Perencanaan Smartgrid Jaringan Listrik Sumbagut 150 Kv Menggunakan Simulink Matlab

(1)

MENGGUNAKAN SIMULINK MATLAB

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh:

FRANSISCO WIARTONE SIMBOLON NIM : 100402087

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

(2)

(Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si.)

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada Tanggal 08 Bulan April Tahun 2015 di depan penguji :

(3)

(Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si.)

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada Tanggal 08 Bulan April Tahun 2015 di depan penguji : 1. Ketua Penguji : Ir. Zulkarnaen Pane, M.T.

2. Anggota Penguji : Ir. Riswan Dinzi, M.T.

(4)

ABSTRAK

Jaringan listrik konvensional yang digunakan saat ini memiliki beberapa kekurangan dalam pengoperasiannya. Jaringan listrik saat ini kurang memperhatikan efisiensi dalam pengoperasiaan pembangkit – pembangkit yang ada. Kekurangan yang lain adalah tidak adanya informasi aliran daya yang pasti serta kurang ekonomisnya biaya mulai dari pembangkitan sampai dengan penyaluran energi listrik. Dengan adanya kekurangan – kekurangan yang dimiliki sistem konvensional ini, maka sudah sebaiknya sistem kelistrikan saat ini menggunakan konsep smartgrid. Smartgrid merupakan sebuah penamaan terhadap sistem kelistrikan yang menggunakan perkembangan teknologi, sehingga nantinya didapatkan sistem yang baik, otomatis dan efisien dalam pengoperasiannya. Sebelum membangun sistem ini, maka perlu dibuat suatu rancangan sistem smartgrid yang menggunakan bantuan software.

Perencanaan smartgrid yang akan dirancang adalah sistem smartgrid jaringan listrik SUMBAGUT 150 kV. Dari percobaan yang dibuat dengan mengubah beberapa parameter daya beban, didapatkan persen rugi – rugi jaringan terkecil adalah pada keadaan 10% beban puncak yaitu sebesar 12,64% dari daya yang dibangkitkan dan hanya dua pembangkit yang beroperasi, sedangkan persen rugi – rugi terbesar pada jaringan adalah pada keadaan 95 % beban puncak yaitu sebesar 17,65% dari daya yang dibangkitkan. Dari percobaan tersebut juga didapatkan tegangan terendah yang terbaca pada bus beban gardu adalah sebesar 135,581 kV pada gardu Rantau Prapat dalam keadaan 95% beban puncak. Dari perencanaan dan percobaan yang dilakukan dalam tugas akhir ini, maka didapatkan sistem yang terotomatisasi dengan memperhatikan keefisienan dari segi pembangkitan dan keandalan dari segi tegangan.

(5)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan

karunia-Nya sehingga penulis diberikan kemampuan dan kesempatan untuk dapat

menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.

Tugas Akhir ini berjudul ”Perencanaan Smartgrid Jaringan Listrik SUMBAGUT

150 kV Menggunakan Simulink Matlab” yang penulis susun sebagai salah satu

syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana di Departemen Teknik Elektro,

Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam penulisan tugas akhir ini penulis telah banyak mendapat bantuan dan

dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis menyampaikan terima kasih

kepada:

1. Keluarga tercinta: Papi Sudung Simbolon, Mama Rosmawati Sinurat, kakak saya

Fitriani Christien Simbolon dan adik saya Hardidrah Simbolon atas segala kasih

sayang, doa, dukungan, kesabaran, dan pengertiannya.

2. Bapak Yulianta Siregar, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing tugas akhir atas

segala arahan, motivasi, dan bimbingannya dalam penyelesaian tugas akhir ini.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. selaku Dosen Wali penulis atas segala

bimbingan dan nasehat serta motivasinya selama penulis menjalani kegiatan

akademik.

4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. dan Bapak Rahmad Fauzi, S.T., M.T.

(6)

5. Seluruh Dosen Departemen Teknik Elektro FT-USU yang telah membekali

penulis dengan berbagai disiplin ilmu selama masa pendidikan.

6. Seluruh Pegawai dan Karyawan Departemen Teknik Elektro FT-USU atas segala

bantuan dan dukungannya.

7. Teman-teman di Departemen Teknik Elektro FT-USU, terkhusus angkatan 2010

atas dukungan, doa, suka dan duka selama di bangku perkuliahan.

Juga penulis menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu

namun tidak dapat penulis sebutkan satu per satu disini.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Untuk

itu, dengan segala kerendahan hati penulis bersedia menerima saran dan kritik yang

sifatnya membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini.

Akhir kata penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini bermanfaat bagi

siapapun yang membutuhkannya.

Medan, Februari 2015

(7)

DAFTAR ISI

Jaringan Listrik Sumatera Bagian Utara ... 8

Pembangkit Tenaga Listrik ... 9

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) ... 10

Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)... 11

Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) ... 11

Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) ... 11

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) ... 12

Smartgrid... 13

Komunikasi Data dan Jaringan Komputer ... 15

(8)

TENAGA LISTRIK ... 23

Skema Sistem Smartgrid Jaringan Listrik ... 23

Perancangan Sistem Komunikasi ... 24

Perancangan Sistem Kontrol dan Automasi ... 27

Perancangan Smartgrid Sistem Tenaga Listrik ... 29

BAB IV PENGUJIAN DAN HASIL SIMULASI ... 34

Tampilan Sistem Smartgrid dan Panel Monitoring ... 34

Pelaksanaan Sistem Kontrol Untuk Optimasi Daya dan Tegangan ... 37

Analisa Daya dan Tegangan Pada Simulasi ... 41

BAB V PENUTUP ... 50

Kesimpulan ... 50

Saran ... 51

DAFTAR PUSTAKA ... 52

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 : Diagram Alur Konsep Smartgrid Jaringan Tenaga Listrik ... 14

Gambar 2.2 : Blok Diagram Sistem Komunikasi Data ... 17

Gambar 2.3 : Blok Diagram RTU sederhana ... 21

Gambar 3.1 : Skema Smartgrid Jaringan Listrik ... 23

Gambar 3.2 : Diagram Alir Lapisan Protokol TCP ... 26

Gambar 3.3 : Data Beban Sumatera Bagian Utara 150 kV ... 31

Gambar 3.4 : Diagram Alir Smartgrid Jaringan Listrik ... 33

Gambar 4.1 : Sistem Komunikasi Pada Bus Beban ... 34

Gambar 4.2 : Sistem Komunikasi Pada Bus Generator ... 35

Gambar 4.3 : Sistem Kontrol Pada Bus Generator ... 35

Gambar 4.4 : Tampilan Data Gardu Pada Panel Monitoring ... 36

Gambar 4.5 : Tampilan Data Pembangkit Pada Panel Monitoring ... 37

Gambar 4.6 : Profil Tegangan Bus Beban pada 10% Beban Puncak ... 42

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 : Pembangkit Listrik Tenaga Uap di SUMBAGUT ... 10

Tabel 2.2 : Pembangkit Listrik Tenaga Gas di SUMBAGUT ... 11

Tabel 2.3 : Pembangkit Listrik Tenaga Air di SUMBAGUT ... 12

Tabel 3.1 : Urutan Prioritas Pengoperasian Pembangkit ... 28

Tabel 3.2 : Data Pembangkit di Sumatera Bagian Utara ... 30

Tabel 4.1 : Keadaan Pembangkit Pada Beban Puncak ... 39

(11)

ABSTRAK

Jaringan listrik konvensional yang digunakan saat ini memiliki beberapa kekurangan dalam pengoperasiannya. Jaringan listrik saat ini kurang memperhatikan efisiensi dalam pengoperasiaan pembangkit – pembangkit yang ada. Kekurangan yang lain adalah tidak adanya informasi aliran daya yang pasti serta kurang ekonomisnya biaya mulai dari pembangkitan sampai dengan penyaluran energi listrik. Dengan adanya kekurangan – kekurangan yang dimiliki sistem konvensional ini, maka sudah sebaiknya sistem kelistrikan saat ini menggunakan konsep smartgrid. Smartgrid merupakan sebuah penamaan terhadap sistem kelistrikan yang menggunakan perkembangan teknologi, sehingga nantinya didapatkan sistem yang baik, otomatis dan efisien dalam pengoperasiannya. Sebelum membangun sistem ini, maka perlu dibuat suatu rancangan sistem smartgrid yang menggunakan bantuan software.

