MEMINIMALISIR RUGI-RUGI JARINGAN DISTRIBUSI MENGGUNAKAN METODE BINARY PARTICLE SWARM
OPTIMIZATION (BPSO)
(Studi Kasus : PT. PLN Persero Rayon Tembilahan)
TUGAS AKHIR
Diajukan Sebagai Salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi
Oleh : ARDIANSYAH
11555104653
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SULTAN SYARIF KASIM RIAU PEKANBARU
2023
iii
LEMBAR HAK ATAS KEKAYAAN INTELEKTUAL
Tugas akhir ini tidak diterbitkan terdaftar dan tersedia diperpustakaan Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau dan terbuka untuk umum dengan ketentuan hak cipta ada pada peneliti. Referensi kepustakaan diperkenankna dicatat, tetapi pengutipan atau ringkasan hanya dapat dilakukan dengan mengikuti kaidah pengutipan yang berlaku.
Penggandaan atau penerbitan segaian atau seluruh Tugas Akhir ini harus memperoleh izin dan Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau. Perpustakaan yang meminjamkan Tugas Akhir ini untuk anggotanya diharapkan untuk mengisi nama, tanada peminjam dan tanggal pinjam.
v
LEMBAR PERSEMBAHAN
“Karena sesungguhnya bersama setiap kesulitan ada kemudahan. Sesungguhnya bersama setiap kesulitan ada kemudahan”(Q.S Al Insyirah : 5 - 6).
“Untuk Ibu, Ibu Juriah Tercinta dan Ayahanda terhomat Sofyan ini kupersembahkan untuk kalian tercinta”
Alhamdulillah puji dan syukur saya ucapkan kepada Allah SWT, yang selalu memberikan limpahan rahmat dan karunia-Nya. Shalawat dan salam ucapkan kepada nabi Muhammad SAW, yang telah membawa kita dari zaman jahiliyah hingga zaman islamiah.
Tugas Akhir ini saya persembahkan untuk orang tua yang telah memberikan saya kesempatan untuk bisa menjadi seorang anak yang mandiri dan terdidik, dengan kerja keras dan do’a – do’a yang selalu Ibu, Ayah panjatkan didalam sujudmu demi masa depan anak- anakmu. Semoga dengan menyelesaikan masa belajar ini kami berharap bisa menjadi kebanggaan untukmu. Ucapan terimakasih yang sangat besar bagi dosen pembimbing yang telah membimbing saya dalam menyelesaikan tugas akhir, ibu Dr. Liliana, S.T. M.Eng.
dan saudara perjuangan Energi angkatan 15 selaku wadah inspirasi. Semoga Allah limpahkan keberkahan, kesehatan dan umur yang panjang, tak sedikitpun jasa mu mampu terbalaskan, begitu luas dan dalam.
vi MEMINIMALISIR RUGI-RUGI JARINGAN DISTRIBUSI MENGGUNAKAN
METODE BINARY PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (BPSO) (Studi Kasus : PT. PLN Persero Tembilahan)
ARDIANSYAH 11555104653
Tanggal Sidang: 20 Januari 2023 Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau Jl. Soebrantas No. 155 Pekanbaru
ABSTRAK
Pada saluran distribusi tersusun dari beberapa penyulang (feeder). Pada setiap penyulang tersebut, mempunyai saklar penghubung (tie switch) yang tidak bekerja atau kondisi terbuka saat keadaan normal (Normally Open).
Selain dari saklar penghubung tersebut, terdapat saklar pemisah, (Sectionalizing switch). Rekonfigurasi jaringan distribusi merupakan suatu upaya yang bertujuan untuk meminimalisasi rugi-rugi daya, salah satunya adalah dengan mengubah kondisi atau status pada saklar pemisah (sectionalizing switch) dan salah penghubung (tie switch), mengubah jenis kabel saluran ataupun dengan mengubah stuktur topologi jaringannya. Metode Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) ini dikembangkan oleh kennedy dan eberhart dapat dikatakan mampu beroperasi pada ruang pencarian dalam bentuk biner. ETAP (Electrical Transient Analysys Program) Power Station merupakan salah satu software yang dapat digunakan untuk perhitungan aliran daya pada sistem tenaga listrik. Tujuan penelitian ini untuk mengurangi power losses, pada penelitian ini menghasilkan 3 tujuan, tujuan pertama yaitu memberikan informasi rugi – rugi daya kondisi existing, kedua memberikan informasi mengenai aliran daya setelah konfigurasi dan terakhir menjalankan simulasi terkait aliran daya setelah optimalisasi dengan menggunakan metode BPSO. Bus yang membaik terjadi pada bus 21 26 43 50 sudah mencapai persentase nilai losses di bawah 5% pada proses rekonfigurasi. Optimalisasi dengan BPSO proses ini menurunkan nilai power losses dari keseluruhan bus yang ikut mengalami perbaikan yaitu pada bus 17 18 21 22 23 24 26 27 28 29 30 31 35 37 41 44 45 48 49 50.
Kata kunci : rekonfigurasi, binary particle swarm optimization (BPSO), Electrical Transient Analysys Program (ETAP).
vii
MINIMIZING DISTRIBUTION NETWORK LOSS USING METHOD BINARY PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (BPSO)
(Case Study OF PT. PLN Persero Rayon Tembilahan)
ARDIANSYAH 11555104653
Date Of The Session: 20 January 2023
Department of Electrical Enggineering Faculty Of Science And Technology
Sultan Syarif Kasim Riau State Islamic University Riau Street Soebrantas No. 155 Pekanbaru
ABSTRACT
The distribution channel is composed of several feeders. Each of these feeders has a tie switch that does not work or is open during normal conditions (Normally Open). Apart from the connecting switch, there is a separator switch, (Sectionalizing switch). Distribution network reconfiguration is an effort that aims to minimize power losses, one of which is by changing the conditions or status of sectionalizing switches and tie switches, changing the type of channel cable or by changing the network topology structure. The Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) method developed by Kennedy and Eberhart can be said to be able to operate in the search space in binary form.
ETAP (Electrical Transient Analysis Program) Power Station is a software that can be used to calculate power flow in electric power systems. The purpose of this study is to reduce power losses, in this study it produces 3 objectives, the first objective is to provide information on power losses in existing conditions, the second is to provide information about power flow after configuration and the last is to run a simulation related to power flow after optimization using the BPSO method. The improved bus occurred on bus 21 26 43 50 which has reached a percentage loss value below 5% in the reconfiguration process. Optimization with BPSO this process reduces the value of power losses from all buses that are also undergoing repairs, namely on buses 17 18 21 22 23 24 26 27 28 29 30 31 35 37 41 44 45 48 49 50.
Keywords : reconfiguration, binary particle swarm optimization (BPSO), Electrical Transient Analysys Program (ETAP).
viii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr.Wb
Puji syukur alhamdulillah penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, yang telah mencurahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir ini.
Shalawat beserta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada junjungan alam, pembawa cahaya bagi kehidupan manusia yakni nabi Muhammmad SAW, sebagai seorang sosok pemimpin umat yang patut diteladani bagi seluruh umat yang ada di dunia hingga akhir zaman.
Penulisan Tugas Akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi. Atas berkat rahmat dan ridho Allah SWT penulis dapat Menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul
“Meminimalisir Rugi-rugi Jaringan Distribusi Menggunakan Metode Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) (Studi Kasus : PT. PLN Persero Rayon Tembilahan)”.
Sudah menjadi ketentuan bagi setiap mahasiswa yang ingin menyelesaikan studi nya pada program Sarjana S1 di UIN SUSKA Riau harus membuat karya ilmiah berupa Tugas Akhir. Pada proses pembuatan Tugas Akhir banyak penulis dapatkan masukan yang membantu penulis dalam menyelesaikannya, maka dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, baik itu berupa bantuan moral, materil, atau berupa pikiran yang tidak akan pernah terlupakan. Antara lain kepada:
1. Ibunda tercinta Juriah, ayahanda terhomat Sofyan yang telah memberikan semangat, dukungan moril, maupun materil dan doa kepada penulis.
2. Saudara seperjuangan Heryansyah dan Saudari Nurherlina, Nurherlita yang telah memberikan saran dan masukan motivasi yang sangat berharga agar dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Bapak Prof. DR, Khairunnas, M.Ag. selaku rektor Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau.
4. Bapak Dr. Hartono, M.Pd. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi.
5. Ibu Dr. Zulfatri Aini, S.T., M.T. selaku ketua Program Studi Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi UIN SUSKA Riau yang telah membuat proses administrasi pada
ix Program Studi Teknik Elektro menjadi lebih baik dan efektif.
6. Ibu Dr. Liliana, S.T., M.Eng. selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan banyak waktu serta pemikirannya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
Pada penyelesaiannya, melalui beliau penulis mendapatkan pengetahuan yang sangat berharga, dengan keikhlasan dan kesabaran dalam memberikan penjelasan dari nol hingga penulis menjadi paham sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
7. Bapak Dr. Kunaifi, S.T., PgDipEnSt,. M.Sc. selaku dosen penguji Tugas Akhir yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi kritikan dan saran kepada penulis yang sangat membangun terhadap penulisan Tugas Akhir ini.
