SKRIPSI
OPTIMASI PENEMPATAN RECLOSER UNTUK MENINGKATKAN KEANDALAN SISTEM DISTRIBUSI PADA PENYULANG LEMBONGAN MENGGUNAKAN METODE KOMBINASI LOGIKA FUZZY DENGAN ALGORITMA GENETIKA
I MADE YOGI LESMANA PUTRA NIM. 1104405003
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
SKRIPSI
OPTIMASI PENEMPATAN RECLOSER UNTUK MENINGKATKAN KEANDALAN SISTEM DISTRIBUSI PADA PENYULANG LEMBONGAN MENGGUNAKAN METODE KOMBINASI LOGIKA FUZZY DENGAN ALGORITMA GENETIKA
I MADE YOGI LESMANA PUTRA NIM. 1104405003
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
i
OPTIMASI PENEMPATAN RECLOSER UNTUK MEMPERBAIKI KEANDALAN SISTEM DISTRIBUSI PADA PENYULANG LEMBONGAN MENGGUNAKAN METODE KOMBINASI LOGIKA FUZZY DENGAN ALGORITMA GENETIKA
Tugas Akhir Ini Diajukan Sebagai Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Starata1) Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana
I MADE YOGI LESMANA PUTRA NIM 1104405003
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
ii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS Tugas Akhir/Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.
Nama
: I Made Yogi Lesmana Putra
NIM
: 1104405003
Tanda Tangan
:
Tanggal
: 10 Desember 2015
iii
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa karena atas rahmat-Nya penyusunan usulan tugas akhir dengan judul “Optimasi Penempatan Recloser untuk Memperbaiki Keandalan Sistem Distribusi pada Penyulang Lembongan Menggunakan Metode Kombinasi Logika Fuzzy dengan Algoritma Genetika” ini akhirnya dapat terselesaikan. Berbagai tantangan dan hambatan yang sulit telah dihadapi penulis selama proses pembuatan usulan tugas akhir ini, namun semua itu berhasil dilewati berkat adanya dukungan dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini izinkan penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada: 1. Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT., Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Wayan Gede Ariastina, ST., M.Engs.Sc., Ph.D selaku ketua jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Ibu Prof. Ir. Rukmi Sari Hartati, MT., Ph.D. sebagai Dosen Pembimbing I dan sebagai Pembimbing Akademik yang selalu memberikan petunjuk, bimbingan serta dukungan moral kepada penulis selama perkuliahan di Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Udayana. 4. Bapak Ir. Putu Arya Mertasana, M.Si., MT. sebagai Dosen Pembimbing II yang telah banyak memberikan tuntunan dalam penyusunan tugas akhir/ skripsi. 5. Bapak Widyadi Setiawan, ST., MT., I Putu Adinata Mas Pratama, ST.dan Ni Putu Puniari Eka Putri, S.Si. yang telah membantu penulis dalam pembuatan program. 6. Bapak I Made Panca Karyawan dan I Nyoman Surya Nuriana dari PT. PLN (Persero) Area Bali Timur yang telah membantu dalam memberikan informasi dan data-data dalam penyusunan tugas akhir/skripsi ini. 7. Yang tercinta orang tua, saudara dan semua keluarga besar yang selalu memberikan dukungan, semangat dan kasih sayang yang tak terhingga.
v
8. Ni Putu Santika Dewi, S.Psi. yang selalu setia mendampingi penulis di saat senang maupun duka. 9. Rekan–rekan mahasiswa angkatan 2011 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana yang selalu menghibur selama perkuliahan dan memberikan semangat dalam penyusunan tugas akhir/skripsi dan . 10. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu – persatu atas bantuan dan saran yang diberikan sehingga tugas akhir ini bisa selesai tepat pada waktunya. Penulis menyadari bahwa usulan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itusegala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan demi kesempurnaanpenulisan di masa yang akan datang. Semoga Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan YangMaha Esa selalu melimpahkan rahmat-Nya kepada semua pihak yang telah membantupelaksanaan dan penyelesaian usulan tugas akhir ini.