Perencanaan smartgrid yang akan dirancang adalah sistem smartgrid jaringan listrik SUMBAGUT 150 kV. Dari percobaan yang dibuat dengan mengubah beberapa parameter daya beban, didapatkan persen rugi – rugi jaringan terkecil adalah pada keadaan 10% beban puncak yaitu sebesar 12,64% dari daya yang dibangkitkan dan hanya dua pembangkit yang beroperasi, sedangkan persen rugi – rugi terbesar pada jaringan adalah pada keadaan 95 % beban puncak yaitu sebesar 17,65% dari daya yang dibangkitkan. Dari percobaan tersebut juga didapatkan tegangan terendah yang terbaca pada bus beban gardu adalah sebesar 135,581 kV pada gardu Rantau Prapat dalam keadaan 95% beban puncak. Dari perencanaan dan percobaan yang dilakukan dalam tugas akhir ini, maka didapatkan sistem yang terotomatisasi dengan memperhatikan keefisienan dari segi pembangkitan dan keandalan dari segi tegangan.

(12)

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Jaringan listrik konvensional adalah jaringan listrik yang digunakan saat ini,

dimana pada penggunaanya tidak terlalu memperhatikan efisiensi penggunaan energi

listrik dan kualitas listrik yang diberikan kepada pelanggan. Beberapa masalah dan

kelemahan yang dimiliki jaringan listrik konvensional adalah sebagai berikut :

1. Pembangkitan energi saat ini tidak memperhatikan keefisienan dalam

pengoperasiaan pembangkit – pembangkit yang ada.

2. Sistem kelistrikan saat ini tidak memiliki informasi aliran daya yang pasti.

3. Masyarakat sekarang membutuhkan catu daya dengan kualitas dan

ketersediaan yang tinggi.

4. Belum ekonomisnya mulai dari hal pembangkitan sampai penyaluran tenaga

listrik.

Dengan adanya kekurangan – kekurangan sistem konvensional saat ini, maka

sudah sebaiknya sistem kelistrikan saat ini menggunakan konsep Smartgrid.

Smartgrid merupakan suatu penamaan terhadap suatu sistem kelistrikan dengan

menggunakan kemajuan teknologi , sehingga nantinya didapatkan sistem yang baik

dan efisien dalam pengoperasiannya. Ada beberapa hal yang menjadi tujuan dan

(13)

1. Mengetahui aliran daya secara cepat, dengan menggunakan komunikasi data

yang cepat dan akurat.

2. Mengetahui secara langsung jumlah beban pelanggan, sehingga dapat

direncanakan besar pembangkitan daya yang harus dipenuhi.

3. Melakukan pengontrolan secara otomatis.

4. Dapat merencanakan optimasi terhadap jaringan listrik tersebut.

5. Adanya bagian human interface seperti SCADA, untuk melakukan

monitoring secara langsung dari sistem kelistrikan.

Smartgrid pertama kali dibangun di negara Amerika Serikat tepatnya di kota

Texas, dengan menggunakan smartmeter dan telah menggunakan komunikasi

nirkabel. Penggunaan smartgrid yang terbesar telah digunakan di Italia yang

dikerjakan oleh Enel S.p.A Italia pada tahun 2005. Proyek ini lebih dikenal dengan

nama proyek telegestore yang digunakan untuk komersial dan sudah melayani 27

juta pelanggan. Konsep smartgrid ini juga dapat dibangun di Indonesia, agar sistem

kelistrikan di Indonesia semakin baik untuk kedepannya.

Ada beberapa gabungan sistem yang harus dimiliki smartgrid agar dapat

berjalan dengan baik, yaitu sistem telekomunikasi untuk komunikasi data, sistem

kontrol untuk mengontrol setiap operasi dan sistem kelistrikan itu sendiri. Sebelum

membuat sistem tersebut, maka perlu dilakukan perancangan sistem yang akan

dibuat nantinya . Dalam hal ini software sangat membantu untuk membuat desain

(14)

penulis akan menggunakan software simulink matlab untuk melakukan perancangan

dan simulasi dari sistem smartgrid tersebut.

Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana sistem tenaga listrik di Sumatera Bagian Utara ?

2. Bagaimana sistem kontrol dan apa saja yang dikontrol dari sistem kelistrikan

tersebut?

3. Bagaimana sistem telekomunikasi yang akan dibuat nantinya?

4. Bagaimana perancangan smartgrid atau aplikasi dari gabungan sistem yang

akan dibuat dalam bentuk simulasi agar menyerupai keadaan yang

sebenarnya?

Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk merancang smartgrid

jaringan listrik untuk daerah Sumatera Bagian Utara 150 kV menggunakan simulasi,

agar didapatkan nantinya sistem yang efisien dalam hal pembangkitan energi dan

kualitas yang lebih baik.

Cakupan Masalah

Untuk membatasi materi yang akan dibicarakan pada tugas akhir ini, maka

penulis perlu membuat batasan cakupan masalah yang akan dibahas. Hal ini

(15)

dapat mencapai hasil yang diharapkan. Maka penulis membatasi penulisan Tugas

Akhir ini kepada hal-hal sebagai berikut :

a) Tidak membahas mengenai penjadwalan generator (unit commitment), optimasi

aliran daya, economy dispatch dan optimasi penempatan kapasitor.

b) Pembangkit yang digunakan adalah pembangkit yang terhubung kepada jaringan

transmisi tanpa memperhatikan pemakaian pembangkit terdistribusi. Dalam hal

ini juga, semua pembangkit dalam keadaan baik dan siap digunakan.

c) Sistem kelistrikan Sumatera Bagian Utara yang akan dianalisa dan dirancang

sistem smartgrid-nya .

d) Sistem komunikasi yang digunakan adalah sistem nirkabel ataupun satelit dengan

menggunakan jaringan internet.

Metode Penulisan

Metode yang diterapkan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

a. Studi Literatur

Berupa studi kepustakaan dan kajian dari berbagai sumber pustaka yang relevan

dan mendukung dalam penulisan tugas akhir ini.

b. Pengambilan Data

Berupa pengambilan data, sebagai acuan parameter untuk simulasi dalam

tugas akhir ini.

c. Perancangan Simulasi

(16)

d. Studi Analisis

Melakukan analisa pada kasus permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir.

Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran mengenai tulisan ini, secara singkat dapat

diuraikan sistematika pembahasan sebagai berikut:

Bab I Pendahuluan

Bab ini menguraikan latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan,

batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan.

Bab II Dasar Teori

Pada bab ini akan diuraikan mengenai teori mengenai sistem kelistrikan,

sistem komunikasi dan sistem kontrol yang digunakan, serta teori mengenai

smartgrid jaringan listrik.

Bab III Perancangan Smartgrid Sistem Tenaga Listrik

Bab ini membahas mengenai bentuk, proses atau tahapan – tahapan dalam

perancangan sistem smartgrid jaringan listrik, menggunakan perangkat

lunak matlab.

Bab IV Pengujian dan Hasil Simulasi

Bab ini akan menguji hasil perancangan dari smartgrid jaringan listrik dan

membahas mengenai hasil yang didapatkan dari smargrid jaringan listrik

tersebut.

