5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Tenaga listrik

Struktur tenaga listrik merupakan sitematis aliran daya listrik dengan

cakupan besar dan kompleks karena terdiri atas komponen mesin listrik diantaranya

generator pembangkit, transformator, beban dan alat-alat safety dan pengaturan

yang saling berhubungan antar satu elemen ke elemen lain membentuk suatu sistem

untuk pembangkitan, penyaluran, dan penggunakan energi listrik.

Namun secara mendasar sistem tenaga listrik dapat dikelompokkan menjadi

3 bagian utama yakni :

2.1.1. Sistem Pembangkitan

Pusat pembangkit ketenagaan listrik (electric power station) yakni sistem

energi yang dikonversikan menjadi energi listrik. Pusat pembangkitan listrik pada

electric power station yakni adalah generator, eksitasi, dan governour. Salah satu

cara yang paling ekonomis, mudah, dan aman untuk mengirimkan energi adalah

melalu bentuk energi listrik. Pada pusat pembangkitan, sumber daya energi primer

seperti bahan fosil (minyak, gas alam, dan batubara), hidro, panas bumi, dan nuklir

diubah menjadi energi listrik. Gemerator sinkron mengubah energi mekanis yang

dihasilkan pada poros turbin menjadi energi listrik tiga fasa.

a. Generator

Dengan menghubungkan sumber tegangan tiga fasa pada kumparan stator

dihasilkan medan putar. Penggerak utama dipakai untuk memutar rotor searah

dengan arah medan putar. Bila slip dibuat negatif atau dengan kata lain kecepatan

berputar rotor (𝑛𝑟) lebih besar dari pada kecepatan medan putar (𝑛𝑠), maka mesin

akan berfungsi sebagai generator dan energi listrik akan dikembalikan pada sistem

jala-jala. Persamaan matematika untuk pengaturan generator yakni:

6

i. Kecepatan Perputaran Rotor

𝑛𝑠 =120𝑓

𝑝 (2.1)

ii. Daya Mekanik yang Dihasilkan

𝑃𝑚 = 𝑃𝑟 + 𝑃𝑗𝑟 (2.2)

iii. Arus Saluran

𝑃𝑟

√3×𝑣𝑖×𝑃𝑓 (2.3)

Keterangan rumus:

𝑛𝑠 = Kecepatan medan putar (rpm)

𝑓 = Frekuensi (Hz)

𝑝 = Daya (Watt)

Pm = Daya mekanik (Watt)

Pr = Daya pembebanan penuh pada jala-jala (Watt)

Pjr = Daya pada rugi-rugi rotor (Watt)

𝑣𝑖 = Tegangan motor (Volt)

𝑃𝑓 = Faktor daya

b. Sistem Eksitasi

Sistem Eksitasi yakni sistem pasokan listrik DC sebagai penguatan pada

generator listrik atau digunakan sebagai pembangkit energi listrik dengan besar

tegangan keluaran generator bergantung pada besarnya arus eksitasinya.

c. Governor

Governor adalah sistem kontrol pada pembangkitan guna menjaga

kecepatan mesin pada saat kondisi ilding (low speed control function), menjaga

kecapatan maksimum mesin (high speed control function), dan menjaga kecepatan

engine yang disesuaikan dengan beban (intermediate speed control function).

2.1.2. Sistem Transmisi

Sistem penyaluran listrik dari pembangkitan ke distribusi listrik. Standar

tegangan pada sistem transmisi di Indonesia diklasifikasikan sebagai tegangan

ekstra tinggi (TET) yaitu dengan nominal 500 kV dan tegangan tinggi (TT) dengan

7

nominal 70 kV dan 150 kV. Tujuan tegangan dinaikan agar dapat meminimalisir

rugi-rugi daya dan drop tegangan, karena penyaluran pasti melalui jalur yang

panjang, semakin panjang jalur maka akan semakin berpengaruh pada rugi daya

jika tegangan tidak dinaikan. Melalui transformator penaik tegangan (step-up

transformator) energi listrik ini kemudian dikirmkan melalui saluran transmisi

bertegangan tinggi menuju pusat-pusat beban. Peningkatan tegangan dimaksudkan

untuk mengurangi jumlah arus yang mengalir pada sistem transmisi. Dengan

demikian saluran transmisi bertegnagan tinggi akan membawa aliran arus yang

rendah dan berarti mengurangi rugi panas (heat loss) 𝐼2𝑅 yang menyertainya.