Bukit Jimbaran, 2015
Penulis
vi
ABSTRAK
Sistem kelistrikan Nusa Penida atau Tiga Nusa disuplai oleh PLTD Kutampi yang keluarannya langsung ke sistem distribusi 20 kV. Penyulang Lembongan melintasi tiga pulau yaitu Pulau Nusa Penida, Pulau Ceningan dan Pulau Lembongan membutuhkan nilai keandalan yang sesuai standar yaitu nilai SAIFI 3 kali/pelanggan/tahun dan nilai SAIDI 2,5 jam/pelanggan/tahun. Nilai keandalan pada penyulang Lembongan pada tahun 2014 dengan SAIFI 76 kali/pelanggan/tahun dan SAIDI 95,85 jam/pelanggan/tahun tidak sesuai dengan standar yang berlaku. Nilai keandalan tersebut dapat diperbaiki salah satunya dengan menambahkan sebuah recloser. Meletakan mempertimbangkan
recloser
tidak
panjang
boleh
penyulang
pada dan
sembarang
jumlah
titik
harus
pelanggan.
Untuk
mendapatkan letak recloser yang optimal digunakan metode gabungan logika fuzzy dengan optimasi menggunakan algoritma. Fungsi dari logika fuzzy untuk memperkecil daerah yang dioptimasi sehingga hasil dari optimasi lebih efisien. Optimasi menggunakan algoritma genetika bertujuan untuk mendapatkan letak recloser dengan memninimalkan nilai SAIDI dan SAIFI. Hasil dari optimasi menggunakan algoritma genetika adalah mendapat letak recloser yang paling optimal berada diantara grup 4 dan 5. Nilai fitness tertinggi mencapai 3,9639 dengan nilai SAIDI 0,0697 dan SAIFI 0,0962 nilai ini didapat dari 500 kali generasi dengan tingkat pindah silang 0,9 dan probabilitas mutasi 0,05. Jika dibandingkan dengan nilai keandalan dalam perhitungan sebelum dilakukan optimasi dengan algoritma genetika yaitu SAIFI 1,102 dan SAIDI 1,635, nilai keandalan setelah dilkakukan optimasi lebih kecil daripada nilai dalam perhitungan manual. Kata Kunci: Recloser, Logika Fuzzy, Algoritma Genetika.
vii
ABSTRACT
Nusa Penida electrical system or Tiga Nusa supplied by PLTD Kutampi are output directly to the 20 kV distribution system. Lembongan feeders across three of the islands of Nusa Penida Island, Lembongan Island, and Ceningan Island requires a standard value corresponding reliability value SAIFI 3 times/customers/year and the value of SAIDI 2.5 hours/customer/year. The value of reliability in feeder Lembongan in 2014 with SAIFI 76 times/customers/year and SAIDI 95.85 hours/customer/year is not in accordance with the applicable standards. The reliability values can be corrected either by adding a Recloser. Recloser should not be put at any point should consider the feeder length and number of customers. To obtain optimal layout Recloser used the combined method with fuzzy logic and optimization using genetic algorithms. The function of the fuzzy logic optimized to minimize the area so that the results of the optimization more efficient. Optimization using genetic algorithms aim to get the location of Recloser with minimize value of SAIDI and SAIFI. Results of the optimization using genetic algorithm is to get the most optimal location Recloser is between Group 4 and 5. The highest fitness value reached 3.9639 at 0.0697 and SAIFI at 0.0697 SAIDI value of 0.0962 is obtained from the value of 500 times the generation level crossovers 0,9 and mutation probability of 0.05. When compared with the value of reliability in the calculation prior to optimization with a genetic algorithm , namely SAIFI 1,102 and SAIDI 1,635 , the value of reliability after optimization is smaller than the value in the manual calculation . Key Kords: Recloser, Fuzzy Logic, Genetic Algorithms.
viii
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL................................................................................................
i
LEMBAR PRASYARAT ....................................................................................
ii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS .................................................. iii LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iv KATA PENGHANTAR.......................................................................................
v
ABSTRAK ........................................................................................................... vii ABSTRACT ........................................................................................................... viii DAFTAR ISI ........................................................................................................ ix DAFTAR GAMBAR............................................................................................ xii DAFTAR TABEL ............................................................................................... xiv DAFTAR SINGKATAN...................................................................................... xv DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xvi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang................................................................................................
