasis GIS .......... 43
D. Hasil Simulasi ...................................................................................................... 51
V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................................. 58
A. Kesimpulan ............................................................................................................. 58
B. Saran ........................................................................................................................ 59
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
iii
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
1. Representasi magnitude tegangan dengan penggunaan gambar kotak yang
bervariasi warna…………………………………………………………………..57
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
Gambar 1 Bus pada Sistem Tenaga................................................................................ 11
Gambar 2 Prosedur Pengembangan Software Simulasi................................................ 16
Gambar 3 Pendekatan studi sistem fisik berdasarkan close software package .......... 18
Gambar 4 Pendekatan sistem fisik berdasarkan open software.................................... 19
Gambar 5 Objek aplikasi GIS ......................................................................................... 23
Gambar 6 Antarmuka antara program load flow dan database GIS ............................ 23
Gambar 7 Salah satu aplikasi Basemap. ........................................................................ 25
Gambar 8 Model Waterfall ............................................................................................. 29
Gambar 9 Desain sistem perangkat lunak...................................................................... 30
Gambar 10 Diagram Alir Penelitian............................................................................... 33
Gambar 11 Tampilan Toolkit PostgreSQL .................................................................... 37
Gambar 12 Desain database pada perangkat lunak sistem tenaga 3 fasa .................... 38
Gambar 13 Tampilan Qlandkarte ketika memuat data garmin. ................................... 39
Gambar 14 Struktur OOP dalam proses inisialisasi data .............................................. 41
Gambar 15 Salah satu contoh GUI dari PyGTK+Matplotlib+Basemap...................... 44
Gambar 16 Toolkit untuk berinteraksi di antarmuka map ............................................ 45
Gambar 17 Panning fault pada perangkat lunak ........................................................... 46
Gambar 18 Checkbutton untuk fasa abc ........................................................................ 47
Gambar 19 Informasi yang terkandung pada annotation-box ...................................... 48
Gambar 20 Informasi secara tekstural pada widget toolkits ......................................... 48
Gambar 21 Representasi saluran dalam bentuk garis ................................................... 49
Gambar 22 Representasi tegangan pada elemen grafis ................................................. 50
Gambar 23 Contoh penggunaan kotak dengan variasi level warna ............................. 51
Gambar 24 Memulai program ........................................................................................ 52
Gambar 25 Pilih start analysis ....................................................................................... 52
Gambar 26 Memiliki jenis analysis yang akan dipakai ................................................ 53
Gambar 27 Tampilan dari visualisasi aliran daya tiga fasa .......................................... 53
Gambar 28 Melakukan zoom pada map ......................................................................... 54
Gambar 29 Melakukan zoom untuk kedua kalinya ....................................................... 54
v
Gambar 30 Melakukan panning pada map .................................................................... 55
Gambar 31 Tes pada check button fasa A...................................................................... 55
Gambar 32 Tes pada check button fasa B ...................................................................... 56
Gambar 33 Tes pada check button fasa C ...................................................................... 56
Gambar 34 Perangkat lunak masih dalam proses penelitian ........................................ 57
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Untuk meningkatkan kinerja dalam optimalisasi serta keandalan pada sistem tenaga
listrik dibutuhkan beberapa perlakuan. Perlakuan tersebut meliputi perencanaan
sistem tenaga, pengoperasian, exchange of power antara peralatan-peralatan, serta
economic
scheduling
yang
baik.
Sebelum
kebutuhan-kebutuhan
tersebut
dilaksanakan, pertama kali yang perlu dilakukan adalah studi aliran daya. Hasil dari
studi ini akan digunakan untuk studi-studi lainnya seperti transient stability serta
studi kontingensi.
Studi aliran daya menyediakan informasi berupa aliran daya, tegangan sistem serta
informasi lainnya. Informasi tersebut diusung baik itu berupa computer-aided
program, maupun perangkat lunak sistem tenaga lainnya yang ditampilkan dengan
antarmuka grafis maupun non-grafis.
Ketika operator dihadapkan untuk menilai keadaan sistem tenaga skala besar dan
menganalisis sejumlah besar informasi yang didalamnya berisi ribuan bus, maka
tantangannya adalah menyajikan data-data tersebut dalam bentuk sedemikian rupa
2
sehingga operator dapat menilai keadaan sistem secara intuitif dan cepat. Hal tersebut
berlaku ketika mencoba khususnya melakukan studi aliran daya yang dimana
informasi yang disajikan digunakan untuk mengevaluasi kinerja sistem tenaga dan
menganalisis kondisi pembebanan. Sehingga diperlukan penerapan teknik visualisasi
pada sistem tenaga untuk membantu dalam tugas-tugas tersebut.
Sehingga pada penelitian tugas akhir ini peneliti mencoba menyajikan informasi dari
studi aliran daya. Khususnya analisis aliran daya tiga fasa tak seimbang pada sistem
distribusi menggunakan metode Newton Rhapson yang divisualisasikan. Bentuk
visualisasi diadaptasikan dengan teknologi Geographic Information System (GIS).
