Optimasi Penentuan Lokasi Pemasangan Static Var Compensator(SVC) Pada Sistem Transmisi Sumbagut 150 Kv Berbasis Metode Genetic Algorithm

DAFTAR PUSTAKA

[1] Penangsang, Otoseno, “Analisis Aliran Daya pada Sistem Tenaga Listrik”, ITS Press, 2012.

[2] R. Sheeba, Dr. M. Jayaraju, “Identificiation of Optimal location of SVC

through Artificial Intelligence Techniques”, IEEE, 2011.

[3] Padiyar K.R, “FACTS Controllers in Power Transmission and Distribution”,

New Age International Limited Publishers, 2007.

[4] I. Robandi, “Desain Sistem Tenaga Modern”, Penerbit Andi Offset, Yogyakarta, 2006, p.434.

[5] Arismunandar, Artono, “Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik”, PT Pradnya Paramita, Jakarta, 2001.

[6] P. Kundur, N.J. Balu, M.G. Lauby, “Power System Stability and Control”,

McGraw-Hill, Inc., New York, 1994, p.1176.

[7] L. Davis. Handbook of Genetic Algorithms. New York: Van Nostrand. 1991. [8] E.Goldberg. Genetic Algorithm in Search, Optimization, and Machine

Learning. Reading, MA: Addison-Wesley. 1989.

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

Kegiatan tugas akhir ini akan dilakukan pada jaringan listrik Sumatera Bagian Utara 150 KV yang meliputi provinsi Nanggroe Aceh Darussalam dan Sumatera Utara, yang dikoneksikan perangkat elektronika daya SVC. Penelitian ini dilakukan dalam kurun waktu Agustus hingga Desember 2015.

3.2 Bahan dan Peralatan

Bahan yang digunakan pada penelitian tugas akhir ini adalah :

1. Data Generator bus, load bus, data saluran transmisi PLN Sumbagut 150 KV yang diperoleh dari PT PLN (Persero).

2. Software Program ETAP dan MATLAB.

Simulasi aliran daya menggunakan software ETAP dan metode yang digunakan untuk meneliti lokasi optimum pemasangan SVC dengan metode Algoritma Genetika disimulasikan di Matlab.

3.3 Variabel yang Diamati

Variabel yang di amati pada penelitian tugas akhir ini adalah nilai perubahan aliran daya setelah dipasang SVC (daya reaktif), nilai profil tegangan, faktor daya serta nilai rugi – rugi total pada jaringan transmisi Sumbagut 150 KV.

3.4 Diagram Alir Penelitian

SVC akan dilakukan dengan menggunakan data pada keadaan beban yang sama. Dari simulasi akan diperoleh aliran daya sistem transmisi sumbagut yang telah diinjeksikan oleh SVC yang selanjutnya akan dilakukan analisis lokasi pemasangan SVC pada jaringan transmisi.

Data yang digunakan untuk melakukan penelitian tugas akhir ini adalah diagram satu garis serta data aliran daya sistem jaringan transmisi PLN SUMBAGUT 150 KV. Peralatan yang akan digunakan selama melakukan penelitian adalah penggunaan software ETAP. Dimana, variabel yang akan diamati adalah daya reaktif yang diinjeksikan oleh SVC, profil tegangan serta sudut daya lokasi pemasangan SVC pada jaringan transmisi.

Adapun diagram alir tahapan penelitian ini ditampilkan pada Gambar 3.1

dibawah ini :

MULAI

Baca data branch

Membuat populasi awal

Mengatur lokasi optimum SVC

Menghitung fitness tiap indiividu

Membuat generasi baru menggunakan : Reproduksi, Crossover (Kawin Silang),

Mutasi

Apakah telah ditemukan individu terbaik?

Pilih individu terbaik

SELESAI YA

TIDAK Masukkan data beban (daya,

tegangan, tahanan) dan diagram satu garis

Berikut adalah gambar diagram satu garis jaringan transmisi sumbagut 150 KV :

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Umum

Penerapan SVC pada gardu induk tenaga listrik dalam analisis aliran daya dimodelkan sebagai bus PV dengan batas daya reaktif. SVC direpresentasikan sebagai sebuah thyristor-controlled reactor dan thyristor switched capacitor

(TCR-TSC) di dalam sistem aliran daya.

Perangkat SVC mengatur tegangan pada masing-masing terminal dengan mengatur jumlah daya reaktif yang diinjeksikan atau diserap dari sistem daya. Saat tegangan sistem rendah, SVC membangkitkan daya reaktif (SVC Kapasitif). Saat tegangan sistem tinggi, SVC menyerap daya reaktif (SVC Induktif). Pengaturan daya reaktif ini dilakukan dengan switching bank kapasitor dan bank induktor 3 fasa yang terhubung pada sisi sekunder transformator. Kondisi on dan

off kapasitor bank diatur oleh thyristor switch (Thyristor Switched Capacitor or TSC). Kondisi on dan off reaktor diatur oleh Thyristor Switch Reactor (TSR) atau

Thyristor Controlled Reactor (TCR).

pemasangan SVC dan dibandingkan dengan aliran daya sistem tanpa pemasangan SVC.

ETAP merupakan salah satu perangkat lunak yang dapat melakukan penggambaran Single Line Diagram (SLD) secara grafis dan mengadakan bebarapa analisis/studi yakni load flow (aliran daya), short circuit analysis

(hubung singkat), motor starting, harmonisa, transient stability, protective device coordination, dan lain-lain. Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam bekerja dengan ETAP adalah :

 One Line Diagram, menunjukkan hubungan antar komponen/peralatan listrik sehingga membentuk suatu sistem kelistrikan.

 Library, informasi mengenai semua peralatan yang akan dipakai dalam sistem kelistrikan. Data elektris maupun mekanis dari peralatan yang detail/lengkap dapat mempermudah dan memperbaiki hasil simulasi/analisis. Standar yang dipakai, biasanya mengacu pada standar IEC atau ANSII, frekuensi sistem dan metode-metode yang dipakai.

 Study Case, berisikan parameter-parameter yang berhubungan dengan metode studi yang akan dilakukan dan format hasil analisis.

Pada skripsi ini fitur ETAP yang digunakan untuk simulasi adalah fitur load flow . Program load flow digunakan untuk menyelidiki stabilitas tegangan dalam aliran daya sistem transmisi selama pemasangan SVC dan tanpa pemasangan SVC. Untuk dapat menggunakan fitur ini dibutuhkan beberapa data, yaitu :

 Generator, berupa rating, impedansi.

 Data parameter saluran transmisi, berupa jenis konduktor, impedansi, jarak konduktor

 Data beban

4.2 Simulasi Sistem Tenaga Listrik PLN Sumbagut 150 KV PT PLN

(Persero)

Simulasi dilakukan dalam jaringan transmisi Sumbagut 150 KV yang mendapat suplai dari berbagai pembangkit yang tersebar dalam jaringan tersebut. Single line diagram digambarkan ke dalam software ETAP yang selanjutnya disimulasikan untuk menampilkan hasil aliran daya. Dalam pengerjaan gambar satu garis diperlukan data-data masukan seperti data generator, data beban, data saluran, dan data transformator yang terpasang diseluruh jaringan PLN Sumbagut 150 KV. Jaringan transmisi ini tersebar disepanjang provinsi Aceh dan Sumatera Utara. Terdapat kurang lebih 21 pembangkit yang menyuplai energi listrik untuk wilayah Sumbagut pada 45 bus beban yang terpasang melalui data saluran transmisi tegangan 150 KV yang diperoleh dari data PLN (Persero) UPT dan UPB Sumbagut Medan, yang selanjutnya disimulasikan ke dalam software ETAP.

Dalam aliran daya sistem transmisi sumbagut seluruh beban dalam diagram satu garis 45 bus pada ETAP telah di-lumped load kan. Selain itu dalam fitur ETAP menyediakan fitur Typical Data, yaitu sistem generalisasi data masukan sehingga data yang dimasukkan dalam simulasi tidak harus data real. Karena ETAP 12.6 mengacu pada standar IEC dan ANSII sehingga dapat dipertanggungjawabkan keabsahannya.

