bab iii network stability 3 bab iii perancangan sistem analisiseprints.umm.ac.id/39297/4/bab...

20

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN.

3 BAB III PERANCANGAN SISTEM

Diagram Alir Perancangan dan Pembuatan Sistem.

Dalam tahapan ini penelitian untuk mendapatkan hasil pada sistem proteksi

saat terjadinya load shedding menggunkan neural network pada studi kasus

PT.PLN area Rengat di Riau, dapat dilakukan dengan beberapa tahapan yang ada

pada diagaram alir berikut ini :

Mulai

Pengambilan

Data

Desain Single

Line Diagram

(MATLAB

Simulink)

Jalankan

running

program,

error?

Perbaiki

Single Line

Diagram

Design skema

load shedding

Simulasikan

Transient

Stability

Analisis

Frekuensi kembali

ke50 Hz?

Selesai

Y

T

Y

T

Penentuan jumlah pelepasan beban

menggunakan Artificial Neural

Network

Gambar 3.1 Flowchart Perancangan dan Pembuatan Sistem Pelepasan Beban.

21

Perancangan Blok Sistem SLD saat Terjadi Load Shedding

Dalam peneletian pada rancangan sistem SLD ketika terjadinya load

shedding dengan pemilihan bebannya menggunakan neural network merupakan

bagian utama pada penilitian ini, karena lebih dari 5 generator yang beroprasi maka

sangat komplek pengaruhnya pada frekuensi sistem setelah terjadinya skema load

shedding. Tahapan yang akan dilakukan dalam penyusunan dan perancangan sistem

SLD PT.PLN area Rengat yakni :

3.2.1 Pengambilan Data

Pengambilan data pada penilitihan ini didapat dari PLN Rengant di Riau,

Sumatra dengan sistem pembangkitan sebagai suplai listrik yakni milik PT.Wijaya

Karya. Data yang diambil berupa data generator, beban yang terhubung,

transformator dan SLD.

a. Generator PT.Wijaya Karya

Tabel 3.1 Data Spesifikasi Sumber

Parameter

Elektris Unit

PLTMG

LIRIK TBMA BGP KHD

Yan

&

Mits

KBT

Tegangan (V) V 11000 400 400 6300 400 11000

Frekuensi

(Hertz) F 50 50 50 50 50 50

Daya Semu

(kVA) S 5300 1500 1000 1501 750 5000

Daya Aktif (kW) P 4240 1200 800 1276 600 4040

Faktor Daya (%) PF 80 80 80 85 80 80

Arus (Ampere) In 278,2 2165 1443 137,6 1083 278,2

RPM N 1500 1500 1500 1500 1500 1500

Jumlah fasa - 3 3 3 3 3 3

Direct axis

synchronous (%) Xdsat 155 99 99 155 99 155

Direct axis

transient (%) X’d 28 35 35 28 35 28

22

Direct axis sub-

transient (%) X”d 19 25 25 19 25 19

Zero sequence

(%) Xo 7 7 7 7 7 7

Ro 1 1 1 1 1 1

X/R 7 7 7 7 7 7

Positive

sequence (%)

X”/

R 9 9 9 9 9 9

R 2 2 2 2 2 2

Grounding - Solid Open Solid Open Open Solid

b. Tranformator

Tabel 3.2 Data Transformator

Parameter

elektris

Un

it

Incoming generator

Trafo

Lirik

Trafo

KHD

Trafo

BGP

Trafo

TBMA 1

Trafo

TBMA

2

Trafo

Yanmar

Daya

semu

(kVA)

S 4700 1600 2500 1600 3500 800

Frekuensi F 50 50 50 50 50 50

Tegangan

primer kV 11 6,3 0,4 6,3 6,3 0,4

Tegangan

sekunder kV 20 20 20 20 20 20

Z trafo %

Z 7.15 6.25 6,25 6,25 7,15 5

%X/R N 8.5 6 6 6 8,5 3,5

Koneksi

Primer - Delta Delta Delta Wye Wye Wye

Koneksi

sekunder - Wye Wye Wye Delta Delta Delta

23

c. Beban

Tabel 3.3 Data Feeder pada PLN Area Rengat

Nama Feeder/GH Beban (MW)

