i

PERBAIKAN VOLTAGE SAG MENGGUNAKAN

DYNAMIC VOLTAGE RESTORER (DVR) DENGAN PI

CONTROLLER BERDASARKAN ALGORITMA

PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (PSO)

Skripsi

HALAMAN JUDUL

Disusun Oleh:

ROBERT AL QUDS

201410130311192

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2019

ii

iii

iv

v

LEMBAR PERSEMBAHAN

Segala puji syukur saya panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan

hidayah-Nya telah memberikan saya kekuatan dan membekali dengan ilmu

sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Sholawat dan salam selalu

terlimpahkan kepada Nabi Muhammad SAW. Dalam proses penyusunan skripsi ini

saya tidak terlepas dari berbagai pihak yang senantiasa memberikan dukungan,

bimbingan, bantuan, dan doa sehingga saya dapat menyelesaikannya dengan baik.

Pada kesempatan yang berharga ini, tak lupa saya mengucapkan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada:

1. Orang tua saya Bapak Syamsul Arifin dan Ibu Zaenah serta nenek saya Ibu

Nairi yang selalu memberikan doa dan dukungan tiada henti

2. Bunda saya almarhumah Ibu Hunaini dan kakek saya Almarhum Nahrawi

yang selalu memberikan kepercayaan selama masa hidupnya.

3. Kakak-kakak saya Mas Syauqi, Mba Nindy, Mas Huda, Mba Hanik, dan adik-

adik saya Hilda, Azam, serta ponakan saya Rasya yang selalu menghibur dan

mendukung saya.

4. Bapak Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, M.T. dan Bapak Ilham Pakaya, S.T.

yang telah mendukung, meluangkan banyak waktu, tenaga, dan pikiran untuk

membimbing saya dalam menyelesaikan skripsi ini.

5. Bapak M. Chasrun Hasani, S.T., M.T. dan Bapak Novendra Setyawan, S.T.,

M.T. selaku penguji yang telah meluangkan waktunya memberikan masukan,

saran, dan kritik yang membangun sehingga penyusunan skripsi ini berjalan

dengan baik.

6. Ketua Jurusan Teknik Elektro, Ibu Ir. Nur Alif M., M.T. dan Sekertaris

Jurusan Teknik Elektro, Bapak Widianto, S.T., M.T. beserta seluruh staf

Jurusan Teknik Elektro.

7. Dekan Fakultas Teknik, Bapak Dr. Ir. Ahmad Mubin, M.T. dan seluruh

jajaran dekanat serta keluarga besar Universitas Muhammdiyah Malang.

8. Seluruh civitas akademika (dosen, asisten, dan karyawan) Universitas

Muhammadiyah Malang yang telah membekali ilmu dan membantu selama

proses studi.

vi

9. Partner saya, Septiwinda Vivin Vinilia yang selalu memberikan dukungan

dan motivasi yang tiada hentinya kepada saya selama penyusunan skripsi ini.

10. Teman-teman seperjuangan skripsi, Delliar Khafid N.F dan Hardiansyah

Fahrizal yang selalu membantu saya dalam mengumpulkan data skripsi.

11. Saudara di Malang, Afton, Irham, dan Zakiy, yang selalu memberikan

semangat untuk menyelesaikan skripsi.

12. Keluarga Teknik Elektro D 2014, SANTED yang senantiasa memberi

dukungan, semangat, dan bantuannya.

13. Dan yang terakhir, semuanya yang telah membantu saya yang tidak bisa

disebutkan satu persatu.

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah Subahanahuwata’ala atas segala Nikmat,

Rahmat, dan Hidayah-Nya. Sholawat serta salam semoga senantiasa tercurah

kepada Nabi Muhammad SAW. Atas kehendak dan karunia Allah penulis dapat

menyelesaikan tugas akhir yang berjudul:

“PERBAIKAN VOLTAGE SAG MENGGUNAKAN DYNAMIC VOLTAGE

RSTORER (DVR) DENGAN PI CONTROLLER BERDASARKAN

ALGORITMA PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (PSO)”

Penulisan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh

gelar sarjana teknik di Universitas Muhammadiyah Malang. Selain itu penulis

berharap tugas akhir ini dapat memperluas pustaka dan pengetahuan utamanya

dalam bidang distribusi tenaga listrik.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak

terdapat kekurangan. Oleh karena itu penulis berharap saran yang membangun agar

kedepannya menjadi lebih baik dan bermanfaat. Penulis mohon maaf apabila

terdapat kesalahan dalam penulisan baik yang disengaja maupan yang tidak

disengaja.

Malang, …………………….