Ketika saluran transmisi mencapai pusat beban, tegangan tersebut kembali

diturunkan menjadi tegangan menengah, melalui transformator penurunan

tegangan (step-down transformator) .

a. Karakteristik Penyaluran Daya

Tenaga listrik disalurkan melalui jaringan transmisi dari pusat pembangkit

yang disebut pangkal pengiriman , menuju pusat-pusat beban yang disebut ujung

penerimaan. Meskipun tenaga listrik disalurkan dengan sistem tiga fasa, tetapi

semua perhitungan dilakukan berdasarkan hubungan satu fasa sistem bintang.

Dalam mempelajari karakteristik penyaluran daya yang meliputi variable-variabel

tegangan, arus, dan hilang daya. Beberapa perhitungan penting untuk analisis

transmisi adalah

i. Menghitung perbedaan besaran antara tegangan pada terminal pangkal

pengiriman (𝐸𝑠) dengan terminal tegangan pada ujung penerimaan (𝐸𝑟).

1. Besar Tegangan pada sisi pengirim

𝑉𝑠 = 𝑉𝑟 + 𝐼𝐿𝑍 (2.4)

2. Besar Tegangan pada sisi penerima

𝑉𝑟 = 𝑉𝑠 + 𝐼𝐿𝑍/2 (2.5)

ii. Menghitung arus pada pangkal pengiriman dan ujung penerimaan.

1. Besar arus pada sisi penerima

Arus pada sisi penerima (Is) dapat menggunakan persamaan matematika

(2.3).

2. Besar arus pada sisi pengiriman 𝐼𝑠 = 𝐼𝑟 + 𝐼𝑐 (2.6)

Dimana 𝐼𝑐 dapat dicari dengan :

8

𝐼𝑐 = 𝑉𝑎𝑏 × 𝑌𝑐 (2.7)

iii. Menghitung daya guna transmisi (daya keluar/daya masuk).

Ƞ transmisi = 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝐾𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟

𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑀𝑎𝑠𝑢𝑘 (2.8)

Keterangan rumus :

𝑉𝑠 = Tegangan pada sisi pengirim (volt)

𝑉𝑟 = Tegangan pada sisi penerima (volt)

𝐼𝐿 = Arus beban penuh (A)

𝑍 = Impedansi

𝐼𝑠 = Arus pada sisi pengirim (A)

𝐼𝑟 = Arus pada sisi penerima (A)

𝐼𝑐 = Arus kapasitor (A)

𝑉𝑎𝑏 = Tegangan saluran transmisi (volt)

𝑌𝑐 = Admitansi Kapasitansi (mho)

2.1.3. Sistem Distribusi

Sistem distribusi adalah keseluruhan komponen yang menghubungkan

secara langsung antara sumber daya yang besar (seperti gardu transmisi) dengan

konsumen tenaga listrik. Fungsi distribusi tenaga listrik adalah sebagai pembagian

atau penyaluran tenaga listrik menuju beberapa tempat (pelanggan) dan merupakan

sub sistem tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan pelanggan karena catu

daya pada pusat-pusat beban (pelanggan) layani langsung melalui jaringan

distribusi.

Tegangan sistem distribusi dapat dikelompokkan menjadi 2 bagian besar ,

yaitu distribusi primer (20 KV) dan jaringan sekunder (380/220 V). Jaringan

distribusi 20 KV sering disebut distribusi tegangan menengah dan jaringan

distribusi 380/220V disebut jaringan distribusi sekunder atau jaringan tengah

merendah 380/220V.

Di pusat-pusat beban yang terhubung dengan saluran distribusi, energi

listrik ini diubah menjadi bentuk-bentuk energi terpakai lainnya seperti energi

mekanis (motor), penerangan, pemanas, pendingin, dan sebagainya.

