i
PENGENDALIAN FREKUENSI BEBAN PADA PLTMH BERBASIS FUZZY PID TERTALA IMPERIALIST
COMPETITIVE ALGORITHM
SKRIPSI
Sebagai Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
Rizky Zakaria NIM. 201710130311083
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2022
ii
iii
iv
v
LEMBAR PERSEMBAHAN
Puji syukur saya panjatkan kepada Allah SWT, atas segala rahmat serta Hidayah-nya. Sholawat serta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad SAW. Atas kehendak dan karunianya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul “PENGENDALIAN FREKUENSI BEBAN PADA PLTMH BERBASIS FUZZY PID TERTALA IMPERIALIST COMPETITIVE ALGORITHM”. Dimana Skripsi ini disusun sebagai salah satu persyaratan untuk mencapai Strata 1 (S1) Sarjana Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang. Dalam penelitian dan penyusunan Skripsi ini, penulis banyak dibantu, dibimbing dan didukung oleh berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan kali ini penulis mengucapkan banyak-banyak terima kasih kepada :
1. Allah SWT yang selalu memberikan kemudahan, kelancaran dan petunjuk dalam pengerjaan skripsi ini.
2. Nabi Muhammad SAW yang telah memperantarai agama islam ini sehingga saya bisa menetapi agama yang benar ini.
3. Mama saya (Sri Chumaiyah), yang selama ini memberikan dukungan moral maupun materil hingga sampai saat ini sehingga saya bisa sukses menempuh pendidikan S1 ini.
4. Papa saya (Dahlan Lanuri) yang juga selalu memberikan doanya kepada saya sehingga saya berhasil mendapatkan gelar Sarjana Teknik ini.
5. Abang saya (By Romeo Kerinci Aris K.) beserta keluarga kecil barunya, yang selama ini memberikan saya biaya perkuliahan dan biaya kehidupan saya sehari-hari selama saya menempuh pendidikan S1 ini dan juga arahan dan motivasi pembelajaran yang lain kepada saya.
6. Mendiang adik saya (Dahlia Maya Arifah) yang juga tidak terlepas selalu mengingatkan saya tentang kehidupannya bersama dengan saya.
7. Seluruh keluarga saya (Budhe Harti, Om David, Budhe Tutik, Tante Nunung, Tante Yuli, Mami, dan yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu) yang telah memberikan dukungan untuk tetap semangat dan menjaga kesehatan hingga sampai saat ini.
8. Teman – teman cewek saya yang selalu bercerita disaat saya sedang membutuhkan cerita hiburan, antara lain : Rosita, Widya, Ilafatul, Jaihan,
vi
Firda, Vira, Kiki, Anisbah, Qoriah, Ifah, Wawa, Fiddi, Nyap Nyap, Delia, Deka, Tarin, dan Audi.
9. Teman – teman bermain saya yang terkadang juga sering sharing pengalaman nya sehingga saya bisa belajar arti hidup dari mereka, antara lain : Uus, Vero, Ryan, Ersa, Ferda, Fajar, Rembo, Amiko, Bagas, Abid.
10. Teman – teman yang membantu saya dalam mengerjakan skripsi ini, antara lain : Ary, Zizah, dan Rahayu.
11. Bapak Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, M.T. selaku dosen Pembimbing I yang telah memberikan ilmu, saran, arahan serta bimbingan dalam menyelesaikan penulisan Skripsi ini.
12. Bapak Zulfatman, S.T., M.Eng., Ph.D. selaku dosen Pembimbing II yang telah memberikan ilmu, saran, arahan serta bimbingan dalam menyelesaikan penulisan Skripsi ini.
13. Seluruh Dosen Pengajar dan Staff Pengajar Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang yang telah berjasa dalam memberi ilmu selama pendidikan.
14. Teman – teman PAB dan GCK yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.
15. Guru ngaji saya antara lain : Ust. Charis, Ust. Arif, dan lain – lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa isi dari Skripsi ini masih jauh dari kata sempurna.
Untuk itu kritik dan saran yang membangun sangat kami harapkan demi perbaikan di masa mendatang. Semoga Skripsi ini bermanfaat bagi pembaca dan peneliti selanjutnya.