Penulis

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. ii

LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................ iii

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

ABSTRAK ............................................................................................................. v

LEMBAR PERSEMBAHAN ............................................................................. vii

KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix

DAFTAR ISI .......................................................................................................... x

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

DAFTAR TABEL............................................................................................... xiv

BAB 1 PENDAHULUAN ..................................................................................... 1

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

1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 3

1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 3

1.4 Tujuan ....................................................................................................... 3

1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 5

2.1 Sistem Tenaga Listrik ............................................................................... 5

2.2 Distribusi Primer ...................................................................................... 7

2.2.1 Sistem Radial .................................................................................... 7

2.2.2 Sistem Lup ........................................................................................ 7

2.2.3 Sistem Jaringan Primer ..................................................................... 8

2.2.4 Sistem Spindel ................................................................................... 8

2.3 Distribusi Sekunder .................................................................................. 8

2.3.1 Pelayanan Dengan Transformator Tersendiri ................................... 8

2.3.2 Penggunaan Satu Transformator Untuk Sejumlah Pemakai ............. 9

2.3.3 Bangking Sekunder ........................................................................... 9

2.3.4 Jaringan Sekunder ............................................................................. 9

2.4 Short Circuit ............................................................................................. 9

2.4.1 Gangguan Simetris .......................................................................... 10

2.4.2 Gangguan Asimetri ......................................................................... 10

2.5 Voltage sag ............................................................................................. 11

ix

2.6 Faktor Penyebab Munculnya Voltage sag .............................................. 12

2.7 Tentang Dynamic voltage restorer (DVR) ............................................. 14

2.7.1 Injection/Coupling Transformer...................................................... 15

2.7.2 Voltage Source Inverter (VSI) ........................................................ 15

2.7.3 Energy Storage ................................................................................ 15

2.7.4 Beban Nonlinear ............................................................................. 15

2.8 Sistem Kendali........................................................................................ 16

2.8.1 Pengendali Proportional (P) ........................................................... 16

2.8.2 Pengendali Integral ......................................................................... 17

2.9 Particle Swarm Optimization (PSO) ...................................................... 17

2.9.1 Ukuran Swarm ................................................................................ 19

2.9.2 Keoefisien Akselerasi...................................................................... 19

2.9.3 Inertia Weigth.................................................................................. 19

2.10 DVR Dengan PI - PSO Controller ......................................................... 20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 21

3.1 Study Literatur ........................................................................................ 21

3.2 Data Penelitian........................................................................................ 21

3.3 Flowchart Penelitan................................................................................ 22

3.4 Pemodelan Sistem .................................................................................. 22

3.4.1 Pemodelan Sistem ........................................................................... 22

3.4.2 Pemodelan Sistem Distribusi Listrik Tanpa DVR .......................... 23

3.4.3 Pemodelan Sistem Jaringan Distribusi Dengan DVR ..................... 23

3.5 Pemodelan DVR ..................................................................................... 24

3.6 Pemodelan Kontrol Pada Inverter .......................................................... 25

3.7 Desain Kontroler DVR Menggunakan PI Dengan Tunning PSO .......... 26

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................. 29

4.1 Pengujian Sistem Distribusi Tanpa DVR ............................................... 29

4.2 Pengujian Sistem Distribusi Listrik Dengan DVR Tanpa Kontroler ..... 31

4.3 Pengujian Sistem Distribusi Listrik Dengan DVR PI Controller ........... 34

4.4 Pengujian Sistem Distribusi Listrik dengan DVR PI-PSO Controller ... 36

BAB V PENUTUP ............................................................................................... 40

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 40

5.2 Saran ....................................................................................................... 40

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 41

x

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sistem Tenaga Listrik.......................................................................... 6

Gambar 2.2 Gangguan Tiga Fasa .......................................................................... 10

Gambar 2.3 Gangguan Antar Fasa ........................................................................ 11

Gambar 2.4 Klasifikasi Tegangan ......................................................................... 12

Gambar 2.5 Diagram Garis Voltage Sag ............................................................... 13

Gambar 2.6 Diagram Vektor Voltage Sag ............................................................ 13

Gambar 2.7 Gelombang Terjadinya Voltage Sag ................................................. 13

Gambar 2.8 Konfigurasi DVR Pada Sistem Distribusi ......................................... 14

Gambar 2.9 Diagram Blok Pengendali Proporsional ............................................ 17

Gambar 2.10 Diagram Blok Pengendali Integral .................................................. 17

Gambar 2.11 Diagram Blok DVR dengan PI-PSO Controller ............................. 20

Gambar 3.1 Flowchart Penelitian .......................................................................... 22

Gambar 3.2 Diagram Blok Pemodelan Sistem ..................................................... 23

Gambar 3.3 Sistem Distribusi Listrik Tanpa DVR ............................................... 23

Gambar 3.4 Sistem Distribusi Listrik dengan DVR.............................................. 24

Gambar 3.5 Dynamic Voltage Restorer (DVR) .................................................... 24

Gambar 3.6 Diagram Blok Kontroler DVR .......................................................... 25

Gambar 3.7 Kontroler DVR .................................................................................. 25

Gambar 3.8 Flowchart Algoritma PSO ................................................................ 27

Gambar 4.1 Pemodelan Sistem Distribusi Listrik Tanpa Gangguan .................... 29

Gambar 4.2 Gelombang Tegangan Ketika Tanpa Gangguan ............................... 29

Gambar 4.3 THD Beban Ketika Tanpa Gangguan ............................................... 30