9

Gambar 2.1. Elemen pokok sistem tenaga

2.2 Karakteristik Beban

Sistem tenaga listrik dirancang untuk dapat mengirim energi listrik dengan

cara yang efisien dan aman kepada para langgangan. Karakteristik dari permintaan

energi listrik kadangkala membuat usaha tersebut sulit untuk dipenuhi. Meramalkan

pertumbuhan beban dan usaha untuk memenuhi siklus beban harian dan beban

tahunan secara memuaskan merupakan dua kesulitan yang harus diatasi. Secara

umum beban yang dilayani oleh sistem distribusi elektrik ini dibagi dalam beberapa

sektor yaitu sektor perumahan, sektor industri, sektor komersial dan sektor usaha.

Masing-masing sektor beban tersebut mempunyai karakteristik-

karakteristik yang berbeda, sebab hal ini berkaitan dengan pola konsumsi energi

pada masing-masing konsumen di sektor tersebut. Karakteristik beban yang banyak

disebut dengan pola pembebanan pada sektor perumahan ditujukan oleh adanya

fluktuasi konsumsi energi elektrik yang cukup besar. Hal ini disebabkan konsumsi

energi elektrik tersebut dominan pada malam hari. Sedang pada sektor industri

fluktuasi konsumsi energi sepanjang hari akan hampir sama, sehingga

perbandingan beban puncak terhadap beban rata-rata hampir mendekati satu. Beban

pada sektor komersial dan usaha mempunyai karakteristik yang hampir sama, hanya

pada sektor komersial akan mempunyai beban puncak yang lebih tinggi pada

malam hari.

10

2.2.1 Klasifikasi Beban

Pada klasifikasi konsumen energi listrik, secara garis umum dapat

dibedakan menjadi beberapa jenis beban diantaranya :

a. Beban-beban non prioritas (Non essential load)

1. Beban rumah tangga, pada umumnya beban rumah tangga berupa

lampu untuk penerangan, alat rumah tangga, seperti kipas angin, pemanas

air,lemari es, penyejuk udara, mixer, oven, motor pompa air dan sebagainya.

Beban rumah tangga biasanya memuncak pada malam hari.

2. Beban komersial, pada umumnya terdiri atas penerangan untuk

reklame, kipas angin, penyejuk udara dan alat – alat listrik lainnya yang

diperlukan untuk restoran. Beban hotel juga diklasifikasikan sebagi beban

komersial (bisnis) begitu juga perkantoran. Beban ini secara drastis naik di

siang hari untuk beban perkantoran dan pertokoan dan menurun di waktu

sore.

b. Beban-beban prioritas ( Essential load)

1. Beban industri dibedakan dalam skala kecil dan skala besar. Untuk

skala kecil banyak beropersi di siang hari sedangkan industri besar sekarang

ini banyak yang beroperasi sampai 24 jam.

2. Beban Fasilitas Umun yang paling pentimg dalam jenis ini yakni

rumah sakit karena dalam 24 jam tidak bisa dignggu gugat karena

menyangkut hal penting seperti operasi pasien dan penangan pertama dalam

rumah sakit.

2.2.2 Faktor Penilaian Beban

Faktor penilian beban adalah faktor yang dapat memberikan mengenai

karakter beban, dari segi kuantitas maupun kualitas. Faktor ini berguna untuk

meramalkan karakter beban pada masa mendatang dalam menentukan efek

pembebanan pada kapasitas sistem tenaga listrik secara keseluruhan.

11

a. Beban Maksimum (Maximum Demand)

Maximum demand (Dmax ) adalah beban rata-rata terbesar yang terjadi

pada suatu interval demand tertentu. Jadi maximum demand ditentukan untuk

waktu tertentu dari suatu interval waktu tertentu, misal : - maximum demand 1 jam

, T = 24 jam, dengan perkataan lain ; Dmx, 1 jam pada T = 24 jam,berarti besarnya

beban rata-rata terbesar untuk selang waktu 1 jam pada interval waktu T = 24 jam.

b. Beban Terpasang (Diversity Factor)