Geographic Information System (GIS) menggunakan perangkat antarmuka Graphic
User Interface (GUI) berbasis PyGTK serta Matplotlib-Basemap. Dengan adanya
visualisasi ini akan memberikan kemudahan bagi operator sistem tenaga untuk
memantau serta mengevaluasi sistem tenaga. Dimana implementasi selanjutnya
digunakan pada penyajian informasi pembebanan sistem dan perencanaan operasi
dalam bentuk grafis dan bersifat geografis dalam ruang lingkup operasi sistem tenaga
listrik.
B. Tujuan
Tujuan dari penelitian tugas akhir ini adalah:
1. Merancang dan membangun perangkat lunak yang dapat menampilkan
informasi dari simulasi aliran daya pada sistem distribusi tiga fasa tak
3
seimbang menggunakan antarmuka berbasis PyGTK dan MatplotlibBasemap.
2. Untuk mengetahui hasil kalkulasi aliran daya dalam bentuk tegangan, daya,
dan informasi lainnya di sistem tiga fasa tak seimbang pada khususnya di
Penyulang Kangkung PT. PLN Distribusi Lampung.
3. Memvisualisasikan hasil simulasi aliran daya dengan memanfaatkan teknologi
Geographic Information System (GIS) untuk mempermudah pengguna
memahami kondisi sistem.
4. Mengembangkan
perangkat
lunak
untuk
studi
aliran
daya
serta
memvisualisasikannya ke dalam bentuk Geographic Information System
(GIS) maupun bentuk lainnya yang lebih efisien.
C. Perumusan Masalah
Berdasarkan dari latar belakang diatas maka peneliti merumuskan permasalahannya
sebagai berikut:
1. Bagaimana membangun sistem visualisasi dari simulasi aliran daya tiga fasa
tak seimbang dengan mengintegrasikan antara data spasial berupa data posisi
dan koordinat dengan data non-spasial/atribut berupa teks atau angka sesuai
dengan karakteristik objeknya.
2. Bagaimana menampilkan data berupa hasil simulasi aliran daya ke dalam
bentuk elemen grafis dua dimensi serta informasi tekstual atau numerik yang
dapat dikontrol sehingga user dapat dengan mudah menggunakannya.
4
3. Bagaimana menyelaraskan data output hasil simulasi aliran daya ke dalam
inputan data spasial serta data non-spasial yang nantinya digunakan untuk
visualisasi aliran daya.
D. Batasan Masalah
Dalam tugas akhir ini peneliti tidak membahas semua masalah yang ditemukan, tetapi
peneliti akan membatasi permasalahan sebagai berikut:
1. Penelitian ini tidak menganalisa secara mendalam mengenai perhitungan serta
pemprograman pada analisa aliran daya sistem tiga fasa dengan metode
Newton Raphson melainkan output hasil perhitungan dan simulasinya.
2. Simulasi aliran daya yang divisualisasikan sebatas pada sistem distribusi dan
trafo distribusi pada sistem dianggap beban.
3. Penelitian ini sebatas bagaimana cara perancangan perangkat lunak dengan
memvisualisasikan simulasi aliran daya dengan bahasa pemprograman Python
beserta library-nya yang hasilnya dapat berjalan dalam lingkup interpreter
Python dan belum bersifat aplikasi siap pakai (executable).
4. Perangkat lunak yang digunakan untuk mengolah sekumpulan informasi data
output (hasil simulasi aliran daya) dan input (digunakan untuk visualisasi)
yang berbentuk database adalah PostgreSQL.
5. Sistem operasi yang mendukung visualisasi simulasi aliran daya untuk
sementara adalah Ubuntu 12.10 atau versi yang terbaru.
5
E. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian tugas akhir ini adalah:
1. Memberikan referensi informasi terkait dalam perancangan perangkat lunak
khususnya teknik visualisasi pada hasil simulasi aliran daya tiga fasa tak
seimbang.
2. Mempermudah dalam mempelajari studi aliran daya terutama jika ditampilkan
secara visual mengenai informasi terkait tentang aliran daya pada sistem
tenaga.
3. Dapat dikembangkan serta dimodifikasi kembali perangkat lunak baik sisi
teknik visualisasinya serta algoritma aliran dayanya. Hal ini dikarenakan sifat
simulasi aliran daya pada penelitian ini hanya melingkupi sistem distribusi
saja. Sehingga setting koneksi bus, efek kapasitansi, tap changing pada trafo
serta optimasi perancangan masih dalam keterbatasan.
4. Dapat digunakan sebagai sarana edukasi pada studi aliran daya.
F. Hipotesis
Visualisasi dari simulasi aliran daya sistem tiga fasa tak seimbang berbasis GIS di
Penyulang Kangkung PT. PLN Distribusi Lampung ini dapat digunakan untuk
menampilkan informasi aliran daya. Hal ini untuk memudahkan user mengevaluasi
serta mengambil kesimpulan secara kualitatif dari bentuk elemen grafis yang lebih
mudah dan lebih cepat dibandingkan melihat deretan angka pada tabel dalam kondisi
serta situasi tertentu.
6
G. Sistematika Penulisan
Penulisan laporan penelitian tugas akhir ini terbagi dalam lima bab dengan
sistematika sebagai berikut:
BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang dan masalah, tujuan serta manfaat penelitian,
perumusan dan batasan masalah, hipotesis, dan sistematika penulisan.
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi teori-teori pendukung yang digunakan dalam penulisan laporan
penelitian tugas akhir ini.