8. Ibu Marhama Jelita, S.Pd., M.Sc. selaku dosen penguji Tugas Akhir yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi kritikan dan saran kepada penulis yang sangat membangun terhadap penulisan Tugas Akhir ini.
9. Teman seperjuangan calon S.T TEE’15 dan yang telah memberikan dorongan, membantu, menemani dan memotivasi penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
10. Rekan-rekan seperjuangan. Kurnia Sandi, S.Ars., Jeki Iskandar, S.H., Firgiawan Muhammad, S.T. dkk yang selalu membantu, menemani dan menyemangati penulis dari awal perkuliahan hingga akhirnya penulis dapat menyelesaikan kuliah.
11. Serta seluruh pihak-pihak yang telah membantu penulis dalam melaksanakan hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tanpa bantuan dan dorongan yang diberikan, penulis tidak akan mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini, oleh sebab itu penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah meluangkan waktunya, hanya Allah SWT yang mampu membalas niat baik dan keikhlasan dengan sempurna..
Pada penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, karena kesempurnaan hanyalah milik Allah SWT dan kekurangan datang dari penulis. Dalam hal ini penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih memiliki kekurangan dan jauh dari kesempurnaan karena keterbatasan ilmu, pengalaman dan pengetahuan penulis dalam proses pembuatan Tugas Akhir ini, maka dari itu untuk penyempurnaan Tugas Akhir ini penulis mengharapkan kritikan dan saran kepada semua pihak yang sifatnya membangun.
Pekanbaru, 26 Januari 2023
Ardiansyah
x
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ... i
DAFTAR GAMBAR ... iii
DAFTAR TABEL ... iv
DAFTAR RUMUS ... v
DAFTAR SINGKATAN ... vi
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang... I-1 1.2. Rumusan Masalah... I-4 1.3. Tujuan Penelitian ... I-5 1.4. Batasan Masalah ... I-5 1.5. Manfaat Penelitian ... I-5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Penelitian Terkait... II-1 2.2. Sistem Distribusi Tenaga Listrik ... II-4 2.3. Jenis Sistem Distribusi ... II-5
2.3.1. Jaringan Distribusi Primer ...
2.3.2. Jaringan Distribusi Sekunder ...
II-6 II-10 2.4. Penyusutan Energi Pada Jaringan Distribusi ...
2.4.1. Jatuh Tegangan ...
II-11 II-11 2.4.2. Rugi-Rugi Daya ...
2.4.3. Rugi-Rugi Transformator ...
II-13 II-15
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Rancangan Penelitian ... III-1 3.2. Studi Literatur ... III-2 3.3. Pengumpulan Data ... III-2 3.4. Pemodelan Sistem ... III-3
xi BAB IV
3.5. Analisa Data ...
HASIL DAN ANALISA
III-4
4.1 Hasil Simulasi Aliran Daya Kondisi Existing Penyulang Leeds IV-1 4.2 Hasil Simulasi Aliran Daya Rekonfigurasi Penyulang Leeds IV-5 4.3 Hasil Simulasi Aliran Daya Optimalisasi Penyulang Leeds dengan BPSO
4.4 Analisa
IV-12 IV-15 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... V-1 5.2 Saran ... V-1
DAFTAR PUSTAKA
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1. Sistem Tenaga Listrik ... II-5 2.2. Sistem Radial Terbuka ... II-6 2.3. Sistem Radial Paralel ... II-7 2.4. Sistem Loop ... II-7 2.5. Sistem Spindel ... II-8 2.6. Sistem Spot Network ... II-9 2.7. Sistem Interkoneksi ... II-10 2.8. Jaringan Distribusi Sekunder ... II-10 2.9. Diagram Vektor Arus dan Tegangan Saluran Distribusi ... II-12 3.1 Flowchart Rancangan Penelitian... III-1 3.2 Flowchart Alur Pemodelan Sistem ... III-3 4.1 Langkah Awal Pada ETAP... IV -1 4.2 Langkah Pembuatan Aliran Daya Pada Tab OLV1... IV -2 4.3 Icon Load Flow Analysys... IV -2 4.4 Icon Aleit View... IV -2 4.5 Hasil Running ETAP... IV -3 4.6 Single Line Diagram Hasil Rekonfigurasi... IV -7 4.7 Diagram Bus Penyulang Leeds... IV -10 4.8 Diagram Penyulang Leeds Setelah Ditambahkan Tie Switch... IV -11 4.9 Hasil Running ETAP Dari Optimalisasi Dengan BPSO... IV -12
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1 Jurnal Referensi ... II-2 3.1 Tahapan Penelitian Metodelogi ... III-2 4.1 Profil Tegangan Bus Pada Penyulang Leeds Kondisi Existing... IV-3 4.2 Tie Switch Penyulang Leeds... IV -6 4.3 Profil Tegangan Bus Pada Penyulang Leeds Setelah Rekonfigurasi... IV -8 4.4 Kombinasi loop – switch Peda Penyulang... IV -11 4.5 Hasil Profil Tegangan Penyulang Leeds Optimalisasi Metode BPSO... IV -13 4.6 Perbandingan Hasil Ketiga Langkah Pada Penyulang Leeds... IV -15 4.7 Perbandingan Bus Berdasarkan 3 Langkah Penelitian... IV -15
xiv
DAFTAR RUMUS
Rumus Halaman
2.1. Jatuh tegangan saluran distribusi ... II-12 2.2. Jatuh tegangan saluran distribusi per phasa ... II-12 2.3. Jatuh tegangan distribusi dengan sistem 3 phasa ... II-13 2.4. Jatuh tegangan distribusi dengan sistem 3 phasa bentuk per unit ... II-13 2.5. Jatuh tegangan distribusi dengan sistem 3 phasa bentuk per unit ... II-13 2.6. Jatuh tegangan distribusi dengan sistem 3 phasa bentuk per unit ... II-13 2.7. Rugi-rugi daya ... II-14 2.8. Rugi-rugi daya aktif dengan sistem 3 phasa ... II-14 2.9. Rugi-rugi daya reaktif ... II-14 2.10. Rugi-rugi daya aktif dengan sistem 3 phasa ... II-14 2.11. Rugi-rugi tembaga ... II-15 2.12. Rugi-rugi arus eddy ... II-15 2.13. Rugi-rugi hysteresis ... II-16
xv
DAFTAR SINGKATAN
BPS : Badan Pusat Statistik
BPSO : Binary Particle Swarm Optimization JTM : Jaringan Tegangan Menengah
PLT EBT : Pembangkit Listrik Tenaga Energi Baru dan Terbarukan PLTA/M/MH : Pembangkit Listrik Tenaga Air/Minihidro/Mikrohidro PLTD : Pembangkit Listrik Tenaga Diese
PLTG/GU/MG : Pembangkit Listrik Tenaga Gas/Gas dan Uap/Mesin Gas PLTP : Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi
PLTU : Pembangkit Listrik Tenaga Uap PSO : Particle Swarm Optimization
PU : Per Unit
SIG : Sistem Informasi Geografi
UIWRKR : Unit Induk Wilayah Riau dan Kepulauan Riau
ULP : Unit Layanan Pelanggan
UP3 : Unit Pelaksana Pelayanan Pelanggan
I-1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Semakin besarnya pertumbuhan penduduk pada masa kini, mengakibatkan kebutuhan manusia akan energi listrik juga akan semakin membesar. Hal tersebut karena kebutuhan akan energi listrik oleh manusia tidak bisa dipisahkan dari aktifitas sehari-hari. Peningkatan aktifitas kehidupan manusia menyebabkan tingginya konsumsi energi listrik yang diikuti juga dengan pertambahan beban [1]. Pertambahan beban pada saluran distribusi diikuti juga dengan pertambahan jaringan baru. Akibat dari pertambahan jaringan baru, mengakibatkan gangguan-gangguan listrik menjadi semakin membesar. Selain hal tersebut rugi-rugi daya, jatuh tegangan pada saluran distribusi akan semakin membesar [2]. Pada suatu sistem ke-tenaga listrikan yaitu pada sistem jaringan tegangan rendah, harus memiliki kualitas dan keandalan yang baik. Salah satu indikator yang memiliki kualitas dan keandalan pada sistem ke-tenaga listrikan yang baik dapat dilihat dari tegangannya. Tegangan yang sampai pada konsumen, setidaknya tidak boleh melebihi dari standard yang sudah ditentukan. Standard kualitas tegangan yang baik pada sistem ke-tenaga listrikan sudah diatur pada SPLN, dengan nilai tegangan berkisar antara -5 % dan + 10 % dari tegangan nominalnya [3].
Saluran distribusi dibutuhkan untuk menyalurkan energi listrik dari gardu induk menuju ke beban. Pada saluran distribusi tersusun dari beberapa penyulang (feeder).
