abstrak - sinta.unud.ac.id · pdf filefuzzy logic controller when there is interference 0.1 pu...

vi

ABSTRAK

Sistem tenaga listrik yang baik merupakan suatu sistem yang dapat melayani

permintaan beban secara berkelanjutan serta tegangan dan frekuensinya stabil.

Kondisi sistem yang stabil sebenarnya tidak pernah ada. Adanya perubahan

pemakaian tenaga listrik pasti terjadi dalam sistem. Perubahan pemakaian tenaga

listrik yang selalu berubah dari waktu ke waktu dapat menyebabkan frekuensi listrik

menjadi tidak stabil. Pengaturan frekuensi pada sistem pembangkit PLTG tergantung

pada penyediaan daya aktif dalam sistem. Pengaturan daya aktif ini dilakukan dengan

mengatur besarnya kopel penggerak generator. Pengaturan ini dilakukan dengan

menambah atau mengurangi jumlah energi primer (bahan bakar) dan dilakukan pada

governor. Governor yang digunakan pada setiap unit generator Pembangkit Listrik

Tenaga Gas (PLTG) berfungsi sebagai pengatur jumlah bahan bakar yang masuk ke

ruang pembakaran (combuster). Hasil pembakaran pada combuster berupa gas yang

digunakan sebagai pemutar turbin gas. Fungsi utama pengaturan putara turbin gas

adalah untuk menjaga kestabilan sistem keseluruhan terhadap adanya variasi beban

atau gangguan pada sistem.

Simulasi dalam studi analisis governor sebagai load frequency control pada

PLTG menggunakan fuzzy logic controller. Simulasi dilakukan dengan memberikan 4

jenis pembebanan, yaitu sebesar 0,1 pu, 0,2 pu, 0,3 pu dan 0,4 pu. Simulasi dilakukan

untuk membandingkan output respon frekuensi dinamik dan waktu kestabilan yang

dihasilkan menggunakan fuzzy logic controller dengan metode konvensional.

Berdasarkan hasil analisis simulasi dengan menggunakan metode

konvensional bila ada gangguan 0,1 pu menghasilkan output respon respon frekuensi

dinamik dalam keadaan steady state yaitu 49,86 Hz, waktu kestabilan pada area 1

yaitu 8,5 detik dan pada area 2 yaitu 9 detik. Governor sebagai load frequency control

menggunakan fuzzy logic controller bila ada gangguan 0,1 pu menghasilkan output

respon frekuensi dinamik dalam keadaan steady state yaitu 49,89 Hz, waktu

kestabilan pada area 1 yaitu 5,9 detik dan pada area 2 yaitu 7,1 detik. Hal ini

membuktikan penggunaan fuzzy logic controller menghasilkan output respon

frekuensi dinamik dalam keadaan steady state yang lebih baik dan waktu kestabilan

yang lebih cepat dibandingkan metode konvensional.

Kata kunci : Governor, load frequency control, fuzzy logic controller

vii

ABSTRACT

Good power systems is a system that can serve the load demand in a

sustainable and stable voltage and frequency. Condition stable system that actually

never existed. The change of power consumption must happen in the system.

Changes in electric power consumption are always changing from time to time can

cause electrical frequency becomes unstable. Setting the frequency of the power plant

generating systems depend on the provision of active power in the system. Active

power control is done by adjusting the amount of coupling drive the generator. This is

done by adding or reducing the amount of primary energy (fuel) and performed on

the governor. Governor used on each unit generator Gas Power Plant (power plant) to

function as a regulator of the amount of fuel that goes into the combustion chamber

(combustors). Combustion in combustors is a gas that is used as a gas turbine players.

The main function of the gas turbine arrangement rounds is to maintain the stability

of the entire system for the presence of load variations or disturbances in the system.

Simulations in the study analysis governor as load frequency control in a

power plant using fuzzy logic controller. Simulations done by providing four types of

loading, load type is 0,1 pu, 0,2 pu, 0,3 pu and 0,4 pu. The simulation was performed

to compare the output frequency response and dynamic stability of the resulting time

using fuzzy logic controller with conventional methods.