Faktor keragaman (fdiv) didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah

beban maksimum dari masing masing unit beban yang ada pada suatu sistem

terhadap beban maksimum sistem secara keseluruhan. Jadi faktor keragaman :

𝑷𝑳 = ∑ 𝑷𝒊𝒏𝒊=𝟏 (2.9)

Dimana :

𝑷𝒊 = rating KVA dari alat i

𝒏 = jumlah alat yang terhubung ke sistem

2.3 Proteksi Sistem Tenaga Listrik

Suatu gangguan atau kegagalan dalam keadaan bagaimanapun, akan

mempengaruhi aliran arus normal pada sistem tenaga. Gangguan-gangguan yang

terjadi dapat disebabkan oleh sambaran petir, hubungan singkat karena kejatuhan

benda tertentu pada kawat penghantar, rusaknya isolasi, dan lain sebagainya.

Gangguan-gangguan tersebut dapat mengakibatkan lonjakan tegangan yang

berlebihan, aliran arus yang sangat besar, bunga api listrik, dan kegagalan sistem

tenaga untuk beroprasi secara keseluruhan. Sangatlah penting untuk merancang

sistem proteksi dengan mengatur pemakaian sekering (fuse), pemutus daya (circuit

breaker), dan sistem relay yang mampu menemukan gangguan dengan cepat serta

memisahkan segera dari bagian sistem lain. Dengan rancangan sistem proteksi yang

baik, gangguan yang terjadi dapat dilokalisir pada daerah kejadian saja sehingga

tidak menggangu para langganan di daerah lain.

12

2.3.1 Jenis-jenis Gangguan

Ditinjau dari sifat dan penyebabnya, jenis gangguan dapat dikelompokkan

sebagai berikut.

a. Tegangan Lebih (Over Voltage)

Over Voltage yakni jenis gangguan dari tegangan pada sistem tenaga listrik

lebih besar dari kondisi idiealnya. Gangguan ini bisa terjadi karena kondisi

eksternal dan internal pada sistem kelistrikan seperti berikut ini.

1) Kondisi Internal

Hal ini bisa menjadi faktor karena isolasi dari perubahan yang bersifat

mendadak dari kondisi rangkaian mengalami resonansi. Misal pada operasi hubung

pada jaringan tanpa beban, penambahan atau pengurangan beban yang mendadak,

operasi pelepasan tenaga yang mendadak akibat adanya hubung singkat pada sistem

jaringan maupun gagal isolasi.

2) Kondisi Eksternal

Kondisi eksternal akibat adanya sambaran petir dan keadaan luar seperti

jatuhnya pohon. Keadaan ini mengakibatkan terjadinya loncatan muatan dari

menara ke penghantar fase. Di penghantar fase mengalami high voltage berakibat

pada kerusakan penyaluran tegangan pada gardu induk dan pembebanan.

b. Hubung Singkat

Hubung singkat adalah adanya hubungan penghantar bertegangan atau

penghantar tidak bertegangan secara tidak langsung melalui perantara

(resistor/beban) yang seharusnya sehingga membuat arus aliran yang tidak normal

(sangat besar). Hubung singkat yakni jenis gangguan yang sering terjadi pada

sistem kelistrikan, terutama pada jaringan udara 3 fase. Meskipun komponen

peralatan listrik selalu terisolasi dengan jenis isolasi padat, cair (minyak), udara,

gas, dan lain sebagainya. Meskipun karena usia pakai, keausan, tekanan mekanik,

dan lain halnya, sehingga kekuatan isolasi di peralatan listrik bisa berkurang atau

bahkan hilang. Hal ini akan mudah menimbulkan hubung singkat yang berbahaya

bagis sistem.

Pada beban isolasi padat atau cair, gangguan hubung singkat bisanya

mengakibatkan busur api sehingga menimbulkan kerusakan yang tetap dan

13

gangguan ini disebut gangguan permanen (tetap). Pada isolasi udara yang biasanya

terjadi pada saluran udara tegangan menengah atau tinggi, jika terjadi busur api dan

setelah padam tidak menimbulkan kerusakan, maka gangguan ini disebut gangguan

temporer (sementara). Arus hubung singkat yang begitu besar sangat

membahayakan peralatan, sehingga untuk mengamankan perlatan dari kerusakan

akibat arus hubung singkat maka hubungan kelistrikan pada seksi yang terganggu

perlu diputuskan dengan peralatan pemutus tenaga atau circuit breaker (CB).