Bab V Penutup

Bab ini berisikan kesimpulan dan saran dari pembahasan pada bab-bab

(17)

BAB II

DASAR TEORI

Sistem Tenaga Listrik

Sekelompok pusat listrik dan pusat beban (Gardu Induk) yang dihubungkan satu

sama lain oleh saluran transmisi dan melayani beban pada bagian sistem distribusi

disebut dengan sistem tenaga listrik. Dalam sistem tenaga listrik terdapat beberapa

analisis yang umumnya dilakukan, yaitu :

a) Analisis aliran daya. Analisis ini adalah untuk menganalisis sistem dalam

keadaan normal, untuk mendapatkan nilai tegangan, arus, aliran daya

aktif dan reaktif pada sistem tenaga listrik dalam kondisi beban tertentu.

b) Analisis hubung singkat. Analisis ini adalah analisis yang mempelajari

pengaruh arus gangguan hubung singkat yang mungkin mengalir pada

setiap cabang di dalam sistem (di jaringan distribusi, transmisi, trafo

tenaga atau dari pembangkit) sewaktu gangguan hubung singkat yang

mungkin terjadi di dalam sistem tenaga listrik.

c) Analisis stabilitas sistem. Analisis ini adalah analisis yang mempelajari

keadaan sistem dimana terjadi pergeseran besaran listrik berupa

frekuensi, tegangan dan arus pada beberapa pembangkit yang

(18)

Studi Aliran Daya

Studi aliran daya merupakan studi untuk mempelajari aliran daya dalam suatu

sistem tenaga listrik dari suatu titik ke titik yang lain. Tujuan dari studi ini dilakukan

untuk perencanaan dan perancangan kondisi optimal dari sistem dan juga untuk

perencanaan perluasan sistem ke masa yang akan datang.

Hasil yang diperoleh dari studi aliran daya dalam sistem tenaga listrik adalah :

a) Profil tegangan pada setiap gardu induk dan unit pembangkit dalam sistem

tenaga listrik.

b) Gambaran aliran daya yang terjadi dalam saluran transmisi, baik besar daya

aktif dan daya reaktif.

c) Besarnya daya yang dibangkitkan oleh setiap unit pembangkit.

d) Rugi – rugi dalam sistem.

Besaran – besaran yang ingin didapatkan melalui studi aliran daya, didapatkan

pada tiap – tiap bus dalam sistem tenaga listrik. Dalam studi aliran daya terdapat

pengklasifikasian bus ke dalam tiga jenis bus, antara lain

a) Bus referensi (slack bus)

Dalam bus referensi besar tegangan dan sudut fasa diketahui, dan

merupakan sudut referensi bagi tegangan pada sistem tenaga listrik. Bus

referensi berfungsi untuk menyuplai kekurangan daya aktif (P) dan daya

reaktif (Q) pada sistem. Biasanya bus yang dijadikan sebagai bus referensi

(19)

b) Bus beban

Pada bus ini daya aktif dan daya reaktif diketahui, sedangkan tegangan dan

sudut fasa tidak diketahui dan dihitung. Pada bus ini tidak terdapat unit

pembangkit.

c) Bus generator

Pada bus ini daya aktif dan tegangan diketahui, sedangkan daya reaktif dan

sudut fasa tegangan tidak diketahui dan harus dihitung. Bus generator

disebut juga controlled bus dimana pada bus ini pembangkit menyuplai

daya kepada beban lokal dan juga beban disepanjang saluran transmisi.

Jaringan Listrik Sumatera Bagian Utara

Jaringan listrik merupakan suatu sistem kelistrikan, yang dimulai dari

pembangkitan sampai pada penyaluran listrik kepada pelanggan. Sumatera Bagian

Utara terdiri dari dua provinsi, yaitu provinsi Nangroe Aceh Darussalam dan provinsi

Sumatera Utara. Dimana kedua provinsi ini dijadikan dalam satu jaringan kelistrikan

untuk saling berhubungan baik dalam bidang pembangkitan, maupun masalah

penanganan beban.

Ada beberapa jenis pembangkit yang terdapat di SUMBAGUT, antara lain :

PLTA, PLTU, PLTG, PLTGU, PLTD dan PLTP. Seluruh pembangkit akan saling

terkoneksi untuk memenuhi permintaan beban yang ada di SUMBAGUT. Masalah

permintaan beban tersebut harus direncanakan untuk jangka panjang maupun jangka

pendek, agar nantinya seluruh permintaan beban benar – benar dapat terpenuhi. Pada

(20)

saluran distribusinya menggunakan tegangan 20 kV, serta frekuensinya adalah 50 Hz.

Pada Lampiran 1, mengenai diagram satu garis pentransmisian energi SUMBAGUT,

ditunjukkan pada gambar adanya 45 bus yang ada di SUMBAGUT yang terdiri dari

bus generator dan bus beban.

Kelistrikan SUMBAGUT belakangan ini sering terjadi pemadaman bergilir yang

dilakukan PLN, ini diakibatkan kekurangan daya dan tidak adanya energi cadangan

yang dimiliki SUMBAGUT sebagi backup, jikalau ada pembangkit yang harus

dinonaktifkan akibat harus mendapatkan perawatan maupun masalah perbaikan dan

lain - lain. Masalah inilah yang muncul belakangan ini, sehingga sudah waktunya

adanya perencanaan pembangunan pembangkit baru untuk memenuhi permintaan dan

usaha untuk mengefektifkan penggunaan energi yang ada, agar tidak ada energi yang

terbuang percuma secara berlebihan.

Pembangkit Tenaga Listrik

Pengiriman energi yang paling ekonomis, mudah dan aman adalah dengan

mengirimkannya dengan menggunakan energi listrik. Enegi primer baik berbentuk

bahan bakar, hidro, panas dan lain – lain diubah ke dalam bentuk energi listrik[1].

Pembangkit listrik konvensional yang ada saat ini antara lain[1] :

a. Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)

b. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)

c. Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

d. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)

e. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)

(21)

Secara umum semua pembangkit energi listrik memiliki prinsip yang sama

dalam menghasilkan energi listrik, dimana pembedanya adalah dalam proses

mengubah energi awalnya (primer) ke dalam bentuk energi mekanis. Kemudian

energi mekanis akan memutar turbin yang dikopel dengan generator dan dengan

prinsip elektromagnetik, energi tersebut diubah ke dalam bentuk energi listrik.

Namun ada beberapa jenis pembangkit yang tidak mengubah energi primer ke dalam

energi mekanik, melainkan mengubahnya ke dalam bentuk kimia yang dapat

menghasilkan energi listrik.

SUMBAGUT memiliki beberapa jenis pembangkit konvensional yang ada.

Berikut ini akan dijelaskan dari jenis – jenis pembangkit tersebut :

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU).

PLTU adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik dari uap untuk

menghasilkan energi listrik. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini

adalah Generator yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga

kinetik dari uap panas/kering. Pembangkit listrik tenaga uap menggunakan

berbagai macam bahan bakar terutama batu bara dan minyak bakar serta

MFO (Marine Fuel Oil) untuk start up awal. Pada Tabel 2.1 ditampilkan

PLTU yang ada di SUMBAGUT.

Tabel 2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Uap di SUMBAGUT

NO NAMA

PEMBANGKIT LOKASI

JUMLAH

UNIT KAPASITAS

1 PLTU Sicanang Belawan,,Sumatera Utara 4 260 MW

2 PLTU Labuhan

Angin Sibolga ,Sumatera Utara 2 224 MW

(22)

Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG).

PLTG merupakan sebuah pembangkit energi listrik yang menggunakan

peralatan/mesin turbin gas sebagai penggerak generatornya. Turbin gas

dirancang dan dibuat dengan prinsip kerja yang sederhana dimana energi

panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar diubah menjadi

energi mekanis dan selanjutnya diubah menjadi energi listrik atau energi

lainnya sesuai dengan kebutuhannya. Pada Tabel 2.2 ditampilkan PLTG yang

terdapat di SUMABGUT.

Tabel 2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Gas di SUMBAGUT

NO NAMA

Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU).

PLTGU merupakan kombinasi PLTG dengan PLTU. Dalam operasinya, unit

turbin gas dapat dioperasikan terlebih dahulu untuk menghasilkan daya listrik

sementara gas buangnya berproses untuk menghasilkan uap dalam ketel

pemanfaat gas buang. Kira-kira 6 (enam) jam kemudian, setelah uap dalam

ketel uap cukup banyak, uap dialirkan ke turbin uap untuk menghasilkan daya

listrik. PLTGU yang ada di Sumatera Utara adalah PLTGU sicanang yang

memiliki 2 unit pembangkit dengan kapasitas 314,58 MW .

Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD).

PLTD adalah Pembangkit listrik yang menggunakan mesin diesel sebagai

(23)

mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk

memutar rotor generator. Mesin diesel sebagai penggerak mula PLTD

berfungsi menghasilkan tenaga mekanis yang dipergunakan untuk memutar

rotor generator. PLTD yang ada di Sumatera Utara adalah PLTD TITI

KUNING yang terletak di Titi kuning medan johor Medan. PLTD titi kuning

memiliki 6 unit pembangkit dengan kapasitas 24,849 MW. Sementara PLTD

di daerah Aceh adalah PLTD Leung Bata ditambah PLTD sewaan

berkapasitas 197,7 MW dan juga PLTD Cot Trueng berkapasitas 19 MW.

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA).

PLTA adalah pembangkit listrik yang bekerja dengan cara merubah energi air

yang mengalir (dari bendungan atau air terjun) menjadi energi mekanik

(dengan bantuan turbin air) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik

(dengan bantuan generator). Kemudian energi listrik tersebut dialirkan melalui

jaringan-jaringan yang telah dibuat, hingga akhirnya energi listrik tersebut

sampai kepada konsumen. Pada Tabel 2.3 ditampilkan PLTA yang ada di

SUMBAGUT .

Tabel 2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Air di SUMBAGUT

(24)

Smart Grid

Smartgrid adalah suatu konsep dimana pada umumnya bertujuan untuk

mengaplikasikan teknologi dan kemajuannya dalam bidang tenaga listrik untuk

meningkatkan keandalan, meningkatkan efisiensi dan mengurangi biaya. Salah satu

ciri dari smart grid adalah memungkinkan adanya aliran dua arah atas listrik dan

informasi untuk menciptakan sebuah jaringan penyebaran energi listrik yang

terdistribusi secara luas dan terotomasi [2]. Ada beberapa bagian penting

pembentukan suatu konsep smartgrid, yaitu [3] :

a. Bagian Sistem Tenaga

Bagian ini adalah bagian yang ingin dijadikan menjadi suatu konsep pintar

dan otomatis. Dimana sistem tenaga listrik sudah menjadi suatu kebutuhan di

jaman sekarang, sehingga peningkatan kualitas dan efisiensi dari sistem listrik

ini harus diperhatikan . Bagian - bagian dari sistem tenaga listrik adalah

pembangkit, pentransmisian dan pendistribusian sampai kepada konsumen.

b. Bagian Sistem Komunikasi

Bagian ini merupakan sistem yang digunakan untuk saling berkomunikasi,

untuk saling menyampaikan dan menerima data oleh si operator dan peralatan

listrik. Dalam konsep smart grid dibutuhkan sistem komunikasi yang cepat

dan akurat atau secara realtime , sehingga kontrol otomatis maupun manual

yang akan dilakukan nantinya akan berjalan dengan baik dan tepat.

c. Bagian Sistem Kontrol

Bagian sistem kontrol merupakan suatu bagian yang berfungsi untuk

(25)

suatu besaran maupun parameter dari sistem tenaga listrik. Sehingga dibuat

suatu rencana operasi yang telah dikonsep dengan peralatan cerdas, dimana

peralatan tersebut dapat dikontrol baik secara manual maupun otomatis.

Gabungan dari ketiga sistem ini akan menjadikan suatu sistem kelistrikan

dengan konsep smartgrid. Secara sederhana Gambar 2.1 menunjukkan diagram alir

dari sistem smartgrid .

Gambar 2.1 Diagram Alur Konsep Smartgrid Jaringan Tenaga Listrik

Secara umum ada beberapa manfaat yang dapat diperoleh dari konsep smartgrid,

dalam sistem tenaga listrik, hal itu antara lain adalah :

1. Mengetahui aliran daya secara cepat, dengan menggunakan komunikasi data

yang cepat dan akurat.

2. Mengetahui secara langsung jumlah beban pelanggan, sehingga dapat

(26)

3. Melakukan pengontrolan secara otomatis .

4. Dapat merencanakan optimasi terhadap jaringan listrik tersebut.

5. Memiliki sistem proteksi yang handal dan baik.

6. Adanya bagian panel monitoring seperti SCADA, untuk melakukan

monitoring secara langsung dari sistem kelistrikan.

7. Dalam penggunaan pembangkit energi terbarukan, maka penggunaannya

dapat diatur dan dapat mengurangi efek emisi karbon dan lebih ramah

lingkungan.

Komunikasi Data dan Jaringan Komputer

Sistem smartgrid adalah sistem yang mendukung terjadinya komunikasi dua

arah, yang bertujuan untuk monitoring dan melakukan pengontrolan jaringan listrik.

Sistem telekomunikasi jarak jauh dan cepat merupakan sistem yang dibutuhkan

untuk menciptakan konsep ini. Dengan menggunakan komunikasi data yang

didukung perangkat yang canggih dan cepat, maka informasi dapat dikirimkan

dengan sebaik mungkin. Jaringan komputer merupakan pilihan terbaik untuk

menciptakan sistem komunikasi smartgrid jaringan listrik di Sumatera Bagian Utara.

a) Komunikasi Data

Komunikasi data adalah kegiatan untuk memindahkan informasi dari suatu

tempat ke tempat yang lain, sehingga dibutuhkan suatu alat komunikasi untuk

(27)

pengiriman pesan, komunikasi dibagi atas dua jenis, yaitu sistem satu arah (simplex)

dan sistem dua arah (duplex). Sistem satu arah merupakan sistem yang hanya

mengirimkan pesan, tanpa harus mendapat respon dari penerima pesan. Sedangkan

sistem dua arah adalah sistem komunikasi yang mengirimkan pesan kepada

penerima, dan penerima juga memberikan respon kepada pengirim pesan [4].

Komunikasi data yang baik dan benar, harus memiliki beberapa elemen yang

dibutuhkan untuk melakukan komunikasi, elemen – elemen tersebut adalah sebagai

berikut [5] :

• Source

Source merupakan peralatan yang menghasilkan data untuk nantinya

ditransmisikan.

• Transmitter

Transmitter adalah peralatan yang mengirimkan pesan dari sumber data,

dimana untuk pengiriman data jarak jauh biasanya data yang dihasilkan oleh

sumber akan diubah ke dalam sinyal elektromagnetik, agar nantinya data

tersebut dapat ditransmisikan melalui sistem transmisi tersebut.

• Transmission System

Transmission System adalah media transmisi yang digunakan untuk

menghubungkan antara sumber informasi sampai kepada tujuan pengiriman.

• Receiver

Receiver adalah peralatan yang menerima sinyal dari transmission system dan

mengubahnya ke dalam bentuk yang dapat dibaca atau dimengerti oleh

(28)

• Destination

Destination adalah peralatan yang menerima data dari receiver.

Source Transmitter Transmission

System Receiver Destination

Gambar 2.2 Blok Diagram Sistem Komunikasi Data

Gambar 2.2 menunjukkan secara sederhana bagaimana hubungan antara

elemen – elemen yang mendukung komunikasi data. Dalam pengiriman data saat

ini, pengiriman informasi juga dilakukan dengan cara mengubah sinyal analog

ke dalam bentuk sinyal digital yang biasanya berbentuk text code, seperti data

binary. Hal ini dilakukan karena sinyal digital memiliki keuntungan saat

ditransmisikan, yaitu karena sinyal digital berbentuk text code seperti angka

biner yang hanya terdiri dari 0 dan 1, sehingga sinyal digital tidak terlalu

terpengaruh terhadap gangguan – gangguan pada saat pentransmisian data [5].

Alat yang mengubah sinyal analog ke dalam bentuk sinyal digital disebut dengan

codec atau yang sekarang banyak dikenal dengan nama modem.