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi tentang waktu dan tempat pelaksanaan penelitian tugas akhir, alat dan
bahan yang digunakan untuk penyelesaian penelitian, serta metode termasuk diagram
alir yang akan digunakan pada penelitian tugas akhir.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Sistem Tenaga Listrik
Proses penyaluran tenaga listrik terdiri dari tiga komponen utama yaitu pembangkit,
penghantar (saluran transmisi/distribusi), dan beban. Pada sistem transmisi berfungsi
untuk mentransfer energi listrik dari unit-unit pembangkit di berbagai lokasi ke
sistem distribusi yang pada akhirnya menyuplai beban1. Listrik sistem tiga fasa
merupakan metode umum yang digunakan pada pembangkitan tenaga listrik arus
bolak-balik, transmisi, dan distribusi 2.
Dalam sistem tenaga tiga fasa, tegangan yang dihasilkan adalah sinusoidal dan sama
besarnya, dengan masing-masing fasa 120°. Namun resultan tegangan sistem tenaga
pada ujung distribusi dan titik pemanfaatan menjadi tidak seimbang karena beberapa
alasan. Sifat ketidakseimbangan termasuk ketidaksamaan besaran tegangan pada
sistem fundamental frekuensi (under-voltage dan over-voltage), fundamental deviasi
sudut fasa, dan ketidaksamaan tingkat dari distorsi harmonik antar fasa. Penyebab
1
Marsudi, Djiteng, Operasi Sistem Tenaga Listrik (Jakarta: Balai Penerbit, 1990), hal.1.
Terjemahan dari Stevenson, W.D., Elements of Power System Analysis Third Edition (New York:
McGraw-Hill, 1975).
2
8
utamanya dari ketidakseimbangan tegangan adalah distribusi tidak merata dari beban
satu fasa yang dapat terus berubah di sistem tiga fasa 3.
Sistem distribusi biasanya dipecah menjadi tiga komponen: gardu distribusi
(substation), distribusi primer, dan distribusi sekunder. Pada tingkat gardu, tegangan
direduksi dan daya didistribusikan ke dalam jumlah yang lebih kecil ke pelanggan.
Akibatnya satu gardu akan menyediakan daya ke banyak pelanggan. Dengan
demikian jumlah jalur transmisi di dalam sistem distribusi lebih banyak dibandingkan
dari sistem transmisi. Selain itu sebagian pelanggan terhubung pada salah satu dari
ketiga fasa di sistem distribusi. Sehingga aliran daya untuk setiap jalur (fasa) berbeda
dan sistem biasanya menjadi ‘tak seimbang’. Karakteristik in ierlu
p diperhitungkan
dalam studi aliran beban yang berhubungan dengan jaringan distribusi 4.
B. Studi Aliran Daya
Analisis aliran daya merupakan dasar untuk mempelajari sistem tenaga bahkan
bentuk aliran daya merupakan inti dari analisis aliran daya. Studi aliran daya sangat
berharga untuk berbagai alasan. Sebagai contoh analisis aliran daya memainkan peran
kunci dalam perencanaan penambahan atau ekspansi pada transmisi dan fasilitas
pembangkit. Solusi dari aliran daya sering menjadi titik awal untuk banyak jenis
analisa sistem tenaga. Sebagai tambahan, analisa aliran daya dan banyak
3
Terjemahan dari von Jouanne A., Banerjee B.B., “Assessment of Voltage Unbalance”, dalam IEEE
Trans. Power Delivery, No. 4, Oktober 2001 (IEEE, 2001), vol. 16, hal. 782-790.
4
Cugnet, Pierre, “Chapter 2: Power Distribution Systems”,
http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-61697-14555/unrestricted/Ch2.pdf (05 Februari 2014).
9
perluasannya merupakan unsur penting dari studi yang dilakukan dalam operasi
sistem tenaga listrik5.
Secara umum tujuan dari analisis aliran daya adalah dimaksudkan untuk
mendapatkan:
1. Besar dan sudut tegangan masing-masing bus sehingga bisa diketahui tingkat
pemenuhan batas-batas operasi yang diperbolehkan.
2. Besar arus dan daya yang dialirkan lewat jaringan interkoneksi, sehingga bisa
diidentifikasi tingkat pembebanannya6.
Kompleksitas untuk memperoleh bentuk solusi dari aliran daya pada sistem tenaga
timbul karena adanya perbedaan jenis data tertentu untuk tiap jenis bus. Meskipun
formulasi persamaan yang cukup untuk mencocokkan jumlah dari variabel keadaan
yang tidak diketahui itu tidak sulit seperti telah kita lihat, solusi bentuk tertutup cukup
tidak praktis.
Solusi digital dari masalah aliran daya mengikuti proses berulang-ulang dengan
menetapkan nilai yang telah diperkirakan untuk bus tegangan yang tidak diketahui
dan dengan menghitung nilai baru untuk setiap bus tegangan dari nilai perkiraan di
bus lainnya serta daya aktif (P) dan daya reaktif (Q) yang ditentukan. Set nilai
tegangan baru di setiap bus yang diperoleh digunakan untuk menghitung masih di
satu set bus tegangan. Setiap perhitungan satu set baru tegangan disebut iterasi.
5
Grigsby, L.L., The Electronic Power Engineering Handbook: Power Systems 3 Ed (Florida : CRC Press,
2012).