Proses simulasi di dalam software ETAP ditampilkan nilai losses, faktor daya,

drop voltage dari setiap terminal bus jaringan sumbagut. Secara teori nilai perhitungan faktor daya dirumuskan dalam persamaan :

√

Dimana, PF : Faktor Daya (cos φ) P : Daya Aktif (Watt) Q : Daya Reaktif (Var)

Sehingga nilai faktor daya untuk bus 1 (Banda Aceh) dengan nilai P = 91 MW dan Q = 72 adalah;

√

√

√

√

Gambar 4.2 Hasil Simulasi Aliran Daya pada Software ETAP

Salah satu keunggulan software ETAP, kita bisa eksport data hasil simulasi ke dalam format (bentuk) Microsoft Excel sehingga dapat dilampirkan seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.1. Beberapa nilai hasil simulasi ETAP;

Tabel 4.1 Hasil Simulasi ETAP pada transmisi Sumbagut 150 KV

No Bus

Rating

KVA

Rated

Kv kW kvar Amp % PF

%

Voltage

1 Banda Aceh 116039 150 88000 69626 472.6 78.42 91.39

2 Sigli 61612 150 48341 34805 251 81.15 91.33

3 Bireun 58898 150 43480 36716 240.3 76.4 91.16

4 Lhokseumawe 58524 150 47323 30905 238.9 83.73 91.04

5 Idie 30000 150 23172 17379 122.6 80 90.97

6 Langsa 30529 150 25101 15446 124.7 85.17 90.94

7 Tualang cut 27659 150 20270 17374 113.1 75.93 90.9

8 Pangkalan

Brandan 60000 150 46336 34751 245.2 80 90.92

9 Binjai 106508 150 84958 57925 435.2 82.62 90.95

10 Belawan 0 150 0 0 0 0 91.06

11 Labuhan 80994 150 65653 42481 330.9 83.96 90.96

12 Lamhotma 20591 150 17380 9656 84.11 87.42 90.98

13 Paya pasir 58600 150 45338 33762 239.8 80.2 90.73

Dari hasil simulasi terdapat 4 bus beban yang memiliki nilai faktor daya dibawah 80%. Untuk perbaikan faktor daya tersebut perlu dipasang SVC untuk perbaikan nilai faktor daya.

Gambar 4.3 Grafik power factor dan % voltage hasil simulasi

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45

Diagram Power Factor dan Tegangan

4.3 Optimasi Pemasangan Lokasi SVC dengan metode Genetic Algorithm

Teknik Penyandian disini meliputi penyandian meliputi gen dan kromosom. Gen merupakan bagian dari kromosom. Satu gen biasanya akan mewakili 1 variabel.

Algoritma Genetik khususnya diterapkan sebagai simulasi komputer dimana sebuah populasi representasi abstrak (disebut kromosom) dari solusi-solusi calon (disebut individual) pada sebuah masalah optimisasi akan berkembang menjadi solusi yang lebih baik. Secara tradisional, solusi-solusi dilambangkan dalam biner sebagai string '0' dan '1', walaupun dimungkinkan juga penggunaan penyandian (encoding) yang berbeda. Evolusi dimulai dari sebuah populasi individual acak yang lengkap dan terjadi dalam generasi-generasi. Dalam tiap generasi, kemampuan keseluruhan populasi dievaluasi, kemudian multiple individuals dipilih dari populasi sekarang (current)

tersebut secara stochastic (berdasarkan kemampuan mereka), lalu dimodifikasi (melalui mutasi atau rekombinasi) menjadi bentuk populasi baru yang menjadi populasi sekarang (current) pada iterasi berikutnya dari algoritma.

Pengerjaan program coding optimasi GA pada matlab dijalankan dengan bahasa pemrograman bahasa C yang diadaptasi ke dalam program matlab. Jadi inputan program coding nya menggunakan sistem program yang sama juga seperti halnya yang terdapat pada masukan (perintah) dalam bahasa pemrograman

break

4.4 Aliran daya setelah pemasangan SVC

Pemasangan SVC pada sistem jaringan transmisi berkontribusi memperbaiki nilai faktor daya jaringan, memperbaiki profil tegangan dan mengurangi rugi-rugi daya. Pemasangan satu buah gardu hubung SVC pada lokasi Bus 15 atau Gardu Induk Paya Geli sesuai perhitungan optimasi metoda Genetika Algoritma.

Dari data hasil studi aliran daya pada ETAP dengan pemasangan SVC dipaparkan nilai faktor daya sebelum pemasangan SVC adalah 79.18, dimana nilai tersebut masih berada dibawah nilai ambang batas normal.

√

√

√

√

Untuk mencapai nilai power faktor normal sebesar 0.85, diperlukan injeksi daya reaktif sebesar:

Tentukan nilai daya semua saat nilai cos α=0.85, adalah:

Saat cos α=0.85, maka nilai sin α adalah arc cos 0.85 yaitu α=31.78 sehingga nilai

Daya reaktif saat nilai cos 0.85 adalah;

Nilai ∆Q dirumuskan ∆Q=

∆Q=

∆Q=

∆Q=

∆Q=

Dimana nilai ∆Q yang dimaksud dalam perhitungan diatas menjadi acuan rating pengaturan Static Var Compensator yang akan kita masukkan ke dalam simulasi.

Gambar 4.4 Tampilan Input SVC pada ETAP

Gambar 4.5 Hasil Aliran Daya pada ETAP setelah pemasangan SVC

4.5 Perbandingan sebelum pemasangan SVC dengan setelah pemasangan

SVC

Perbandingan diagram aliran daya aktif dan daya reaktif serta rugi-rugi daya setelah pemasangan SVC dengan sebelum pemasangan pada jaringan transmisi sumbagut 150 KV.

4.5.1 Daya Aktif

Gambar 4.6 Kurva Aliran Daya Aktif sebelum dan sesudah pemasangan SVC

Dari gambar kurva tersebut dapat disimpulkan bahwa nilai daya aktif setelah pemasangan SVC cenderung lebih besar karena perubahan daya reaktif saat SVC dipasangkan.

4.5.2 Daya Reaktif

Perbandingan daya reaktif sebelum pemasangan dan sesudah pemasangan svc ditampilkan pada gambar berikut;

Gambar 4.7 Gambar Daya Reaktif sebelum dan sesudah pemasangan SVC

62

100 200 300 400 500 600 700

(b)

Gambar 4.8 (a) dan (b) Rugi-rugi Daya Aktif

(b)

Gambar 4.9 (a) dan (b) Rugi-rugi daya reaktif

Dari hasil simulasi perhitungan aliran daya reaktif pada ETAP diperoleh nilai rugi-rugi sebelum pemasangan SVC sebesar 343.407 KVAR. Sedangakan saat setelah pemasangan SVC nilai rugi-rugi daya reaktif menjadi 283.223,4 KVAR. Artinya total rugi-rugi jaringan mengalami penyusutan sebesar 60.183,6 KVAR atau dengan kata lain dengan pemasangan SVC nilai rugi-rugi berkurang sebesar 17.52 %.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Dari hasil pembahasan dan penelitian yang dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut ini :

1. Hasil optimasi menunjukkan bahwa penerapan SVC bus 15 (Paya Geli) dengan injeksi daya reaktif (-) 21.36 MVAR dapat meningkatkan kinerja sistem dari 0.9063 pu menjadi 0.920 pu.

2. Rugi-rugi daya aktif keseluruhan cabang jaringan transmisi berkurang sebesar 12.04 % dari 12,221 MW menjadi 10,749 MW dan rugi-rugi daya reaktif berkurang sebesar 17.52 % dari 343,407 MW menjadi 283,223 MW.

3. Dengan pemanfaatan metode genetika algoritma yang dioperasikan untuk mengetahui lokasi pemasangan SVC pada sistem aliran daya terbukti berdampak positif dalam pengoptimalan operasional sistem tenaga. Dengan bantuan GA, mempermudah user dalam menentukan lokasi optimal untuk suplai daya reaktif.

5.2 SARAN

Adapun saran dari penulis sebagai pengembangan dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Menggunakan metode algoritma lain untuk menentukan titik optimum pemasangan lokasi static var compensator pada jaringan transmisi maupun distribusi.