Based on the results of the simulation analysis using the conventional method

when there is interference 0.1 pu produces output dynamic response of the frequency

response in a steady state that is 49.86 Hz, the time stability of the area 1 is 8.5

seconds and the second area is 9 seconds. Governor as load frequency control using

fuzzy logic controller when there is interference 0.1 pu generate dynamic output

frequency response in a steady state that is 49.89 Hz, the time stability of the area 1 is

5.9 seconds and the second area is 7.1 seconds, This proves the use of fuzzy logic

controller generates dynamic output frequency response in a steady state is better and

more stability times faster than conventional methods.

Keywords : Governor, load frequency control, fuzzy logic controller

viii

DAFTAR ISI

JUDUL ............................................................................................................ i

LEMBAR PERSYARATAN GELAR ............................................................. ii

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ............................................... iii

LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iv

UCAPAN TERIMAKASIH ............................................................................. v

ABSTRAK ....................................................................................................... vi

ABSTRACT ..................................................................................................... vii

DAFTAR ISI .................................................................................................... viii

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xi

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xii

DAFTAR SINGKATAN ................................................................................ xvi

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xvii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................... 2

1.3 Tujuan .............................................................................................. 2

1.4 Manfaat ............................................................................................ 3

1.5 Batasan Masalah .............................................................................. 3

BAB II KAJIAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Mutakhir ........................................................................... 4

2.2 Tinjauan Pustaka ............................................................................ 6

2.2.1 Pembangkit Tenaga Listrik Gas (PLTG) ............................. 6

2.2.2 Governor ............................................................................. 6

2.2.3 Kestabilan Sistem Tenaga Listrik ........................................ 7

2.2.3.1 Kestabilan Keadaan Tetap (Steady State Stability) . 8

2.2.3.2 Kestabilan Dinamis (Dynamic Stability) ................ 9

2.2.3.3 Kestabilan Peralihan (Transient Stability) .............. 10

2.2.4 Sistem Pengendalian Daya Akitif dan Frekuensi ............... 11

2.2.5 Model Pengendalian Daya Aktif dan Frekuensi ................. 12

ix

2.2.5.1 Persamaan Ayunan ................................................. 13

2.2.5.2 Model Generator ..................................................... 17

2.2.5.3 Model Beban ........................................................... 18

2.2.5.4 Model Penggerak Mula .......................................... 20

2.2.5.5 Pemodelan Governor .............................................. 20

2.2.6 Logika Fuzzy (Fuzzy Logic) ................................................ 22

2.2.6.1 Penggunaan Fuzzy Logic ........................................ 22

2.2.6.2 Himpunan Logika Fuzzy (Fuzzy Logic) .................. 23

2.2.6.3 Fuzzy Set Operation................................................. 25

2.2.6.4 Fungsi Keanggotaan (Membership Function) ........ 26

2.2.6.5 Cara Kerja Kontrol Logika Fuzzy (Fuzzy Logic) ... 29

2.2.6.6 Metode Mamdani .................................................... 30

2.2.7 Load Frequency Control (LFC) Interkoneksi Dua Area ..... 32

2.2.8 Karakteristik Respon Waktu ............................................... 35

2.2.9 Single Machine Infinite Bus (SMIB) .................................... 36

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ........................................................ 38

3.2 Data Penelitian ................................................................................ 38

3.2.1 Sumber Data ....................................................................... 38

3.2.2 Jenis Data ............................................................................ 38

3.3 Tahapan Penelitian ......................................................................... 39

3.4 Pemodelan ....................................................................................... 40

3.5 Alur Penelitian ................................................................................ 42

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Governor sebagai Load Frequency Control pada PLTG................. 43

4.2 Pemodelan Governor sebagai Load Frequency Control pada

PLTG ................................................................................................ 44

4.2.1 Pemodelan Governor sebagai Load Frequency Control

pada PLTG menggunakan Metode Konvensional ................ 44

4.2.1.1 Penambahan Beban 0.2 pu ...................................... 49


x


4.2.2 Pemodelan Governor sebagai Load Frequency Control

pada PLTG menggunakan Fuzzy Logic Controller ............. 64

4.2.3 Membership Function Governor sebagai Load

Frequency Control ................................................................ 65