6
Saadat, H., Power System Analysis (New York : McGraw-Hill, 1999).
10
Proses iterasi diulang sampai ada perubahan di tiap bus kurang dari nilai minimum
(mismatch) yang ditentukan 7.
Studi aliran daya, atau umumnya dikenal sebagai aliran beban, merupakan bentuk
bagian terpenting dari analisis sistem tenaga. Dalam menyelesaikan masalah aliran
daya, ada empat kuantitas yang terkait dengan setiap bus yakni magnitude tegangan
|V|, sudut fasa δ , daya aktif P, dan daya reaktif Q. Pada
sistem bus umumnya
diklasifikasikan menjadi tiga jenis:
1. Slack Bus
Bus yang dikenal sebagai swing bus merupakan bus yang diambil sebagai
referensi dimana magnitude (|V|) dan sudut fasa (δ) dari tegangan diketahui.
Bus ini memberikan perbedaan antara beban yang dijadwalkan dan daya yang
dihasilkan disebabkan oleh kerugian dalam jaringan
2. Load Bus
Pada bus ini daya aktif dan daya reaktif diketahui. Magnitude dan sudut fasa
dari tegangan bus tidak diketahui. Bus ini juga dikenal P-Q bus.
3. Voltage Controlled Bus
Bus juga dikenal bus generator. Di bus ini daya aktif serta magnitude
tegangan diketahui. Sudut fasa dari tegangan dan daya reaktif harus
ditentukan.
C. Persamaan Aliran Daya
7
Grainger, J.J., Stevenson, W.D., Power System Analysis (New York : McGraw-Hill, 1994).
11
Mempertimbangkan banyaknya bus dari jaringan sistem tenaga yang ditunjukkan
pada gambar dibawah ini,
Gambar 1 Bus pada Sistem Tenaga
dimana impedansi telah dikonversi ke per unit admitansi dalam MVA base, maka
aplikasi dari KCL (Kirchoff Current Law) untuk bus yakni:
=
=(
+
atau
=
dimana
(
+
∑
=∑
+
dan
+∑
= ∑
,
)+
+ ⋯+
−∑
.
,
=
−
(
)
−
−
[6]
,
=
)+⋯+
−
=−
, maka
Daya aktif dan daya reaktif di bus i yakni
+
=
=
∗
∗
(
−
−⋯−
)
12
Dengan mensubtitusikan Ii, maka
∗
=
+∑
,
Dari relasi diatas, formula matematika dari permasalahan aliran daya menghasilkan
persamaan aljabar nonlinier dimana harus diselesaikan menggunakan metode iteratif
[6]
.
Sejak makalah yang bersifat teknis asli menggambarkan algoritma penyelesaian
aliran daya yang muncul pada pertengahan tahun 1950-an. Kumpulan skema iterasi
yang tak ada habisnya telah dikembangkan dan dilaporkan. Banyak dari kumpulan
skema tersebut adalah variasi dari salah satu atau dua teknik dasar yang digunakan
secara luas oleh industri saat ini: teknik Gauss-Seidel dan Nerwton-Raphson. Teknik
yang lebih disukai dan digunakan oleh sebagian besar perangkat lunak aliran daya
komersial merupakan variasi dari teknik Newton8.
Meskipun metode Gauss-Seidel merupakan metode popular pertama untuk
perhitungan aliran beban, namun metode Newton-Raphson sekarang umum
digunakan. Metode Newton-Raphson memiliki karakteristik konvergensi yang lebih
baik dan untuk banyak sistem lebih cepat daripada metode Gauss-Seidel, yang
dimana memiliki banyak waktu per iterasi tetapi membutuhkan sedikit iterasi.
Sedangkan Gauss-Seidel lebih membutuhkan lebih banyak iterasi. Angka tersebut
akan terus meningkat dengan membesarnya ukuran sistem9.
8
Terjemahan dari “IEEE Recommended Practice for Industrial and Commercial Power Systems
Analysis”, dalam The Brown Book. IEEE Std 399, (IEEE, 1997), hal. 141-142.
9
Weedy, B.M. et al, Electric Power System 5 Ed (West Sussex : John Wiley & Sons Ltd, 2012).
13
Pada metode Newton-Raphson untuk penyusunan matriks Jacobi menggunakan
turunan parsial. Berikut penyelesaian aliran daya kompleks pada sistem AC:
∆ =
∆
∆
dimana J merupakan matrik Jacobi.
=
∆
∆| |
D. Sistem Tiga Fasa Tak Seimbang
Untuk jenis gangguan yang tidak setimbang, maka sistem tiga fasa yang tidak
setimbang dapat direpresentasikan dengan menggunakan komponen simetrisnya.
Komponen simetris memungkinkan besaran-besaran fasa yang tidak setimbang
seperti arus dan tegangan digantikan oleh tiga komponen simetris setimbang yang
terpisah.
Berdasarkan teori C.L. Fortescue, fasor tiga fasa tak seimbang dari sistem tiga fasa
dapat diselesaikan ke dalam fasor sistem tiga fasa seimbang sebagai berikut:
1. Komponen urutan positif terdiri dari komponen tiga fasa seimbang dengan
urutan fasa abc.
2. Komponen urutan negatif terdiri dari komponen tiga fasa seimbang dengan
urutan fasa acb.
