PROSIDING 20 11© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
Perkapalan
Sipil
PELEPASAN BEBAN OTOMATIS MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY
PADA SISTEM TENAGA LISTRIK SULSELRABAR
Zaenab Muslimin & Indrabayu
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, 90245
Telp./Fax: (0411) 588111 e-mail: Zaenab_muslimin@yahoo.com
Abstrak
Dalam sistem tenaga listrik, daya yang dibangkitkan harus disesuaikan dengan daya yang dibutuhkan konsumen, dan secara teknis disebut sebagai beban sistem. Masalah utama dalam hal ini adalah jika sistem mengalami gangguan, seperti gangguan mendadak pada unit pembangkit besar yang menyebabkan jatuhnya unit tersebut maupun gangguan penyaluran berupa putusnya saluran transmisi yang mengakibatkan sistem mengalami kehilangan keseimbangan daya. Hal tersebut berpengaruh pada operasi sistem tenaga[3].Apabila daya yang dibangkitkan lebih kecil dari beban sistem karena beberapa unit pembangkit jatuh, maka frekuensi sistem akan turun. Jika penurunan frekuensi tidak terlalu jauh, perbaikan frekuensi masih dapat dilakukan oleh reaksi governor, yaitu dengan mengatur frekuensi, baik pengaturan pada sisi primer maupun sisi sekunder. Tapi apabila frekuensi sistem turun tajam karena beberapa unit pembangkit besar jatuh, sehingga pemulihannya tidak dapat ditanggung oleh kerja governor dan cadangan berputar, maka perlu dilakukan pelepasan sejumlah beban sistem (load shedding) sama besar atau lebih kecil dari beban yang berlebih[2]. Penentuan perencanaan pelepasan beban, merupakan salah satu langkah awal dalam menjaga keandalan sistem, yang merupakan proses simulasi program pelepasan beban yang bersifat coba-coba (trial and error) guna memperoleh suatu pengaturan pelepasan beban dengan konfigurasi beban terhadap penurunan frekuensi yang tepat. Pembahasan masalah dilakukan dengan menggunakan sebuah model sistem pembangkit listrik tenaga uap (reheat system} dengan menggunakan logika fuzzy
Kata Kunci: sistem tenaga listrik, frekuensi, pelepasan beban, logika fuzzy
PENDAHULUAN
Dalam sistem tenaga listrik, frekuensi sistem harus tetap berada pada standar operasi dari setiap mesin pembangkit yaitu 50 Hz. Penurunan frekuensi sistem sangat berbahaya bila tidak teramati dengan baik dan diharapkan bila terjadi penurunan frekuensi dibawah standar harus segera dilakukan tindakan perbaikan, dimana dalam penelitian ini disimulasikan untuk sistem Sulselrabar dengan menerapkan Logika Fuzzy. Pada tahun 1965 Loffi A. Zadeh, memperkenalkan suatu konsep matematika tentang himpunan Fuzzy. Teori himpunan ini mengijinkan adanya ketidakpastian, implementasi teori ini pada sistem pengendali menghasilkan pengendali fuzzy. Logika fuzzy merupakan cara untuk mendekati cara berfikir manusia dan mengintegrasikannya ke dalam komputer. Kemampuan logika dan kuantitatif komputer jika digabung dengan cara berfikir manusia yang mengijinkan adanya ketidakpastian menghasilkan suatu sistem yang sangat fleksibel. Dengan fieksibilitasnya yang cukup tinggi, pengendali fuzzy dapat melakukan antisipasi terhadap perubahan pada sistem. Dengan kebebasannya terhadap model matematis, pengendali fuzzy dapat menjadi salah satu alternatif pengendali yang dapat diandalkan.
Fungsi Alih Pada Sistem Tunggal Pembangkit Uap
Gambar 1. Menunjukkan diagram blok yang mencakup fungsi alih governor, turbin, dan generator yang sesuai untuk analisis frekuensi beban dalam suatu sistem.
