ABSTRAK - sinta.unud.ac.id · PDF filefuzzy logic controller when there is interference 0.1 pu...
-
Upload
truongkiet -
Category
Documents
-
view
218 -
download
0
Transcript of 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
4.2.1.2 Penambahan Beban 0.3 pu ...................................... 54
x
4.2.1.3 Penambahan Beban 0.4 pu ...................................... 59
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
4.2.7.1 Penambahan Beban 0.2 pu ...................................... 78
4.2.7.2 Penambahan Beban 0.3 pu ...................................... 83
4.2.7.3 Penambahan Beban 0.4 pu ...................................... 88
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
Gambar 4.5 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 2 ........ 48
Gambar 4.6 Peak time, Overshoot, dan %Error Steady State Area 2. 49
Gambar 4.7 Hasil Running Simulasi Governor sebagai load
frequency control menggunakan metode konvensional
PI Kontroler dengan beban 0.2 pu ................................. 49
Gambar 4.8 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 1
dengan beban 0.2 pu ...................................................... 51
Gambar 4.9 Peak time, Overshoot, dan %Error Steady State Area 1. 51
Gambar 4.10 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 2
dengan beban 0.2 pu ....................................................... 52
Gambar 4.11 Peak time, Overshoot, dan %Error Steady State Area 2. 53
Gambar 4.12 Hasil Running Simulasi Governor sebagai load
frequency control menggunakan metode konvensional
PI Kontroler dengan beban 0.3 pu ................................. 54
Gambar 4.13 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 1
dengan beban 0.3 pu ....................................................... 56
Gambar 4.14 Peak time, Overshoot, dan %Error Steady State Area 1. 56
Gambar 4.15 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 2
dengan beban 0.3 pu ....................................................... 57
Gambar 4.16 Peak time, Overshoot, dan %Error Steady State Area 2. 58
Gambar 4.17 Hasil Running Simulasi Governor sebagai load
frequency control menggunakan metode konvensional
PI Kontroler dengan beban 0.4 pu ................................. 59
Gambar 4.18 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 1
dengan beban 0.4 pu ....................................................... 61
Gambar 4.19 Peak time, Overshoot, dan %Error Steady State Area 1. 61
xiv
Gambar 4.20 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 2
dengan beban 0.4 pu ....................................................... 62
Gambar 4.21 Peak time, Overshoot, dan %Error Steady State Area 2. 63
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
Gambar 4.29 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 1 ........ 75
Gambar 4.30 Peak time, Overshoot, dan %Error Steady State Area 1. 75
Gambar 4.31 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 2 ........ 76
Gambar 4.32 Peak time, Overshoot, dan %Error Steady State Area 2. 77
Gambar 4.33 Hasil Running Simulasi Governor sebagai load
frequency control menggunakan Fuzzy Logic Controller
dengan beban 0.2 pu ...................................................... 78
Gambar 4.34 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 1
dengan beban 0.2 pu ....................................................... 80
Gambar 4.35 Peak time, Overshoot, dan %Error Steady State Area 1. 80
Gambar 4.36 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 2
dengan beban 0.2 pu ........................................................ 81
Gambar 4.37 Peak time, Overshoot, dan %Error Steady State Area 2. 82
Gambar 4.38 Hasil Running Simulasi Governor sebagai load
frequency control menggunakan Fuzzy Logic
xv
Controller dengan beban 0.3 pu ...................................... 83
Gambar 4.39 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 1
dengan beban 0.3 pu ....................................................... 85
Gambar 4.40 Peak time, Overshoot, dan %Error Steady State Area 1. 85
Gambar 4.41 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 2
dengan beban 0.3 pu ....................................................... 86
Gambar 4.42 Peak time, Overshoot, dan %Error Steady State Area 2. 87
Gambar 4.43 Hasil Running Simulasi Governor sebagai load
frequency control menggunakan Fuzzy Logic
Controller dengan beban 0.4 pu .................................... 88
Gambar 4.44 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 1
dengan beban 0.4 pu ....................................................... 90
Gambar 4.45 Peak time, Overshoot, dan %Error Steady State Area 1. 90
Gambar 4.46 Respon Dinamik Load Frequency Control Area 2
dengan beban 0.4 pu ....................................................... 91
Gambar 4.47 Peak time, Overshoot, dan %Error Steady State Area 2. 92
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
menggunakan fuzzy logic controller.
3
3. Untuk menganalisis unjuk kerja governor sebagai load frequency control
menggunakan fuzzy logic controller.
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.