1
1.2 RumusanMasalah............................................................................................
3
1.3 TujuanPenelitian.............................................................................................
3
1.4 ManfaatPenelitian...........................................................................................
3
1.5 Batasan Masalah .............................................................................................
3
BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ..........................................................................................
5
2.2 Tinjauan Pustaka.............................................................................................
6
2.2.1 Sistem Tenaga Listrik............................................................................
6
2.2.1.1 Sistem Distribusi Tenaga Listrik..............................................
7
2.2.1.2 Konfigurasi Sistem Jaringan Distribusi Tenaga Listrik ...........
7
2.2.1.3 Jaringan Distribusi Tipe Radial................................................
7
2.2.2 Keandalan Sistem Tenaga Listrik..........................................................
8
ix
2.2.2.1 Pengaplikasian Konsep Keandalan pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik ..........................................................................
9
2.2.2.2 Laju Kegagalan (failure rate)...................................................
9
2.2.2.3 Konsep Kurva Bathtub............................................................. 10 2.2.2.4 Sistem Seri (Radial) ................................................................. 11 2.2.2.5 Komponen-Kompenen Sistem dalam Menganalisis Keandalan 12 2.2.2.6 Indeks Keandalan ..................................................................... 13 2.2.3 Fuzzy Logic............................................................................................ 14 2.2.3.1 Pengertian Fuzzy Logic ............................................................ 14 2.2.3.2 Himpunan Fuzzy ...................................................................... 16 2.2.3.3 Fungsi Keanggotaan (Membership Function).......................... 16 2.2.3.4 Cara Kerja Logika Fuzzy.......................................................... 19 2.2.4 Algoritma Genetika ............................................................................... 22 2.2.4.1 Dasar Algoritma Genetika........................................................ 22 2.2.4.2 Komponen Utama Algoritma Genetika ................................... 24 2.2.5 Penerapan Logika Fuzzy dan Algoritma Genetika pada Optimasi Penempatan Recloser............................................................................. 31 2.2.5.1 Penerapan Logika Fuzzy .......................................................... 31 2.2.5.2 Penerapan Algoritma Genetika ................................................ 36
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian......................................................................... 40 3.2 Data................................................................................................................. 40 3.2.1 Sumber data ........................................................................................... 40 3.2.2 Jenis data................................................................................................ 40 3.3 Alur Analisis................................................................................................... 40 3.4 Langkah Penelitian ......................................................................................... 41
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Gambaran Umum Sistem Jaringan Distribusi Penyulang Lembongan .......... 44 4.1.1 Data-data Sistem Jaringan Distribusi Penyulang Lembongan .............. 44
x
4.1.2 Singgle Line Diagram Penyulang Lembongan ...................................... 45 4.1.3 Data Panjang Saluran Penyulang Lembongan....................................... 46 4.1.4 Data Pelanggan Penyulang Lembongan ................................................ 48 4.2 Keandalan Distribusi Penyulang Lembongan ................................................ 51 4.3 Proses Fuzzy pada MATLAB ......................................................................... 55 4.3.1 Membership function Editor pada MATLAB ....................................... 57 4.3.2 Rule Editor............................................................................................. 58 4.3.3 Rule Viewer Proses................................................................................ 59 4.4 Proses Algoritma Genetika pada MATLAB .................................................. 60 4.4.1 Inisialisasi Populasi ............................................................................... 62 4.4.2 Dekode Kromosom................................................................................ 63 4.4.3 Evaluasi Individu................................................................................... 64 4.4.4 Linear fitness rangking.......................................................................... 65 4.4.5 Roulette wheel........................................................................................ 66 4.4.6 Pindah Silang......................................................................................... 67 4.4.7 Mutasi .................................................................................................... 68 4.4.8 Hasil Optimasi Algoritma Genetika ...................................................... 69
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1 Simpulan......................................................................................................... 71 5.2 Saran ............................................................................................................... 71
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 72 LAMPIRAN.......................................................................................................... 73
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Jaringan Distribusi Sistem Radial.................................................