Dalam berbagai studi frekuensi, banyak penelitian yang hanya melihat pada perubahan nilai gangguan Pd (Psp = 0) yang muncul pada proses pembangkitan yang secara langsung sangat menentukan perubahan frekuensi sistem, oleh karena itu kita dapat menyederhanakan fungsi alih sistem yang ditunjukkan pada Gambar 1. menjadi seperti yang digambarkan pada Gambar 2.
Pelepasan Beban Otomatis Menggunakan… Zaenab M. & Indrabayu
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
Perkapalan
Sipil
Metoda Pelepasan Beban
Apabila terjadi gangguan sistem yang mengakibatkan daya pembangkitan secara mendadak tidak dapat melayani beban, maka untuk menghindarkan sistem menjadi koleps perlu dilakukan pelepasan beban secara cepat. Praktek pelepasan beban (load shedding) dapat dilakukan antara lain dengan memasang UFR pada berbagai feeder distribusi yang dipilih menurut kondisi setempat. Feeder distribusi yang menyangkut objek vital seperti rumah sakit sedapat mungkin tidak diberi UFR. Jumlah UFR minimal harus cukup melepas beban sebesar unit terbesar dalam sistem.
Pengertian Dasar Logika Fuzzy
Logika fuzzy adalah suatu cara untuk menilai atau memetakan suatu keadaan dengan tidak mutlak untuk setiap keadaan tergantung basis pengetahuan penilainya. Basis pengetahuan ini bersumber pada teori, pengalaman pakar dan pengetahuan pakar. Pada Gambar 3 dapat dibedakan antara logika klasik yang mempunyai nilai mutlak 0 atau 1, maka tidak demikian dengan logika fuzzy dimana hasil penilaiannya dipaparkan dalam bentuk suatu himpunan fuzzy (fuzzy set) dengan fungsi keanggotaan (membership function) yang mempunyai nilai/derajad keanggotaan (u) berkisar antara 0 dan 1
. Σ
s
T
G
1
1
Pc
T
s
T
s
T
sF
RH CH RH HP
1
1
1
D
Ms
1
Σ + –R
1
Pm - + Pd - r GOVERNOR TURBINInersia rotor dan beban
Gambar 1. Fungsi Alih Pembangkit Turbin Uap
Σ
Σ
Ms
1
D
T
s
T
s
T
s
R
T
sF
RH CH o RH HP
1
1
1
1
Pd + Pα +- Pm
-
Gambar 2. Fungsi Alih Pembangkit Reheat Turbin Uap
1 0 Logika klasik 1 0 Logika fuzzy Gambar 3. Fungsi keanggotaan logika klasik dan logika fuzzy
PROSIDING 20 11© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
Perkapalan
Sipil
Teknik Inferensi
Proses pembangkitan output aturan-aturan yang teraktifkan (rules fired) disebut inferensi. Pada contoh sebelumnya kombinasi input P dan T akan mengaktifkan (fire) aturan nomor 2 dan 3 (lihat Gambar 4) :
1. Jika temperatur DINGIN ( = 0,48) dan tekanan KECIL ( = 0,57) maka aksi katup POSITIF KECIL = 0,48).
2. Jika temperatur DINGIN ( = 0,48) dan tekanan SEDANG ( = 0,25) maka aksi katup NOL ( = 0,25). Kita lihat bahwa output yang dihasilkan mempunyai yang sama dengan terkecil input karena operasi logika yang digunakan adalah AND, atau :
Sedangkan penggabungan output-output tersebut dilakukan dengan operasi OR terhadap seluruh output yang memenuhi syarat. Pada Gambar 5 daerah yang diarsir merupakan daerah hasil operasi OR output PK dan NL.