Gambar 4.4 Pemodelan Sistem Distribusi Listrik Ketika Gangguan .................... 30

Gambar 4.5 Gelombang Tegangan Ketika Terjadi Gangguan .............................. 31

Gambar 4.6 THD Beban Ketika Terjadi Gangguan .............................................. 31

Gambar 4.7 Pemodelan Sistem Distribusi Listrik dengan DVR ........................... 32

Gambar 4.8 Pemodelan DVR Tanpa PI Controller ............................................... 32

Gambar 4.9 Gelombang Tegangan Sistem Tanpa PI Controller........................... 32

Gambar 4.10 THD Beban dengan DVR Tanpa PI Controller .............................. 33

Gambar 4.11 Pemodelan DVR dengan PI Controller ........................................... 34

Gambar 4.12 Gelombang Tegangan Sistem dengan DVR PI Controller.............. 35

xiii

Gambar 4.13 THD Beban dengan DVR PI Controller ......................................... 35

Gambar 4.14 Grafik Konvergen DVR PI-PSO ..................................................... 36

Gambar 4.15 Gelombang Tegangan Sistem dengan DVR PI-PSO Controller ..... 37

Gambar 4.16 THD Beban dengan DVR PI-PSO Controller ................................. 37

Gambar 4.17 Rangkuman Gelombang Vrms Ketika Vsag 30% ........................... 39

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Parameter Grid, DVR, dan Beban ......................................................... 21

Tabel 4.1 Hasil Pengujian DVR Tanpa Kontroler ................................................ 33

Tabel 4.2 Nilai Kp dan Ki Pada Kontroler DVR .................................................. 34

Tabel 4.3 Hasil Pengujian DVR dengan PI Controller ......................................... 36

Tabel 4.4 Hasil Pengujian DVR dengan PI-PSO Controller................................. 38

Tabel 4.5 Hasil Rangkuman dari Ketiga Pengujian DVR..................................... 38

Tabel 4.6 Hasil Rangkuman Vrms dari Ketiga Pengujian DVR ........................... 39

41

DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR PUSTAKA

[1] Madhusudan, Ravilla, “Modeling And Simulation of a Dynamic voltage

restorer (DVR) for Power Quality Problems – Voltage sags And Swells”, The

Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc, India, 2014.

[2] IEEE Standard Board, “IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for

Electric Power Distribution for Industrial Plants”, The Institute of Electrical

and Electronics Engineers, Inc, New York, 1993.

[3] Wiharya, Chandra dkk, “Analisis Voltage sag Pada Sistem Tenaga Listrik PT.

Petrochina International Ltd. Sorong”, Jurnal EECCIS Vol 1 No 1, Malang,

2014.

[4] IEEE Standard Board, “IEEE Std 1159-1995, IEEE Recommended Practice

for Monitoring Electric Power Quality”, The Institute of Electrical and

Electronics Engineers, Inc, New York, 1995.

[5] Hartono, Bambang Prio dkk, “Implementasi Perbaikan Kualitas Tegangan

Akibat Voltage sag Unbalance Meenggunakan DVR di Gardu Induk Gresik”,

ISSN 2085-4218, Malang, 2016.

[6] Ganthia, Bibhu Prasad dkk, “Compensation of Voltage sag Using DVR with

PI Controller”, International Conference on Electrical, Electronics, and

Optimation Techniques, India, 2016.

[7] Jeong, Seon-Yeong dkk, “Nonlinear Control of Three-Phase Four-Wire

Dynamic voltage restorers for Distribution System”, International Power

Electronics Conference, Korea, 2014.

[8] Nasyro, R. Rinat dan Aljendy I. Raseel, “Comprehensive Comparison

between Hybrid Fuzzy-PI and PSO-PI Controller Based Active Power Filter

for Compensation of Harminocs and Reactive Power under Different Load

Conditions”, Moscow Power Engineering Institute, Russia, 2018.

[9] Kadir Abdul, “Distribusi dan Utilisasi Tenaga Listrik”. Penerbit Universitas

Indonesia (UI-Press), Jakarta, 2000.

[10] Bangun, Bastanna Erlayas, “Studi Penempatan Transformator Distribusi

Berdasarkan Jatuh Tegangan (Studi Kasus Pada PT. PLN (Persero) Rayon

Medon Kota)”, Universitas Sumatera Utara, Medan, 2009.

42

[11] Firdausi, Mega N dkk, “Analisis Koordinasi Rele Arus Lebih dan Penutup

Balik Otomatis (Recloser) Pada Penyulang Junrejo 20 kV Gardu Induk

Sengkaling Akibat Gangguan Arus Hubung Singkat”, Universitas Brawijaya,

Malang.

[12] Mangindaan, Glanny Martial Christiaan dkk, “Kendali Dynamic voltage

restorer Menggunakan Jaring Saraf Tiruan Counterpropagation”, SNATI

2008, Surabaya, 2008.

[13] Tuegeh, Maickel dkk, “Modified Improved Particle Swarm Optimization for

optimal generator scheduling”, Seminar Nasional Aplikasi Teknologi

Informasi 2009, Yogyakarta, 2009.