2. Melakukan peninjauan ulang akan hasil penelitian ini dengan meninjau segi ekonomis (biaya).

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Static VAR Compensator

2.1.1 Teori Dasar

Static VAR Compensator (SVC) adalah perangkat elektronika daya yang disusun secara paralel untuk mengatur aliran daya dan meningkatkan stabilitas transien dari sistem jaringan. Perangkat SVC mengatur tegangan pada masing-masing terminal dengan mengatur jumlah daya reaktif yang diinjeksikan atau diserap dari sistem daya. Saat tegangan sistem rendah, SVC membangkitkan daya reaktif (SVC Kapasitif). Saat tegangan sistem tinggi, SVC menyerap daya reaktif (SVC Induktif). Pengaturan daya reaktif ini dilakukan dengan switching bank kapasitor dan bank induktor 3 fasa yang terhubung pada sisi sekunder transformator. Kondisi on dan off kapasitor bank diatur oleh thyristor switch (Thyristor Switched Capacitor or TSC). Kondisi on dan off reaktor diatur oleh

Thyristor Switch Reactor (TSR) atau Thyristor Controlled Reactor (TCR) [3]. SVC merupakan salah satu jenis perangkat FACTS (Flexible AC Transmission Systems), yaitu perangkat elektronika daya untuk penyaluran sistem arus AC yang dapat digunakan secara fleksibel untuk meningkatkan kualitas penyaluran sistem aliran daya. Perangkat ini bekerja dengan mengkompensasi daya reaktif terhadap jaringan.

Static VAR Compensator (SVC) menyediakan kompensasi fast-acting reactive power pada jaringan transmisi listrik tegangan tinggi. SVC merupakan bagian dari sistem peralatan AC transmisi yang fleksibel, pengatur tegangan dan penstabil sistem. Istilah “static” berdasarkan pada kenyataannya bahwa pada saat beroperasi atau melakukan perubahan kompensasi tidak ada bagian (part) SVC

yang bergerak, karena proses kompensasi sepenuhnya dikontrol oleh sistem elektronika daya [3].

sistem transmisi bervariasi yang disebabkan oleh perubahan beban, komposisi unit pembangkit yang beroperasi, perubahan konfigurasi jaringan, hal ini berdampak pada bervariasinya level tegangan yang paling besar, oleh sebab itu diperlukan sistem kompensasi daya reaktif yang dapat mengikuti perubahan tegangan.

Sistem pengontrolan dan operasi dari perangkat elektronika daya SVC diterangkan dalam diagram blok dibawah ini :

Gambar 2.1 Skema Single Line Diagram dan Diagram Block Sistem Kontrol SVC

Didalam single line diagram dari sistem kontrol SVC dijelaskan input tegangan dari sistem diukur dengan trafo penurun tegangan yang diukur pada sisi primer dan sisi sekunder trafo. Hasil pengukuran akan dibaca/ dimasukkan ke voltage measurement pada SVC. Hasil pembacaan akan dibandingkan antara Vmeasurement dengan nilai Vref (tegangan referensi) pada voltage regulator, dimana nilai Vref=1. Apabila nilai Vmeas dan Vref tidak sama dengan 1, atau terjadi selisih nilai kedua unit tersebut maka SVC akan bekerja (operasi). Distribution unit akan mengirimkan nilai sudut penyalaan untuk selanjutnya disinkronisasi nilai sekunder dan primer tegangan. Kemudian synchronizing unit akan membangkitkan pulse generator ke thyristor, yang berfungsi mengirimkan sinyal pulsa ke thyristor untuk bekerja mengoperasikan bank kapasitor atau induktor, dan SVC pun bekerja menginjeksikan/ menyerap daya reaktif terhadap sistem.

SVC dipaparkan sebagai suatu konsep baru yang terpadu berdasarkan

switching elektronika daya dan pengendali dinamis untuk meningkatkan pemanfaatan sistem dan kapasitas transfer daya seperti stabilitas, keamanan, keandalan dan kualitas daya sistem interkoneksi AC. SVC akan menginjeksi arus induktif atau menarik arus kapasitif tergantung pada keadaan. SVC sudah digunakan sebagai solusi untuk pengaturan tegangan dan kompensasi daya reaktif secara cepat dengan menaikkan kemampuan transfer daya dalam sistem tenaga. Berikut merupakan gambar dari skema SVC.

Xl

Xc

Thyristor

SVC merupakan reaktansi variabel terhubung shunt yang membangkitkan atau menyerap daya reaktif untuk mengatur besar tegangan pada titik koneksi. SVC dipersiapkan untuk menyediakan daya reaktif dan pengaturan tegangan dengan cepat yang mana biasanya terhubung dengan bus yang memikul beban besar. Berikut ini merupakan model SVC.

Vk

Isvc

Bsvc

Gambar 2.3 Model SVC

Dari Gambar 2.3 di atas, arus yang ditarik oleh SVC dapat dituliskan dengan persamaan:

ISVC = jBSVCVk (2.1) Di mana: Vk = tegangan terminal pada bus k

BSVC = suseptansi SVC

Sedangkan daya reaktif yang diinjeksi pada bus k adalah:

Qk = - Vk2 BSVC (2.2)

Total SVC Current

IL Max IC Max

Vmin Vmax

Vref

Voltage

∆VLMax ∆VCMax

Gambar 2.4 Karakteristik V-I dari SVC Slope dari kurva V-I pada gambar di atas adalah:

Slope =

=

(2.3)

Dari kurva tersebut dapat dilihat bahwa Vref merupakan tegangan SVC

ketika ISVC = 0. Vref tegangan referensi di mana SVC tidak menyerap atau

menginjeksi daya reaktif. Dalam prakteknya, tegangan referensi memiliki toleransi ± 10%. SVC mengakibatkan dampak berupa adanya respon terhadap variasi tegangan, sehingga tegangan terminal VT dapat dituliskan sebagai berikut :

VT = Vref + XSVC ISVC (2.4)

Vmin =

(2.5)

Vmax =

(2.6)

Di mana: VT = tegangan terminal SVC (VSVC)

XSVC = slope reaktansi

ISVC = arus dari simpul SVC

= –

Dari Gambar 2.4 tersebut, dapat dilihat ada tiga daerah operasi SVC :

i. Control Region

Vmin < VSVC < Vmax , ICmax < ISVC < ILmax

ii. Capasitive Limit

VSVC < Vmin , BSVC = BC

iii. Inductive Limit

VSVC > Vmax , BSVC = – (BL– BC)

Di mana: BL = = max[BTCR]

Ketiga daerah operasi SVC tersebut dapat dimodelkan rangkaian ekivalennya seperti Gambar 2.5 berikut ini:

AC E_SVC V_SVC

ISVC

Gambar 2.5 Rangkaian ekivalen SVC

Parameter-parameter pada rangkaian di atas tergantung pada daerah operasi SVC, yang dapat dituliskan sebagai berikut:

Region (i): ̂SVC = Vref∠ϕSVC, XSVC = K (2.7)

Di mana: K merupakan karakteristik kontrol dalam control region

Region (ii): ̂SVC = 0, XSVC = –

(2.8)

Region (iii): ̂SVC = 0, XSVC =

(2.9)

Sedangkan rangkaian ekivalen dari suatu SVC yang telah dipasang pada jaringan listrik dapat digambarkan sebagai berikut:

AC AC

jXSVC

Zeq

VSVC

∠

ϕ

SVC

ESVC Veq

ISVC

Gambar 2.6.a Rangkaian ekivalen suatu jaringan yang telah dipasang SVC

Dari Gambar 2.6, dapat dihitung arus SVC sebagai:

̂SVC = ̂ ̂

(2.10)

Sedangkan besar tegangan terminal SVC adalah:

VS = | ̂SVC | = | ̂SVC + j ̂SVCXSVC | (2.11)

Dari persamaan (2.8) dan (2.9), tegangan SVC dapat ditulis menjadi:

̂SVC = ( 1 - ̂ ) ̂eq + ̂ ̂SVC (2.12)

Di mana: ̂ =

= A∠α (2.13)

meningkatkan kualitas tegangan yang sampai ke konsumen, mengurangi losses

dan juga dapat meningkatkan kemampuan penghantar untuk mengalirkan arus [3]. Produk manufaktur SVC yang ada di pasaran umumnya menampilkan nameplate barang yang berisi spesifikasi produk dari perangkat SVC tersebut. Dalam spesifikasi tersebut ditampilkan besar tegangan sistem berapa saja yang dapat dipikul oleh perangkat SVC, nilai kapasitas daya reaktif yang dapat dihasilkan (-100% - +100%), tercantum juga standar produk yang diakui oleh badan standarisasi seperti ISO9001.

Gambar 2.6.b Contoh Nameplate Produk SVC

Aplikasi pemakaian SVC sudah cukup banyak dipakai dalam sistem kelistrikan dunia di USA, Canada, Australia, Mexico, termasuk Indonesia. Di Indonesia pemakaian SVC sudah ada diterapkan dibeberapa lokasi salah satunya pada kota Jember yang memakai perangkat SVC dengan rating -25/50 MVar dengan tegangan sistem 120 KV.