METODE PENELITIAN
Perancangan Manajemen Pelepasan Beban
Rancangan manajemen pelepasan beban yang berbasis logika fuzzy dalam mempertahankan unjuk kerja frekuensi pada sistem tenaga listrik, mulai fuzzlfikator, aturan dasar fuzzy, inferensiator, dan defuzzifikator simulasikan dengan bantuan program Matlab 7.5, dengan memperoleh data-data sistem interkoneksi Sulselrabar, seperti diagram satu garis, sistem pembangkitan, saluran transmisi dan beban sistem. Adapun sebagai gambaran sistem pembangkit yang diamati sebagai proses terjadinya perubahan frekuensi sistem sehingga perlu adanya manajemen pelepasan beban dan implementasi logika fuzzy, tampak jelas pada Gambar 6. Dingin Temperatur T 0, 4 8 Kecil Tekanan P 0, 5 7 0, 2 5 Sedang NOL Min (0.25, 0.48) = 0.25 POSITIF KECIL Min (0.57, 0.48) = 0.48
Gambar 4. Proses Pembangkitan Output (Inferensi)
NL Aksi katup IKM 0,25 0,48 PK
Pelepasan Beban Otomatis Menggunakan… Zaenab M. & Indrabayu
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
Perkapalan
Sipil
Implemented logika yang dikembangkan disini memiliki dua masukan dan satu keluaran. Kedua masukan itu merupakan mo (t) sebagai hasil laju perubahan frekuensi sistem per detik pada waktu (t), f(t) yang merupakan selisih frekuensi pada waktu t dengan frekuensi pada waktu (to). Dipilihnya perubahan frekuensi pada waktu,
f(t) yang berupa perubahan frekuensi pada waktu (t) karena dapat menunjukkan letak gangguan yang terjadi pada sistem pembangkit tenaga dan dipilihnya laju perubahan frekuensi sistem per detik pada waktu mo(t) sebagai salah satu masukan karena dapat sebagai petunjuk mengenai besarnya gangguan yang sedang terjadi dan sekaligus sebagai petunjuk oleh logika fuzzy untuk melakukan perhitungan yang berupa perintah lepas sejumlah beban sistem (Pshed), beban sistem inilah yang akhirnya akan menjadi data keluaran dan implementasi logika fuzzy (Pshed),
Metode Defuzzyfikasi
Dalam perancangan sistem ini, metode defuzzifikasi yang dipergunakan adalah Centrold dan Mean of
Maximum. Untuk kasus pada sistem ini dimana bentuk grafik fungsi keanggotaan adalah simetris dan
menggunakan teknik inferensi IKM, maka rumus metode Centrol dapat dipermudah menjadi:
1 μ0 (x) 1 μ0 1 m
x
dimana i menyatakan indeks daerah kontrol, sedangkan m adalah nilai tengah/mean daerah kontrol. Jadi dalam contoh sebelumnya output PK teraktivitas dengan derajat 0,48 dan output NL teraktivasi dengan derajat 0,25. misal PK mempunyai mean 0, maka nilai
0,48 0,25 0,48 x 150 0x0,25
x
Disain Program Matlab 7.5
Dalam implementasi program Matlab 7.5 untuk simulasi pelepasan beban sistem, dibuat dalam beberapa program Matlab yang terdiri satu main program dan beberapa subprogram, antara lain :
*m.zaenab-1
Merupakan main program yang menampilkan berbagai tombol-tombol instruksi perhitungan untuk pemanggilan sub program, menampilkan nilai parameter sistem dan grafik hasil perhitungan. Mengenai gambaran proses pada file m.zaenab-1 dapat dilihat pada program alir pada Gambar 7.a.
* m.zaenab-2
Pada program zaenab-2, dilakukan suatu proses perhitungan pelepasan beban yang dilakukan dengan menggunakan perhitungan fuzzy, matematis (rumus dasar), dan ditampilkan secara bersamaan pada program m.agus untuk dapat dibandingkan langsung hasilnya baik secara grafik maupun tampilan angkanya. Secara diagram alir proses dapat ditunjukkan pada Gambar 7.b
*m.zaenb- 3
Pada program zaenab-3, dibuat program untuk menampilkan jadual pelepasan beban untuk tiap tahapan frekuensi yang dilakukan berdasarkan perhitungan fuzzy.