8
Gambar 2.2 Kurva Bathtub Laju Kegagalan .................................................... 11 Gambar 2.3 Skematik Sistem Jaringan Seri ..................................................... 11 Gambar 2.4 Contoh Pemetaan Input-Output pada Fuzzy Logic ....................... 14 Gambar 2.5 Representasi Linier Naik .............................................................. 17 Gambar 2.6 Representasi Linear Turun............................................................ 18 Gambar 2.7 Kurva Segitiga .............................................................................. 18 Gambar 2.8 Diagram Blok Fuzzy Infereces ..................................................... 19 Gambar 2.9 Diagram Blok Mesin Inferensi ..................................................... 20 Gambar 2.10 Diagram Blok Proses Rules Defuzzyfikasi.................................... 21 Gambar 2.11 Visualisasi Gen, Allele, Kromosom, Individu, dan Populasi Pada Algoritma Genetika.............................................................. 23 Gambar 2.12 Siklus Algoritma Genetika oleh David Goldberg......................... 24 Gambar 2.13 Roulette wheel............................................................................... 26 Gambar 2.14 Seleksi Sebelum Dirangking ........................................................ 27 Gambar 2.15 Seleksi Sesudah Dirangking ......................................................... 27 Gambar 2.16 Fungsi Keanggotaan Variabel Pelangganx................................... 31 Gambar 2.17 Fungsi Keanggotaan Variabel Pelanggany................................... 32 Gambar 2.18 Fungsi Keanggotaan Variabel Nilaikandidat................................ 32 Gambar 2.19 Aturan-aturan pada Basis Pengetahuan Fuzzy.............................. 34 Gambar 2.20 Proses Defuzzyfikasi Metode Titik Tengah pada Software MATLAB ..................................................................................... 36 Gambar 3.1 Alur Penelitian Tugas Akhir......................................................... 43 Gambar 4.1 Singgle Line Penyulang Lembongan ............................................ 45 Gambar 4.2 Pembagian Grup Pada Penyulang Lembongan ............................ 46 Gambar 4.3 Tampilan Awal Software MATLAB ............................................ 56 Gambar 4.4 Tampilan FIS Editor pada Software MATLAB ........................... 56 Gambar 4.5 Membership Function Editor pada Software MATLAB.............. 57 Gambar 4.6 Rule Editor pada Software MATLAB .......................................... 58
xii
Gambar 4.7 Rule Viewer pada Software MATLAB......................................... 59 Gambar 4.8 Tampilan Comand Window dan Workspace pada MATLAB ...... 60 Gambar 4.9 Kode Program Inisialisasi Populasi.............................................. 62 Gambar 4.10 Kode Program Dekode Kromosom .............................................. 63 Gambar 4.11 Kode Program Evaluasi Individu ................................................. 64 Gambar 4.12 Kode Program Elitisme ................................................................ 65 Gambar 4.13 Kode Program Linear Fitness Rangking ...................................... 66 Gambar 4.14 Kode Program Roulette Wheel ..................................................... 67 Gambar 4.15 Kode Program Pidah Silang ......................................................... 68 Gambar 4.16 Kode Program Mutasi................................................................... 69 Gambar 4.17 Letak Recloser Paling Optimal..................................................... 70
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Rule Pada Mesin Inferensi ................................................................ 35 Tabel 4.1 Rincian Panjang Saluran Grup 1 ....................................................... 46 Tabel 4.2 Rincian Panjang Saluran Grup 2 ....................................................... 46 Tabel 4.3 Rincian Panjang Saluran Grup 3 ....................................................... 47 Tabel 4.4 Rincian Panjang Saluran Grup 4 ....................................................... 47 Tabel 4.5 Rincian Panjang Saluran Grup 5 ....................................................... 47 Tabel 4.6 Rincian Panjang Saluran Grup 6 ....................................................... 