4.2.4 Rule Base Governor sebagai Load Frequency Control ........ 68

4.2.5 Fuzzy Inference Governor sebagai Load Frequency

Control .................................................................................. 71

4.2.6 Defuzzifikasi Governor sebagai Load Frequency Control ... 72

4.2.7 Simulasi Governor sebagai Load Frequency Control .......... 73




4.3 Perbandingan Respon Dinamik ........................................................ 93

BAB IV PENUTUP

5.1 Simpulan ........................................................................................ 100

5.2 Saran .............................................................................................. 101

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 103

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Membership function input area control error (ACE) .................. 67

Tabel 4.2 Membership function input deviasi area control error (∆ACE) ... 68

Tabel 4.3 Membership function output nilai frekuensi ................................. 69

Tabel 4.4 Rule base governor sebagai load frequency control

menggunakan fuzzy logic controller ............................................. 73

Tabel 4.5 Perbandingan respon dinamik load frequency control Area 1 ...... 95

Tabel 4.6 Perbandingan respon dinamik load frequency control Area 2 ..... 98

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram Blok Load Frekuensi Control pada Sebuah

Generator ........................................................................ 12

Gambar 2.2 Representasi Suatu Rotor Mesin yang Membandingkan

Arah Perputaran Serta Momen Putar Mekanis dan Ektrisis

Untuk (a) Generator dan (b) Motor ................................. 14

Gambar 2.3 Representasi Sudut Rotor Generator Terhadap Refrensi

Sinkron ............................................................................ 15

Gambar 2.4 Diagram Blok Model Generator .................................... 18

Gambar 2.5 Diagram Blok Beban (Load) ........................................... 19

Gambar 2.6 Diagram Blok Penggerak Mula ....................................... 20

Gambar 2.7 Diagram Blok Model Governor ...................................... 21

Gambar 2.8 Kurva Representasi Linier Naik ..................................... 27

Gambar 2.9 Kurva Representasi Linier Turun ................................... 27

Gambar 2.10 Kurva Representasi Segitiga .......................................... 28

Gambar 2.11 Kurva Representasi Trapesium ...................................... 28

Gambar 2.12 Proses Fuzzy Inference System ....................................... 30

Gambar 2.13 Model Linier Sistem Interkoneksi Dua Area .................. 32

Gambar 2.14 Kurva Respon Karakteristik Waktu ............................... 36

Gambar 2.15 Single machine terhubung ke sistem besar melalui jalur

transmisi .......................................................................... 37

Gambar 3.1 Pemodelan Governor ....................................................... 40

Gambar 3.2 Pemodelan Turbine ......................................................... 40

Gambar 3.3 Pemodelan Generator dan Pemodelan Beban (Load) ..... 41

Gambar 3.4 Pemodelan Fuzzy Logic Controller ................................. 41

Gambar 3.5 Pemodelan Governor sebagai Load Frequency Control

menggunakan Fuzzy Logic Controller ........................... 41

Gambar 3.6 Diagram Alir Alur Penelitian ......................................... 42

Gambar 4.1 Blok Diagram Governor sebagai Load Frequency Control

pada PLTG ...................................................................... 43

xiii

Gambar 4.2 Hasil Running Simulasi Governor sebagai load

frequency control menggunakan metode konvensional

PI Kontroler ..................................................................... 45

Gambar 4.3 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 1 ........ 46

Gambar 4.4 Peak time, Overshoot, dan %Error Steady State Area 1. 47





PI Kontroler dengan beban 0.2 pu ................................. 49

Gambar 4.8 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 1

dengan beban 0.2 pu ...................................................... 51



dengan beban 0.2 pu ....................................................... 52






dengan beban 0.3 pu ....................................................... 56



dengan beban 0.3 pu ....................................................... 57






dengan beban 0.4 pu ....................................................... 61


xiv


dengan beban 0.4 pu ....................................................... 62


Gambar 4.22 Blok Diagram Fuzzy Logic Controller pada Load

Frequency Control ......................................................... 64

Gambar 4.23 Membership Function Load Frequency Control ............ 64

Gambar 4.24 Membership Function Input 1 Area Control Error

(ACE)............................................................................... 66

Gambar 4.25 Membership Function Input 2 Deviasi Area Control

Error (∆ACE) .................................................................. 67