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan kepada Allah SWT, atas segala rahmat serta Hidayah-Nya. Sholawat serta salam senantiasa tercurah kepada Rasulullah SWT.
Atas kehendak dan karunianya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul:
“PENGENDALIAN FREKUENSI BEBAN PADA PLTMH BERBASIS FUZZY PID TERTALA IMPERIALIST COMPETITIVE ALGORITHM”.
Penulisan Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat memperoleh gelar sarjana di Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang.
Penulis menyadari bahwa isi dari Skripsi masih jauh dari kata sempurna.
Untuk itu kritik dan saran yang membangun sangat kami harapkan demi perbaikan di masa mendatang. Semoga Skripsi ini bermanfaat bagi pembaca dan peneliti selanjutnya.
Malang, April 2022
Rizky Zakaria
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PERSUTUJUAN ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
LEMBAR PERNYATAAN ... iv
ABSTRACT ... v
ABSTRAK ... vi
LEMBAR PERSEMBAHAN ... vii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan Penelitian ... 3
1.4 Manfaat Penelitian ... 4
1.5 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) ... 5
2.1.1 Pengertian Mikrohidro ... 5
2.1.2 Komponen – Komponen pada PLTMH ... 7
2.1.3 Gangguan Beban Lebih pada PLTMH ... 10
2.2 Kestabilan Frekuensi ... 11
2.3 Pengendali PID - Fuzzy ... 12
2.3.1 Pengendali PID ... 12
2.3.2 Pengendali Logika Fuzzy ... 14
2.3.3 Pengendali Fuzzy – PID ... 14
2.4 Imperialist Competitive Algorithm (ICA) ... 15
ix
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 17
3.1 Diagram Blok Sistem ... 17
3.2 Pemodelan Sistem ... 18
3.2.1 Perancangan Model Sistem PLTMH ... 19
3.2.2 Perancangan Model Kontroller Fuzzy ... 21
3.2.3 Perancangan Model Sistem PLTMH dengan Kontroller Fuzzy – PID ... 22
3.2.4 Imperialist Competitive Algorithm (ICA) ... 22
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 25
4.1 Hasil Pengujian Sistem PLTMH Tanpa Kontroler ... 25
4.1.1 Hasil Pengujian Sistem PLTMH Tanpa Kontroler Beban 1 % .... 25
4.1.2 Hasil Pengujian Sistem PLTMH Tanpa Kontroler Beban 15 % .. 26
4.2 Hasil Pengujian Sistem PLTMH Menggunakan Kontroller PID ... 26
4.2.1 Hasil Pengujian Sistem PLTMH dengan Kontroller PID Beban 1% ... 26
4.2.2 Hasil Pengujian Sistem PLTMH dengan Kontroller PID Beban 15% ... 28
4.3 Hasil Pengujian Algoritma ICA ... 29
4.4 Hasil Pengujian Sistem PLTMH Menggunakan PID Tertala ICA... 29
4.4.1 Hasil Pengujian Sistem PLTMH dengan PID Tertala ICA Beban 1% ... 29
4.4.2 Hasil Pengujian Sistem PLTMH dengan PID Tertala ICA Beban 15% ... 31
4.5 Hasil Pengujian Sistem PLTMH Fuzzy – PID Tertala ICA ... 32
4.5.1 Hasil Pengujian Sistem PLTMH Fuzzy – PID Tertala ICA Beban 1% ... 32
4.5.2 Hasil Pengujian Sistem PLTMH Fuzzy – PID Tertala ICA Beban 15% ... 33
4.6 Hasil Perbandingan Sistem PLTMH dengan Kontroller Berbeda... 34