Pd + P +
Ms
1
D)
1
(
1
)(
1
(
1
S
T
S
T
S
T
R
T
sF
RH CH G RH HP
- Pm - (1) Relay Frek FuzzyPROSIDING 20 11© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
Perkapalan
Sipil
HASIL DAN BAHASAN
Simulasi Pelepasan Beban pada Pembangkit SulSelrabar Berbasis Logika Fuzzy
Kondisi Sistem SulSelrabar pada saat pembangkit sektor Sengkang lepas dari sistem interkoneksi Sulawesi Selatan, dimana terjadi pada saat Luar Waktu beban Puncak (LWBP). Maka diperoleh data sebagai berikut:
Hz = 39,09 Detik Hg = 6,26 Detik
F0 = 50 Hz PGOT = 579,2 MW
PSOT = 135 MW PGO = 488,2 MW
Pbo = 488,2 MW PSO = 135 MW
Interval waktu diambil sebesar 0,5 detik, jadi t0= 0,5 t1=1,0 t2=1,5 t3=2,0 dan seterusnya, hasil simulasi Gambar 8.
Gambar 7. a. Program zaenab-1 b. Program zaenab-2
Gambar 8. Kondisi frekuensi sistem SulSelrabar apabila sektor Sengkang lepas pada Luar Waktu Beban Puncak
a Mulai Inisialissi Hitung Zaenab- 2 Fuzzy Editor Fuzzy Selesai Fuzzy b Mulai Inisialisasi Hitung, Mo Selesai Hitung Shed Fuzzy; Hitung Shed Rumus
Hitung Output dengan Rangekuta
Tampilkan Output
Pelepasan Beban Otomatis Menggunakan… Zaenab M. & Indrabayu
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
Perkapalan
Sipil
Kondisi PLN pada saat pembangkit sektor Sengkang lepas dari sistem interkoneksi Sulawesi Selatan, dimana terjadi pada saat Waktu beban Puncak (WBP). Maka diperoleh data sebagai berikut :
Hz = 39,09 Detik Hg = 6,26 Detik
F0 = 50 Hz PGOT = 579,2 MW
PSOT = 135 MW PGO = 511,1 MW
Pb0 = 511,1 MW PSO = 135 MW
Interval waktu diambil sebesar 0,5 detik, jadi t0= 0 t1=0,5 t2=1,5 t3=2,0 dan seterusnya, hasil simulasi Gambar 9.
Pelepasan Beban Saat Luar Waktu Beban Puncak (LWBP)
Data kontrol pembangkit sebagai berikut
Frekuensi Nominal (Fo) : 50 Hz
Frekuensi Pemulihan : 50 + 0,5 Hz
Beban Sistem (Pgot) : 579,2 MW
Beban gangguan (Psot) : 135 MW
Inersia pembangkit (Hg) : 6,26
Setting relay lepas : 0,001 p.u/relay
Waktu tunda : 0,5 detik
Selanjutnya didapat respons frekuensi dan kerja manajemen logika fuzzy sebagai berikut:
1. Besar gangguan 135 MW (0.104 pu), dihasilkan simulasi frekuensi akhir yang terjadi dan hasil pelepasan bebannya sebagai berikut, ternyata tidak diperlukan adanya pelepasan beban (sistem masih mampu mengkompensasi sendiri) dengan frekuensi akhir 48,5 Hz dan frekuensi pulih 49,7 Hz seperti tampak pada Gambar 10.
Gambar 9. Kondisi frekuensi sistem SulSelrabar apabila sektor Sengkang lepas pada Waktu Beban Puncak
Gambar 10. Simulasi pelepasan beban saat luar waktu beban puncak (LWBP) dengan gangguan 135 MW (0,104 pu)
PROSIDING 20 11© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
Perkapalan
Sipil
2. Gangguan 135 MW (0.1pu), hasil simulasi tampak pada Gambar 9 yang menunjukkan bahwa Frekuensi akhir yang tercapai adalah – 1,65 pu (48,35 Hz) dengan frekuensi pulih 49,6 Hz dan penjadualan pelepasan beban dengan logika fuzzy dapat dilihat pada Gambar 11:
Pelepasan Beban Saat Waktu Beban Puncak (WBP)
Data kontrol pembangkit sebagai berikut:
Frekuensi Nominal (Fo) : 50 Hz
Frekuensi Pemulihan : 50 + 0,5 Hz
Beban system (Pgot) : 579,2 MW
Beban gangguan (Psot) : 135 MW atau 0,2 p.u
Inersia pembangkit (Hg) : 6,26
Setting relay lepas : 0,001 p.u/relay
Waktu tunda : 0,5 detik
Didapat respons frekuensi berdasarkan logika fuzzy sebagai berikut:
Untuk gangguan 135 MW (0,2 pu), hasil simulasi tampak pada Gambar 10 yang menunjukkan bahwa Frekuensi akhir yang tercapai adalah 48.4 Hz dengan frekuensi pulih 49.5 Hz terlihat pada Gambar 12 .