GH Air Molek 8,7

OGF Kota Lama 4,3

OGF Pematang Reba 4,3

Feeder PTSI 2,7

GH P.Reba 5,3

Feeder Kempas Jaya 7,4

Feeder Pasir Ringgit 0,7

Feeder Japura 0,8

Feeder Puncak Selasih 4,7

Total 30,3

Tabel 3.4 Data beban area feeder GH.AIR MOLEK

Groundin

g - NGR NGR Open Open Open Open

NO.

ID

RATING

(KW)

TEGANGAN

(Volt)

AREA

DISTRIBUSI

AREA

FEEDER

1. Lampu lalak 1 468 20

LALAK







24

Tabel 3.5 Data beban feeder OGF Kota Lama


GH.AIR

MOLEK

9. Lampu lirik 1 180 20

LIRIK

10 Lampu lirik 2 135 20



13. Lampu Bandara 1 180 20

BANDARA 14. Lampu Bandara 2 210 20



17. Lampu Sudirman

1

180 20

SUDIRMAN

18. Lampu Sudirman

2

180 20

19. Lampu Sudirman

3

180 20

20. Lampu Sudirman

4

180 20

21. Lampu Pasar 1 520 20

PASAR




NO.

ID

RATING

(KW)

TEGANGAN

(Volt)

AREA

DISTRIBUSI

AREA

FEEDER

1. Lampu KN 1 450 20

Kota

Narasinga

KOTA

LAMA

2. Lampu KN 2 200 20

3. Lampu KN 3 1000 20

4. Lampu KN 4 400 20

5. Lampu Kasai 1 1300 20

25

Tabel 3.6 Data beban area feeder OGF Pematang Reba

Tabel 3.7 Data beban area feeder PT.SI

Tabel 3.8 Data beban feeder OGH P.Reba

6. Lampu Kasai 2 800 20 Pangkalan

Kasai

NO.

ID

RATING

(KW)

TEGANGAN

(Volt)

AREA

DISTRIBUSI

AREA

FEEDER

11. Lampu A.Aris 1 500 20

A.Aris

OGF

Pematang

Reba


13. Lampu A.Aris 3 1200 20


NO.

ID

RATING

(KW)

TEGANGAN

(Volt)

AREA

DISTRIBUSI

AREA

FEEDER

1. Industri PT.SI 1 1047 20

Puncak

Selasih

Feeder

Puncak

Selasih




5. Industri PT.SI 5 36 0.4

6. Industri PT.SI 6 37.059 0.4


8. Industri PT.SI 8 36 0.4


10. Industri PT.SI

10

450 20

NO.

ID

RATING

(KW)

TEGANGAN

(Volt)

AREA

DISTRIBUSI

AREA

FEEDER

26

Tabel 3.9 Data beban area feeder Kempas Jaya

1. Lampu Ukui

BM

247 20

UKUI

OGH P.Reba

2. Lampu BM

Outdoor

1528 20

3. Lampu BM

Perbatasan

1341 20

4. Lampu Belilas 1 550 20 Belilas

5. Lampu Belilas 2 400 20

6. Lampu Belilas 3 450 20

NO.

ID

RATING

(KW)

TEGANGAN

(Volt)

AREA

DISTRIBUSI

AREA

FEEDER

1. Lampu KJ 4 495 20

Kempas Jaya

Kempas Jaya

2. Lampu Rumbai

2

775 20

3. Lampu KJ 32 51.03 0.4

4. Lampu KJ 33 60.75 0.4

5. Lampu KJ 34 694 20

6. Lampu KJ 35 1200 20

7. Lampu KJ 36 659 20

8. Lampu KJ 37 500 20

9. Lampu KJ 38 500 20

10. Lampu KJ 39 1200 20

11. Lampu KJ 40 650 20

12. Lampu KJ 41 500 20

27

Tabel 3.10 Data beban area feeder Pasar Ringgit

Tabel 3.11 Data beban area feeder Pasar Japura

Tabel 3.12 Data beban area feeder Puncak Selasih

NO.