Gangguan hubung singkat sering terjadi pada sistem tenaga listrik 3 fase

sebagai berikut.

1) One phase with ground

2) phase to phase

3) 2 phase with ground

4) 3 phase with ground

5) Short circuit 3 phase

Tiga jenis gangguan pertama menimbulkan (unsymetrical short-circuit)

atau gangguang yang tidak simetris. Sedangkan dua jenis gangguan terakhir

menimbulkan (symtrical short-cirtcuit) atau arus gangguan hubung singkat

simetris.

c. Beban Lebih (Over Load)

Beban lebih merupakan gangguan terjadi dari akibat konsumsi listrik

melebihi energi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit. Gangguan over load

sering terjadi terutama pada generator pembangkit dan transfornator daya. Ciri dari

adanya beban lebih adalah terjadinya arus lebih pada jaringan sistem. Arus lebih

tersebut dapat menimbulkan over heat sehingga dapat menimbulkan kerusakan

jaringan isolasi. Pada tarnsfo distribusi sekunder yang menyalurkan energi listrik

pada konsumen akan memutuskan aliran melalui relai beban lebih jika konsumsi

tenaga listrik oleh konsumen melebihi kemampuan transformator tersebut.

d. Daya Balik (Reserve Power)

Reserve Power adalah suatu gangguan yang merubah fungsi generator

menjadi motor (beban) pada sistem pembangkit tenaga listrik. Gangguan ini dapat

14

terjadi pada sistem tenaga lsitrik yang terintegrasi (interconnected system). Saat

kondisi normal generator-generator akan tersambung secara paralel akan bekerja

secara bersamaan dalam membangkitkan energi tenaga listrik. Namun karena

adanya sesuatu , misalnya gangguan hubung singkat dengan rentang waktu terlalu

lama, gangguan pada medan magnet, dan sebagainya, sehingga terjadi ayunan

putaran rotor sebagian dari generator pada sistem . Ayunan generator bisa lebih

cepat atau lebih lambat dari putaran sinkron. Hal tersebut menyebabkan sebagian

generator berubah menjadi motor dan sebagian berbeban lebih. Dengan demikian

terjadi aliran tenaga listrik yang berbalik, yaitu generator yang seharusnya

menghasilkan tenaga listrik, justru berbalik menjadi motor yang menyerap tenaga

listrik. Kejadian ini akan terjadi pada sistem tegangan tinggi atau ekstra tinggi yang

lebih luas.

2.3.2 Jenis-jenis Tindakan Proteksi

2.3.2.1 Koordinasi relai

Perlindungan pada sistem tenaga pada sudut pembangkit maupun beban.

Dimana relai dikondisikan untuk mendeteksi keadaan-keadaan yang tidak normal

tersebut dan selanjutnya menginstruksikan circuit breaker yang tepat untuk

berkerja memutuskan rangkaian sistem yang terganggu.

Rangkaian proteksi dan tripping otomatik circuit-circuit yang berhubungan,

mempunyai dua fungsi pokok :

1. Mengisolir perlatan yang terganggu sehingga bagian-bagian yang lainnya

tetap beroprasi seperti biasa.

2. Membatasi kerusakan peralatan akibat panas lebih, pengaruh gaya-gaya

mekanik dan lain sebagainya.

2.3.2.2 Pelepasan Beban (Load Shedding)

Jika terdapat gangguan dalam sistem yang menyebabkan daya tersedia tidak

dapat melayani beban, misalnya karena ada unit pembangkit yang besar jatuh (trip),

maka untuk menghindarkan sistem menjadi collapsed perlu dilakukan pelepasan

beban. Keadaan yang kritis dalam sistem karena jatuhnya unit pembangkit dapat

dideteksi melalui frekuensi sistem yang menurun dengan cepat.