3. Komponen urutan nol terdiri dari komponen tiga fasa tunggal, semua sama
besarnya tetapi dengan sudut fasa yang sama.
Di dalam jaringan tiga fasa tak seimbang, tegangan yang tidak seimbang akan
dianggap sebagai tegangan yang seimbang. Dengan komponen simetris ini maka
tegangan yang tak seimbang menjadi:
14
=
+
+
=
+
+
=
+
+
=
Sehingga menjadi:
=
+
+
=
+
=
1
1
1
+
+
+
Persamaan diatas dapat dibentuk ke dalam matriks menjadi:
1
1
dimana komponen simetris yakni besaran-besaran hasil dari perhitungan matematis,
dalam dunia praktek komponen tersebut tidak terukur sehingga:
=
1 1
1
3
1
1
1
Jika dinotasikan dalam bentuk matriks maka:
=[ ]
=[ ]
Daya pada sistem tiga fasa adalah jumlah daya setiap fasa maka:
=
maka dalam bentuk matriks:
∗
=[
+
∗
] [
+
∗
]∗
15
=[
]
∗
∗
∗
E. Pemodelan Perangkat Lunak Sistem Tenaga
Arsitektur yang memungkinkan untuk paket perangkat lunak analisis sistem tenaga
menurut F. Milano sebagai berikut:
1. Parsing input data
Dimana input data dapat didefinisikan sebagai teks biasa atau melalui
perangkat grafis. Dengan nada yang sama, tidak ada alasan dalam mengadopsi
format data asalkan cocok untuk input data yang disediakan.
2. Initialization of power flow device
Setelah input data diberikan, inisialisasi perangkat aliran data terdiri dalam
pembuatan instance (variabel) dari seluruh perangkat yang digunakan dalam
analisis aliran daya dan mengisi instance tersebut dengan data yang diberikan
oleh parser. Dalam analisis aliran daya kita harus mendefinisikan setidaknya
berupa bus, jalur transmisi, generator statis, dan beban.
3. Power flow analysis
Analisa aliran daya merupakan pemecahan masalah umum yang mencari
nilai-nilai kosong dari persamaan nonlinier tetapi tidak mengandung informasi
mengenai jaringan atau perangkat yang ada pada jaringan.
4. Initialization of remaining device
16
Setelah menyelesaikan analisis aliran daya, adapun kebiasaan umum
setelahnya untuk menginisialisasikan perangkat-perangkat dinamis seperti
mesin sinkron, tegangan primer, regulator tegangan, dan lain-lain. Inisialisasi
terdiri dalam pembuatan instance dari seluruh perangkat yang dibutuhkan,
menetapkan data ke instance dan melakukan komputasi keadaan nilai awal
dan variable aljabar.
5. Statis or dynamic analyses
Setelah diberikan nilai/titik kesetimbangan (equilibrium point), beberapa
analisis tingkat lanjut perlu dilakukan contohnya continuation power flow dan
optimal power flow.
6. Output storage and display
Langkah terakhir adalah untuk menampilkan hasil dalam format yang mudah
digunakan. Laporan berupa file, tabel, plot dan teknik visualisasi lainnya
dapat membantu memahami dan menginterpretasikan hasil. Sedangkan untuk
input data ataupun jika ada editor line diagram pilihannya tidak terbatas hanya
satu tool atau output format saja 10.
Gambar 2 Prosedur Pengembangan Software Simulasi
10
Terjemahan dari Milano, F, Power System Modelling and Scripting (London : Springer, 2009).
17
Gambar 2 menunjukkan langkah-langkah yang terlibat dalam pengembangan analisis
steady-state (seperti power flow). Proses pembangunan dimulai dengan memodelkan
dunia nyata yang merupakan sistem fisiknya. Prilaku dari sistem fisik secara
matematis dimodelkan berupa persamaan aljabar atau differensial, maupun linier atau
nonlinier. Persamaan matematis dan data ini disesuaikan dengan komponen fisik
yang diterjemahkan ke dalam model perangkat lunak, yang menggambarkan
spesifikasi data dimana semua operasi dilakukan. Pemodelan perangkat lunak
memainkan peran penting dalam mempresentasikan model matematis dari sistem ke
dalam memori komputer. Model perangkat lunak yang dikembangkan kemudian
diimplementasikan ke dalam bahasa pemprograman untuk mendapatkan modul
simulasi penuh 11.
F. Scripting Power System
Pada proses ini sebenarnya cukup langka dalam prakteknya, setidaknya apakah sesuai
dengan standar analisis dari permasalahan aliran daya atau integrasi domain
waktunya. Baik mahasiswa, yang menyedihkan lagi beberapa peneliti sering
menggunakan paket perangkat lunak tertutup (closed software package) seperti
ETAP, EDSA, IPSA Power, PowerWorld. dan lain-lain untuk memecahkan masalah
yang ditugaskan.
11
Selvan, M.P, Synopsis of: Object-Oriented Modeling and Implementation for Steady State Analysis
of Power System (Madras : Indian Institute of Technology, 2005).
18
Gambar 3 Pendekatan studi sistem fisik berdasarkan close software package
Gambar 3 memperlihatkan bahwa istilah closed software package mengacu pada
kurangnya kebebasan untuk memodifikasi source code dari perangkat lunak tertentu.