ID

RATING

(KW)

TEGANGAN

(Volt)

AREA

DISTRIBUSI

AREA

FEEDER

1. Lampu Ringgit

8

240 20

Pasir Ringgit

Passir Ringgit 2. Lampu Ringgit

9

180 20

3. Lampu Ringgit

10

120 20

4. Lampu Ringgit

11

60 20

NO.

ID

RATING

(KW)

TEGANGAN

(Volt)

AREA

DISTRIBUSI

AREA

FEEDER

1. Lampu Japura 8 180 20

Japura

Japura 2. Lampu Japura 9 140 20

3. Lampu Japura

10

70 20

NO.

ID

RATING

(KW)

TEGANGAN

(Volt)

AREA

DISTRIBUSI

AREA

FEEDER

1. Lampu

Selasih

1

21.96 0.4

2. Lampu

Selsih 2

18.45 0.4

28

3. Lampu

Selasih

3

27 0.4

Puncak Selasih

Puncak

Selasih

4. Lampu

Selasih

4

7.2 0.4

5. Lampu

Selasih

5

16.2 0.4

6. Lampu

Selasih

6

9 0.4

7. Lampu

Selasih

7

9 0.4

8. Lampu

Selasih

8

27 0.4

9. Lampu

Selasih

9

27 0.4

10. Lampu

Selasih

10

37.8 0.4

29

d. Single Line Diagram

Pasar

Lalak

Lirik

Sudirman

PasarA. Aris

Belilai

OGF

Pematang

Rebah

Kota &

Narasinga Pangkalan

Kasai Japura

Pasir

Ringgit Puncak

Selasih

Yanmar

0,6 MW x 2

KHD

1,276 MW x 4OGF Kota

Lama

BGP

0,8 MW x 12TMBA

1,2 MW x 2

PT. SI

KBT

4,5 MW x 5

PLTMG Lirik

4,2 MW x 5

GH

Air Moleh

Gambar 3.2 Single Line Diagram Kelistrikan PLN Rengat yang Sudah

Disederhanakan.

Studi Aliran Daya

Studi aliran daya (Load Flow Analisis) adalah studi yang memberikan analisa

terhadap aliran daya pada sistem yang bertujuan untuk :

1. Memeriksa tegangan pada setiap aliran daya dari mulai pembangkitan,

transmisi, dan distribusi.

2. Memeriksa muatan kapasitas semua peralatan yang ada dalam sistem apakah

sudah sesuai standart operasi guna menyalurkan daya yang diinginkan oleh

beban.

3. Mendapatkan kondisi awal untuk studi stabilitas sistem sebelum dan sesudah

gangguan.

4. Mendapatkan data awal dari masing masing blok sistem mulai dari voltage

profil, power flow, current flow, sampai generator Mvar demand.

Skema Load Shedding

Skema load shedding adalah skema melepaskan beban dalam proses

pengamanan jaringan sistem kelistrikan yang terhubung, artianya skema ini diawali

oleh hilang sumber daya listrik dari pembangkitan sehingga perlu adanya proteksi

guna menjaga kestabilan frekuensi dalam sistem.

30

Pada penelitian merujuk pada penentuan beban menggunakan artificial

neural network dimana salah satu kecerdasan buatan ini berfungsi untuk

menentukan beban-beban mana saja yang akan dilepaskan mengganti fungsi dari

sudut pandang operator dikarenakan seringnya terjadi human error yang

menyebabkan kurang tepatnya pengambilan keputusan melepas beban pada

jaringan sistem kelistrikan. Tentunya dengan standart pada sistem manual ketika

terjadinya load shedding, penentuan beban dibantu juga dengan kriteria beban

yakni beban prioritas (essential load) dan beban non-prioritas (non essential load).

