Optimasi Penentuan Daya Dan Peletakan Distributed Generation Pada Jaringan Distribusi 20 Kv (Studi Kasus: Penyulang Pm6 Pematang Siantar)
OPTIMASI PENENTUAN DAYA DAN PELETAKAN
DISTRIBUTED
GENERATION PADA JARINGAN DISTRIBUSI 20 kV
(STUDI KASUS: PENYULANG PM. 6 GARDU INDUK
PEMATANGSIANTAR)
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik
Oleh:
ANN ALBERTH SITORUS
NIM : 110402068
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
ABSTRAK
Pengembangan dunia kelistrikan dilakukan untuk membuat sistem
kelistrikan mempunyai tingkat kehandalan dan kontinuitas yang baik agar sistem
kelistrikan dapat memenuhi pertumbuhan beban. Salah satu perkembangan yang
telah dilakukan ialah dengan menjadikan sistem distribusi yang semula pasif
menjadi aktif dengan distributed generation (DG). Dengan kehadiran DG pada
sistem kelistrikan, membuat aliran daya kelistrikan tidak dapat lagi disebut aliran
daya satu arah. Perubahan aliran daya ini membuat penempatan dan penentuan
kapasitas DG terbaik haruslah dioptimasi agar rugi-rugi sistem menjadi lebih kecil
dan profil tegangan sistem menjadi lebih baik. Pada tugas ahkir ini akan dibahas
optimasi penempatan dan penentuan kapasitas optimal DG pada jaringan
distribusi PM6 pematang siantar. Metode yang digunakan dalam menentukan
kapasitas optimal dan titik peletakan optimum dari DG adalah dengan metode
fuzzy logic. Dari hasil perhitungan dan simulasi maka diperoleh titik optimum
dimana DG ditempatkan pada bus 23 dengan kapasitas optimal DG sebesar
0.4 MW.
Kata Kunci : distributed generation, optimasi, fuzzy logic
i
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa,
karena atas berkat rahmat dan berkat-Nya Tugas Akhir ini dapat disusun dan
diselesaikan.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu
di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas
Akhir ini adalah:
"OPTIMASI PENENTUAN DAYA DAN PELETAKAN DISTRIBUTED
GENERATION PADA JARINGAN DISTRIBUSI 20 kV”
(STUDI KASUS: PENYULANG PM6 PEMATANG SIANTAR)
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu
Ayahanda (Amiruddin Sitorus Pane) beserta Ibunda (Anita Nurbaya Sianipar) dan
abang serta adik tersayang (Avisco Sylvester Sitorus Pane dan Andryan Sitorus
Pane serta Assharia Sitorus Pane) yang selalu memberikan semangat dan
mendoakan penulis selama masa studi hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Selama masa kuliah hingga penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis juga
banyak mendapatkan dukungan maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu
penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang mendalam kepada:
1.
Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T., selaku dosen Pembimbing Tugas
Akhir serta Kepala Lab. Transmisi dan Distribusi yang telah banyak
meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu memberikan bantuan,
ii
bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga
penyusunan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si., selaku Ketua Departemen
Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara dan
sebagai Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan
bimbingan, nasehat dan motivasi kepada penulis selama menjalani
perkuliahan dan masukan demi perbaikan Tugas Ahkir ini.
3. Ibu Siska Yana S.T., M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir, yang
telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini
dan telah memberikan banyak motivasi selama masa perkuliahan.
4. Bapak Yulianta Siregar S.T., M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir
serta yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas
Akhir ini serta senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.
5. Bapak Ir. Sihar Panjaitan, M.T., selaku dosen Wali yang selalu
memberikan arahan, bimbingan dan nasihat selama penulis menjalani
perkuliahan di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan
pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada
penulis.
7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah
membantu penulis dalam pengurusan administrasi.
iii
8. Abang Sylvester Sitorus Pane, Abang Andika Handy, dan Rizky
Kurniawan yang mengajari dan memberi masukan kepada saya
sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Ahkir ini.
9. Rekan sesama asisten Lab. Transmisi dan Distribusi M.Fikry, Syahlan
Hutagaol, Sakinah, Frederik, dan Andreas yang selalu membantu dan
tidak bosan-bosannya menghibur selama masa pengerjaan Tugas Ahkir
ini.
10. Rekan-rekan satu angkatan 2011 yang selalu saling memberi semangat,
bantuan dan cerita selama perkuliahan.
11. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah
memberikan dukungan dan bantuan.
12. Semua pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini masih belum
sempurna karena masih terdapat banyak kekurangan baik dari segi isi maupun
susunan
bahasanya.