Gambar 4.26 Membershp Function Output Hasil Frekuensi ................ 68

Gambar 4.27 Rule Base 5 Membership Function Governor sebagai

Load Frequency Control menggunakan Fuzzy Logic

Controller ........................................................................ 71

Gambar 4.28 Hasil Running Simulasi Governor sebagai load frequency

control menggunakan Fuzzy Logic Controller ............. 73






frequency control menggunakan Fuzzy Logic Controller

dengan beban 0.2 pu ...................................................... 78


dengan beban 0.2 pu ....................................................... 80



dengan beban 0.2 pu ........................................................ 81



frequency control menggunakan Fuzzy Logic

xv

Controller dengan beban 0.3 pu ...................................... 83


dengan beban 0.3 pu ....................................................... 85



dengan beban 0.3 pu ....................................................... 86



frequency control menggunakan Fuzzy Logic

Controller dengan beban 0.4 pu .................................... 88


dengan beban 0.4 pu ....................................................... 90



dengan beban 0.4 pu ....................................................... 91


Gambar 4.48 Perbandingan Respon Dinamik Load Frequency

Control Area 1 dengan gangguan beban (a) 0.1 pu

(b) 0.2 pu (c) 0.3 pu (d) 0.4 pu ....................................... 93

Gambar 4.49 Perbandingan Respon Dinamik Load Frequency

Control Area 2 dengan gangguan beban (a) 0.1 pu

(b) 0.2 pu (c) 0.3 pu (d) 0.4 pu ....................................... 97

xvi

DAFTAR SINGKATAN

ACE = Area Control Error

AI = Artificial Intelegence

AVR = Automatic Voltage Regulator

CoA = Centre of Area

FLC = Fuzzy Logic Controller

I = Integral

D = Derivactive

K = Konvensional

LFC = Load Frequency Control

N = Negative

NB = Negative Big

NM = Negative Medium

P = Positive

P = Proposional

PLN = Perusahaan Listrik Negara

PLTG = Pembangkit Listrik Tenaga Gas

PB = Positive Big

PM = Positive Medium

SMIB = Single Machine infinite Bus

ZE = Zero

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Jadwal Kegiatan ........................................................................... 104

Lampiran 2 Simulink governor sebagai load frequency control

menggunakan metode konvensional PI controller ..................... 105

Lampiran 3 Simulink governor debagai load frequency control

menggunakan fuzzy logic controller .......................................... 106

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sistem tenaga listrik yang baik merupakan suatu sistem yang dapat

melayani permintaan beban secara berkelanjutan serta tegangan dan frekuensinya

stabil. Kondisi sistem yang stabil sebenarnya tidak pernah ada. Adanya perubahan

pemakaian tenaga listrik pasti terjadi dalam sistem. Perubahan pemakaian tenaga

listrik yang selalu berubah dari waktu ke waktu dapat menyebabkan frekuensi

listrik menjadi tidak stabil.

Frekuensi listrik yang tidak stabil akan mengakibatkan perputaran motor

listrik sebagai penggerak mesin-mesin produksi di industri manufaktur juga tidak

stabil, dimana hal ini akan mengganggu proses produksi. Terutama pada industri

tekstil yang mengharuskan agar frekuensi listrik selalu dalam keadaan stabil.

Maka untuk mempertahankan frekuensi tetap dalam batas toleransi yang diijinkan

yaitu ±2% dari frekuensi nominal 50 Hz (Buku aturan jaringan PLN Jawa-

Madura-Bali 2007) dilakukan dengan cara penyediaan daya aktif dalam sistem

harus disesuaikan dengan kebutuhan beban. Penyesuaian daya aktif ini dilakukan

dengan mengatur besarnya kopel penggerak generator. Pengaturan ini dilakukan

dengan menambah atau mengurangi jumlah energi primer (bahan bakar) dan

dilakukan pada governor.