SIMPULAN
Untuk kondisi Luar Waktu Beban Puncak (LWBP) dengan gangguan 135 MW (0,1pu) dengan pelepasan beban, frekuensi yang dicapai adalah 48.35 Hz dengan pemulihan frekuensi 49,6 Hz dengan setting UFR relay 0.001 pu.
Gambar 11. Simulasi pelepasan beban saat Luar Waktu Beban Puncak (LWBP) dengan gangguan 135 MW (0,1 pu)
Gambar 12. Simulasi penglepasan beban saat waktu beban puncak WBP dengan gangguan 135 MW (0,2 pu)
Pelepasan Beban Otomatis Menggunakan… Zaenab M. & Indrabayu
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
Perkapalan
Sipil
Untuk kondisi Waktu Beban Puncak (WBP) dengan gangguan 135 MW (0,1pu) frekuensi meningkat diatas batas toleransi yaitu sekitar ± 50,9 Hz sehingga diperlukadengan pelepasan beban. Setelah pelepasan beban diperoleh frekuensi yang dicapai adalah 48.4 Hz dengan pemulihan frekuensi 49,5 Hz dengan setting UFR relay 0.001 pu.
DAFTAR PUSTAKA
AIEE COMMITTEE REPORT, 1955.’ Automatic Load Shedding, IEEE Transactions on Power Systems” AIEE COMMITTEE REPORT,1973 “ Dynamic Model for Steam and Hydro Turbines In Power System
Studies” IEEE Transactions on Power Systems.
Away, gunaidi Abdia. 2006. “The shorcut of Matlab Programing”. Informatika, Bandung. Cekmas Cekdin, 2007. “Sistem Tenaga Listrik”. Andi, Yogyakarta.
Hutahuruk, T.s.,M.sc., Prof.,1996. “Transmisi Daya Listrik” Erlangga, Jakarta.
Anderson, P.M. dan M. Mirheydar, M.1990,” A Low Order System Frequency response Model”. IEEE Transactions on Power Systems.
Anderson, P.M. dan M. Mirheydar, M.,1992.” An Adaptive Method for Setting Under Frequency Loads Shedding Relay” IEEE Transactions on Power Systems.
Indrajaya, Y., 2000. “Simulasi Pengendali Temperatur Ruang Dengan Pengendali Berbasis Logika Fuzzy”, Universitas Indonesia : Skripsi.
Marsudi, Djiteng. 2006. “Operasi Sistem Tenaga Listrik”. Graha Ilmu. Yogyakarta. Saadat Hadi, 1999. “Power System Analysis”, McGraw-Hill.
Stevenson, William D., Jr. 1996.” Analisis Sistem Tenaga Listrik Edisi 6” Erlangga, Jakarta
Kosasih, 2001.”Pelepasan Beban dengan Rele Frekuensi Kurang Studi Kasus Sistem Tenaga Listrik Jawa-Bali”, Universitas Indonesia Tesis.
Kundur, P,1994. “ Power System Stability and Con/r0/”Singapore : McGraw-Hil Inc. Laporan Jurnal, FUZZY LOGIC PROGRAM 2.0.
Marsudi, D.,1990.” Operasi Sistem Tenaga Listrik” Jakarta : Balai Penerbit dan Humas ISTN. Nagrath, IJ. dan Kothari D.P.,” Modem Power System Analysis”
Prasetijo. D. “Frequency Respone Following Sudden Load-Generation Imbalance”, PLN-P3B Journal, August, 1998.
Stevenson, W.D, “Element of Power System Analysis”