Saran
dan
kritik
dari
pembaca
dengan
tujuan
menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis
harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat
berguna bagi kita semua dan hanya kepada Tuhan yang Maha Esa penulis
menyerahkan diri.
Medan, November 2015
Penulis
Ann Alberth Sitorus Pane
NIM.110402068
iv
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ...................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ................................................................................... ii
DAFTAR ISI .................................................................................................. v
DAFTAR GAMBAR ................................................................................... vii
DAFTAR TABEL ........................................................................................ vii
BAB 1 PENDAHULUAN ............................................................................. 1
Latar Belakang ........................................................................................ 1
Perumusan Masalah ................................................................................ 2
Tujuan Penelitian .................................................................................... 3
Batasan Masalah ..................................................................................... 3
Manfaat Penelitian .................................................................................. 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 5
Sistem Tenaga Listrik ............................................................................. 5
Jaringan Distribusi .................................................................................. 6
Studi Aliran Daya ................................................................................... 7
2.3.1 Konsep Perhitungan Aliran Daya .................................................. 7
2.3.2 Persamaan Aliran Daya .................................................................. 9
2.3.3 Metode Newton-Raphson ............................................................. 11
2.3.4 Contoh Perhitungan Aliran Daya Menggunakan Metode
Newton-Raphson ....................................................................... 16
Distributed generation ......................................................................... 20
2.4.1 Defenisi Distributed Generation (DG) ........................................ 20
2.4.2 Teknologi dari DG .................................................................... 21
2.4.3 Dampak dari pemasangan DG pada jaringan ............................... 26
2.4.4 Dampak kapasitas DG pada jaringan distribusi ........................... 29
2.4.5 Dampak lokasi penempatan DG pada jaringan distribusi ............ 30
Fuzzy Logic ........................................................................................... 31
BAB 3 METODE PENELITIAN................................................................. 35
Tempat dan Waktu ................................................................................ 35
Bahan dan Peralatan .............................................................................. 35
Pelaksanaan Penelitian .......................................................................... 35
Variable yang Diamati .......................................................................... 35
Prosedur Penelitian ............................................................................... 36
3.5.1 Prosedur Kerja ........................................................................... 38
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN........................................................ 48
Tegangan Minimum dan Total Rugi - Rugi pada Jaringan pada Saat
DG Diinterkoneksikan ke Bus 3 untuk Tiap Besar DG yang Berbeda. 48
Hasil Rangkuman .................................................................................. 52
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 61
Kesimpulan ........................................................................................... 61
Saran ..................................................................................................... 61
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 63
vi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 One Line Diagram Sistem Tenaga Listrik........................................... 5
Gambar 2.2 Diagram Satu Garis dari N-Bus dalam Suatu Sistem Tenaga ........... 10
Gambar 2.3 Single-Line Diagram Sistem Distribusi dengan Tiga Bus ................ 20
Gambar 2.4 Aliran Daya Satu Arah ...................................................................... 30
Gambar 2.5 Aliran Daya Dua Arah ...................................................................... 31
Gambar 2.6 Diagram Aliran Daya dengan Koneksi DG....................................... 31
Gambar 2.7 Perbandingan Aliran Daya Saat DG Dikoneksikan di Bus yang
Berbeda ............................................................................................ 32
Gambar 2.8 Struktur Sistem Inteferensi Sistem (FIS) .......................................... 31
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 37
Gambar 3.2 Jaringan PM6 39 bus ......................................................................... 39
Gambar 4.1 Total Rugi-Rugi Daya untuk Tiap Kapasitas DG Dikoneksikan di
Bus 3 ................................................................................................ 50
Gambar 4.2 Tegangan Minimum untuk Tiap Kapasitas DG Dikoneksikan di
Bus 3 ................................................................................................ 50
Gambar 4.3 Kapasitas DG Optimal di Tiap Bus ................................................... 54
Gambar 4.4 Profil Tegangan Pada Tiap Bus untuk Tiap Besar DG Optimal di Tiap