Governor yang digunakan pada setiap unit generator Pembangkit Listrik

Tenaga Gas (PLTG) berfungsi sebagai pengatur frekuensi dengan cara mengatur

jumlah bahan bakar yang masuk ke ruang pembakaran (combuster) yang

menerima sinyal dari perubahan frekuensi listrik. Bila beban listrik naik maka

frekuensi akan turun, sehingga governor harus memperbesar masukan bahan

bakar ke mesin penggerak utama untuk menaikan frekuensinya sampai dengan

frekuensi listrik kembali ke normalnya. Sebaliknya bila beban listrik turun maka

frekuensi akan naik, governor mesin-mesin pembangkit harus mengurangi

masukan bahan bakar ke mesin penggerak utama untuk menurunkan frekuensinya

sampai dengan frekuensi listrik kembali ke normalnya.

2

Saat ini berbagai usaha dan metode telah digunakan oleh para ahli untuk

menjaga kestabilan khususnya terkait dengan masalah perubahan frekuensi yang

tergantung kebutuhan beban listrik yang selalu berubah dari waktu ke waktu.

Berbagai usaha ini dimulai dari desain kontroler metode konvensional dalam load

frequency control. Penggunaan metode konvensional pada load frequency control

dapat menambah kontoler P (proposional), I (integral), dan D (derivactive) dalam

sistem. Berkembangnya pemodelan modern terdapat metode kecerdasan buatan

atau Artificial Intelegence (AI), metode ini meliputi fuzzy logic, neural network,

genetic algorithm, dan lain sebagainya. Metode yang akan digunakan penulis pada

skripsi ini adalah fuzzy logic untuk menganalisis governor sebagai load frequency

control yang bertujuan menampilkan hasil simulasi kerja governor untuk menjaga

variasi frekuensi pada pengoperasian pembangkit listrik tenaga gas (PLTG).

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang yang telah dipaparkan di atas, permasalahan yang

diperoleh pada skripsi ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana membuat pemodelan governor sebagai load frequency control

menggunakan fuzzy logic controller ?

2. Bagaimana mensimulasikan fungsi governor sebagai load frequency

control menggunakan fuzzy logic controller ?

3. Bagaimana menganalisis unjuk kerja governor sebagai load frequency

control menggunakan fuzzy logic controller ?

1.3 Tujuan

Dari rumusan masalah di atas, tujuan penulisan pada pembuatan skripsi ini

adalah sebagai berikut:

1. Untuk membuat pemodelan governor sebagai load frequency control

menggunakan fuzzy logic controller.

2. Untuk mensimulasikan fungsi governor sebagai load frequency control


3

3. Untuk menganalisis unjuk kerja governor sebagai load frequency control


1.4 Manfaat

Manfaat penulisan skripsi ini adalah dapat mengetahui tentang pemodelan

dan simulasi governor sebagai load frequency control menggunakan fuzzy logic

controller. Diharapkan dari hasil simulasi governor sebagai load frequency

control menggunakan fuzzy logic controller ini dapat diperlihatkan unjuk kerja

dari governor untuk menjaga variasi frekuensi pada pengoperasian pembangkit

listrik tenaga gas (PLTG).

1.5 Batasan Masalah

Batasan masalah yang dibuat penulis dalam membuat skripsi ini adalah :

1. Mesin ini diasumsikan sebagai Single Machine Infinity Bus (SMIB).

2. Simulasi sistem menggunakan Matlab.

3. Pemodelan hanya menggunakan dua unit pembangkit PLTG.

4. Pemodelan ini diasumsikan sistem dalam keadaan stabilitas dinamis.

5. Simulasi ini akan diberikan beban sebesar 0.1 pu, 0.2 pu, 0.3 pu dan 0.4

pu.

abstrak - sinta.unud.ac.id · pdf filefuzzy logic controller when there is interference 0.1 pu...

Documents