Dalam hal ini produk komersial umumnya tertutup. Namun juga ada proyek
(umumnya FOSS/Free and Open Source Software) yang bebas didistribusikan tetapi
tertutup (secara efek praktisnya) jika source code tidak disediakan atau jika
disediakan terlalu rumit untuk dikuasai dalam waktu tertentu.
Jelasnya, keuntungan utama dari menggunakan paket perangkat lunak tertutup untuk
mempersingkat waktu. Di sisi lain, kelemahan perangkat lunak tertutup jelas pada
bidang edukasi.
Bagi sarana edukasi paket perangkat lunak tertutup memiliki kelemahan antara lain:
1. Pengguna sering mengabaikan langkah-langkah perhitungan matematis.
2. Menerima hasil yang didapat oleh perangkat lunak tertutup tanpa ingin
mengetahui prosesnya.
19
Gambar 4 Pendekatan sistem fisik berdasarkan open software
Pada gambar 4 merupakan pendekatan yang diusulkan untuk mempelajari sistem fisik
berdasarkan perangkat lunak terbuka yang dimana paket perangkat lunak open dapat
berdiri sendiri untuk aplikasi individual atau tersedia dalam proyek open source yang
dapat dengan mudah dikuasai dan dimodifikasi oleh pengguna. Tentu saja,
menerapkan paket perangkat lunak secara keseluruhan dapat mengakibatkan suatu
tugas yang sangat besar rata-rata pada mahasiswa. Tapi menurut pendekatan ini,
bahwa tidak perlu pengguna menerapkan keseluruhan arsitektur, hanya pengaturan
terbatas pada modifikasi, ekstensi, add-ons atau plug-in. Jika ekstensi sudah layak, ini
dapat digunakan oleh orang lain dan proyek dapat dikembangkan.
Penulisan atau scripting kode yang cocok dalam komputasi dan memenuhi syarat
untuk analisis sistem tenaga menurut F. Milano sebagai berikut:
20
1. Memiliki fungsi dasar matematika (seperti eksponensial, logaritma,
trigonometri).
2. Mendukung bilangan kompleks
3. Mendukung multi-dimensional arrays (operasi elemen dengan elemen dan
slicing)
4. Mendukung aljabar linier
5. Sparse matrices (teknik manipulasi fraction dari elemen nol dalam matrik)
6. Mendukung analisis eigenvalue (dibidang aljabar vektor) dari matrik nonsimetri.
Salah satu pemprograman yang memenuhi syarat tersebut adalah salah satunya
bahasa pemprograman Python.
Python merupakan bahasa pemprograman interpretatif multiguna12, dengan filosofi
perancangan yang berfokus pada tingkat keterbacaan kode. Python diklaim sebagai
bahasa yang menggabungkan kapabilitas, kemampuan, dengan sintaksis kode yang
sangat jelas13, dan dilengkapi dengan fungsionalitas pustaka standar yang besar serta
komprehensif .
G. Teknik Visualisasi Berbasis GIS (Geographic Information System)
Karena penyajian one-line diagram memiliki kemungkinan penting dalam analisis
jaringan sistem tenaga, maka dipilih untuk mengkonsentrasikan analisis tersebut
sejalan dengan prinsip umum yang bisa dilakukan pada tipe-tipe diagram listrik
12
“What is Python Good for?”. http://docs.python.org/2/faq/general.html#what-is-python-good-for
(8 Februari 2014).
13
“General Python FAQ”. http://docs.python.org/2/faq/general#what-is-python (8 Februari 2014).
21
lainnya. Komponen dari jenis antarmuka program sistem tenaga dapat dipisah
menjadi tiga kategori:
1. Komponen kegunaan secara umum
Komponen dimana elemen umum yang ada pada beberapa antarmuka grafis
seperti pushbutton, pulldown menu, serta popup menu. Mereka disediakan
dengan toolkit dan memegang peranan penting dalam pelaksanaan protokol
dialog umum.
2. Grafik 2D atau 3D
Digunakan untuk memplot variable dan seringkali mengizinkan untuk
berinteraktif.
3. Komponen sistem tenaga tertentu
Mempresentasikan komponen secara simbolik yang relevan dan proses dari
sistem tenaga.
Representasi dari komponen sistem tenaga tertentu dapat dipisahkan sebagai berikut:
1. Connectivity
Menunjukkan bagaimana komponen sistem dihubungkan (berupa garis dll.).
2. State
Menunjukkan keadaan dari beberapa komponen. Keadaan ini biasanya
diindikasikan dengan simbol atau warna.
3. Magnitude
Menunjukkan besaran dari variable yang relevan. Banyak kasus pada besaran
diindikasikan dalam bentuk kotak berisi nilai atau dengan grafik.
4. Trend
22
Di situasi manapun, dan khususnya dalam aplikasi on-line, trend dari
beberapa variabel sistem bisa menjadi penting daripada nilai mutlaknya.
Bagaimanapun, representasi dari trend tidak tertuju pada semua aplikasi
antarmuka14.
Manfaat dari pendekatan/penyajian one-line diagram adalah ketika menggunakan
representasi statis, seperti halnya gambar pada kertas, pembaca dapat dengan cepat
memahami aliran daya yang melalui sebagian besar dari sistem.
Geographic information System (GIS) merupakan alat berbasis komputer untuk
pemetaan dan menganalisis hal yang ada dan peristiwa yang terjadi di bumi.