Bus ................................................................................................... 58
Gambar 4.5 Rugi-rugi Jaringan untuk Tiap Kapasitas Optimal DG di Tiap Bus . 59
vii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Tipe Bus Dalam Sistem Tenaga Listrik. ................................................. 9
Tabel 3.2 Data Bus ................................................................................................ 40
Tabel 3.3 Data Saluran .......................................................................................... 42
Tabel 4.1 Data Rugi-Rugi, Profil Tegangan, dan Tingkat Kecocokan DG untuk
Tiap Besar DG yang Berbeda yang Diinterkoneksi di Bus 3 ............... 49
Tabel 4.2 Kapasitas Optimal DG pada Masing-Masing Bus ............................... 52
Tabel 4.3 Kondisi Tegangan pada Tiap Koneksi Optimal DG ............................. 55
Tabel 4.4 Profil Total Rugi-Rugi sebelum dan sesudah Koneksi Optimal DG .... 56
viii
DISTRIBUTED
GENERATION PADA JARINGAN DISTRIBUSI 20 kV
(STUDI KASUS: PENYULANG PM. 6 GARDU INDUK
PEMATANGSIANTAR)
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik
Oleh:
ANN ALBERTH SITORUS
NIM : 110402068
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
ABSTRAK
Pengembangan dunia kelistrikan dilakukan untuk membuat sistem
kelistrikan mempunyai tingkat kehandalan dan kontinuitas yang baik agar sistem
kelistrikan dapat memenuhi pertumbuhan beban. Salah satu perkembangan yang
telah dilakukan ialah dengan menjadikan sistem distribusi yang semula pasif
menjadi aktif dengan distributed generation (DG). Dengan kehadiran DG pada
sistem kelistrikan, membuat aliran daya kelistrikan tidak dapat lagi disebut aliran
daya satu arah. Perubahan aliran daya ini membuat penempatan dan penentuan
kapasitas DG terbaik haruslah dioptimasi agar rugi-rugi sistem menjadi lebih kecil
dan profil tegangan sistem menjadi lebih baik. Pada tugas ahkir ini akan dibahas
optimasi penempatan dan penentuan kapasitas optimal DG pada jaringan
distribusi PM6 pematang siantar. Metode yang digunakan dalam menentukan
kapasitas optimal dan titik peletakan optimum dari DG adalah dengan metode
fuzzy logic. Dari hasil perhitungan dan simulasi maka diperoleh titik optimum
dimana DG ditempatkan pada bus 23 dengan kapasitas optimal DG sebesar
0.4 MW.
Kata Kunci : distributed generation, optimasi, fuzzy logic
i
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa,
karena atas berkat rahmat dan berkat-Nya Tugas Akhir ini dapat disusun dan
diselesaikan.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu
di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas
Akhir ini adalah:
"OPTIMASI PENENTUAN DAYA DAN PELETAKAN DISTRIBUTED
GENERATION PADA JARINGAN DISTRIBUSI 20 kV”
(STUDI KASUS: PENYULANG PM6 PEMATANG SIANTAR)
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu
Ayahanda (Amiruddin Sitorus Pane) beserta Ibunda (Anita Nurbaya Sianipar) dan
abang serta adik tersayang (Avisco Sylvester Sitorus Pane dan Andryan Sitorus
Pane serta Assharia Sitorus Pane) yang selalu memberikan semangat dan
mendoakan penulis selama masa studi hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Selama masa kuliah hingga penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis juga
banyak mendapatkan dukungan maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu
penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang mendalam kepada:
1.
Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T., selaku dosen Pembimbing Tugas
Akhir serta Kepala Lab. Transmisi dan Distribusi yang telah banyak
meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu memberikan bantuan,
ii
bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga
penyusunan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si., selaku Ketua Departemen
Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara dan
sebagai Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan
bimbingan, nasehat dan motivasi kepada penulis selama menjalani
perkuliahan dan masukan demi perbaikan Tugas Ahkir ini.
3. Ibu Siska Yana S.T., M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir, yang
telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini
dan telah memberikan banyak motivasi selama masa perkuliahan.
4. Bapak Yulianta Siregar S.T., M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir
serta yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas
Akhir ini serta senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.
5. Bapak Ir. Sihar Panjaitan, M.T., selaku dosen Wali yang selalu
memberikan arahan, bimbingan dan nasihat selama penulis menjalani
perkuliahan di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan
pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada
penulis.
7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah
membantu penulis dalam pengurusan administrasi.
iii
8. Abang Sylvester Sitorus Pane, Abang Andika Handy, dan Rizky
Kurniawan yang mengajari dan memberi masukan kepada saya
sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Ahkir ini.
9. Rekan sesama asisten Lab. Transmisi dan Distribusi M.Fikry, Syahlan
Hutagaol, Sakinah, Frederik, dan Andreas yang selalu membantu dan
tidak bosan-bosannya menghibur selama masa pengerjaan Tugas Ahkir
ini.
10. Rekan-rekan satu angkatan 2011 yang selalu saling memberi semangat,
bantuan dan cerita selama perkuliahan.
11. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah
memberikan dukungan dan bantuan.
12. Semua pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini masih belum
sempurna karena masih terdapat banyak kekurangan baik dari segi isi maupun
susunan
bahasanya.
Saran
dan
kritik
dari
pembaca
dengan
tujuan
menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis
harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat
berguna bagi kita semua dan hanya kepada Tuhan yang Maha Esa penulis
menyerahkan diri.