Media transmisi juga merupakan elemen yang sangat penting dalam

komunikasi. Media transmisi dibagi dua jenis, yaitu melalui kawat atau kabel

dan tanpa kabel. Beberapa jenis media komunikasi menggunakan kawat, antara

lain kabel koaxial, twisted pair dan serat optik. Sedangkan untuk jenis tanpa

(29)

GHZ atau biasa disebut microwave frequencies. Peralatan yang mendukung

komunikasi wireless ini, antara lain antena, radio dan satelit.

b) Jaringan Komputer

Jaringan komputer merupakan gabungan dari beberapa komputer, yang dapat

saling terhubung dan bertukar informasi dengan menggunakan suatu sistem

komunikasi. Hal ini dilakukan agar dapat berkomunikasi baik dalam area yang besar

maupun kecil dengan cepat , maupun penggunaan peralatan atau perangkat yang

dapat digunakan secara bersama – sama. Bentuk dari jaringan ini disebut dengan

topologi jaringan, dimana ada beberapa jenis topologi jaringan yang digunakan saat

ini, antara lain :

a. Topologi Linear Bus

Topologi ini menghubungkan setiap komputer ke dalam suatu media

transmisi yang biasanya menggunakan kabel. Seluruh informasi akan

disalurkan melalui satu saluran transmisi, sehingga kemungkinan tabrakan

informasi dapat terjadi pada jenis topologi ini.

b. Topologi Star

Topologi ini memiliki satu titik pusat yang disebut dengan hub atau router,

dimana seluruh komputer terhubung secara radial kepada hub. Semua

informasi akan melalui hub pertama kali agar sampai kepada komputer yang

lain. Topologi ini biasanya menggunakan kabel twisted pair, koaxial dan

(30)

c. Topologi Tree

Topologi ini merupakan kombinasi dari topologi linear bus dengan topologi

star. Topologi ini terdiri dari beberapa topologi star yang dihubungkan

dengan kabel utama untuk menghubungkan seluruh komputer.

d. Topologi Ring

Topologi ini biasanya membutuhkan hub khusus yaitu Multistation Acess

Unit dan adapter ethernet.

Jaringan komputer dapat dihubungkan oleh beberapa media transmisi, antara

lain kabel dan tanpa kabel. Jaringan ini dapat berupa LAN (local area network),

WAN (wide area network) dan jaringan internet. LAN biasanya digunakan pada area

yang kecil seperti sebuah gedung perkantoran, bedanya dengan jaringan WAN area

jaringannya lebih luas daripada LAN. Sedangkan internet merupakan suatu jaringan

yang sangat luas, dimana bisa dikatakan gabungan dari beberapa personal computer

ataupun LAN yang dihubungan dalam satu jaringan WAN, kemudian beberapa

jaringan WAN tersebut dihubungkan satu sama lain. Pada jaman sekarang provider

komunikasilah yang memberikan layanan ini agar seluruh perangkat dapat

terhubung.

Jaringan komputer menggunakan sebuah aturan prosedur komunikasi yang

disebut dengan protokol. Protokol berfungsi untuk mengontrol komunikasi dan

transfer data dari beberapa komputer yang tergabung di dalamnya. Suatu protokol

secara umum terdiri dari tujuh lapisan, yang memiliki fungsi yang berbeda – beda,

(31)

a. Lapisan pertama (Phisical) untuk mendefenisikan standart fisis jalur

komunikasi, seperti arus, tegangan konektor dan teknik modulasi.

b. Lapisan kedua (Data Link) untuk membagi data ke dalam format paket yang

sudah ditentukan untuk dikirimkan nantinya.

c. Lapisan ketiga (Network) untuk menentukan alur pengiriman data dari sebuah

terminal ke terminal lainnya.

d. Lapisan keempat (Transport) untuk menjaga jalur komunikasi bebas

gangguan, serta memeriksa urutan data.

e. Lapisan kelima (Session) untuk menerjemahkan alamat pengirim dan

penerima, serta menentukan saat mengirim ataupun mengakhiri pengiriman.

f. Lapisan keenam (Presentation) untuk menerjemahkan data yang akan dikirim

ke dalam kode – kode yang telah ditetapkan.

g. Lapisan ketujuh (Aplication) untuk menangani penggunaan program utilitas

untuk jaringan komunikasi data.

Power Meter dan Remote Terminal Unit (RTU)

Power meter adalah peralatan listrik yang dapat mengukur dan menunjukkan

kualitas listrik, yaitu data tegangan, arus dan daya dari sistem yang diukur. Power

meter ini akan mengubah sinyal analog besaran – besaran listrik ke dalam data yang

dapat dibaca oleh sebuah perangkat komputer.

RTU adalah suatu alat yang terdiri dari suatu power meter yang dapat

(32)

memiliki aplikasi dalam hal menyimpan data dari event yang terjadi, dan juga

memiliki aplikasi dalam sistem komunikasi. Pengoperasian sistem kontrol RTU

hampir sama dengan pengaturan PLC (Programable Logic Control). Sehingga secara

umum fungsi dari RTU adalah :

a. Telemetering untuk mengukur besaran – besaran listrik pada sistem atau

peralatan yang diukur.

b. Telesignal untuk memberikan informasi dari peralatan dan sistem, melalui

saluran komunikasi.

c. Telekontrol untuk melakukan pengontrolan terhadap peralatan – peralatan

yang dikontrol.

RTU Dalam konsep smartgrid, RTU merupakan alat yang paling dibutuhkan

dan memiliki beberapa fungsi, terutama dalam pengontrolan sehingga operasi dalam

konsep smartgrid dapat dilaksanakan dengan baik. Secara sederhana blok diagram

dari RTU sederhana adalah seperti gambar berikut ini :

(33)

Besaran listrik dideteksi oleh alat ukur, kemudian rectifier mengubah besaran

tersebut dalam bentuk besaran yang lebih kecil. Kemudian mikrokontroler akan

mengubah sinyal analog menjadi digital, agar nantinya data dapat ditransmisikan

(34)

BAB III

PERANCANGAN SMARTGRID SISTEM TENAGA LISTRIK

Skema Sistem Smartgrid

Dalam perancangan smartgrid sistem tenaga listrik SUMBAGUT 150 kV ini,

ada beberapa sistem yang akan digabungkan dan akan menjalankan fungsinya

masing – masing. Sistem tersebut antara lain adalah sistem tenaga listrik, sistem

komunikasi dan sistem kontrol. Selain itu sistem smartgrid ini juga memiliki panel

monitoring, yang menunjukkan besar daya beban, tegangan dan arus pada tiap – tiap

gardu beban. Gambar 3.1 akan menunjukkan gambaran dari smartgrid sistem tenaga

listrik.

(35)

Gambar 3.1 menjelaskan bahwa terdapat satu pusat data dan kontrol, untuk

seluruh operasi kelistrikan yang ada. Seluruh pembangkit dilengkapi dengan RTU

(Remote Terminal Unit), yang digunakan sebagai pengukur besaran – besaran listrik

dan pengontrol operasi yang ada di dalam pembangkit. Kemudian pada gardu –

gardu induk dipasang sebuah Power Meter, yang berfungsi untuk membaca

tegangan, arus dan daya beban setiap gardu. Setiap RTU dan Power Meter akan

terhubung kepada pusat data, yaitu komputer yang berada pada setiap gardu ataupun

pembangkit. Dimana disinilah didapatkan data seluruh beban dan pembangkit yang

nantinya akan dikirimkan kepada Pusat data dan kontrol, kemudian informasi

tersebut akan ditunjukkan dalam Panel Monitoring yang berada pada pusat data dan

kontrol.

Perancangan Sistem Komunikasi

Sistem komunikasi dalam smartgrid digunakan untuk mendapatkan informasi

aliran daya dari setiap pembangkit dan gardu secara cepat dan tepat. Sistem

komunikasi juga digunakan untuk menyampaikan sinyal kontrol dalam pengontrolan

operasi sistem tenaga listrik. Informasi setiap gardu dan pembangkit dapat digunakan

untuk monitoring kualitas listrik operasi sistem tenaga listrik SUMBAGUT. Selain

untuk monitoring dan kontrol, informasi tersebut juga dapat digunakan untuk rencana

ke depan dalam pelayanan listrik yang jauh lebih baik.