Pada setiap penyulang tersebut, mempunyai saklar penghubung (tie switch) yang tidak bekerja atau kondisi terbuka saat keadaan normal (Normally Open). Selain dari saklar penghubung tersebut, terdapat saklar pemisah, (Sectionalizing switch). Kebalikan dari saklar penghubung, saklar pemisah saat kondisi normal akan tertutup (Normally close).
Saklar pemisah berfungsi untuk memisahkan bagian tertentu pada salah satu penyulang pada sistem apabila terjadi suatu gangguan ataupun saat melakukan pemeliharaan [4].
Rugi daya dan jatuh tegangan, merupakan permasalahan yang terjadi pada sistem tenaga listrik. Kedua hal tersebut dipengaruhi oleh beberapa parameter antara lain, arus resistansi dan reaktansi pada penyulang. Karena hal hal tersebut yang disebutkan maka dapat dilakukan rekonfigurasi jaringan untuk meminimalisir kerugian tersebut.
I-2 Tindakan untuk mengurangi penurunan tegangan yang cukup besar pada sistem tenaga listrik harus segera diupayakan karena keadaaan tersebut jika dibiarkan secara terus-menerus maka akan menyebabkan terjadinya penurunan keandalan sistem tenaga listrik dan kualitas energi listrik yang disalurkan. Hal tersebut dapat pula menjadi sebab kerusakan alat-alat yang bersangkutan. Penanganan tersebut disebut dengan managemen gangguan. Di dalam sistem distribusi tenaga listrik, manajemen gangguan merupakan salah satu fungsi utama untuk mengurangi waktu pemadaman. Untuk kesempatan ini metode dilakukan bervariasi di setiap Negara [6]. Dalam menyelesaikan suatu gangguan adalah mendapatkan lokasi gangguan, sehingga gangguan dapat segera dihilangkan. Pada gangguan permanen, pemulihan dapat dilakukan dengan mengisolasi gangguan dan melakukan restorasi pada jaringan distribusi yang ada. Dengan melakukan topologi jaringan yang dengan feeder yang ada dan dapat meng-cover daya beban sehingga dapat mendapatkan hasil optimal dann rugi-rugi daya minimal.
Saat ini kebutuhan energi listrik di Provinsi Riau semakin meningkat, hal ini juga seiring meningkatnya jumlah penduduk di Provinsi ini dengan data BPS (Badan Pusat Statistik) pada tahun 2020 yaitu 6,39 juta penduduk. Indragiri Hilir merupakan Kabupaten di Provinsi Riau dengan tingkat populasi penduduk terbanyak ke-3 setelah Kota Pekanbaru dan Kabupaten Kampar dengan total populasi pada tahun 2020 sebanyak 654.909 jiwa [7]. Berdasarkan data BPS Kabupaten Indragiri Hilir tahun 2020 jumlah populasi penduduk di Tembilahan yang merupakan ibu Kota dari Kabupaten Indragiri Hilir yaitu 79.178 jiwa [8]. Dilihat dari kondisi wilayah dan banyaknya jumlah penduduk pendatang yang menetap di daerah ini menjadikan wilayah ini sebagai sentral jalur lalu lintas perekonomian Kabupaten. Sehingga penyaluran tenaga listrik memiliki peranan penting dalam membantu pemerataan listrik di daerah ini.
Kota Tembilahan termasuk kedalam Unit Layanan Pelanggan (ULP) Tembilahan, dan dalam naungan Unit Pelaksana Pelayanan Pelanggan (UP3) Rengat, PT. PLN (Persero) Unit Induk Wilayah Riau dan Kepulauan Riau (UIWRKR). Sumber energi listrik yang menyuplai daerah ini adalah PLTU, PLTD Parit 4, dan PLTD Caterpillar dengan daya mampu 13.000 kW. Jumlah penyulang pada ULP Tembilahan ini sebanyak 13 dengan 2 penyulang yang tidak beropasi lagi. Pelanggan terbesar terdapat pada penyulang leeds sebanyak 10.913 pelanggan dengan total jarak 215 KMS. Keandalan sistem kelistrikan PLN di Kabupaten Indragiri Hilir menyatakan masih
I-3 kurang dalam menyuplai listrik di setiap Desa bahkan untuk Kota Tembilahan sendiri.
Dalam penyaluran sumber listrik terdapat kendala yang terjadi disetiap aliran sehingga daya yang digunakan tidak efisien bahkan kekurangan daya [9].
Jatuh tegangan dan rugi-rugi daya pada sistem distribusi tenaga listrik di wilayah Tembilahan disebabkan berbagai faktor diantaranya, jarak yang jauh antara daerah penyaluran tenaga listrik dari sumber, ketidakseimbangan beban, umur peralatan, diameter penghantar, jauhnya jarak konsumen ke gardu, dan susut teknis [10]. Permasalahan yang terjadi harus dilakukan tindakan untuk melakukan pencegahan penurunan keandalan sistem tenaga listrik dan kualitas energi listrik yang disalurkan, bahkan hal ini jika terus dibiarkan akan menyebabkan kerusakan alat- alat yang bersangkutan. Pada sistem ketenagalistrikan untuk jatuh tegangan dan rugi daya menjadi ukuran baik atau tidaknya pengoperasian sistem tenaga listrik di wilayah tersebut [11].
Penurunan daya dalam penyaluran tenaga listrik berakibat berkurangnya keandalan sistem. Problematika yang terjadi ini harus diantisipasi dengan melakukan sebuah tindakan yang dapat memperkecil penurunan daya. Rekonfigurasi jaringan adalah salah satu cara untuk meningkatkan kualitas jaringan listrik, tindakan yang dilakukan ini dengan membuat model jaringan serta saluran-saluran baru [12]. Untuk membantu dalam menyelesaikan sebuah permasalahan tersebut terdapat beberapa metode yang bisa diterapkan. Penelitian [13] berhasil menggunakan metode optimasi Particle Swarm Optimization (PSO) untuk menurunkan rugi-rugi daya pada jaringan penyulang Blahkiuh. Metode ini merupakan optimasi yang digunakan untuk menentukan parameter-parameter proses yang menghasilkan nilai respon yang optimum. Kelemahan dari metode ini adalah konvergen yang prematur, hal ini berarti dalam menyelesaikan solusi lokal sangat cepat namun tidak mampu dalam mencari ruang solusi yang lebih luas.
Berdasarkan kelemahan metode PSO, algoritma dari metode ini mengalami pengembangan menjadi Binary Particle Swarm Optimization (BPSO). Metode BPSO merupakan algoritma yang sesuai dalam menyelesaikan permasalahan optimasi.
Untuk meningkatkan metode optimasi PSO, penelitian [12] dan [13] berhasil menggunakan dalam rekonfigurasi jaringan distribusi. Software yang digunakan untuk membantu penyelesaian penelitian ini yaitu ETAP, ETAP merupakan suatu aplikasi yang dapat digunakan untuk membuat proyek sistem tenaga listrik dalam bentuk
I-4 diagram satu garis (one line diagram) dan jalur sistem pentanahan untuk berbagai bentuk analisis, antara lain: aliran daya, hubung singkat, starting motor, transient stability, koordinasi relay proteksi, sistem harmonisa dan lain sebagainya sehingga dari penyelesaian penelitian yang dilakukan diperoleh hasil penurunan daya semakin berkurang.
Dari pembahasan penelitian sebelumnya yang menggunakan metode BPSO cenderung lebih suskses dalam melakukan rekonfigurasi jaringan. Hal ini dikarenakan metode BPSO dapat menyelesaikan masalah optimasi secara kombinasi yang diskrit.
Dilihat dari data yang ada pada PT. PLN Rayon Tembilahan dengan permasalahan jatuh tegangan dan rugi daya, maka metode ini dicoba digunakan untuk menyelesaikan rekonfigurasi jaringan tersebut. Penyulang yang di pilih dalam penelitian ini adalah Leeds dimana berdasarkan pertimbangan bahwa jumlah pelanggan terbanyak pada penyulang ini sehingga membutuhkan jalur sistem distribusi yang stabil tidak terjadi rugi-rugi daya yang sangat besar.
Pada penelitian ini, solusi yang diberikan dari beberapa penelitian yang sebelumnya sudah dilakukan adalah dengan melakukan analisa dan optimalisasi mengenai permasalahan jatuh tegangan dan rugi-rugi daya sehingga dapat menghasilkan pengurangan atau penurunan rugi daya. Dan dari beberapa penelitian sebelumnya, beberapa permasalahan dan solusi yang dilakukan oleh peneliti menjadikan sebuah referensi dalam menyelesaikan persoalan di Wilayah Tembilahan yaitu jatuh tegangan dan rugi-rugi daya pada sistem distribusi tenaga listrik. Maka dari itu pada penelitian ini ingin mengangkat sebuah permasalahan dengan judul
“Meminimalisasir Rugi-Rugi Jaringan Distribusi Menggunakan Metode Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) (Studi kasus PT. PLN Persero)".