47 Tabel 4.7 Rincian Panjang Saluran Grup 7 ....................................................... 48 Tabel 4.8 Rincian Panjang Saluran Grup 8 ....................................................... 48 Tabel 4.9 Rincian Data Pelanggan Saluran Grup 1........................................... 49 Tabel 4.10 Rincian Data Pelanggan Saluran Grup 2........................................... 49 Tabel 4.11 Rincian Data Pelanggan Saluran Grup 3........................................... 49 Tabel 4.12 Rincian Data Pelanggan Saluran Grup 4........................................... 50 Tabel 4.13 Rincian Data Pelanggan Saluran Grup 5........................................... 50 Tabel 4.14 Rincian Data Pelanggan Saluran Grup 6........................................... 50 Tabel 4.15 Rincian Data Pelanggan Saluran Grup 7........................................... 50 Tabel 4.16 Rincian Data Pelanggan Saluran Grup 8........................................... 51 Tabel 4.17 Perhitungan λ dan U Grup 1.............................................................. 52 Tabel 4.18 Data λ dan r Peralatan Menurut SPLN.............................................. 52 Tabel 4.19 Data λ dan SUTM Menurut SPLN.................................................... 52 Tabel 4.20 Nilai λ dan U pada Grup 1 ................................................................ 53 Tabel 4.20 Nilai λ x Pelanggan dan U x Pelanggan pada Grup 1 ....................... 53 Tabel 4.21 Nilai Keandalan Penyulang Lembongan........................................... 54 Tabel 4.22 Hasil Proses Fuzzy pada MATLAB .................................................. 59 Tabel 4.23 Nilai Load Point pada Penyulang Lembongan ................................. 61 Tabel 4.24 Hasil Running Program Algoritma Genetika .................................... 69
xiv
DAFTAR SINGKATAN
CB
= Circuit Breaker
FIS
= Fuzzy Inference System
GH
= Gardu Induk
GI
= Gardu Induk
kV
= Kilo Volt
kVA
= Kilo Volt Ampere
MATLAB = Matrix Laboratory LFR
= Linier Fitness Rangking
LBS
= Load Breaking Switch
PLN
= Perusahaan Listrik Negara
PLTD
= Pembangkit Listrik Tenaga Diesel
SAIDI
= System Average Interruption Duration Index
SAIFI
= System Average Interruption Frequency Index
SUTM
= Saluran Udara Tegangan Menegah
SKBT
= Saluran Kabel Bawah Tanah
WCS
= World Class Service
V
= Volt
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 :
Singgle Line Jaringan Tiga Nusa Tahun 2015 ......................... 73
Lampiran 2 :
Data Gardu Distribusi PLN Nusa Penida Penyulang Lembongan pada Tahun 2015.................................................. 74
Lampiran 3 :
Data Panjang Saluran Penyulang Lembongan Tahun 2015 ..... 76
Lampiran 4 :
Perhitungan λ dan U Grup 1 .................................................... 78
Lampiran 5 :
Perhitungan λ dan U Grup 2 .................................................... 80
Lampiran 6 :
Perhitungan λ dan U Grup 3 .................................................... 86
Lampiran 7 :
Perhitungan λ dan U Grup 4 .................................................... 87
Lampiran 8 :
Perhitungan λ dan U Grup 5 .................................................... 89
Lampiran 9 :
Perhitungan λ dan U Grup 6 .................................................... 91
Lampiran 10 :
Perhitungan λ dan U Grup 7 .................................................... 92
Lampiran 11 :
Perhitungan λ dan U Grup 8 .................................................... 95
Lampiran 12 :
Data Nilai Load Point Pada Penyulang Lembongan................ 97
Lampiran 13 :
Kode Program Optimasi Penempatan Recloser dengan Algoritma Genetika.................................................................. 99
Lampiran 14 :
Kode Program Optimasi Inisialisasi Populasi.......................... 102
Lampiran 15 :
Kode Program Dekode Kromosom.......................................... 103
Lampiran 16 :
Kode Program Optimasi Inisialisasi Populasi.......................... 104
Lampiran 17 :
Kode Program Linear Fitness Rangking.................................. 107
Lampiran 18 :
Kode Program Roulette Wheel ................................................. 108
Lampiran 19 :
Kode Program Pindah Silang ................................................... 109
Lampiran 20 :
Kode Program Mutasi .............................................................. 110
Lampiran 21:
Hasil Program Algoritma Genetika.......................................... 111
xvi