Gambar 2.6.c Nameplate Produk SVC lokasi Jember

Secara lebih rinci fungsi SVC adalah [3] : 1. Meningkatkan kapasitas sistem transmisi. 2. Kontrol tegangan.

3. Reaktif kontrol power/ reaktif kontrol aliran power.

4. Penurunan dan atau pembatasan frekuensi overvoltage power disebabkan

load rejection

5. Memperbaiki stabilitas jaringan AC.

6. Mencegah terjadinya ketidakstabilan tegangan.

Berdasarkan penggunaanya sekarang ini dalam sistem jaringan transmisi terdapat 2 tipe SVC :

1. Fixed Capacitor-Thyristor Controlled Reactor (FC-TCR)

2. Thyristor Switched Capacitor-Thyristor Controlled Reactor (TSC-TCR)

Tipe yang kedua lebih fleksibel dibanding tipe 1 dan memerlukan rating yang lebih kecil dan menghasilkan harmonisa yang kecil [3].

2.1.2 Bentuk gelombang dari response dinamik SVC terhadap perubahan

tegangan

Bentuk respon dinamik operasi perangkat SVC dapat dijelaskan dengan

Gambar 2.7 Blok Menu Diagram daya SVC pada Matlab

(a)

(c)

Gambar 2.8 (a) Respon Dinamik SVC, (b) Suseptansi (B), (c) Vactual dan Vmeas

Pada Gambar 2.8 dijelaskan respon dinamik perangkat SVC merespon keadaan tegangan sistem yang naik turun. Keterangan nilai Vactual menjelaskan nilai tegangan standar yang menjadi nilai normal tegangan sistem saat tidak mengalami gangguan. Dan nilai Vmeasurement menjelaskan besar nilai tegangan pengukuran yang dibaca oleh perangkat SVC. Pada Gambar 2.8.b ditampilkan bahwa nilai Vactual dan nilai Vmeasurement sedikit berbeda, hal ini disebabkan karena pada alat ukur SVC terdapat alat metering yang memiliki nilai tahanan dalam. Akibat pengaruh tahanan dalam tersebut mengakibatkan nilai pembacaan tegangan dengan nilai tegangan standar nya sedikit berbeda seperti yang ditampilkan pada grafik diatas.

Dalam analisis aliran daya, penerapan SVC pada gardu induk tenaga listrik dimodelkan sebagai bus PV dengan batas daya reaktif. SVC dimodelkan sebagai sebuah Thyristor-Controlled Reactor dan Thyristor Switched Capacitor (TCR-TSC), yang dimodelkan sebagai bus PV dengan tiga buah kapasitor dan reaktor paralel, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.9. Sedangkan model SVC controller untuk mengendalikan operasi SVC dalam stabilitas steady state dan dinamik tersebut.

Adapun ilustrasi bentuk gelombang dari response dinamik SVC terhadap tahapan perubahan tegangan terminal seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.10.

Pada t=0.1 s, secara tiba-tiba tegangan meningkat menjadi 1.025 pu. SVC bereaksi dengan menyerap daya reaktif (Q=-95 Mvar) untuk membawa tegangan kembali ke 1.010 pu. Pada 95% waktu penyelesaian adalah sekitar 135 ms. Pada titik ini semua TSC berada diluar operasi dan TCR hamper pada konduksi penuh (α=94 derajat).

Pada t=0.4 sekon, sumber tegangan secara tiba-tiba diturunkan menjadi 0.93 pu. SVC bereaksi dengan menghasilkan daya reaktif sebesar 256 MVar, sehingga meningkatkan tegangan 0.974 pu. Pada titik ini tiga TSC berada dalam operasi dan TCR menyerap sekitar 40% dari nominal daya reaktif (α=120 derajat).

2.2 Genetic Algorithm

Masalah optimasi akhir-akhir ini berkembang cepat, terutama di bidang kontrol. Untuk membahas masalah ini, penulis akan mengacu ke sebuah metode yang dapat melaksanakan tugas secara optimal. Untuk beberapa masalah, metode optimasi dapat digunakan pada algoritma probabilitas dengan baik. Metode probabilitas tidak menjamin harga optimum, tetapi dengan probabilitas secara acak, kesalahan dapat dibuat sekecil mungkin [4].

Genetic Algorithm (GA) atau dalam bahasa Indonesia Algoritma Genetika adalah teknik pencarian komputerisasi yang digunakan untuk menemukan penyelesaian perkiraan optimasi dan masalah pencarian. Algoritma genetik adalah kelas khusus dari algoritma evolusioner dengan menggunakan teknik yang terinspirasi oleh biologi evolusioner seperti warisan, mutasi, seleksi alam dan rekombinasi (crossover) [8].

Genetika algoritma memiliki 3 kebiasaan pada masing-masing tahap untuk menciptakan generasi baru dari populasi yang lama :

2. Crossover (Kawin Silang) : mengkawinsilangkan 2 individu induk yang berbeda sifat menjadi bentuk turunan yang baru (anak) sebagai generasi berikutnya.

3. Mutasi : menerapkan perubahan secara acak dari sel induk menjadi bentukan berbeda pada sel anak

Algoritma Genetik pertama kali dikembangkan oleh John Holland pada tahun 1970-an di New York, Amerika Serikat. Dia beserta murid-murid dan teman kerjanya menghasilkan buku berjudul "Adaption in Natural and Artificial Systems" pada tahun 1975 [6][7].

Algoritma Genetik khususnya diterapkan sebagai simulasi komputer dimana sebuah populasi representasi abstrak (disebut kromosom) dari solusi-solusi calon (disebut individual) pada sebuah masalah optimisasi akan berkembang menjadi solusi yang lebih baik. Secara tradisional, solusi-solusi dilambangkan dalam biner sebagai string '0' dan '1', walaupun dimungkinkan juga penggunaan penyandian (encoding) yang berbeda. Evolusi dimulai dari sebuah populasi individual acak yang lengkap dan terjadi dalam generasi-generasi. Dalam tiap generasi, kemampuan keseluruhan populasi dievaluasi, kemudian multiple individuals dipilih dari populasi sekarang (current)

tersebut secara stochastic (berdasarkan kemampuan mereka), lalu dimodifikasi (melalui mutasi atau rekombinasi) menjadi bentuk populasi baru yang menjadi populasi sekarang (current) pada iterasi berikutnya dari algoritma [5][7].

Dalam proses optimasi GA terdapat fungsi Fitness, yang merupakan nilai fungsi yang ingin dioptimalkan sebagai standar algoritma yang dikenal sebagai fungsi objektif. Dan toolbox ini dapat diatur untuk mencari nilai fitness function yang paling minimum dalam software Matlab.

Untuk mendapat nilai fitness function terdapat juga nilai individual yang merupakan nilai yang digunakan untuk mencapai fitness function. Sebagai contoh, jika fitness function adalah:

Suatu individu terkadang dijelaskan sebagai suatu genetika dan nilai vektor masukan suatu individu disebut gen.

GA merupakan teknik optimasi global yang mampu menghitung penempatan dan menentukan ukuran dari bank kapasitor ataupun reactor shunt pada kondisi sinusoidal. GA memulai pembagian populasi dari solusi yang berpotensi. Hal itu memungkinkan eksplorasi dari beberapa harga optimum paralel, dan memperkeci kemungkinan pencarian pada local optimum [8].

Meskipun proses GA bersifat probabilistik, GA tidak melakukan pencarian acak secara total. Operator stokastik yang digunakan pada populasi mengarahkan pencarian pada region hyperspace (menjunjung asas konvergensi) yang akan menghasilkan nilai fitness yang lebih pantas [1].

Algoritma genetik yang umum menyaratkan dua hal untuk didefinisikan: 1. Representasi genetik dari penyelesaian

2. Fungsi kemampuan untuk mengevaluasinya.

Representasi baku adalah sebuah larik bit-bit. Larik jenis dan struktur lain dapat digunakan dengan cara yang sama. Hal utama yang membuat representasi genetik ini menjadi tepat adalah bahwa bagian-bagiannya mudah diatur karena ukurannya yang tetap, yang memudahkan operasi persilangan sederhana. Representasi panjang variabel juga digunakan, tetapi implementasi persilangan lebih kompleks dalam kasus ini. Representasi seperti pohon diselidiki dalam pemrograman genetik dan representasi bentuk bebas diselidiki di dalam HBGA [7].

kapasitas ransel. Kemampuan penyelesaian adalah jumlah nilai dari semua obyek di dalam ransel jika representasi itu valid, atau jika tidak 0. Dalam beberapa masalah, susah atau bahkan tidak mungkin untuk mendefinisikan lambang kemampuan, maka pada kasus ini digunakan IGA [5].