Teknologi GIS mengintegrasikan operasi database umum seperti query dan analisis
statistik dengan visualisasi unik dan manfaat analisis geografis yang ditawarkan oleh
map. Kemampuan ini membedakan GIS dari sistem informasi lainnya dan
membuatnya berharga untuk berbagai perusahaan umum dan pribadi untuk
menjelaskan peristiwa-peristiwa, memprediksi hasil, dan strategi perencanaan15.
Secara teoritis, objek yang ada dalam GIS dapat dibagi menjadi 2 jenis informasi.
Jenis pertama yang terkait dengan lokasi mereka di bumi lebih dikenal dengan istilah
data spasial. Jenis kedua yang mengidentifikasi properti non-spasial dari objek dan
disebut sebagai data atribut. Data atribut dapat diukur dalam skala nominal, ordinal,
14
Terjemahan dari de Azevedo,G.P., et al, “Enhancing the Human-Computer Interface of Power
System Applications” dalam IEEE Trans. Power Systems, No. 2, Vol. 11, Mei 1996 (IEEE, 1996), hal.
646-652.
15
Terjemahan dari Wainwright, I., “Engineering the benefits of a geographical information system:
the business case for GIS” dalam Engineering the Benefits of GIS(Digest No:1977/105), (IEE
Colloquium on. 2/1-2/7, 1997).
23
interval, dan rasio. Atribut inilah yang biasanya digunakan oleh ilmuwan non-spasial
untuk menggambarkan klasifikasi objek sesuai nilai atribut yang dimiliki.
Gambar 5 Objek aplikasi GIS
Gambar 5 diatas merupakan objek dari aplikasi GIS dimana aplikasi komputing dan
representasi komputer berinteraksi satu sama lain mengubah dari fenomena geografis
atau dunia nyata ke bentuk visualisasi atau dunia simulasi. Dalam rangka untuk
membawa dunia nyata ke dalam bentuk GIS, kita harus menggunakan model
sederhana dari dunia nyata16.
Gambar 6 Antarmuka antara program load flow dan database GIS
Dari gambar diatas data grafik serta data non-grafik diambil dari database GIS yang
sangat efisien dengan antarmuka MMI (Man-Machine Interface). Model jaringan
dapat diambil dari database GIS dari data tracing. Penggunaan bahasa program
16
Taufik. Sistem Informasi Geografis (Yogyakarta : Universitas Gadjah Mada, 2005).
24
dalam hal ini adalah script file digunakan untuk melacak data dari atribut GIS untuk
membangun input data load flow. Hasil load flow dari sistem diselesaikan dengan
program load flow, kemudian disimpan kembali ke database GIS.
H. Perangkat Lunak Pendukung
Perangkat lunak yang digunakan pada proses pengerjaan penelitian ini sebagai
berikut:
1. Python Programming Language
Python merupakan bahasa pemprograman interpretatif multiguna. dengan
filosofi perancangan yang berfokus pada tingkat keterbacaan kode. Python
diklaim sebagai bahasa yang menggabungkan kapabilitas, kemampuan, dengan
sintaksis kode yang sangat jelas, dan dilengkapi dengan fungsionalitas pustaka
standar yang besar serta komprehensif17.
Pada penelitian ini, berikut library dari Python dalam mengimplementasikan
teknik visualisasi antara lain:
1. PyGTK
Merupakan salah satu library Python khususnya dalam pembuatan GUI
(Graphic User Interface). Aplikasi dari PyGTK
dapat dijalankan di Linux, Windows, MacOS X
bersifat multiplatform
.
dan platform lainnya
2. Matplotlib Basemap Toolkit
17
Wikipedia Indonesia. “Python (bahasa pemrograman)”.
http://id.wikipedia.org/wiki/Python_%28bahasa_pemrograman%29 (8 Februari 2014)
25
Merupakan salah satu library Python khususnya dalam memplot dua
dimensi pada map. Berikut contoh penggunaan aplikasi Basemap saat
penangkapan gambar map titik kebakaran hutan di Brazil.
Gambar 7 Salah satu aplikasi Basemap18.
2. PostgreSQL
Merupakan implementasi database relasional yang sangat baik, memiliki fitur
lengkap, open source, dan bebas digunakan. PostgreSQL dapat digunakan dari
hampir semua bahasa pemprograman meliputi C, C++, Perl, Python, Java, Tcl,
dan PHP. PostgreSQL juga telah memenangkan beberapa penghargaan,
termasuk Choice Award LinuxJournal Editor untuk Database Terbaik tiga kali
(untuk tahun 2000, 2003, dan 2004) dan LinuxNew Media Award 2004 untuk
Best Database System.
18
Gambar diambil dari Pyevolve. “Python: accessing near real-time MODIS images and fire data from
NASA’s Aqua and Terra satellites”. http://pyevolve.sourceforge.net/wordpress/?p=86 (10 Februari
2014)
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat
Pengerjaan dan perancangan tugas akhir ini dilakukan dari bulan Januari - Mei 2013,
bertempat di Lab. Sistem Energi Elektrik Jurusan Teknik Elektro, Universitas
Lampung. Berikut tabel jadwal serta kegiatan penelitian:
Tabel 1. Jadwal dan kegiatan penelitian
No
Aktifitas
1
Penentuan
Spesifikasi Alat
dan Simulasi
2
Seminar
Proposal
3
Perancangan
Simulasi
4
Tes/Uji Coba
5
Analisis dan
Pembahasan
6
Seminar Hasil
7
Komprehensif
Januari
Februari
Maret
April
Mei
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
27
B. Alat dan Bahan
Adapun peralatan dan bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah
sebagai berikut:
1. Satu unit laptop dengan spesifikasi Intel Pentium 1.89 GHz beserta sistem
operasi LinuxUbuntu 12.10 (Quantal Quetzal).