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang permasalahan, pada penelitian ini merumuskan permasalahan yaitu :
a. Berapa besar rugi–rugi saat kondisi existing pada penyulang Leeds ?
b. Berapa besar rugi-rugi yang dihasilkan melalui simulasi setelah rekonfigurasi?
c. Bagaimana meminimalisir rugi–rugi dengan metode menggunakan metode BPSO?
I-5 1.3. Tujuan Penelitian
Untuk mencapai sebuah tujuan dari penelitian yang diharapkan oleh peneliti ini adalah sebagai berikut :
a. Menganalisis rugi–rugi penyulang Leeds setelah rekonfigurasi.
b. Menganalisis besarnya rugi-rugi daya di Penyulang Leeds.
c. Menganalisis rugi–rugi yang dihasilkan dengan menggunakan Metode BPSO di Penyulang Leeds.
1.4. Batasan Masalah
Adapun batasan permasalahan dalam pembahasan penelitian ini meliputi beberapa hal sebagai berikut :
a. Lokasi penelitian di PT. PLN (Persero) Rayon Tembilahan.
b. Penelitian ini melihat permasalahan pada jaringan transmisi dan jaringan transmisi.
c. Evaluasi yang dilakukan berdasarkan kualitas penyaluran energi listrik sampai ke konsumen.
d. Penyulang yang digunakan pada penelitian ini adalah penyulang LEEDS.
1.5. Manfaat Penelitian
Untuk manfaat yang diperoleh dari penelitian ini meliputi beberapa hal sebagai berikut :
a. Mengurangi rugi-rugi yang terjadi pada jaringan transmisi dan jaringan distrubusi PT. PLN (Persero) pada Penyulang Leeds.
b. Menentukan sebuah prioritas tindakan perbaikan yang harus dilakukan terhadap rugi-rugi daya yang terjadi, khususnya pada jaringan transmisi c. Dapat dijadikan referensi untuk pengaplikasian BPSO pada industri
sehingga memberikan masukan pada investor dan pemerintah.
d. Menjadi referensi tambahan untuk penelitian-penelitian berikutnya.
I I-1 I-7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terkait
Tenaga listrik saat ini menjadi sebuah kebutuhan yang tidak bisa dipisahkan dari masyarakat dalam keseharian. Tuntutan zaman dan perkembangan teknologi terus berkembang pesat sehingga menciptakan teknologi-teknologi yang menjadikan tenaga listrik sebagai sumber energi, selain itu kebutuhan energi listrik sangat besar permintaannya dalam perkembangan dunia industri. Penggunaan daya yang besar tanpa melakukan peningkatan kualitas jaringan dapat berakibat buruk hingga menyebabkan kerusakan. Untuk itu adapun penelitian terkait pada penelitian ini adalah sebegai berikut :
Dalam hal meningkatkan efisiensi jaringan dapat mengurangi rugi daya dan jatuh tegangan, rekonfigurasi jaringan merupakan sebuah solusi yang ditawarkan untuk menyelesaikan permasalahan tersebut. Rekonfigurasi jaringan bertujuan untuk mendapatkan pembebanan yang seimbang sehingga akan mencegah jaringan distribusi yang berlebihan dan menyebabkan rugi daya dan jatuh tegangan. Beberapa penelitian pernah membahas permasalahan tersebut, seperti penelitian [8] yang melakukan penelitian pada penyulang Blahkiuh. Model metode yang digunakan adalah Particle Swarm Optimization (PSO) dengan bantuan software matlab. Metode ini bertujuan untuk mencari titik potong yang optimal pada penyulang. Hasil yang diperoleh adalah penurunan rugi-rugi daya sebesar 14 kW dari data sebelum rekonfigurasi sebesar 246 kW menjadi 232 kW.
Berdasarkan perkembangan penelitian sebelumnya, penelitian [7] sama-sama memiliki permasalahan dan solusi dalam meningkatkan efisiensi jaringan. Namun pada penelitian ini metoda yang digunakan adalah pengembangan dan modifikasi algoritma kecerdasan buatan dari PSO menjadi Binary Particle Swarm Optimization (BPSO).
Algoritma BPSO didisain untuk menyelesaikan permasalahan optimasi dengan cara kombinasi yang diskrit. Kasus yang diambil pada penelitian ini yaitu pada Penyulang Jatirejo Rayon Majoagung. Hasil penelitian ini menunjukan bahwa dengan melakukan rekonfigurasi dapat mengurangi rugi-rugi daya yang cukup besar.
Penelitian [9] dan [10] juga membahas tentang meminimalisir rugi daya dan perbaikan jatuh tegangan dengan cara rekonfigurasi jaringan. Sedangkan untuk metode
II-2 yang digunakan sama dengan penelitian [7] yaitu dengan menggunakan metode BPSO.
Berdasarkan data permasalahan diawal dan dengan menggunakan sebuah solusi yaitu rekonfigurasi jaringan, maka penurunan rugi-rugi daya dan jatuh tegangan dapat diminimalisir. Hal ini membuktikan bahwa menggunakan metode BPSO dapat mengefisiensi jaringan sehingga tidak terjadi loss yang besar.
Penelitian [19] bertujuan untuk mengetahui profil tegangan dan rugi-rugi daya pada JTM Penyulang Batu Begigi dan Penyulang Sokan PT PLN (Persero) ULP Nanga Pinoh yang dilakukan pada pengujian: kondisi eksisting, penambahan pembebanan 50%, variasi pembebanan 50% dan 80%, dan perluasan jaringan. Perhitungan menggunakan Metode Newton Raphson dengan aplikasi ETAP 19.0.1. Hasil pengujian pada Penyulang Batu Begigi : Kondisi Eksisting jatuh tegangan 0,51%, rugi-rugi daya 1,14%, dan rugi-rugi energi 1.020 kWh.
Beberapa jurnal referensi dalam penelitian ini, kesamaan dari permasalahan yaitu jatuh tegangan dan rugi-rugi daya pada sistem distribusi tenaga listrik. Beragam jenis metode dalam upaya penyelesaian permasalahan tersebut, namun metode BPSO lebih sukses dalam menyelesaikan permasalahan dikarenakan metode ini didisain secara kombinasi yang diskrit sehingga diperoleh efisiensi yang baik.
Dan pada penelitian ini, penulis mencoba untuk menimalisir adanya rugi-rugi daya dan jatuh tegangan pada penyulang Leeds yang terdapat pada Kota Tembilahan tepatnya di PT. PLN (Persero) Rayon Tembilahan yang menyebabkan suplai listrik pada penyulang leeds terganggu. Hal ini perlu diperhatikan dikarenakan berdasarkan data dari PT. PLN (Persero) Rayon Tembilahan bahwa penyulang leeds menjadi penyulang dengan total pelanggan terbanyak. Dengan adanya proses rekonfigurasi maka akan membantu memaksimalkan jaringan distribusi pada penyulang tersebut. Dengan acuan penelitian [19]
yang sebelumnya telah dilakukan, maka penulis menjadikan penelitian tersebut sebagai referensi yang digunakan dalam penelitian ini.
2.2 Jaringan Distribusi
Fungsi utama sistem distribusi ialah menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik dari Gardu Induk distribusi (distribution substation) kepada pelanggan listrik dengan mutu pelayanan yang memadai. Salah satu unsur dari mutu pelayanan adalah kontinuitas pelayanan yang tergantung pada topologi dan konstruksi jaringan serta peralatan tegangan menengah. Masalah utama dalam menjalankan fungsi jaringan distribusi tersebut adalah
II-3 mengatasi gangguan dengan cepat mengingat gangguan yang terbanyak dalam sistem tenaga listrik terdapat dalam jaringan distribusi, khususnya jaringan tegangan menengah.
Pada sistem distribusi tenaga listrik, tingkat kehandalan adalah hal yang sangat penting dalam menentukan kinerja sistem tersebut. Kehandalan ini dapat ditinjau dari sejauh mana suplai tenaga listrik dapat mensuplai secara kontinu ke konsumen. Permasalahan yang paling mendasar pada sistem distribusi tenaga listrik adalah terletak pada mutu, kontinuitas dan ketersediaan pelayanan daya listrik pada pelanggan.
2.2.1 Sistem Distribusi Tenaga Listrik
Kebutuhan akan energi listrik semakin hari semakin meningkat, dimana salah satu faktor yang mempengaruhi fenomena ini yaitu perkembangan dunia teknologi. Hampir semua kegiatan yang dilakukan oleh masyarakat bergantung pada energi listrik, baik itu skala kecil seperti rumah tangga bahkan skala besar seperti industri. Dengan semakin banyaknya pengguna maka dibutuhkan sumber energi tambahan atau dengan meningkatkan kapasitas pembangkit. Untuk menyelesaikan persoalan tersebut, dibutuhkan strategi dan perencanaan yang matang agar tidak mengganggu dan membahayakan lingkungan sekitar.