x
4.6.1 Hasil Perbandingan Sistem dengan Kontroller Berbeda Beban
1% ... 34
4.6.1 Hasil Perbandingan Sistem dengan Kontroller Berbeda Beban 15% ... 35
BAB V PENUTUP ... 37
5.1 Kesimpulan ... 37
5.2 Saran ... 37
DAFTAR PUSTAKA ... 38
LAMPIRAN ... 40
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 PLTMH ... 6
Gambar 2.2 Turbin Jenis Cross Flow ... 7
Gambar 2.3 Frekuensi Listrik pada Frekuensi 50 Hz dan 60 Hz ... 11
Gambar 2.4 Diagram Blok Pengendali PID ... 14
Gambar 2.5 Diagram Blok Fuzzy Controller ... 14
Gambar 2.6 Diagram Blok Pengendali Fuzzy - PID ... 15
Gambar 2.7 Flowchart Bagaimana ICA Mengoptimasi ... 16
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem PLTMH dengan Fuzzy PID - ICA ... 17
Gambar 3.2 Model PLTMH pada Software Simulink Matlab ... 19
Gambar 3.3 Fungsi Keanggotaan dari Masukan e(t) dan de(t) ... 21
Gambar 3.4 Fungsi Keanggotaan dari Keluaran Fuzzy Kontroller ... 21
Gambar 3.5 Model Fuzzy Kontroller pada Simulink ... 22
Gambar 3.6 Model PLTMH dengan Fuzzy – PID Kontroller pada Simulink ... 22
Gambar 3.7 Flowchart Bagaimana ICA Mengoptimasi LFC ... 23
Gambar 4.1 Respon Frekuensi PLTMH Tanpa Kontroller Beban 1% ... 25
Gambar 4.2 Respon Frekuensi PLTMH Tanpa Kontroller Beban 15% ... 26
Gambar 4.3 Respon PLTMH dengan PID Beban 1% ... 27
Gambar 4.4 Grafik Sinyal Kontroler PID dengan Beban 1% ... 27
Gambar 4.5 Respon Frekuensi PLTMH dengan PID Beban 15% ... 28
Gambar 4.6 Grafik Sinyal Kontroler PID dengan Beban 15% ... 28
Gambar 4.7 Kecepatan Konvergensi Algoritma ICA ... 29
Gambar 4.8 Respon Frekuensi PLTMH dengan PID - ICA Beban 1% ... 30
Gambar 4.9 Grafik Sinyal Kontroler PID – ICA Beban 1% ... 30
Gambar 4.10 Respon Frekuensi PLTMH dengan PID – ICA Beban 15% ... 31
Gambar 4.11 Grafik Sinyal Kontroler PID – ICA Beban 15% ... 31
Gambar 4.12 Respon Frekuensi PLTMH dengan Fuzzy PID ICA Beban 1% .. 32
Gambar 4.13 Grafik Sinyal Kontroler Fuzzy PID – ICA Beban 1% ... 32
Gambar 4.14 Respon Frekuensi PLTMH dengan Fuzzy PID ICA Beban 15%..33
xii
Gambar 4.15 Grafik Sinyal Kontroler Fuzzy PID – ICA beban 15% ... 33 Gambar 4.16 Perbandingan Respon Frekuensi PLTMH dengan Tanpa
Kontroler, PID, PID – ICA, dan Fuzzy PID – ICA Beban 1% ... 34 Gambar 4.17 Perbandingan Respon Frekuensi PLTMH dengan Tanpa
Kontroler, PID, PID – ICA, dan Fuzzy PID – ICA Beban 15% . 35
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Parameter – Parameter PLTMH ... 20 Tabel 3.2 Parameter ICA... 24 Tabel 4.1 Perbandingan Nilai Overshoot, Undershoot, dan Settling Time
Beban 1% ... 34 Tabel 4.2 Perbandingan Nilai Overshoot, Undershoot, dan Settling Time
Beban 15% ... 35
xiv
DAFTAR PUSTAKA
[1] Ali, M., Raikhani, A., Sopian, H., & Umami, I. (2018). Jurnal Intake Optimasi Pengaturan Kecepatan Motor Shunt Berbasis Imperalist Competitive Algorithm ( ICA ). Jurnal Intake, 26–30.