2. Perangkat lunak Python 2.7.3 atau versi yang lebih tinggi, library Python
PyGTK 2.0 serta Matplotlib-Basemap 1.0.5
3. Perangkat lunak PostgeSQL 9.1 atau versi yang lebih tinggi.
C. Prosedur Kerja
Dalam penyelesaian penelitian tugas akhir ini ada beberapa langkah kegiatan yang
dilakukan sebagai berikut:
1. Studi Literatur
Studi literatur dimaksudkan untuk mempelajari berbagai sumber referensi atau
teori (buku dan internet) yang berkaitan dengan penelitian tugas akhir, yaitu
berupa penerapan teknik visualisasi pada simulasi aliran daya tiga phasa tak
seimbang metode Newton Raphson berbasis GIS (Geographic Information
System) dalam bentuk perangkat lunak berbasis GUI (Graphic User Interface)
dengan menggunakan Python Programming Language.
2. Studi Bimbingan
28
Berbentuk tanya jawab dengan dosen pembimbing mengenai masalah-masalah
yang timbul selama pengerjaan serta penulisan penelitian tugas akhir
berlangsung.
3. Pengambilan Data
Pada tahap ini pada mengambil data ada dua jenis data yang diambil yakni
sebagai berikut:
a. Data Spasial
Data spasial yang diambil meliputi data koodinat (lintang utara dan
bujur timur) dari feeder/penyulang primer (substation/gardu induk),
serta titik-titik pembebanan jaringan tegangan menengah (JTM).
b. Data Non-Spasial/Atribut
Data non-spasial/atribut meliputi hasil data dari simulasi analisis aliran
daya tiga fasa tak seimbang menggunakan metode Newton-Raphson
bentuk rectangular yakni tegangan (magnitude serta sudut), daya aktif,
serta daya reaktif masing-masing fasa (RST) [13]
.
4. Pengembangan Perangkat Lunak Visualisasi Load Flow Berbasis GIS
Dalam pengembangan perangkat lunak untuk penerapan visualisasi analisis
aliran daya, mempunyai langkah-langkah yang terstruktur supaya sistem yang
dihasilkan sesuai dengan yang diinginkan. Salah satu metode dalam
pengembangan perangkat lunak yakni model waterfall yang intinya pengerjaan
dari suatu sistem dilakukan secara berurutan dan linier (sequential linear) [29].
29
Gambar 8 Model Waterfall
Model ini mengusulkan sebuah pendekatan perkembangan perangkat lunak
yang sistematis dan berurutan yang dimulai pada tingkat dan kemajuan sistem
pada seluruh analisis, desain, kode, pengujian, dan pemeliharaan. Setiap tahap
pada model waterfall mendefinisikan suatu kegiatan yang harus dikerjakan dan
merupakan bagian dari pengembangan sistem. Tahap-tahapan model waterfall
sebagai berikut:
a. Analisa kebutuhan
Tujuannya adalah untuk mengumpulkan persyaratan apa saja yang
dibutuhkan untuk membangun sistem ini. Termasuk studi literatur serta
pengambilan data yang disebutkan diawal prosedur kerja. Selain itu
pencarian referensi yang membahas tentang bagaimana menampilkan
objek data atribut/non-spasial pada map dua dimensi menggunakan
Matplotlib-Basemap serta pyGTK sebagai antarmukanya termasuk input
30
output data dari hasil analisis aliran daya ke data atribut/non-spasial
menggunakan PostgreSQL.
b. Desain Sistem
Dimana merupakan langkah-langkah dalam perancangan sebuah sistem
yang mengimplementasikan syarat-syarat kebutuhan ke sebuah desain
perangkat lunak yang diinginkan. Perhatikan gambar dibawah ini yang
menjelaskan sistem dalam pengembangan perangkat lunak penelitian
tugas akhir ini.
Gambar 9 Desain sistem perangkat lunak
Sehingga dapat disimpulkan desain yang diperlukan terdiri atas desain
database, dan desain antarmuka.
Desain database
Desain database yang digunakan pada penelitian ini digunakan
sebagai data input (berupa data spasial dan non spasial) yang akan
dipakai saat memvisualisasikan aliran daya. Skema database dapat
berupa komponen sistem tenaga beserta informasi didalamnya.
Desain antarmuka
31
Antarmuka merupakan sebuah media yang menghubungkan antara
pengguna dengan sistem informasi yang akan dibangun. Sistem yang
akan dibangun diharapkan dapat menyediakan antarrnuka yang mudah
dipahami oleh
pengguna sehingga pengguna dapat langsung
memahami fasilitas antarmuka yang diberikan. Untuk penggunaan
fasilitas antarmuka berdasarkan kebutuhan pada visualisasi yang
berbasis GIS se