Sekali kita mendefinisikan representasi genetik dan fungsi kemampuan, algoritma genetik akan memproses inisialisasi populasi penyelesaian secara acak, dan memperbaikinya melalui aplikasi pengulangan dengan aplikasi operator-operator mutasi, persilangan, dan seleksi.

Secara sederhana, algoritma umum dari algoritma genetik ini dapat dirumuskan menjadi beberapa langkah, yaitu :

1. Membentuk suatu populasi individual dengan keadaan acak

2. Mengevaluasi kecocokan setiap individual keadaan dengan hasil yang diinginkan

3. Memilih individual dengan kecocokan yang tertinggi

4. Bereproduksi, mengadakan persilangan antar individual terpilih diselingi mutasi

5. Mengulangi langkah 2 - 4 sampai ditemukan individual dengan hasil yang diinginkan.

2.3 Saluran Transmisi

Pusat pembangkit tenaga listrik biasanya letaknya jauh dari tempat-tempat dimana tenaga listrik itu digunakan. Karena itu, tenaga listrik yang dibangkitkan disalurkan melaui penghantar-penghantar dari pusat pembangkit tenaga listrik ke pusat-pusat beban, baik langsung maupun melalui saluran penghubung, yaitu GI.

Tenaga listrik ini dapat disalurkan dengan beberapa tegangan nominal. Berdasarkan dokumen IEC (International Electrotechnical Commission) 60038, tegangan transmisi dapat dikelompokkan menjadi : tegangan menengah (1kV-35kV), tegangan tinggi (35kV – 230 kV) dan tegangan ekstra tinggi (230kV – 800kV) dan tegangan ultra tinggi (di atas 800kV).

Menurut jenis arus yang dialirkan, saluran transmisi dapat dibedakan menjadi 2 (dua) jenis, yaitu sistem arus bolak-balik (AC/alternating current) dan sistem arus searah (DC/direct current). Di dalam sistem AC penaikan dan penurunan tegangan mudah dilakukan yaitu dengan menggunakan transformator. Pada sistem ini terdapat AC satu fasa dan tiga fasa. Sistem tiga fasa mempunyai kelebihan dibandingkan dengan sistem satu fasa karena daya yang disalurkan lebih besar, nilai sesaatnya konstan dan medan magnet putarnya mudah diabaikan. Berhubungan dengan keuntungan-keuntungannya, sistem AC paling banyak digunakan. Namun, sejak beberapa tahun terakhir ini penyaluran arus searah mulai dikembangkan karena, isolasinya lebih sederhana, daya-guna yang tinggi serta tidak ada masalah stabilitas, sehingga dimungkinkan penyaluran jarak jauh. Penyaluran tenaga listrik dengan sistem DC baru dianggap ekonomis bila jarak saluran udara lebih dari 640 km atau saluran bawah tanah lebih panjang dari 50 km [5].

2.4 Karakteristik Listrik dari Saluran Transmisi

parameter-parameter dijadikan satu meskipun resistansi, induktansi dan kapasitansi tersebut terbagi merata di sepanjang saluran.

2.4.1 Resistansi

Resistansi efektif (R) dari suatu penghantar adalah [9]:

(Ω) (2.14)

Dimana P = rugi daya pada penghantar (Watt) I = arus yang mengalir (Ampere) I

Resistansi efektif sama dengan resistansi dari saluran jika terdapat distribusi arus yang merata (uniform) di seluruh penghantar. Distribusi arus yang merata di seluruh penampang suatu penghantar hanya terdapat pada arus searah, sedangkan tidak pada arus bolak-balik (ac).

Resistansi dc dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini

_(Ω)

(2.15)

Dimana, = resistivitas penghantar (Ω.m) = panjang penghantar (m) A = luas penampang ( )

Dengan meningkatnya frekuensi arus bolak-balik, distribusi arus makin tidak merata (nonuniform). Peningkatan frekuensi ini juga mengakibatkan tidak meratanya kerapatan arus (current density), disebut juga efek kulit (skin effect).

Hukum Lenz, tegangan yang diimbaskan akan melawan perubahan arus yang menyebabkannya, dan meningkatnya tegangan imbas pada serat-serat di bagian dalam menyebabkan meningkatnya kerapatan arus pada serat-serat yang lebih dekat ke permukaan penghantar dan karena itu resistansi efektifnya meningkat. Sehingga dapat dikatakan pada arus bolak-balik arus cenderung mengalir melalui permukaan penghantar.

Perhitungan resistansi total suatu saluran transmisi ditentukan oleh jenis penghantar pabrikan, biasanya pabrikan akan memberikan tabel karakteristik listrik dari penghantar yang dibuatnya, termasuk diantaranya nilai resistansi ac penghantar dalam satuan Ω/km (Standar Internasional) atau Ω/mi (American Standart).

Nilai resistansi juga dipengaruhi oleh suhu, ditunjukkan oleh persamaan berikut [5]

(2.16)

Dimana dan adalah resistansi pada suhu dan , dan adalah koefisien suhu dari resistansi, yang nilainya tergantung dari bahan konduktor.

2.4.2 Induktansi

Induktansi adalah sifat rangkaian yang menghubungkan tegangan yang diimbaskan oleh perubahan fluks dengan kecepatan perubahan arus [9]. Persamaan awal yang dapat menjelaskan induktansi adalah menghubungkan tegangan imbas dengan kecepatan perubahan fluks yang meliputi suatu rangkaian. Tegangan imbas adalah

(2.17)

Dimana : tegangan imbas (volt)

banyaknya fluks gandeng rangkaian (weber-turns)

Jika arus pada rangkaian berubah-ubah, medan magnet yang ditimbulkannya akan turut berubah-ubah. Jika dimisalkan bahwa media di mana medan magnet ditimbulkan mempunyai permeabilitas yang konstan, banyaknya fluks gandeng berbanding lurus dengan arus, dan karena itu tegangan imbasnya sebanding dengan kecepatan perubahan arus [9],

(2.18)

Dimana, = Konstanta kesebandingan = induktansi (H)

= Kecepatan perubahan arus (A/s)

Dari Persamaan 2.17 dan 2.18 maka didapat persamaan umum induktansi saluran dalam satuan Henry, yaitu [9]

(2.19)

dengan i adalah arus yang mengalir pada saluran transmisi dalam satuan ampere (A).

Induktansi timbal-balik antara dua rangkaian didefenisikan sebagai fluks gandeng pada rangkaian pertama yang disebabkan oleh arus pada rangkaian kedua per ampere arus yang mengalir di rangkaian kedua. Jika arus menghasilkan fluks gandeng dengan rangkaian 1 sebanyak , maka induktansi timbal baliknya adalah

(2.20)

Dimana, fluks gandeng yang dihasilkan terhadap rangkaian 1 (Wbt)

= arus yang mengalir pada rangkaian kedua.

Pada saluran tiga fasa induktansi rata-rata satu penghantar pada suatu saluran ditentukan dengan persamaan [9]

_{(H/m) untuk penghantar tunggal}

Dengan √ dan adalah GMR penghantar tunggal dan adalah GMR penghantar berkas. Nilai akan berubah sesuai dengan jumlah lilitan dalam satu berkas.

Untuk suatu berkas dua-lilitan

√ √ (2.21)

Untuk suatu berkas tiga-lilitan

√ √ (2.22)

Untuk suatu berkas empat-lilitan

√ 1,09√ (2.23)

Persamaan diatas merupakan persamaan untuk saluran yang telah ditransposisikan, yaitu suatu metode pengembalian keseimbangan ketiga fasa dengan mempertukarkan posisi-posisi penghantar pada selang jarak yang teratur di sepanjang saluran sedemikian rupa sehingga setiap penghantar akan menduduki posisi semula penghantar yang lain pada suatu jarak yang sama, lihat Gambar 2.6

Gambar 2.11 Siklus Transposisi

2.4.3 Kapasitansi

Kapasitansi suatu saluran transmisi adalah akibat beda potensial antara penghantar, baik antara penghantar-penghantar maupun antara penghantar-tanah. Kapasitansi menyebabkan penghantar tersebut bermuatan seperti yang terjadi pada pelat kapasitor bila terjadi beda potensial di antaranya. Untuk menentukan nilai kapasitansi antara penghantar-penghantar ditentukan dengan persamaan [9].