Sistem komunikasi yang akan digunakan adalah menggunakan jaringan

komputer, yaitu internet. Hal ini dengan pertimbangkan akibat luasnya area seluruh

(36)

membangun sistem komunikasi ini adalah berupa komputer yang memiliki terhubung

dengan jaringan internet.

Dalam hal ini protokol dari jaringan internet ini sangat berpengaruh terhadap

jalannya sistem komunikasi yang akan dibuat. Pada umumnya sistem operasi yang

dimiliki oleh suatu perangkat komputer, sudah memiliki protokol jaringan masing –

masing. Perencanaan protokol yang akan digunakan adalah protokol TCP/IP

(Transmission Control Protokol / Internet Protocol) dengan transport layer UDP

(User data Protocol), dengan pertimbangan sebagai berikut :

1. TCP/IP adalah protokol yang dirancang untuk melingkupi area antar jaringan

yang besar pada hubungan area jaringan yang luas[4].

2. UDP bersifat connection-less oriented, yang berarti pesan atau informasi

yang akan dikirimkan, tanpa harus melalui proses konfirmasi antar komputer

yang akan bertukar informasi. Ini cocok pada smartgrid jaringan listrik yang

memiliki sistem monitoring yang melakukan pertukaran data yang berubah –

ubah setiap waktu. UDP juga merupakan jenis protokol yang mengutamakan

kecepatan yang biasanya digunakan pada fasilitas realtime[7].

3. UDP biasanya digunakan ketika jumlah data yang akan ditransfer kecil[4].

TCP/IP merupakan pengembangan jaringan yang dilakukan oleh DARPA agen

Amerika Serikat. TCP/IP merupakan protokol yang hanya memiliki empat lapisan,

yaitu : Aplikasi, Transport, Internet dan Interface jaringan (physical layer), lapisan

(37)

umumnya dimiliki oleh protokol adalah lapisan internet (IP), yang berfungsi untuk

pembuatan alamat, pengepakan data dan pencarian arah (routing).

UDP merupakan bagian lapisan transport dari protokol TCP/IP, dimana UDP

akan membuat komunikasi yang bersifat connection-less oriented. Pesan – pesan

yang akan dikirimkan melalui protokol UDP akan dilakukan pengepakan, setelahnya

akan dikirimkan ke dalam lapisan IP, yang menambahkan header IP. Kemudian

untuk memastikan pesan yang akan dikirim akan sampai, maka sebuah lapisan

aplikasi harus menyediakan alamat IP dan nomor UDP port dari komputer pusat

yang akan dikirimkan pesan dan begitu juga sebaliknya dari komputer pusat kepada

komputer client. Seluruh data akan dikirimkan dan diterima melalui lapisan interface

jaringan internet dengan menggunakan modem.

(38)

Perancangan Sistem Kontrol dan Automasi

Pada perancangan sistem kontrol dan automasi, sistem kontrol yang akan dibuat

adalah sistem kontrol terhadap pembangkit – pembangkit yang akan beroperasi untuk

menyuplai daya kepada beban – beban di seluruh jaringan listrik. Perangkat dan

peralatan yang akan digunakan dalam sistem kontrol ini adalah perangkat komputer

dan RTU (remote terminal unit). Dimana perangkat – perangkat ini akan saling

berhubungan dan berkomunikasi untuk mengoperasikan pembangkit yang akan

dijalankan.

Cara kerja dan pengaturan RTU dalam pengontrolan, hampir sama dengan

penggunaan PLC (Programable Logic Control). Dimana RTU akan memberikan

sinyal kontrol terhadap pembangkit, apabila parameter – parameter yang menjadi

acuan RTU sudah sesuai dengan yang diperintahkan. Parameter – parameter yang

menjadi acuan pengoperasian dari pembangkit ada dua macam, yaitu berdasarkan

daya beban dan berdasarkan batas tegangan yang dianjurkan.

Secara sederhana penjabaran dari sistem kontrol smartgrid jaringan listrik

SUMBAGUT 150 kV adalah sebagai berikut :

1. Setiap pembangkit memiliki skala prioritas dalam pembangkitan, dimana

pertimbangan ini berdasarkan waktu start pembangkit, biaya pengoperasian

pembangkit dan jumlah daya yang dapat dibangkitkan.

2. Data seluruh beban dari setiap gardu yang disampaikan kepada pusat data

dan kontrol, akan disampaikan juga kepada setiap pembangkit.

3. Data seluruh tegangan dari setiap gardu yang disampaikan kepada pusat

(39)

4. Setiap RTU pada pembangkit di-setting apabila data beban menunujukkan

besar tertentu, yang sesuai dengan setting-an dari RTU, maka RTU akan

memberi sinyal agar pembangkit beroperasi.

5. Data tegangan yang dikirimkan juga kepada RTU setiap pembangkit, juga

mempengaruhi pengoperasian pembangkit dan tetap berjalan sesuai skala

prioritas. Jika data tegangan menunjukkan kurang dari batas tegangan yang

di-setting pada RTU, maka pembangkit yang berikutnya akan beroperasi.

Pembangkit memiliki skala prioritas dalam penyalaannya, ini

dipertimbangkan oleh beberapa faktor yang dijelaskan pada Lampiran 3. Tabel 3.1

menunujukkan urutan pengoperasian generator berdasarkan prioritas penyalaan :

Tabel 3.1 Urutan Prioritas Pengoperasian Pembangkit

NO. URUTAN

9 43 Sipansipahoras 1 PLTA SIPANSIPAHORAS 1

10 44 Sipansipahoras 2 PLTA SIPANSIPAHORAS 2

11 21 Renun PLTA RENUN

(40)

Sambungan Tabel 3.1

Sistem jaringan listrik SUMBAGUT yang akan digunakan adalah jaringan listrik

yang sudah ada. Dimana pada tugas akhir ini jaringan listrik SUMBAGUT 150 kV

akan disimulasikan ke dalam software simulink matlab. Parameter dan data – data

yang didapatkan dari PLN pada tanggal 28 Oktober 2013, data yang dibutuhkan

dalam simulasi ini adalah, sebagai berikut :

1. Diagram satu garis jaringan transmisi SUMBAGUT 150 kV.

Diagram satu garis merupakan diagram yang menunjukkan letak dari suatu

pembangkit, gardu dan beban dan hubungannya masing – masing dalam suatu

jaringan listrik. Dalam Lampiran 1, akan ditunjukkan diagram satu garis dari

saluran transmisi SUMBAGUT 150 kV.

2. Data pembangkit,

Data pembangkit berupa data kapasitas yang dimiliki setiap pembangkit. Data

pembangkit di-SUMBAGUT pada jaringan transmisi 150 kV akan

(41)

Tabel 3.2 Data Pembangkit di Sumatera Bagian Utara

Data ini merupakan data panjang saluran yang menghubungkan antara gardu

– gardu dan pembangkit di SUMBAGUT 150 kV. Data panjang saluran

(42)

4. Besar impedansi saluran transmisi SUMBAGUT.

Data ini berupa data impedansi dari setiap saluran, baik itu resistansi,

induktansi dan kapasitansi dari setiap saluran transmisi. Data ini ditampilkan

pada Lampiran 3.

5. Data daya beban setiap gardu

Data ini berupa data beban maksimum dari setiap bus beban pada tanggal 08

maret 2013. Data daya beban berupa daya aktif dan daya reaktif setiap bus

beban jaringan 150 kV, yang ada di SUMBAGUT. Keadaan beban

SUMBAGUT akan ditunjukkan pada grafik di bawah ini. Bidang horizontal

pada Gambar 3.3 merupakan penomoran untuk gardu – gardu yang ada di

SUMBAGUT, yang ditunjukkan pada Lampiran 3.