Di Indonesia pemanfaatan sumber alam untuk pembangkit energi listrik beranekaragam, mulai dari bahan yang tak terbarukan (non-renewable energy) seperti bahan bakar fosil (minyak bumi) dan batubara. Selain itu terdapat juga sumber energi terbarukan (renewable energy) seperti angin, air, sinar matahari, biomassa, ombak laut, dan sebagainya. Sumber energi tersebut akan melalui proses dan tahapan pada pembangkit sehingga nantinya akan menghasilkan energi listrik [11]
Dalam suatu pembangkit tenaga listrik terdapat peralatan electrical, mechanical, dan bangunan kerja untuk menjalankan proses sehingga menghasilkan listrik. Jenis pembangkit di Indonesia antara lain, Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA), Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD), Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG), Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP), Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), dll. Untuk sistem tenaga listrik secara umum dapat dilihat pada gambar 2.1 berikut ini:
II-4 Gambar 2.1. Sistem Tenaga Listrik [11]
Pada proses pembangkit listrik selain sumber penggerak juga terdapat komponen utama yaitu turbin dan generator. Tegangan yang dihasilkan oleh generator ini relativ rendah (6 kV - 24 kV), sehingga tegangan ini akan dinaikkan oleh transformator daya ke tegangan tinggi (150 kV - 500 kV). Tujuan dari peningkatan ini yaitu untuk memperbesar daya hantar dari saluran dan mengurangi susut dan rugi daya tegangan pada jalur transmisi.
Setelah listrik berada di gardu induk maka akan diturunkan lagi dari 500 kV ke 150 kV atau dari 150 kV ke 70 kV, selanjutnya akan dilakukan penurunan tegangan yang kedua dari 150 kV ke 20 kV atau 70 kV ke 20 kV. Dari tegangan ini nantinya akan masuk ke trafo dan tersalurkan hingga kerumah masyarakat [12].
Dalam sistem tenaga listrik juga dikenal dengan istilah saluran transmisi, yaitu berawal pada pembangkit hingga transformator terakhir. Selain itu juga ada yang kita kenal dengan istilah saluran distribusi (saluran primer) yaitu sumber dari transformator terakhir hingga konsumen. Saluran transmisi atau distribusi dibagi 2 macam, yaitu saluran bawah tanah (underground cable) dan saluran udara (overhead lines).
2.2.2 Jenis Sistem Distribusi
Seluruh jaringan dengan tegangan menengah 20 kV dan jaringan dengan tegangan rendah 380/220 Volt hingga ke rumah pelanggan merupakan sistem distribusi daya listrik.
Dari setiap elemen jaringan distribusi akan dipasangkan trafo distribusi sesuai dengan lokasi yang membutuhkan, fungsi dari pemasangan trafo ini adalah untuk menurunkan daya tegangan distribusi. Berdasarkan klasifikasi dan jenis jaringan distribusi dibedakan menjadi 2 yaitu jaringan distribusi primer dan sekunder. Pada penelitian ini menggunakan jaringan distribusi Primer dengan penjelasan sebagai berikut :
II-5 1. Jaringan Distribusi Primer
Jaringan distribusi primer atau juga disebut dengan JTM (Jaringan Tegangan Menengah) merupakan jaringan yang terletak sebelum gardu distribusi yang memiliki fungsi menyalurkan tegangan menengah, seperti tegangan 6 kV bahkan 20 kV.
Berdasarkan pola konfigurasinya, jaringan distribusi primer dibedakan menjadi 5 tipe yaitu:
a. Sistem Radial
Sistem jaringan radial merupakan tipe jaringan yang sederhana dibandingkan dengan tipe yang lainnya. Sistem penyaluran tenaga listrik dilakukan secara radial atau terpisah dari gardu induk menuju konsumen. Untuk konfigurasi jaringan sistem radial terbagi menjadi 2 yaitu radial terbuka dan radial paralel. Perbedaan dari kedua konfigurasi ini terletak pada sistem penyaluran tenaga listrik, dimana radial terbuka hanya menggunakan 1 saluran dan radial paralel terdiri dari 2 saluran yang tersusun secara paralel. Secara fungsinya jenis sistem paralel merupakan penyempurnaan dari sistem radial terbuka [13].
Gambar 2.2. Sistem Radial Terbuka [13]
II-6 Gambar 2.3. Sistem Radial Paralel [13]
b. Sistem Loop
Gambar 2.4. Sistem Loop [13]
Konfigurasi jenis jaringan sistem loop biasa disebut juga dengan bentuk jaringan ring dan merupakan sistem jaringan tertutup. Sistem pelayanan yang diperoleh pada konfigurasi ini yaitu kualitas daya menjadi lebih baik. Hal ini diperoleh dikarenakan susunan rangkaian yang membentuk ring sehingga titik beban dapat terlayani dari 2 arah saluran. Berdasarkan struktur jaringan ini
II-7 merupakan penggabungan 2 buah struktur jaringan radial, ujung dari 2 buah jaringan ini terpasang sebuah pemutus.
Fungsi dari pemasangan pemutus ini yaitu ketika terjadi gangguan sehingga dapat diisolir dan bagian yang tidak terkena gangguan tetap berjalan.
Kelemahan dari sistem ini adalah perihal biaya investasi yang mahal, namun untuk penggunaannya sangat cocok pada daerah yang padat dan memerlukan keandalan tinggi karena sistem ini memiliki kualitas dan koontinuitas pelayanan daya yang sangat baik.
c. Sistem Spindel
Sistem jaringan spindel merupakan kabel bawah tanah dengan tengangan menengah yang penerapannya sangat cocok di daerah perkotaan.
Bentuk sistem jaringannya terdiri dari maksimum 6 penyulang dengan keadaan dibebani (working feeder), dan 1 penyulang dengan kondisi kerja tanpa beban (express feeder). Fungsi dari express feeder adalah untuk cadangan ketika terjadi sebuah gangguan, selain itu juga berfungsi untuk memperkecil terjadinya drop tegangan ketika operasi normal.
Gambar 2.5. Sistem Spindel [13]
II-8 d. Sistem Spot Network
Sistem jaringan spot network merupakan jenis pelanggan VVIP sehingga tidak boleh padam. Jenis pelanggan yang menggunakan pelayanan ini adalah istana Negara (presiden), gedung MPR, bandar udara, dan rumah sakit.
Untuk sistem dari penyuplai tenaga listrik terdiri dari minimal 2 penyulang sekaligus dengan automatic change over. Sistem jaringan ini merupakan jenis sistem yang terbaik berdasarkan pengembangan dari sistem jaringan sebelumnya, hal ini dikarenakan sumber yang melayani terdiri dari 2 sumber bahkan lebih secara sekaligus.
Gambar 2.6. Sistem Spot Network [13]
e. Sistem Interkoneksi
Sistem interkoneksi menyalurkan tenaga listrik dari beberapa sumber pembangkit tenaga listrik yang bekerja secara paralel. Sistem ini merupakan pengembangan dari sistem spot network sehingga tenaga listrik tidak akan terputus dan akan terus mengalir walaupun kepadatan beban pada daerah tersebut cukup tinggi. Kelemahan dari sistem ini adalah biaya yang sangat mahal dan memerlukan sebuah perencanaan yang sangat matang. Sumber pembangkit menjadi titik fokus utama dalam perencanaan pembangunan sistem interkoneksi, dimana pembangkit utama akan bekerja secara bergantian sesuai jadwal yang ditetapkan sehingga akan mengurangi kerusakan pada pembangkit
II-20 yang berjalan terus menerus. Selain itu pembangkit listrik berdaya kecil juga akan digunakan sebagai pembangkit pembantu atau pembangkit cadangan jika daya yang dibutuhkan kurang.
Gambar 2.7. Sistem Interkoneksi [13]
2.3 Studi Aliran Daya Dengan Metode Newton Raphson
Dasar dari Metode Newton Raphson dalam penyelesaian aliran daya adalah Deret Taylor untuk suatu fungsi dengan dua variabel lebih. Metode Newton Raphson menyelesaikan masalah aliran daya dengan menggunakan suatu persamaan nonlinier untuk menghitung besarnya tegangan dan sudut fasa tegangan tiap bus.
Daya injeksi pada bus i adalah [12] : P 𝑖 − jQi = Vi ∗ ∑ YijVj n j=1 Dengan:
P 𝑖 = Daya aktif ke-i Qi = Daya reaktif ke-i Vi = Tegangan ke-i Yij = Admintansi
II-21 Dalam hal ini dilakukan pemisahan daya nyata dan daya reaktif pada bus i.
Pemisahan ini akan menghasilkan suatu set persamaan simultan nonlinier [12].