Sehingga beban yang terlepas tidak merugikan proses produksi sehingga konsumen

tidak merasa dirugikan.

Tabel 3.13 Diskripsi skema ketika sumber kelistrikan sistem lepas

Studi

Kasus

Deskripsi kasus Target Simulasi Keterangan

S1

Terjadi gangguan

pada sistem

kelistrikan PLN

area Rengat

sehingga beberapa

generator

shutdown dalam

satu waktu.

Untuk

melihat

terjadinya

penurunan

frekuensi

ketika

generator off.

Pada detik 8

Generator off

Generator

target semula

on gird

berubah jadi

off gird

menggunakan

CB.

Pada penelitihan ini akan dicoba beberapa skenario load shedding dimana nantinya

akan diuji seberapa tepatnya pengambilan keputusan oleh ANN dengan mengembalikan

toleransi frekuensi dengan dibandingkan tanpa menggunakan ANN.

Tabel 3.14 skema generator kelistrikan sistem lepas

GEN UNIT S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9

PLTD

1

2

3

4

5

KBT 1

31

2

3

4

5

BGP

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

KHD

1

2

3

4

YAN 1

2

TBMA 1

2

Keterangan : = Generetaror shutdown pada detik 8

S = Skema

3.4.1 Data Gangguan pada Generator Sistem Kelistrikan PT.PLN area

Rengat.

Pada selang waktu 2015-2016 bulan November tercatat total ±500 jenis

gangguan pada sistem kelistrikan rengat terutama pada sisi pembangkitan. Laporan

akhir tahun dari PT.Wijaya Karya selaku penyulang listrik PLN area rengat

menyebutkan bahwa gangguan pada sisi generator trip sering terjadi dikarenakan

beberapa faktor seperti kurang tanggap sistem proteksi melindungi kehandalan

sistem.

32

Tabel 3.14 Tabel Keterangan jumlah gangguan generator PT.WIJAYA KARYA

Dari data diatas akan menjadi data acuan untuk data awal skema load

shedding pada penelitihan ini, sehingga pelepasan beban menggunakan artificial

neural network akan menjadi optimal.

3.4.2 Metode Optimasi Pemilihan Beban yang akan dilepas Menggunakan

Artificial Neural Network.

Diagram alir untuk menentukan Jumlah pelepasan dan area beban yang

dilepas dengan ANN di MATLAB R2016a.

145

80

140

6080

70

4030

5065

130120119

67

125

4963

747182

12205 4

6050

34

56

5 30

50

100

150

200

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

DATA JUMLAH GANGGUAN

GENERATOR PT. WIJAYA KARYA

1 PLTD 1 16 BGP 4

2 PLTD 2 17 BGP 5

3 PLTD 3 18 BGP 6

4 PLTD 4 19 BGP 7

5 PLTD 5 20 BGP 8

6 KBT 1 21 BGP 9

7 KBT 2 22 BGP 10

8 KBT 3 23 BGP 11

9 KBT 4 24 BGP 12

10 KBT 5 25 KHD 1

11 TBMA 1 26 KHD 2

12 TBMA 2 27 KHD 3

13 BGP 1 28 KHD 4

14 BGP 2 29 YANMAR 1

15 BPG 3 30 YANMAR 2

33

Mulai

Menyiapkan konfigurasi

arsitektur ANN

input data pelatihan yang

sudah dinormalisasi

(generator,bus,beban,

dan target jumlah beban

load shedding)

Penambahan informasi untuk

membantu pelatihan ANN

(penggunaan beban,target

waktu,penurunan frekuensi (df/dt))

Pelatihan

ANN

Sistem sesuai

target load

shedding

Selesai

Y

T

Pengecekan

semua aspek

struktur ANN

Gambar 3.3 Flowchart Perancangan Sistem Pelatihan ANN untuk menentukan

jumlah beban untuk skema load shedding.