Medan, November 2015
Penulis
Ann Alberth Sitorus Pane
NIM.110402068
iv
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ...................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ................................................................................... ii
DAFTAR ISI .................................................................................................. v
DAFTAR GAMBAR ................................................................................... vii
DAFTAR TABEL ........................................................................................ vii
BAB 1 PENDAHULUAN ............................................................................. 1
Latar Belakang ........................................................................................ 1
Perumusan Masalah ................................................................................ 2
Tujuan Penelitian .................................................................................... 3
Batasan Masalah ..................................................................................... 3
Manfaat Penelitian .................................................................................. 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 5
Sistem Tenaga Listrik ............................................................................. 5
Jaringan Distribusi .................................................................................. 6
Studi Aliran Daya ................................................................................... 7
2.3.1 Konsep Perhitungan Aliran Daya .................................................. 7
2.3.2 Persamaan Aliran Daya .................................................................. 9
2.3.3 Metode Newton-Raphson ............................................................. 11
2.3.4 Contoh Perhitungan Aliran Daya Menggunakan Metode
Newton-Raphson ....................................................................... 16
Distributed generation ......................................................................... 20
2.4.1 Defenisi Distributed Generation (DG) ........................................ 20
2.4.2 Teknologi dari DG .................................................................... 21
2.4.3 Dampak dari pemasangan DG pada jaringan ............................... 26
2.4.4 Dampak kapasitas DG pada jaringan distribusi ........................... 29
2.4.5 Dampak lokasi penempatan DG pada jaringan distribusi ............ 30
Fuzzy Logic ........................................................................................... 31
BAB 3 METODE PENELITIAN................................................................. 35
Tempat dan Waktu ................................................................................ 35
Bahan dan Peralatan .............................................................................. 35
Pelaksanaan Penelitian .......................................................................... 35
Variable yang Diamati .......................................................................... 35
Prosedur Penelitian ............................................................................... 36
3.5.1 Prosedur Kerja ........................................................................... 38
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN........................................................ 48
Tegangan Minimum dan Total Rugi - Rugi pada Jaringan pada Saat
DG Diinterkoneksikan ke Bus 3 untuk Tiap Besar DG yang Berbeda. 48
Hasil Rangkuman .................................................................................. 52
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 61
Kesimpulan ........................................................................................... 61
Saran ..................................................................................................... 61
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 63
vi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 One Line Diagram Sistem Tenaga Listrik........................................... 5
Gambar 2.2 Diagram Satu Garis dari N-Bus dalam Suatu Sistem Tenaga ........... 10
Gambar 2.3 Single-Line Diagram Sistem Distribusi dengan Tiga Bus ................ 20
Gambar 2.4 Aliran Daya Satu Arah ...................................................................... 30
Gambar 2.5 Aliran Daya Dua Arah ...................................................................... 31
Gambar 2.6 Diagram Aliran Daya dengan Koneksi DG....................................... 31
Gambar 2.7 Perbandingan Aliran Daya Saat DG Dikoneksikan di Bus yang
Berbeda ............................................................................................ 32
Gambar 2.8 Struktur Sistem Inteferensi Sistem (FIS) .......................................... 31
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 37
Gambar 3.2 Jaringan PM6 39 bus ......................................................................... 39
Gambar 4.1 Total Rugi-Rugi Daya untuk Tiap Kapasitas DG Dikoneksikan di
Bus 3 ................................................................................................ 50
Gambar 4.2 Tegangan Minimum untuk Tiap Kapasitas DG Dikoneksikan di
Bus 3 ................................................................................................ 50
Gambar 4.3 Kapasitas DG Optimal di Tiap Bus ................................................... 54
Gambar 4.4 Profil Tegangan Pada Tiap Bus untuk Tiap Besar DG Optimal di Tiap
Bus ................................................................................................... 58
Gambar 4.5 Rugi-rugi Jaringan untuk Tiap Kapasitas Optimal DG di Tiap Bus . 59
vii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Tipe Bus Dalam Sistem Tenaga Listrik. ................................................. 9
Tabel 3.2 Data Bus ................................................................................................ 40
Tabel 3.3 Data Saluran .......................................................................................... 42
Tabel 4.1 Data Rugi-Rugi, Profil Tegangan, dan Tingkat Kecocokan DG untuk
Tiap Besar DG yang Berbeda yang Diinterkoneksi di Bus 3 ............... 49
Tabel 4.2 Kapasitas Optimal DG pada Masing-Masing Bus ............................... 52
Tabel 4.3 Kondisi Tegangan pada Tiap Koneksi Optimal DG ............................. 55
Tabel 4.4 Profil Total Rugi-Rugi sebelum dan sesudah Koneksi Optimal DG .... 56
viii