(43)

Seluruh data ini akan digunakan sebagai parameter dalam simulasi untuk

mendapatkan aliran daya pada jaringan listrik. Dengan mendapatkan aliran daya ini

maka data tegangan, arus dan daya pada setiap gardu akan didapatkan. Data setiap

gardu dan pembangkit akan dibaca suatu alat yang bernama smartmeter, baik itu

power meter ataupun RTU. Alat ini digunakan agar nantinya data dan informasi yang

didapatkan dapat dikirimkan melalui jaringan komputer. Kemudian seluruh sistem

yang sudah dirancang, akan disatukan menjadi sebuah sistem untuk mendapatkan

sistem smartgrid jaringan listrik. Gambar 3.3 menunjukkan diagram alir dari

(44)

(45)

BAB IV

PENGUJIAN DAN HASIL SIMULASI

Tampilan Sistem Smartgrid dan Panel Monitoring

Simulasi dengan simulink matlab dilakukan dengan beberapa gabungan sistem

seperti yang sudah dibahas pada bab – bab sebelumnya, yaitu sistem listrik,

komunikasi dan sistem kontrol. Dalam sistem kelistrikan pada simulink terdapat

beberapa komponen yang digunakan, antara lain generator, bus, beban, saluran

transmisi dan alat ukur listrik. Tampilan sistem kelistrikan SUMBAGUT 150 kV

dalam simulink akan ditunjukkan pada Lampiran 1.b .

Sistem komunikasi di dalam simulink ini, terdiri dari beberapa komponen

penting, antara lain adalah smartmeter, analog to digital converter (ADC) yaitu

komputer dan alat penghubung ke jaringan internet. Gambar 4.1 merupakan

komponen sistem komunikasi yang terdapat pada bagian bus beban yang terdiri dari

smartmeter, ADC dan sebuah port komunikasi penghubung ke jaringan internet

untuk mengirimkan informasi kepada pusat data dan monitoring.

(46)

Gambar 4.2 merupakan komponen sistem komunikasi pada bus generator,

dimana terdapat RTU yaitu control dan juga port komunikasi yang menghubungkan

ke dalam jaringan internet untuk mengirimkan dan menerima informasi. Pada pusat

data dan monitoring terdapat port komunikasi untuk menerima informasi dari setiap

pembangkit dan juga mengirimkan data kepada sistem kontrol pada pembangkit.

Gambar 4.2 Sistem Komunikasi Pada Bus Generator

Sistem kontrol yang terdapat dalam simulasi terdiri dari beberapa komponen,

seperti gerbang logika, relay dan pengirim data yang digabungkan dalam satu block

subsystem control. Gambar 4.3 merupakan sistem kontrol pada bus generator dan

beberapa komponen yang dijadikan block subsytem.

(47)

Panel monitoring merupakan sebuah panel yang dibangun, untuk menampilkan

data – data dari setiap gardu maupun pembangkit. Data – data itu diantaranya adalah

besar tegangan, arus, daya aktif daya reaktif dan indikator yang menunjukkan

beroperasinya suatu pembangkit. Melalui panel monitoring ini, maka seluruh gardu

dan pembangkit akan dapat diamati secara realtime.

Gambar 4.4 menunjukkan tampilan data yang ditunjukkan oleh beberapa gardu

yang terdapat pada panel monitoring. Pada panel gardu ini, ditunjukkan data

tegangan pada bus beban, arus pada bus beban, kemudian daya aktif dari beban

keseluruhan gardu tersebut dan daya reaktif beban gardu.

Gambar 4.4 Tampilan Data Gardu Pada Panel Monitoring

Gambar 4.5 menunjukkan tampilan data yang ditunjukkan oleh beberapa

pembangkit yang terdapat pada panel monitoring. Pada panel pembangkit ini,

ditunjukkan data tegangan pada bus generator, arus pada bus generator, kemudian

daya aktif dan daya reaktif yang ditopang bus generator, serta lampu indikator

(48)

pembangkit sedang tidak beroperasi dan lampu hijau menandakan bahwa pembangkit

sedang beroperasi.

Gambar 4.5 Tampilan Data Pembangkit Pada Panel Monitoring

Tampilan panel monitoring secara keseluruhan akan ditampilkan dalam

Lampiran 4, yang menunjukkan panel untuk mengamati gardu dan untuk mengamati

pembangkit.

Pelaksanaan Sistem Kontrol untuk Optimasi Daya dan Tegangan

Simulasi smartgrid dijalankan sesuai dengan sistem kontrol yang dijelaskan

pada bab sebelumnya. Dimana untuk menunjukkan apakah sistem berjalan dengan

baik, maka akan dibuat percobaan dengan mengubah parameter daya beban pada

setiap gardu. Kemudian akan diamati apakah sistem kontrol berjalan dengan baik

untuk sesuai dengan parameter daya dan parameter tegangan.

Untuk masalah optimasi penggunaan daya, sudah dijelaskan pada bab

sebelumnya. Sistem kontrol dalam optimasi tegangan, direncanakan menggunakan

(49)

yang mendapatkan tegangan yang tidak sesuai standard, yaitu dibawah 10% tegangan

nominal, dimana keadaan bus pada beban puncak dan seluruh pembangkit sudah

beoperasi . Penempatan kapasitor adalah pada gardu beban, bukan pada saluran

transmisi, ini dikarenakan adanya pertimbangan sebagai berikut :

1. Sulitnya konstruksi kapasitor dan kontrol pada saluran transmisi 150 kV.

2. Pengontrolan pada gardu lebih mudah, karena sudah adanya jaringan internet

pada setiap gardu.

3. Suplai tegangan untuk RTU dalam pengontrolan kapasitor pada gardu lebih

mudah didapatkan. Sedangkan pada saluran harus menyediakan transformator

khusus untuk mendapatkan suplai tegangan yang sesuai dengan RTU dan

sistem kontrol lainnya.

Setelah selesai dari tahap perancangan, maka simulasi dijalankan untuk

mendapatkan data – data tegangan tiap gardu, data daya beban dan data pembangkit

yang beroperasi. Berdasarkan data beban yang didapatkan dari PLN, maka simulasi

dilakukan pada beban - beban berurut dari 10%, 20%, 30%, 40% sampai dengan

100% beban puncak. Hal ini dilakukan untuk mengetahui apakah sistem berjalan

dengan baik dan mengetahui keaadaan sistem jika daya beban berubah – ubah.

Data pembangkit dan gardu pada berbagai jenis beban, seperti yang dijabarkan

sebelumnya akan ditampilkan pada Lampiran 5. Tabel 4.1 menunjukkan pada beban

puncak seluruh pembangkit telah beroperasi namun masih ada gardu yang mendapat

tegangan di bawah standard. Untuk mengoptimalkan tegangan pada setiap bus beban,

(50)

maka sebuah kapasitor pintar ditempatkan pada Gardu Kisaran. Penempatan pada

gardu Kisaran dikarenakan adanya penurunan tegangan yang derastis, yaitu pada

gardu Kuala Tanjung bus beban menunjukkan tegangan pada 149,996 kV, namun

pada gardu Kisaran bus beban menunjukkan tegangan pada 139,683 kV, sehingga

pada gardu Rantau Prapat tegangan pada bus beban hanya mencapai 134,842 kV.

Tabel 4.1 Keadaan Pembangkit Pada Beban Puncak

NO. BUS NAMA Pembangkit Keadaan

1 PLTA SIPANSIPAHORAS 1 ON

4 PLTA SIPANSIPAHORAS 2 ON

13 PLTU LABUHAN ANGIN ON

4 KUALA TANJUNG (INALUM) ON

Pemilihan besar kapasitor yang akan digunakan pada gardu Kisaran adalah

sebagai berikut ini :

• Data Saluran Gardu Kisaran ;

(51)

Q = 240135903 VAR

• Untuk pengoptimalan tegangan, kita memilih Cosφ = 0,8 maka :

Untuk Cosφ = 0,8 maka φ2 = 36,870

(tan φ1 - tan φ2) = 2,194 - 0,75 = 1,444

Qc = W x (tan φ1 - tan φ2) (4.3)

= 78151883,27 x 1,444 = 112851319,4 VAR

• Untuk besar kapasitor yang dibutuhkan adalah :

(52)

Dengan penggunaan kapasitor pada gardu Kisaran , maka dalam keadaan beban

puncak seluruh bus beban mendapatkan tegangan yang sesuai dengan standard yang

ditentukan. Data daya beban dan tegangan pada beban puncak ditampilkan dalam

Lampiran 5. Bus beban pada gardu Rantau prapat yang tadinya mendapatkan

tegangan sebesar 134,842 kV menjadi 139,041 kV.