[2] Andrik, M., Farul, M., Cahyono, I., & Rukslin, R. (2018). Optimasi Load Frequency Control (LFC) Pada Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Berbasis PID-ANFIS. Jurnal Rekayasa Mesin, 9(1), 61–64.
https://doi.org/10.21776/ub.jrm.2018.009.01.9
[3] Aryanata, G. M. N. C., Suweden, I. N., & Mataram, I. M. (2018). Studi Analisis Governor sebagai Load Frequency Control pada PLTG Menggunakan Fuzzy Logic Controller. Majalah Ilmiah Teknologi Elektro, 17(1), 107.
https://doi.org/10.24843/mite.2018.v17i01.p15
[4] Djalal, M. R., Negeri, P., Pandang, U., Ajiatmo, D., & Robandi, I. (2015). Load Frequency Control PLTMH Dengan Capacitive Energy Storage
Menggunakan Cuckoo Search Algorithm.
https://doi.org/10.13140/RG.2.1.5125.8484
[5] Ekocahya, R. dkk. (2017). Sistem Pengaturan Laju Aliran Air pada Plant Water Treatment dengan Kontrol Fuzzy-PID. 3 Jurnal Arus Elektro Indonesia (JAEI).
[6] Ningsih, A., Wahyunggoro, O., Isnaeni, M. B., & Teknik UGM, F. (2018).
Kendali Penstabil Frekuensi dan Tegangan untuk Pembangkit Listrik Mikrohidro Menggunakan Beban Komplemen dengan Pengendali PID dan PWM. In Seminar Nasional ke (Vol. 9).
[7] Siswanto, T., Kusuma, D. H., & Raikhani, A. (2016). Desain Optimal Load Frequency Control ( Lfc ) Pada Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro ( Pltmh ) Menggunakan Metode Particle Swarm Optimization ( Pso ) B-35 B- 36. Prosiding SENTIA 2016 – Politeknik Negeri Malang, 8, 35–39.
[8] Zulfatman, Z. (2018). Pengaturan Frekuensi PLTMH Menggunakan Flow Valve Control Berbasis Fuzzy-PI. Seminar Nasional Teknologi Informasi …,
xv November, 437–444.
[9] Ratna, Dwi Ana. 2017. Penalaan Kontroler PID-Fuzzy menggunakan algortima peningkatan Particle Swarm Optimization with Time Variant Acceleration Coefficient (PSO-TVAC). Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.
[10] Khadari, Iqlimah. 2019. Desain Kontroler PID-Fuzzy adaptif dengan tertala algoritma Honey Be Mating Optimization (HBMO). Universitas Negeri Semarang. Semarang.
[11] Bachri, Samsul M. 2004. Sistem Kendali Hybrid PID - Logika Fuzzy pada Pengaturan Kecepatan Motor DC. Universitas Negeri Jember, Jember.
[12] Mustarin, Tsabit. 2015. Desain Optimal Load Frequency Control (LFC) Dengan Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) pada Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Menggunakan Metode Firefly Algorithm (FA). Institut Teknologi Surabaya, Surabaya.
[13] Hidayatul, Nurrohmah. 2015. Desain Frekuensi Kontrol pada Hibrid Wind- Diesel Dengan PID–Imperialist Competitive Algorithm (ICA). Universitas Darul Ulum, Jombang.
[14] Siswanto, Tri. 2016. Desain Optimal Load Frequency Control (LFC) pada Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLMTH) Menggunakan Metode Particle Swarm Optimization (PSO). Universitas Darul Ulum, Jombang.
[15] Machrus, Ali. 2013. Desain PID Controller Dengan Metode Firefly Algorithm Untuk Optimasi LFC Pada PLTMH. Universitas Darul Ulum, Jombang.
16
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO & D3 TEKNIK ELEKTRONIKA
Jl. Raya Tlogomas 246 Malang 65144 Telp. 0341 - 464318 Ext. 129, Fax. 0341 - 460782
FORM CEK PLAGIASI LAPORAN TUGAS AKHIR
Nama Mahasiswa : Rizky Zakaria
NIM : 201710130311083
Judul TA : Pengendalian Frekuensi Beban pada Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Berbasis Fuzzy PID Tertala Imperialist Competitive
Hasil Cek Plagiarisme dengan Turnitin
No. Komponen Pengecekan Nilai Maksimal Plagiasi (%)
Hasil Cek Plagiasi (%) *