15

Pada sistem tenaga listrik yang mengalami gangguan karena lepasnya (trip)

unit generator yang besar dapat mengurangi aliran daya aktif yang mengalir ke

beban, sehingga menyebabkan generator-generator yang lain dipaksa bekerja. Jika

hal ini berlangsung terus menerus dapat menyebabkan kerusakan mekanis pada

batang kopel generator karena dipaksa bekerja. Untuk itu diperlukan under

frequency relay yang berfungsi untuk mendeteksi penurunan frekeunsi sistem

secara tiba-tiba akibat adanya unit pembangkit besar yang lepas dari sistem. Salah

satu cara untuk menaikkan frekeunsi tersebut adalah dengan melepas beban.

Gambar 2.2. Grafik perubahan frekuensi sebagai fungsi waktu

dengan adanya pelepasan beban.

Turunnya frekeunsi dapat menurut garis 1, garis 2, atau garis 3.

Makin besar unit pembangkit yang jatuh (makin besar daya tersedia yang

hilang) makin cepat frekeunsi menurun. Kecepatan menurunnya frekuensi

juga bergantung pada besar kecilnya inersia sistem. Semakin besar inersia

sistem, makin kokoh sistemnya, makin lambat turunnya frekuensi. Dalam

grafik 1 dimisalkan bahwa frekuensi menurun menurut garis 2. Setelah

mencapai titik B dilakukan pelepasan beban tingkat pertama oleh under

frequency control relay (UFR) yang bekerja setelah mendeteksi frekuensi

sebesar Fb dengan adanya pelepasan beban tingkat pertama maka

penurunan frekuensi berkurang kecepatannya. Sampai di titik C UFR

mendeteksi frekeunsi sebesar Fc dan akan melakukan pelepasan beban

tingkat kedua dst sampai frekeunsi sistem kembali normal ke frekeunsi Fo.

http://2.bp.blogspot.com/-sIrT4ki0Aa4/UVfXN5VazTI/AAAAAAAAADY/TBpqi0Vkg-E/s1600/1.jpg

16

Gambar 2.3 Grafk turunnya frekuensi sebagai akibat gangguan

unit pembangkit

Gambar 2.4. Grafik naiknya frekuensi setelah adanya pelepasan

beban

Dalam metode pelepasan beban dapat menggunakan persamaan matematika

untuk laju penurunan frekuensi karena terjadi ganguan sehingga pembangkit tidak

dapat menyuplai tegangan dan persamaan matematika ketika laju pemulihan

frekuensi setelah terjadi pelepasan beban , berikut yakni :

i. Perhitungan penurunan frekuensi

(𝑑𝑓𝑟𝑎

𝑑𝑡𝑘𝑎)

0−1= −

𝑓𝑜𝑗𝑎

2.𝐻𝑘𝑎 . (

𝑃𝑒𝑠𝑗

𝑃𝑒𝑔𝑜−𝑃𝑒𝑠𝑜) (2.10)

𝑓1 = 𝑓0𝑗𝑎 + [(𝑑𝑓𝑟𝑎𝑑𝑡𝑘𝑎

)0−1

(𝑡1 − 𝑡0)] (2.11)

ii. Perhitungan pemulihan frekuensi

http://2.bp.blogspot.com/-Y2aPBzO1t08/UVfXUgNEX6I/AAAAAAAAADg/0DRfWgzCpcA/s1600/2.jpghttp://2.bp.blogspot.com/-Ksppo_A5u6I/UVfXZ2TzAQI/AAAAAAAAADo/U4UpDE2sAmM/s1600/3.jpg

17

𝑃𝐵1 = 𝑓1𝑗𝑎

𝑓0𝑗𝑎 . 𝑃𝑔0 (2.12)

(𝑑𝑓𝑟𝑎

𝑑𝑡𝑘𝑎)

1−2=

𝑓1

2.𝐻𝑘 . (

𝑃𝑔0−(𝑃𝑠0−𝑃𝐵𝑅)𝑃𝐵1

𝑃𝑔𝑜−𝑃𝑑𝑜) (2.13)