(F/m) (2.24)

Jika saluran dicatu oleh suatu transformer yang mempunyai sadapan tengah yang ditanahkan, beda potensial antara kedua penghantar tersebut dan kapasitansi ke tanah (kapasitansi ke netral), adalah muatan pada penghantar persatuan beda potensial antara penghantar dengan tanah. Jadi kapasitansi ke netral untuk saluran dan kawat adalah dua kali kapasitansi antara penghantar-penghantar [9].

(F/m) (2.25)

Dimana = kapasitansi antara penghantar a-b (F/m)

= kapasitansi antara penghantar-tanah (F/m)

k = permeabilitan bahan dielektrik

D = jarak antara penghantar (m)

r = jari-jari antara penghantar (m)

(F/m) untuk penghantar tunggal, (2.26)

(F/m)untuk penghantar berkas. (2.27)

Dengan adalah GMR penghantar, r adalah jari-jari penghantar dan

adalah GMR penghantar berkas. Nilai akan berubah sesuai dengan jumlah lilitan dalam suatu berkas .

Untuk suatu berkas dua-lilitan

√ √ (2.28)

Untuk suatu berkas tiga-lilitan

√ √ (2.29)

Untuk suatu berkas empat-lilitan

√ 1,09√ (2.29)

Untuk menghitung kapasitansi saluran kabel ke tanah perlu menggunakan metode muatan bayangan, lihat Gambar 2.12 Pada metode ini bumi dapat diumpamakan dengan suatu penghantar khayal yang bermuatan di bawah permukaan bumi pada jarak yang sama dengan penghantar asli di atas bumi. Penghantar semacam itu mempunyai muatan yang sama tetapi berlawanan tanda dengan penghantar aslinya dan disebut penghantar bayangan. Jika kita tempatkan satu penghantar bayangan untuk setiap penghantar atas-tiang, fluks antara penghantar asli dengan bayangannya adalah tegak lurus pada bidang yang menggantikan bumi, dan bidang itu adalah suatu permukaan ekipotensial. Fluks diatas bidang itu adalah sama seperti bila bumi ada tanpa adanya penghantar bayangan. Persamaan untuk menentukan kapasitansi saluran kabel ke tanah adalah [9] :

√ √

Dimana = kapasitansi saluran kabel ke tanah (F/m)

= jarak antara penghantar 1 dengan penghantar bayangan 2 (m) = jarak antara penghantar 2 dengan penghantar bayangan 3 (m)

= jarak antara penghantar 3 dengan penghantar bayangan 1 (m)

= jarak antara penghantar 1 dengan permukaan bumi (m) = jarak antara penghantar 2 dengan permukaan bumi (m) = jarak antara penghantar 3 dengan permukaan bumi (m)

2.5 Karakteristik Penyaluran Daya

Dalam mempelajari karakteristik penyaluran daya dalam keadaan normal, lazim diandaikan saluran transmisi dengan rangkaian yang konstantanya

didistribusikan atau rangkaian yang konstantanya dikonsentrasikan, yaitu bila salurannya pendek.

2.5.1 Saluran Transmisi Jarak Pendek

Oleh karena pengaruh kapasitansi dan konduktansi bocor dapat diabaikanpada saluran transmisi pendek (kurang dari 80 km), maka saluran tersebut dapat dianggap sebagai rangkaian impedansi yang terdiri dari tahanan dan induktansi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.13. Dengan demikian maka impedansi Z dan admitansinya Y dinyatakan oleh [5] :

= l = (r+jx) = R + jX (2.31)

= l = (g + jb) = G + jB (2.32) Dimana r = tahanan kawat (Ω/km)

x = reaktansi kawat = 2πfL(Ω/km)

g = konduktansi kawat (mho/km)

b = suseptansi kawat = 2πfC (mho/km)

Bila kondisi pada ujung penerima diketahui, maka hubungan antara tegangan dan arus dinyatakan oleh persamaan [5] :

(2.33)

Dengan regulasi tegangan

(2.34)

Sebaliknya bila kondisi pada titik pengirim diketahui maka

(2.35)

Dimana tegangan pada ujung pengirim tegangan pada ujung penerima arus pada ujung penerima

R = jumlah tahanan saluran (Ω)

X = jumlah reaktansi saluran (Ω)

faktor daya pada ujung penerima = faktor daya-buta pada ujung penerima

2.5.2 Saluran Transmisi Jarak Mengengah

Saluran transmisi jarak-menengah dapat dianggap sebagai rangkaian

T atau rangkaian π [Aris], perhatikan Gambar 2.14

Dengan merupakan arus yang mengalir pada ujung pengirim, untuk rangkaian

T persamaannya adalah [5] :

(2.36)

dan rangkaian π persamaannya adalah :

(2.38)

(2.39)

2.5.3 Saluran Transmisi Jarak Jauh

Untuk saluran transmisi jarak jauh, konstantanya didistribusikan sehingga persamaannya menjadi [5] :

(2.40)

(2.41)

Dimana impedansi karakterisitik = √

konstanta rambatan = √

2.6 Studi Aliran Daya

Studi aliran daya merupakan suatu bagian yang penting dalam analisis sistem tenaga. Studi Aliran Daya diperlukan untuk tahap perencanaan, pengaturan biaya, dan dapat menjadi peramalan untuk perencanaan pengembangan jaringan di masa depan. Beberapa parameter yang perlu diperhatikan dalam aliran daya adalah menentukan besar dan sudut fasa dari tegangan pada masing – masing bus, serta daya aktif dan reaktif yang mengalir pada setiap line [1].

Dalam penyelesaian sebuah aliran daya, sistem dioperasikan dalam keadaan seimbang. Besaran – besaran yang menjadi parameter dalam studi aliran daya adalah besar tegangan | |, sudut fasa , daya aktif P, dan daya reaktif Q [1]. 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 :

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 daya dalam sistem.

Besaran yang diinginkan diperoleh melalui sistem aliran daya pada tiap-tiap bus dalam sistem tenaga listrik dikelompokkan menjadi 3 tipe bus, yaitu [1] :

1. Bus beban.

Bus beban adalah bus yang tidak memiliki unsur pembangkitan tenaga listrik / generator, dan terhubung secara langsung dengan beban (konsumen). Bus beban biasa disebut dengan P-Q bus, karena pada bus ini, yang dapat diatur adalah kapasitas daya yang terpasang. P merupakan daya aktif terpasang dalam satuan Watt (W), sedangkan Q merupakan daya reaktif terpasang dalam satuan Volt Ampere Reaktif (VAR). Hubungan antara daya aktif dan daya reaktif terhubung dengan nilai cos phi (cos φ).

2. Bus generator

Bus generator atau biasa disebut bus voltage controlled. Disebut demikian, karena tegangan pada bus ini biasanya dijaga konstan. Pada bus ini terhubung dengan generator yang dapat dikontrol daya aktif dan tegangannya. Pengaturan daya aktif pada bus ini diatur dengan mengontrol penggerak mula

(prime mover), sedangkan pengaturan tegangan pada bus ini diatur dengan mengontrol arus eksitasi pada generator. Oleh karena daya aktif (P) dan tegangan (V) yang dapat dikontrol, maka bus ini sering disebut sebagai P-V bus.

3. Bus referensi

Dalam sistem pemrograman, tipe bus identik dengan kode angka. Dimana kode untuk bus referensi adalah angka 1, kode untuk bus generator adalah angka 2, dan kode untuk bus beban adalah angka 3. Untuk lebih jelasnya dari pembagian tipe dan kode bus, dapat dilihat dari Tabel 2.1 berikut ini [9] :

Tabel 2.1 Tipe Bus Dalam Sistem Tenaga Listrik.

Tipe bus Kode Bus

Nilai yang diketahui

Nilai yang dihitung

Bus beban 3 P, Q V, δ

Bus generator 2 P, V Q, δ

Bus referensi 1 V, δ P, Q

Pada sistem n-bus, penyelesaian aliran daya menggunakan Persamaan aliran daya. Metode yang umum digunakan untuk menyelesaikan aliran daya adalah metode Gauss-Seidel, Newton-Raphson, dan Fast Decoupled. Tetapi metode yang dibahas pada tugas akhir ini adalah Newton-Raphson [1].

Untuk mencari nilai aliran daya pada jaringan, perlu dilakukan iterasi untuk memperoleh nilai tegangan yang konstan. Setelah mencapai nilai tegangan yang konstan, maka dapat dicari nilai daya semu pada jaringan.

Secara ringkas metode perhitungan aliran daya menggunkan metode

Newton-Raphson dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Tentukan nilai-nilai dan yang mengalir ke dalam sistem pada setiap bus untuk nilai yang diperkirakan dari besar tegangan (V) dan sudut fasanya δ untuk iterasi pertama atau nilai tegangan yang ditentukan paling akhir untuk iterasi berikutnya.