2.4 Rekonfigurasi Jaringan Distribusi
Rekonfigurasi jaringan distribusi merupakan upaya yang bertujuan untuk meminimalisasi rugi-rugi daya. Berbagai cara dapat dilakukan dalam rekonfigurasi jaringan, salah satunya adalah dengan mengubah kondisi atau status pada saklar pemisah (sectionalizing switch) dan saklar penghubung (tie switch), mengubah jenis kabel saluran ataupun dengan mengubah struktur topologi jaringannya. Pada kondisi operasi normal, Adapun dua alasan dilakukannya rekonfigurasi jaringan:
1. Untuk mengurangi total rugi-rugi daya pada suatu sistem jaringan.
2. Untuk menghasilkan atau mendapatkan nilai pembebaban yang seimbang pada jaringan serta mengantisipasi beban yang berlebih pada suatu jaringan [7].
Pada jaringan distribusi, biasanya penyulang mempunyai struktur jaringan radial.
Hal tersebut dikarenakan, pada struktur jaringan radial memiliki keunggulan biaya yang lebih murah, dan lebih mudah dalam pengoperasiannya.
Gambar 2.9 Konfigurasi Jaringan Radial
Dalam kondisi operasi normal, rekonfigurasi jaringan dilakukan karena dua alasan:
mengurangi rugi-rugi daya pada sistem (loss reduction), mendapatkan pembebanan yang seimbang untuk mencegah pembebanan yang berlebih pada jaringan. Rekonfigurasi jaringan (Network Reconfiguration) merupakan suatu usaha merubah bentuk konfigurasi jaringan distribusi dengan mengoperasikan pensakelaran terkontrol jarak jauh (switching
II-22 remotely controlled) pada jaringan distribusi tanpa menimbulkan akibat yang beresiko pada operasi dan bentuk sistem jaringan distribusi secara keseluruhan.
Pada tahap ini, untuk rekonfigurasi jaringan distribusi sehingga losses yang dihasilkan yang paling minimal. Adapun langkah–langkah dalam melakukan rekonfigurasi adalah [7] :
1.
Menghitung aliran daya pada konfigurasi yang akan direkonfigurasi dalam hal ini bisa dilakukan melalui perhitungan manual maupun dengan software yang mendukung dalam hal ini penulis menggunakan softwere ETAP versi 12.6.0.2.
Rekonfigurasi dilakukan dengan memindahkan beban–beban feeder ke feeder yang berdekatan dengan cara mengubah status dari LBS (Load breaking switch) dan mengubah letak posisi dari LBS.3.
Kemudian membandingkan kondisi setelah direkonfigurasi dengan kondisi sebelumnya4.
Bandingkan setiap konfigurasi yang telah dibuat. Konfigurasi dengan rugi-rugi dan drop tegangan terkecil merupakan solusi terbaik untuk konfigurasi yang baru.2.5 Optimalisasi Dengan Metode Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) Salah satu metode heuretic yang digunakan untuk merekonfigurasi jaringan adalah Binary Particle Swarm Optimization (BPSO). Metode ini adalah pengembangan dari metode Particle Swarm optimization yang sudah dikembangkan oleh Kennedy dan Eberhart. Pada metode Particle Swarm Optimization sebelumnya tidak dapat menyelesaikan permasalhaan diskrit, sehingga Kennedy dan Eberhart memikirkan suatu solusi untuk mengatasi hal tersebut, yaitu pengembangan dari metode Particle Swarm Optimization yang dikenal sebagai Binary Particle Swarm Optimization.
Pada permasalahan didalam rekonfigurasi jaringan, hanya ada 2 keadaan switch yang dapat terjadi yaitu open atau close. Sehingga keaadan status switch tersebut dapat diganti dengan bilangan biner. Sehingga dapat dikatakan BPSO dapat beroperasi pada ruang pencarian dalam bentuk biner. Selain itu masing masing elemen dari posisi vector hanya dapat mengambil dari bilangan biner, sedangkan kecepatan partikel dapat direpresentasikan pada nilai yang berkisar antara (0,1).
II-23 Metode BPSO yang dilakukan untuk rekonfigurasi suatu jaringan, dilakukan dengan menempatkan partikel partikel pada saluran antar bus. Kumpulan partikel tersebut akan menjadi representasi rugi-rugi sesuai pada persamaan 2.28 dan 2,29. Pada metode BPSO terdapat fungsi objektive yang harus dicapai. Fungsi objective tersebut meruapakan hasil dari total rugi rugi yang terdapat pada saluran, fungsi objective ini dikenal dengan fungsi fitness. Hasil terbaik dan paling optimal yang dapat dipenuhi dari seluruh partikel yaitu apabila penyelesaian fungsi yang di dapatkan adalah paling minimum serta memberikan informasi lokasi yang tepat dan baik [7].
Prosedur standar untuk menerapkan algoritma BPSO adalah sebagai berikut : 1. Inisialisasi velocity, posisi, dan parameter PSO.
2. Update velocity partikel dengan menggunakan persamaan
3. Update posisi partikel dengan menggunakan persamaan
4. Evaluasi fungsi fitness dengan update Pi dan update Pg
5. Bandingkan tiap calon Pg dari nilai fungsi fitness agar mendapatkan nilai Pg yang terbaik.
6. Apabila nilai Pg belum mendapatkan nilai terbaik maka kembali ke langkah ke-2 Lakukan sampai batas iterasi atau sampai mendapatkan Pg dengan fungsi fitness yang paling minimal atau yang terbaik. Algoritma BPSO didisain untuk menyelesaikan masalah optimisasi secara kombinasi yang diskrit, dimana partikel mengambil nilai vektor biner dengan panjang n dan kecepatan yang didefinisikan sebagai probabilitas dari bit xn untuk mencapai nilai 1. BPSO membalikkan rumus untuk kecepatan bila kecepatan dibatasi pada interval (0,1) dengan membatasi fungsi transformasi dan dengan menggunakan fungsi sigmoid.
2.6 Penyusutan Energi Pada Jaringan Distribusi
Penyusutan energi pada jaringan distribusi sering disebut dengan rugi-rugi daya, hal ini juga disebabkan oleh jauhnya jarak antara sumber tenaga listrik dengan konsumen.
Rugi-rugi daya juga terjadi pada saluran listrik bahkan juga terjadi pada trafo yang digunakan, oleh sebab itu rugi daya distribusi diklasifikasikan dalam 2 bentuk yaitu rugi-
II-24 rugi daya listrik dan rugi-rugi tegangan saluran (drop voltage). Pengaruh dari rugi-rugi daya yang besar selain merusak peralatan listrik juga mengakibatkan kerugian finansial pada sisi pengelolaan energi listrik. Penyebab dari rugi daya ini dikarenakan saluran distribusi yang memiliki hambatan, reaktansi, dan kapasitansi. Namun untuk nilai kapasitansi biasanya sangat kecil sehingga hal ini dapat diabaikan.
1. Jatuh Tegangan
Besarnya tegangan yang hilang pada penghantar atau dalam kata lain adanya perbedaan tegangan antara tegangan kirim dan tegangan terima merupakan definisi dari jatuh tegangan. Jatuh tegangan pada saluran tenaga listrik berbanding terbalik dengan luas sebuah penampang penghantar, namun secara umum berbanding lurus dengan panjang saluran dan beban. Tegangan pada pusat beban tidak sama dengan tegangan pengirim, hal ini dikarenakan adanya arus yang mengalir melalui saluran distribusi sehingga menyebabkan penurunan tegangan sepanjang saluran tersebut. Penurunan tegangan terdiri dari 2 komponen, yaitu :
a. I . X = Rugi tegangan disebabkan oleh reaktansi induktif saluran.
b. I . R = Rugi tegangan disebabkan oleh tahanan saluran.
Berdasarkan rangkaian ekuivalen dari saluran diatas, diperoleh persamaan jatuh tegangan dari diagram vektor arus dan tegangan pada saluran distribusi. Persamaan diagram vektor arus dan tegangan saluran distribusi dapat dilihat pada gambar berikut ini
[13] :
II-25 Gambar 2.10. Diagram Vektor Arus dan Tegangan Saluran Distribusi [13]
Berikut ini merupakan rumus persamaan diagram vektor arus dan tegangan saluran distribusi, sebagai berikut [13]:
(2.1)
∆𝑉 = Jatuh tegangan saluran distribusi 𝑉𝑠 = Tegangan pengiriman (Volt) 𝑉𝑅 = Tegangan Beban (Volt) R = Tahanan saluran (ohm)
X = Reaktansi induktif saluran (ohm) I = Arus (A)
Dari persamaan rumus 2.1 maka diperoleh persamaan untuk perhitungan jatuh tegangan saluran distribusi per phasa, sebagai berikut dengan satuan volt [13] :
∆𝑉1Ø = (𝑅. cos 𝜃 + X. sin 𝜃) (2.2)
Sehingga untuk menghitung jatuh tegangan distribusi dengan sistem 3 phasa dapat dilihat pada persamaan berikut ini dengan satuan volt [13] :
(2.3) 𝑉𝑠 = 𝑉𝑅 + 𝐼. 𝑅. cos 𝜃 + 𝐼. X. sin 𝜃
𝑉𝑠 = 𝑉𝑅 + 𝐼(𝑅. cos 𝜃 + X. sin 𝜃) 𝑉𝑠 − 𝑉𝑅 = 𝐼(𝑅. cos 𝜃 + X. sin 𝜃)
∆𝑉 = 𝐼(𝑅 cos 𝜃 + X sin 𝜃)
Ket :
∆𝑉3Ø = √3 . ∆𝑉1Ø
∆𝑉3Ø = √3 . 𝐼(𝑅. cos 𝜃 + X. sin 𝜃)
II-26 Ket :
Cos 𝜃 = Faktor daya
Namun untuk besarnya jatuh tegangan pada saluran distribusi per phasa atau 3 phasa dapat dinyatakan dalam bentuk per unit (pu) atau dalam bentuk persentase, berikut merupakan persamaannya [13] :
∆𝑉𝑝𝑢 = ∆(1Ø)
𝑉𝑝 𝑝𝑢 (2.4)
∆𝑉𝑝𝑢 = ∆(3Ø)
𝑉𝐿 𝑝𝑢 (2.5)
%∆𝑉 = ∆𝑉𝑝𝑢. 100 (2.6)
Menurut SPLN 72 (1998), jaringan tegangan menengah harus memiliki beberapa kriteria jatuh tegangan (drop voltage) sebagai berikut [13] :
a. Maksimum jatuh tegangan pada jaringan spindel, yaitu 2%.