𝑓2 = 𝑓1 + [(𝑑𝑓𝑟

𝑑𝑡𝑘)

1−2. (𝑡2 − 𝑡1)] (2.14)

Di mana :

𝑓0 = Frekuensi semula (sebelum adanya gangguan) (Hz)

𝑓1 = Frekuensi pasca terjadi gangguan (Hz)

𝐻𝑘 = Waktu delay (s)

𝑃𝑒𝑠𝑜 = Daya yang digunakan unit yang terganggu (MW)

𝑃𝑒𝑔𝑜 = Total daya yang terhubung (MW)

𝑃𝑒𝑠𝑜 = Daya sumber listrik yang terganggu (MW)

𝑃𝐵1 = Daya sistem pra-gangguan (MW)

𝑃𝑒𝑔0 = Daya sistem pra-gangguan (MW)

2.4. Artificial Neural Netwrok (ANN)

Artifical Neural Network (ANN) atau Jaringan Syaraf Tiruan (JST)

merupakan kategrori ilmu Soft Computing . ANN sebenarnya mengadopsi dari

kemampuan otak manusia yang mampu memberikan stimulasi/rangsangan ,

melakukan proses , dan memberikan output .Output diperoleh dari variasi stimulasi

dari proses yang terjadi di dalam otak manusia . Kemampuan manusia dalam

memproses informasi merupakan hasil komplektifitas proses dalam otak

Gambar 2.5. Struktur Jaringan Syaraf Tiruan

18

Pelatihan Jaringan Syaraf Tiruan yang paling efektif menunjukkan bahwa

efektifitas pelatihan JST untuk aplikasi peramalan adalah menggunakan metode

Levenberg-Marquardt Backprogation (LMBP) . Dimana metode LMBP, data awal

penilitian akan tersebar dari lapisan masukan ke lapisan tersembunyi dan kemudian

data mencapai lapisan outputan. Sinyal kesalahan pada lapisan outputan menyebar

ke lapisan tersembunyi dan lapisan inputan. Kemudian, sinyal error diminimalkan

dengan menyesuaikan target koefisien dan bias di semua lapisan selama proses

pelatihan .

Persamaan matematika untuk layer inputan (2.15) dan layer outputan (2.16)

yakni :

𝑣𝑘+1(𝑖) = ∑ 𝑤𝑘+1𝑠𝑘𝑗=1 (𝑖, 𝑗)𝑦𝑘(𝑗) + 𝑏𝑘+1(𝑖) (2.15)

z𝑗 = f (z_net𝑗) = 1

1 + 𝑒−𝑧_𝑛𝑒𝑡 (2.16)

Dimana :

Sk = Jumlah output di lapisan K

𝑤𝑘+1(𝑖, 𝑗) = Parameter momentum bobot baru

𝑏𝑘+1(𝑖) = Fungsi Bias

z𝑗 = Fungsi neuron pada unit tersembunyi

Pada memperoses bobot, LMBP menggunakan matrix Hessian (2.17)

beserta gradient matrix (2.18) dengan algoritma Gaus-Newton (2.19) persamaan

matematikanya sebagai berikut :

𝐻 = 𝐽𝑇𝐽 (2.17)

𝐺 = 𝐽𝑇𝑒 (2.18)

𝑤𝑘+1 = 𝑤𝑘 − (𝐽𝑘𝑡 𝐽𝑘)

−1𝐽𝑘𝑒𝑘 (2.19)

Kemudian persamaan fungsi dari (2.17), (2.18) dan (2.19) dikombinasikan

sehingga memunculkan persamaan matematika dari algoritma LMBP yang

termodifikasi yakni :

𝑤𝑘+1 = 𝑤𝑘 − (𝐽𝑇𝐽 + 𝜇. 𝐼)−1𝐽𝑇𝑒 (2.20)

Dimana :

𝐻 = Hessian Matrixs

𝐽𝑇 = Jacobian Matrixs T

𝑒 = Output error

19

𝑤𝑘 = Bobot unit

𝜇 = Koefisien kombinasi

I = Matriks Indentitas

Gambar 2.6. Topologi Jaringan Syaraf Tiruan 3 layar .