2. Hitung pada setiap rel.

4. Invers matriks jacobian dan hitung koreksi-koreksi tegangan dan | | pada setiap rel.

5. Hitung nilai yang baru dari | | dan dengan menambahkan nilai dan | | pada nilai sebelumnya.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sistem tenaga listrik modern direpresentasikan oleh sebuah sistem interkoneksi yang sangat bergantung pada sistem kontrol untuk memanfaatkan secara optimal sumber daya yang ada. Masalah utama yang dihadapi oleh sistem tenaga listrik modern adalah jatuh tegangan atau ketidakstabilan tegangan setelah gangguan terjadi pada sistem aliran daya. Ketidakstabilan steady state

berhubungan dengan ketidakstabilan sudut daya dan kehilangan sinkronisasi antar generator secara perlahan, jatuh tegangan bus beban dibawah kondisi beban tinggi dan batas daya reaktif [4].

Dinamika sistem tenaga menjadi faktor penting untuk memenuhi operasi sebuah sistem. Hal itu dipengaruhi oleh komponen-komponen dinamika sistem seperti ; generator, beban jaringan transmisi, peralatan Flexible AC Transmission System (FACTS), dan peralatan kontrol lainnya. Sifat-sifat dinamik dari sistem tenaga sangat kompleks dan harus dipahami dalam merencanakan sistem operasi yang baik dan aman [4].

Injeksi daya reaktif dapat berupa penambahan peralatan FACTS seperti

static var compensator (SVC) yang memberikan kompensasi aktif. Daya reaktif yang diserap atau disuplai secara otomatis disesuaikan untuk menjaga tegangan bus yang terhubung dengan peralatan tersebut, dan secara bersama-sama dengan pembangkit untuk mempertahankan tegangan pada titik yang ditentukan pada sistem tenaga listrik [3].

Peralatan SVC adalah salah satu jenis perangkat elektronika daya FACTS (Flexible AC Transmission Systems) yang dapat digunakan untuk mengontrol sistem aliran daya. Aliran daya yang optimal dapat dicapai dengan penentuan lokasi SVC yang tepat dan ukuran (rating) yang sesuai. SVC memiliki kinerja

(performance) yang jauh lebih baik dalam meningkatkan kemampuan memikul beban (loadability) sistem dibandingkan dengan jenis peralatan FACTS lainnya [3].

PLN (Perusahaan Listrik Negara) selaku user sistem kelistrikan Indonesia mengatasi permasalahan jatuh tegangan dalam penyaluran tenaga listrik dengan mengatur Tap-Changing pada sisi trafo daya. Nilai drop tegangan diatasi dengan menyesuaikan nilai OLTC (On Load Tap Changer) Transformer sesuai dengan nilai tegangan sistem nya. Sedangkan dalam pengerjaaan tugas akhir ini penulis mengoperasikan data aliran daya normal tanpa dilakukan tapping, atau pengaturan tegangan sistem pada trafo daya.

Peralatan SVC diaplikasikan untuk memperbaiki kinerja (performance)

sistem tenaga listrik. Di Negara-negara maju, kini banyak dikembangkan implementasi kontrol modern sebagai peralatan yang cerdas untuk memperbaiki kinerja sistem tenaga listrik, seperti metode Genetic Algorithm. Dalam aplikasinya, metode Genetic Algorithm atau GA banyak digunakan dalam mencari solusi optimal. GA adalah teknik pencarian berdasarkan cara kebiasaan lebah dalam mencari makanan dan digunakan sebagai metode untuk menyelesaikan permasalahan optimasi numerik.

pengkompensasian SVC dikendalikan melalui kombinasi secara mekanis atau secara listrik terhadap kapasitor dan reaktor paralel dari SVCtersebut [2].

Dalam pengerjaan tugas akhir ini akan dirumuskan masalah sistem tenaga mengenai pengaturan injeksi daya reaktif dari SVC untuk menghasilkan sistem jaringan transmisi yang optimal. Penentuan titik lokasi optimum SVC yang berpengaruh terhadap profil tegangan bus yang terpasang.

Penelitian tugas akhir ini tidak membahas aspek biaya yang menjadi pertimbangan utama dalam pemilihan peralatan FACTS dengan peralatan konvensional. Penelitian dilakukan dengan simulasi pada program ETAP dan disimulasikan dalam keadaan seimbang. Studi aliran daya menggunakan metode

Newton Rhapson dengan bantuan software ETAP. Dan penentuan lokasi optimal pemasangan SVC dilakukan dengan metode Genetic Algorithm (Algoritma Genetika).

Optimasi dilakukan dengan menggunakan metode Genetic Algorithm yang dijalankan bersama dengan metode Newton-Rhapson dalam perhitungan aliran daya untuk menentukan parameter letak optimal static var compensator pada bus-bus gardu induk (GI) tenaga listrik berdasarkan batas tegangan dan kontrol daya reaktif pada saluran transmisi. Program optimasi dijalankan dengan menggunakan bahasa pemrograman bahasa C yang diadaptasi ke dalam matlab.

1.2 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penelitian adalah :

1. Mengetahui titik lokasi optimum pemasangan static var compensator

pada jaringan transmisi sumbagut 150 KV untuk memperoleh kompensasi daya reaktif optimum dan didukung dengan faktor tegangan yang lebih baik.

1.3 Batasan Masalah

Adapun batasan batasan masalah dalam penelitian tugas akhir ini adalah: 1. Tugas Akhir ini membahas tentang pemasangan SVC pada sistem

transmisi Sumbagut berbasis metode Algoritma Genetika untuk proses optimasi.

2. Simulasi dilakukan menggunakan software ETAP untuk menentukan aliran daya berbasis metode Newton Rhapson dan untuk menjalankan program genetika algoritma menggunakan software Matlab.

3. Penelitian dilakukan berdasarkan data transmisi PLN Sumbagut 150 KV.

4. Penelitian tidak meninjau dari aspek ekonomis (biaya).

1.4 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat utama dari penelitian yang dilakukan ini adalah perbaikan stabilitas dan pengaturan tegangan serta dapat menentukan lokasi pemasangan

static var compensator yang paling optimal untuk memperoleh sistem jaringan yang lebih efisien. Efisien yang dimaksud dalam hal ini adalah digunakan secara tepat untuk perbaikan sistem stabilitas dan profil tegangan dalam jaringan transmisi.

1.5 Luaran Tugas Akhir

ABSTRAK

Permasalahan optimasi sekarang ini berkembang pesat dalam sistem tenaga modern. Sistem optimasi diharapkan menghasilkan suatu sistem yang lebih efisien dan handal. Metode optimasi eningkatkan dan mengkombinasikan sistem konvensional dengan perkembangan control dan monitoring system untuk menghasilkan suatu sistem yang lebih efisien. Penentuan lokasi pemasangan SVC

dilakukan dengan menggunakan metode Genetic Algorithm (GA) pada bus-bus gardu induk tenaga listrik berdasarkan batas tegangan, faktor daya, dan rugi-rugi daya terkecil. Metode Newton Rhapson digunakan dalam perhitungan aliran daya yang dijalankan dalam software ETAP. Hasil optimasi menunjukkan bahwa penerapan SVC bus 15 (Paya Geli) dengan injeksi daya reaktif (-) 21.36 MVAR dapat meningkatkan kinerja sistem dari 0.9063 pu menjadi 0.920 pu, serta mengurangi rugi-rugi daya aktif 12.04 % dari 12,221 MW menjadi 10,749 MW dan rugi-rugi daya reaktif berkurang sebesar 17.52 % dari 343,407 MW menjadi 283,223 MW.