b. Maksimum jatuh tegangan pada jaringan sistem loop dan radial, yaitu 5%.
2. Rugi-Rugi Daya
Penyebab terjadinya rugi-rugi daya adalah luasnya daerah dalam penyaluran jaringan distribusi untuk kebutuhan tenaga listrik. Rugi-rugi daya listrik dibagi menjadi 2 bentuk, yaitu :
a. Rugi-rugi daya aktif
Untuk menentukan besaran dari rugi-rugi daya aktif dengan melihat arus (𝐼2) dan resistansi jaringan (R) yang menjadi representasi dari jarak saluran.
Sehingga besaran arus dan resistansi memiliki pengaruh terbesar dalam rugi-rugi daya aktif. Berikut ini merupakan rumus persamaan dari rugi-rugi daya aktif per phasa, sebagai berikut dengan satuan watt [13] :
𝑃𝑟𝑢gi−𝑟𝑢gi(1Ø) = 𝐼2. 𝑅 (2.7)
II-27 Sehingga untuk menghitung rugi-rugi daya aktif dengan sistem 3 phasa dapat dilihat pada persamaan berikut ini dengan satuan watt [13] :
𝑃𝑟𝑢gi−𝑟𝑢gi(3Ø) = 3. 𝐼2. 𝑅
= 3. 𝑃1Ø (2.8)
Ket :
I = Arus yang mengalir dalam jaringan (A) R = Hambatan dalam penghantar (ohm)
b. Rugi-rugi daya reaktif
Berbeda dengan rugi-rugi daya aktif, untuk menentukan besaran rugi-rugi daya reaktif dapat ditentukan dengan menghitung arus (𝐼2) dan reaktansi jaringan (X) yang merupakan representasi jarak saluran. Berdasarkan definisi tersebut dapat diartikan bahwa rugi-rugi daya reaktif berpengaruh terhadap besarnya arus dan besarnya reaktansi jaringan. Berikut ini merupakan rumus persamaan dari rugi-rugi daya reaktif per phasa, sebagai berikut dengan satuan var [13] :
𝑄𝑟𝑢gi−𝑟𝑢gi(1Ø) = 𝐼2. X (2.9)
Sehingga untuk menghitung rugi-rugi daya aktif dengan sistem 3 phasa dapat dilihat pada persamaan berikut ini dengan satuan var [13] :
2.7 ETAP
𝑄𝑟𝑢gi−𝑟𝑢gi(3Ø) = 3. 𝐼2. X
= 3. 𝑄1Ø (2.10)
ETAP (Electrical Transient Analisis Program) Power Station merupakan salah satu software yang dapat digunakan untuk perhitungan aliran daya pada sistem tenaga listrik.
Dengan menggunakan software ETAP Power Station 4.0 akan dapat menganalisis sistem tenaga listrik yang sangat luas [6]. Analisis aliran daya listrik dengan software ETAP power station 4.0.0 berdasarkan pada single line diagram dan data-data masukkan dari hasil
II-28 penelitian yang telah diketahui. Setelah diagram segaris digambarkan pada setiap komponen dalam diagram segaris seperti sumber (power grid), generator, bus, beban dan lainlain diberi data masukkan sesuai karakteristik komponen - komponen tersebut. Jika data yang dimasukkan tidak benar maka software ETAP power station 4.0.0 tidak akan menjalankan perintah untuk menganalisis aliran daya (error).
Studi dan Analisa Load Flow atau Aliran Daya disini menggunakan metode yang dapat dikatakan langsung atau automatis karena menggunakan aplikasi yaitu aplikasi ETAP Power Station 4.0 [14]. Pada Analisa yang akan dilakukan nantinya akan dilakukan perhitungan terhadap Tegangan Jalur, Faktor daya dan Arus serta yang paling utama yaitu perhitungan dan mengetahu proses aliran daya pada sistem tenaga listrik tersebut. Aplikasi ini dapat diatur menggunakan Sumber Daya berayun atau Swing, Tegangan pada banyak Sumber dan Beban.
III-1 Tidak
Ya
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Rancangan Penelitian
Pada Tugas Akhir ini, peneliti mengangkat sebuah permasalahan yang ada di wilayah Tembilahan, yaitu jatuh tegangan dan rugi-rugi daya pada sistem distribusi tenaga listrik. Menurut data yang diperoleh langsung oleh PT. PLN (Persero) Rayon Tembilahan diketahui bahwa penyulang leeds merupakan pelanggan terbanyak dari 13 penyulang lainnya yang terdapat di wilayah Tembilahan.
Berdasarkan referensi beberapa jurnal yang telah peneliti review, terdapat sebuah solusi untuk menyelesaikan permasalahan tersebut. Dengan me-rekonfigurasi jaringan distribusi menggunakan metode BPSO diharapkan mampu untuk mengurangi dan menyelesaikan permasalahan. Untuk membantu dalam penelitian ini, software yang digunakan yaitu ETAP. Berikut ini merupakan flowchart dari rancangan penelitian pada Tugas Akhir ini dalam bentuk gambar 3.1 :
Gambar 3. 1 Flowchart Penelitian
III-2 Pada gambar diagram alir diatas merupakan tahapan tahapan penelitian untuk rekonfigurasi jaringan menggunakan metode Binary Particle Swarm Optimization.
Berdasarkan gambar diagaram alir tersebut dapat diuraikan pada masing masing tahapan penelitian tersebut pada tabel 3.1 dibawah ini
Tahapan 1 Memulai Flowchart
Tahapan 2 Pengumpulan data penelitian
Tahapan 3 Simulasi rugi–rugi daya pada penyulang pada saat proses existing Tahapan 4 Pada tahapan ini menentukan merupakan proses rekonfigurasi
Binary Particle Swarm Optimziation
Tahapan 5 Proses optimalisasi pada rekonfigurasi BPSO dan simulasi rugi – rugi daya
Tahapan 6 Proses analisa dan Hasil Tahapan 7 Selesai
3.2. Data Penelitian
Metoda yang digunakan untuk mengumpulkan data yang dibutuhkan pada penelitian ini yaitu :
No Proses Pengumpulan Data Penelitian Langkah Proses
1 Wawancara Pada hal ini penulis akan melakukan
wawancara dengan pihak dispatcher yang bekerja di kantor PT. PLN (Persero) Rayon Tembilahan. Adapun teknik yang digunakan dalam wawancara ini guna mengumpulkan data, diberikan pertanyaan pertanyaan yang terarah dan sistematasi terkait permasalahan penelitian dan data penelitian yang dibutuhkan oleh penulis,
untuk melakukan penelitian.
III-3
2 Dokumentasi Dokumentasi merupakan salah satu metoda
untuk mengumpulkan data terkait seputar topik penelitian. Pada dokumentasi variablenya berupa transkip data. Data-data terkait yang digunakan dalam penelitian ini antara lain :
a. Data beban pada tranformator tenaga b. Data tegangan pada
transfomator tegangan c. Data single line diagram d. Data pengguna dan pelanggan
pada penyulang Leeds
e. SLD penyulang PT.PLN (Persero) Rayon Tembilahan Penyulang Leeds f. Data Penyulang Panjang Saluran
serta Jenis Penghantar yang digunakan
Tabel 3.1 Penyulang di kota Tembilahan
No Penyulang Panjar (KMS) Jumlah Gardu Jumlah Pelanggan
1 Dortmund 28,2 56 10438
2 Fiorentina 4,7 0 0
3 Leeds 215,94 93 10913
4 Persih 201,87 112 3584
5 Parma 11,15 16 3674
6 Wolves 4,28 0 4518
7 Leicester 15,6 59 2019
8 Crystal Palace 0,1 1 0
9 West Ham 4,7 0 0
10 Brighton (Coupler Fiorentina) 0 0 2314
III-4 3.3. Simulasi Rugi – Rugi Daya Pada Penyulang Leeds
Adapun simulasi rugi–rugi daya pada penyulang Leeds adalah sebagai berikut :
1. Membuat single line diagram dan input data sebagai langkah awal dari simulasi.
2. Menjalankan atau running aliran daya dengan metode Newton Raphson.
3. Menampilkan hasil rugi – rugi aliran daya pada penyulang Leeds.
3.4. Rekonfigurasi Penyulang Leeds
Rekonfigurasi penyulang dilakukan untuk mengetahui beban dari penyulang Leeds tersebut sehingga bisa didapatkan nilai loss untuk memperoleh hasil yang paling minimal.