34

Hasil latih dan hasil uji

berbeda jauh ? atau error besar

?

Selesai

Pengujian

ANN

Jumlah beban

yang akan di Load

Shedding

Input variabel

ANN

(Generator trip)

Mulai

Y

T

Pengecekan

konfigurasi

ANN pada

sistem latih

Gambar 3.4 Diagram alir perancangan sistem pengujian ANN untuk menentukan

jumlah beban untuk skema load shedding.

Dengan diketahui permasalahan pada skema 1, kemudian menggunakan

program Matlab R2016a dengan tools ANN. Pada layer tersembunyi, data masukan

yang telah dihubungkan dengan bobot tersebut kemudian diproses menggunakan

fungsi aktivasi. Selanjutnya data hasil olahan dari layer tersembunyi dihubungkan

oleh bobot-bobot tersembunyi menuju neuron pada layer keluaran. Pada study case

terlihat bahwa penurunan daya karena tripnya salah satu maupun beberapa

generator secara bersamaan, maka inputan untuk pelathian ANN meliputi data

hilangnya power supply dari PLN, data beban penting (essential load), data target

frekuensi yang akan dicapai. Dengan keluaran atau output yakni nilai total beban

yang dilepaskan beserta area beban mana saja yang akan dilepas.

35

Hasil data pelatihan yang diperoleh kemudian dibandingkan dengan data

target sehingga diperoleh tingkat kesalahan (error). Apabila tingkat kesalahan yang

diperoleh lebih kecil daripada tingkat kesalahan yang sebelumnya telah ditetapkan

(target error), maka proses perambatan akan berhenti. Namun apabila tingkat

kesalahan masih lebih besar daripada tingkat kesalahan tetapan maka dilakukan

proses perambatan balik dengan melakukan pembaharuan bobot.

Pada algoritma jaringan syaraf tiruan propagasi balik ini digunakan fungsi

aktivasi sigmoid biner di mana fungsi ini bernilai antara 0 s.d 1. Namun fungsi

sigmoid biner tersebut sejatinya tidak pernah mencapai angka 0 maupun 1. Oleh

sebab itu, data perlu dinormalisasi terlebih dahulu salah satu contohnya ke dalam

range 0,1 s.d 0,9 menggunakan persamaan berikut ini:

𝑋′ =0.8(𝑋−𝑏)

(𝑎−𝑏)+ 0.1 (3.1)

di mana:

X’ = data hasil normalisasi

X = data asli/data awal

a = nilai maksimum data asli

b = nilai minimum data asli

Kemudian data hasil normalisasi akan diletakan di excel untuk nanti akan

diolah ke ANN Matlab untuk data awal. Kemudian ditambah data beban dengan

golongan sehingga ketika skema hilangnya source generator dari PLN akan diolah

oleh ANN kemudian hasil keluaran yakni jumlah minimum beban yang dilepaskan

akan muncul dan akan muncul pula pola beban mana saja yang akan dilepaskan

berdasarkan golongan yang ditetapkan. Pada pemetaan golongan akan dibagi dalam

beberapa golongan yang dianggap sebagai beban non-essensial sampai golongan

yang dianggap sebagai beban essensial.

36

Gambar 3.5 Struktur pelatihan Artifical Neural Netwrok pada Matlab R2016a

Transient Stability Analysis

Transient stability analysis adalah kemampuan dari suatu sistem tenaga

untuk mempertahankan sinkronisasi setelah mengalami gangguan besar. Fungsi

dari transient stability analisis adalah untuk memodelkan sistem tenaga yang

mempunyai karakteristik dinamis dengan kejadian ketika ada gangguan.

Perhitungan dalam transient stability dapat dijadikan acuan dalam menentuan

jumlah beban ketika terjadinya trip di generator pembangkitan dan menghindari

terjadinya black out.

bab iii network stability 3 bab iii perancangan sistem analisiseprints.umm.ac.id/39297/4/bab...

Documents