Analisa Daya dan Tegangan Pada Simulasi

Dalam simulasi smartgrid SUMBAGUT 150 kV, dilakukan percobaan dengan

berbagai besar daya beban, untuk menunjukkan apakah smartgrid dapat berjalan

dengan baik. Data daya pembangkit, akan dianalisa berapa daya yang berlebih saat

penggunaan sistem smartgrid tersebut dalam keadaan beban tertentu. Data tegangan

juga akan menunjukkan, apakah sistem dapat dikatakan berjalan dengan kualitas

yang baik. Tabel 4.2 akan ditunjukkan besar daya yang dihasilkan pembangkit

untuk variasi besar daya beban, mulai dari 10% sampai dengan beban puncak

(100%).

Tabel 4.2 Data Daya Pembangkitan dan Daya Beban

(53)

Pada Tabel 4.2 ditunjukkan besar daya yang dihasilkan oleh pembangkit

dalam berbagai keadaan beban. Terlihat juga bahwa daya terpasang tidak sama besar

dengan daya beban pada setiap gardu, ini disebabkan adanya rugi – rugi daya yang

terjadi pada saluran. Terpenuhinya daya beban pada setiap bus beban, ditandai

dengan terpenuhinya standard tegangan pada setiap bus beban. Namun pada beban

puncak, sistem harus menggunakan kapasitor karena kurangnya daya yang

dibangkitkan untuk memenuhi permintaan beban. Pada Lampiran 5, akan

ditunjukkan besar tegangan pada keadaan penggunaan kapasitor dan tegangan tanpa

menggunakan kapasitor dalam keadaan beban puncak.

Pada keadaan 10% beban puncak, hanya terdapat 2 pembangkit yang

beroperasi dari seluruh pembangkit yang ada. Secara lebih terperinci ditunjukkan

Lampiran 5 dengan daya terpasang sebesar 216,42 MW. Gambar 4.6 merupakan

grafik tegangan setiap gardu dalam keadaan beban 10% beban puncak, terlihat

bahwa semua bus beban pada gardu mendapatkan tegangan yang sesuai standard.

Tegangan tertinggi yang terdapat pada bus beban adalah 149,999 kV dan tegangan

(54)

terendah yang terdapat pada bus beban adalah 138,943 kV.

Gambar 4.7 Profil Tegangan Bus Beban pada 20% Beban Puncak

(55)

(56)

(57)

Pada keadaan 70% beban puncak, seluruh pembangkit beroperasi. Secara

lebih terperinci ditunjukkan Lampiran 5 dengan daya terpasang sebesar 1479,7 MW.

Gambar 4.12 merupakan grafik tegangan setiap gardu dalam keadaan beban 70%

beban puncak, terlihat bahwa semua bus beban pada gardu mendapatkan tegangan

yang sesuai standard. Tegangan tertinggi yang terdapat pada bus beban adalah

149,999 kV dan tegangan terendah yang terdapat pada bus beban adalah 139,321 kV.

(58)

149,999 kV dan tegangan terendah yang terdapat pada bus beban adalah 137,788 kV.

(59)

Pada keadaan 100% beban puncak, seluruh pembangkit yang ada sudah

beroperasi. Namun karena kurangnya daya yang dapat dibangkitkan untuk

menanggulangi beban yang ada di SUMBAGUT, mengakibatkan terdapat tegangan

yang tidak mencapai standard pada gardu Rantau Prapat. Penggunaan kapasitor pada

gardu Kisaran menjadi solusi yang digunakan untuk menanggulangi hal ini.

Pemilihan penempatan kapasitor pada gardu Kisaran sudah dijelaskan pada bab

sebelumnya. Pada Gambar 4.15 menunjukkan grafik tegangan dalam keadaan 100%

beban puncak dengan penggunaan kapasitor, terlihat bahwa semua bus beban pada

gardu mendapatkan tegangan yang sesuai standard. Tegangan tertinggi yang terdapat

pada bus beban adalah 149,999 kV dan tegangan terendah yang terdapat pada bus

(60)

(61)

BAB V

PENUTUP

Kesimpulan

Setelah melakukan perancangan sistem smartgrid jaringan listrik SUMBAGUT

150 kV, maka penulis dapat mengambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Pada percobaan 10 % beban puncak terdapat terdapat 2 pembangkit yang

4. Penggunaan kapasitor pada gardu Kisaran sebesar 112851319,4 VAR dalam

keadaan 100% beban puncak, dapat menanggulangi keadaan tegangan yang di

bawah standard pada gardu Rantau Prapat, yaitu dari 134,842 kV menjadi

139,041 kV.

5. Tegangan terbesar gardu dalam percobaan sistem smartgrid, dalam berbagai

besar daya beban adalah 149,999 kV pada bus generator dan tegangan

terkecil adalah 135,581 kV pada gardu Rantau Prapat pada keadaan 95% beban

(62)

6. Melalui rancangan prioritas penggunaan pembangkit smartgrid jaringan listrik

Sumatera Bagian Utara, didapatkan persen rugi – rugi terbesar pada jaringan

adalah pada keadaan 95 % beban puncak yaitu sebesar 17,65% dari daya yang

dibangkitkan, sedangkan persen rugi – rugi jaringan terkecil adalah pada

keadaan 10 % beban puncak yaitu sebesar 12,64% dari daya yang

dibangkitkan.

Saran

Adapun saran dalam tugas akhir ini adalah :

1. Untuk penelitian berikutnya penggunaan sistem smartgrid dapat digunakan

juga dalam jaringan distribusi, untuk menghasilkan sistem yang efisien dan

terkendali, dimana dengan menyangkut pautkan juga penggunaan pembangkit

terdistribusi dan energi terbarukan.

(63)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Zuhal, 1986. Dasar Tenaga Listrik, cetakan ketiga, terbitan kedua, Penerbit

ITB, Bandung.

[2] Atmaja, Tinton Dwi dan Dadan Ridwan Saleh. 2011, Cloud Computing untuk

Mendukung Aplikasi Smart Grid. e-Indonesia Initiative 2011 (eII2011)

Konferensi Teknologi Informasi dan Komunikasi untuk Indonesia Bandung,

14-15 juni 2011 .

[3] Muqorobin, Anwar , Pingkan Andrea Logahan dan Muhammad Ikhsan.

2011, Smart Grid untuk Jaringan Listrik Masa Depan. Pasca Sarjana Teknik

Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung.

[4] Sugiono, Djoko. 2013 , Komunikasi Data & Interface. Kementrian Pendidikan

dan Kebudayaan, Malang : vedcmalang .

[5] Stallings, William. 2007 , Data and Computer Communications. Eight Edition

Upper Saddle River, New Jersey.

[6] Iskandar, Dadang . 2011, Sistem Informasi Gardu Induk dan Gardu distribusi

PLN. Seminar Nasional Informatika 2011 (semnasIF2011) ISSN : 1979-2328

UPN “Veteran” Yogyakarta , 2 Juli 2011 .

[7] Supriyanto. 2013 , Jaringan Dasar 2. Kementrian Pendidikan dan

Kebudayaan, Malang : vedcmalang .

(64)

Sistem Kelistrikan Sumatera Bagian Utara 150 kV

1.a) One Line Diagram Sistem Kelistrikan Sumatera Bagian Utara 150 kV

(65)

Tampilan Sistem Kelistrikan Sumbagut 150 Kv dalam Simulink

(66)

(67)

3.Area Tualang Cut dan P. Brandan

(68)

(69)

(70)

(71)

8.Area Glugur dan Namorambe

(72)

(73)

12.Area Tarutung

(74)

(75)

16.Area Tebing Tinggi

(76)

18.Area KIM

(77)

20.Kuala Namu

(78)