Adapun flowchart sistem dari rekonfigurasi penyulang Leeds adalah sebagai berikut :
1.
Menghitung aliran daya pada konfigurasi yang akan direkonfigurasi dalam hal ini bisa dilakukan melalui perhitungan manual maupun dengan software yang mendukung dalam hal ini penulis menggunakan softwere ETAP versi 12.6.0.2.
Rekonfigurasi dilakukan dengan memindahkan beban–beban feeder ke feeder yang berdekatan dengan cara mengubah status dari LBS (Load breaking switch) dan mengubah letak posisi dari LBS.3.
Kemudian membandingkan kondisi setelah direkonfigurasi dengan kondisi sebelumnya4.
Bandingkan setiap konfigurasi yang telah dibuat. Konfigurasi dengan rugi - rugi dan drop tegangan terkecil merupakan solusi terbaik untuk konfigurasi yang baru.Gambar 3. 2 Flowchart Rekonfigurasi Penyulang Leeds
III-5 Start
Initial parameter BPSO
Merumuskan fungsi obyektif (losses) yang akan dioptimasi
lebih baik dari sebelumnya
Tidak
Ya Menghitung fitness function setiap partikel dengan running
load flow radial Update velocity, update
particle’s coordinate Memasukkan data-data sistem
distribusi
Berdasarkan gambar diagaram alir tersebut dapat diuraikan pada masing masing tahapan penelitian tersebut pada tabel 3.2 dibawah ini
Tahapan 1 Memulai Flowchart
Tahapan 2 Memasukkan data dari penyulang Leeds
Tahapan 3 Pada tahapan ini merupakan proses rekonfigurasi Tahapan 4 Hasil dan Analisa
Tahapan 5 Selesai
3.5. Optimalisasi dengan Metode BPSO
Tahapan penelitian ini menggunakan metode BPSO yang berfungsi untuk merekonfigurasi jaringan distribusi sehingga nilai loss yang dihasilkan dapat diperoleh hasil paling minimal. Untuk melihat langkah-langkah alur pemodelan sistem penelitian dapat dilihat pada gambar 3.3.
III-6 Gambar 3.2. Flowchart Optimalisasi Dengan BPSO
Alur pemodelan ini memiliki beberapa tahapan-tahapan yang dilalui untuk memperoleh hasil yang diinginkan.
1. Langkah pertama yaitu dengan meng-initialisasi setiap parameter dari BPSO, untuk parameter ini yaitu velocity, inertia weight, maximum switches yang dibentuk secara kelompok berdasarkan loop dan koefisien akselerasi.
2. Selanjutnya memasukkan data dari sistem distribusi seperti resistansi (R), reaktansi (X), konfigurasi sistem distribusi, dan beban tiap bus.
3. Setelah itu merumuskan fungsi obyektif seperti losses yang minimal.
4. Berikutnya melakukan update velocity untuk menghitung update particle’s coordinate Dari velocity dan particle’s coordinate dilakukan running loadflow radial pada kombinasi open switches yang baru untuk mendapatkan fitness function (losses).
5. Evaluasi hasil fitness function dengan update Pbest dan Gbest, apabila hasil yang baru lebih baik maka kombinasi open switch yang baru menggantikan yang sebelumnya sehingga diperoleh nilai losses minimal.
Untuk membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini dibutuhkan data baik itu primer maupun sekunder sebagai bahan referensi dalam menganalisa. Data yang dibutuhkan diperoleh langsung oleh PT. PLN (Persero) Penyulang Leeds. Dari data yang terkumpul untuk selanjutnya akan dilakukan pemodelan sistem dengan membuat single line diagram sebelum dan sesudah dilakukan rekonfigurasi. Setelah model di buat pada software maka akan dilakukan simulasi, hasil yang diperoleh nantinya maka akan dilakukan analisa.
3.6. Hasil dan Analisa
Hasil pada penelitian ini berupa informasi mengenai rugi – rugi existing pada penyulang Leeds yang memungkinkan penelitian selanjutnya untuk membandingkan hasil existing selain menggunakan metode Binary Particle Swarm Optimization.
Berdasarkan beberapa penelitian sebelumnya dan penelitian yang telah dilakukan maka Analisa data yang di dapatkan adalah hasil dari kombinasi Open Switch terbaik dimana Switch tersebut dapat menurunkan rugi daya dan tegangan minimum pada penyulang Leeds dengan cukup signifikan.
Finish
Nilai losses minimal
V-1 BAB V PENUTUP
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil simulasi serta analisis pada tugas akhir, maka didapatkan beberapa kesimpulan, yaitu sebagai berikut :
1. Penyulang Leeds kondisi existing memiliki nilai rugi daya dari bus 1 sebesar 0%
hingga ke bus 50 sebesar 5,56%. Bus yang mengalami nilai losses tertinggi yaitu bus 30 mencapai 6,71%
2. Setelah dilakukan rekonfigurasi nilai losses mengalami penurunan sehingga pada bus 21 26 43 50 sudah membaik.
3. Penghematan pada ketiga langkah pada penyulang Leeds yaitu sebesar 7,407 kV.
4. Metode Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) dapat digunakan untuk meminimalkan rugi-rugi daya.
5.2 Saran
Saran yang dapat ditambahkan pada tugas akhir ini agar dapat diperbaiki dan dikembangkan yaitu sebagai berikut :
1. Pada penelitian selanjutnya dapat dilakukan dengan melakukan analisis load flow yang lain.
2. Pada penelitian yang selanjutnya dapat dilakukan variasi beban per jam hingga per bulan.
V-2 DAFTAR PUSTAKA
[1] Direktorat Jenderal Ketenagalistrikan, Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral, Republik Indonesia. 2020. “Bahan Ditjen Ketenagalistrikan Konferensi Pers Capaian Kinerja Subsektor Ketenagalistrikan”.
[2] PLN. 2020. “Statistik PLN”. ISSN : 0852-8179. No. 01001-200622.
[3] Badan Pusat Statistik. “Jumlah Penduduk Menurut Kabupaten atau Kota di Provinsi Riau, 2020”. https://riau.bps.go.id/quickMap.html.
[4] Badan Pusat Statistik Kabupaten Indragiri Hilir. “Jumlah Penduduk Kabupaten Indragiri Hilir Menurut Kecamatan (Jiwa), 2018-2020”.
https://inhilkab.bps.go.id/indicator/12/30/1/jumlah-penduduk- kabupaten- indragiri-hilir- menurut-kecamatan.html.
[5] PT. PLN (Persero) ULP Tembilahan.
[6] Husu, Sahrul. dkk. 2019. “Analisis Rugi-Rugi Daya Pada Jaringan Distribusi PT. PLN Persero Rayon Raha”. Universitas Halu Oleo. Seminar Nasional Teknologi Terapan Inovasi dan Rekayasa (SNT2IR).
[7] Cahyono, Andik. dkk. 2017. “Rekonfigurasi Jaringan Distribusi Radial untuk Mengurangi Rugi Daya pada Penyulang Jatirejo Rayon Mojoagung Menggunakan Metode Binary Particle Swarm Optimization (BPSO)”.
Universitas Darul ‘Ulum. Jombang. Saintek II, ISN 2407-4845.
[8] Putra, I Made Yudha Anggara. dkk. 2019. “Rekonfigurasi Jaringan Pada Penyulang Blahkiuh Dengan Menggunakan Metode Particle Swarm Optimization (PSO)”. Majalah Ilmiah Teknologi Elektro, Vol. 17, No.3. p- ISSN : 1693-2951, e-ISSN : 2503-2372.
[9] Basyarach, Niken Adriaty dan Penangsang, Ontoseno. 2019. “Rekonfigurasi Jaringan Distribusi Radial Untuk Menimisasi Rugi daya Menggunakan Binary Particle Swarm Optimization (BPSO)”. Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya. Jurnal Hasil Penelitian LPPM Untag Surabaya, Vol. 04, No.01, Hal.
78-82.
[10] Farich, Arfiyan dan Wrahatnolo, Tri. 2019. “Rekonfigurasi Jaringan Distribusi 20kV Penyulang Bandilan Dengan Metode Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) Berbasis Sistem Informasi Geografis (SIG)”. Universitas Negeri Surabaya.