TUGAS AKHIR

OPTIMASI PENENTUAN LOKASI PEMASANGAN STATIC VAR

COMPENSATOR (SVC) PADA SISTEM TRANSMISI SUMBAGUT 150 KV

BERBASIS METODE GENETIC ALGORITHM

Diajukan untuk memenuhi persyaratan

Menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh

SANDRO LEVI PANGGABEAN

NIM : 110402110

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ABSTRAK

Permasalahan optimasi sekarang ini berkembang pesat dalam sistem tenaga modern. Sistem optimasi diharapkan menghasilkan suatu sistem yang lebih efisien dan handal. Metode optimasi eningkatkan dan mengkombinasikan sistem konvensional dengan perkembangan control dan monitoring system untuk menghasilkan suatu sistem yang lebih efisien. Penentuan lokasi pemasangan SVC

dilakukan dengan menggunakan metode Genetic Algorithm (GA) pada bus-bus gardu induk tenaga listrik berdasarkan batas tegangan, faktor daya, dan rugi-rugi daya terkecil. Metode Newton Rhapson digunakan dalam perhitungan aliran daya yang dijalankan dalam software ETAP. Hasil optimasi menunjukkan bahwa penerapan SVC bus 15 (Paya Geli) dengan injeksi daya reaktif (-) 21.36 MVAR dapat meningkatkan kinerja sistem dari 0.9063 pu menjadi 0.920 pu, serta mengurangi rugi-rugi daya aktif 12.04 % dari 12,221 MW menjadi 10,749 MW dan rugi-rugi daya reaktif berkurang sebesar 17.52 % dari 343,407 MW menjadi 283,223 MW.

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus, karena atas berkat dan rahmat-Nya Tugas Akhir ini dapat disusun dan diselesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang baru diselesaikan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas akhir ini adalah:

“OPTIMASI PENENTUAN LOKASI PEMASANGAN STATIC VAR

COMPENSATOR (SVC) PADA SISTEM TRANSMISI SUMBAGUT 150 KV

BERBASIS METODE GENETIC ALGORITHM”

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu almarhum ayahanda (Jonson Panggabean) beserta Ibunda (Sarmawati Sinaga), kakak (Lusi Panggabean), dan adik – adik tersayang (Lia Panggabean dan Pilipi Panggabean) yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis selama 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 terimakasih yang mendalam kepada:

1. Ibu Syiska Yana, S.T.,M.T., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu, pikiran, saran, membagi ilmu, bantuan bimbingan dan pengarahan kepada penulis serta memberikan judul tugas akhir ini sehingga penyusunan Tugas Akhir ini dapat selesai. Terimakasih atas keramahan dan pedulinya Ibu selama ini kepada kami. Sehat selalu dan terus berkarya buat Ibu, semakin banyak mahasiswa bimbingan nya yang berhasil di tangan Ibu. Kami percaya sukses kami adalah sukses Ibu juga.

laboratorium Tegangan Tinggi, banyak ilmu dan pelajaran berharga yang saya terima yang lebih mahal daripada sekedar materi. Tetap sehat dan berkarya, doa kami senantiasa untuk bapak.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si., selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara dan selaku dosen Penguji Tugas Akhir yang telah memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini. Terimakasih sudah menanamkan jiwa “Engineer” dalam jiwa kami, terkhusus dalam mata kuliah Rekayasa Perencanaan, sehingga kami kelak menjadi engineer yang siap pakai dan beretika.

4. Bapak Yulianta Siregar S.T., M.T., selaku dosen Penguji Tugas Akhir yang telah memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini.

5. Inangboru tercinta, Asnamewati Panggabean, yang selalu mendoakan dan mendukung penulis mulai proses perkuliahan hingga sampai menyelesaikan tugas akhir ini. Terimakasih buat segala dukungan moril maupun materi, nasehat dan saran-saran inangboru. Suksesku adalah bagian dari doa inangboru. God always loves you.

6. Keluarga besar Op. Nando (Opung Tercinta, Tulang Raya, Tante Dai, Kel Op Timothy, Kel Tulang Nando, Kel Pak Tua Mega, Kel Tulang Joni Apul, Kel Tulang Paber) yang telah banyak mendoakan dan memberikan nasehat yang membangun bagi penulis dikala suka maupun duka. Tuhan yang selalu memberkati kita semua.

7. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada penulis. 8. Kepada PT PLN Persero baik UPT (Unit Pelayanan Transmisi) dan UPB (Unit Pengaturan Beban) Medan yang telah membantu penulis untuk memperoleh data penelitian jaringan transmisi PLN Sumbagut 150 KV sehingga pengerjaan tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.

10.Teman-teman seperjuangan Yudha, Dedywidya, Youki, Riandi, Ari, Tony, Rizky, Emir, Tidauccy, Riko, Ferro, Yosef, Yoshua, Bill, Risjen, James dan teman-teman 2011 lainnya yang tidak bisa disebutkan satu-persatu yang telah memberikan pelajaran hidup, semangat, motivasi, cerita, canda dan ilmu selama penulis menjalani perkuliahan di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. See you on the top mates.

11.Rekan - rekan Asisten Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi dan Asisten Laboratorium Transmisi dan Distribusi Josiah, Memory, Ann Alberth, Andreas, Sakinah, M. Fikri, Syahlan dan Frederik yang telah menjadi teman diskusi serta memberikan masukan selama perkuliahan.

12.Rekan-rekan Asisten Laboratorium Sistem Pengaturan dan Komputer Frans dan Mian yang banyak membantu penulis belajar pemrograman dan belajar software Matlab.

13.Sahabat-sahabat terbaik Lidya, Dian Reh, Daniel, Devis, Dicky, Frits, Yona, Yendra Komeng, dan Abdul Halim yang selalu mendoakan dan mendukung penulis saat suka dan duka hingga proses penyusunan Tugas Akhir ini selesai.

14.Keluarga besar Album Medan seluruhnya yang sudah menjadi keluarga baru tempat penulis bertumbuh dan belajar.

15.Seluruh keluarga besar Departemen Teknik Elektro yang telah memberikan bantuan selama penulis menjalani perkuliahan di Departemen Teknik Elektro.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari pembaca yang dapat membuat Tugas Akhir ini lebih baik lagi. Semoga Tugas Akhir ini dapat berguna dan bermanfaat bagi pembaca.

Medan, Januari 2016

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... viii

BAB I ... 1

PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Tujuan Penulisan ... 3

1.3 Batasan Masalah ... 4

1.4 Manfaat Penelitian ... 4

1.5 Luaran Tugas Akhir ... 4

BAB II ... 5

TINJAUAN PUSTAKA... 5

2.1 Static VAR Compensator ... 5

2.1.1 Teori Dasar ... 5

2.1.2 Bentuk gelombang dari response dinamik SVC terhadap perubahan tegangan ... 13

2.2 Genetic Algorithm ... 18

2.3 Saluran Transmisi ... 21

2.4 Karakteristik Listrik dari Saluran Transmisi ... 22

2.4.1 Resistansi ... 23

2.4.2 Induktansi ... 24

2.4.3 Kapasitansi ... 27

2.5 Karakteristik Penyaluran Daya ... 30

2.5.1 Saluran Transmisi Jarak Pendek ... 30

2.5.2 Saluran Transmisi Jarak Mengengah ... 31

2.5.3 Saluran Transmisi Jarak Jauh ... 33

2.6 Studi Aliran Daya ... 33

BAB III... 37

3.1 Tempat dan Waktu ... 37

3.2 Bahan dan Peralatan... 37

3.3 Variabel yang Diamati ... 37

3.4 Diagram Alir Penelitian ... 37

BAB IV ... 40

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 40

4.1 Umum ... 40

4.2 Simulasi Sistem Tenaga Listrik PLN Sumbagut 150 KV PT PLN (Persero) ... 42

4.3 Optimasi Pemasangan Lokasi SVC dengan metode Genetic Algorithm 48 4.4 Aliran daya setelah pemasangan SVC ... 57

4.5 Perbandingan sebelum pemasangan SVC dengan setelah pemasangan SVC ... 59

4.5.1 Daya Aktif ... 59

4.5.2 Daya Reaktif ... 61

4.5.3 Rugi-rugi daya ... 62

BAB V ... 66

KESIMPULAN DAN SARAN ... 66

5.1 KESIMPULAN ... 66

5.2 SARAN ... 66

DAFTAR PUSTAKA ... 67

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 ... 6

Gambar 2.2 ... 7

Gambar 2.3 ... 8

Gambar 2.4 ... 9

Gambar 2.5 ... 10

Gambar 2.6. ... 11

Gambar 2.7 ... 12

Gambar 2.8 ... 12

Gambar 2.9 ... 14

Gambar 2.10 ... 15

Gambar 2.11 ... 16

Gambar 2.12 ... 17

Gambar 2.13 ... 26

Gambar 2.14 ... 29

Gambar 2.15 ... 30

Gambar 2.16 ... 32

Gambar 3.1 ... 38

Gambar 3.2 ... 39

Gambar 4.1 ... 43

Gambar 4.2 ... 45

Gambar 4.3 ... 47

Gambar 4.4 ... 58

Gambar 4.5 ... 59

Gambar 4.6 ... 60

Gambar 4.7 ... 61

Gambar 4.8 ... 63

DAFTAR TABEL