IVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan rahmatNya yang diberikanNya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Pengaturan Output Generator Induksi Dengan Static Synchronous Compensator (STATCOM) Pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orangtua yang telah membesarkan penulis, saudara kandung penulis dan kepada semua yang memberi perhatian dan dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Selama masa perkuliahan sampai penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberi bantuan,bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama penyusunan Tugas Akhir ini. Terima kasih sebesar-besarnya penulis ucapkan untuk beliau
2. Ibu Syska Yana, ST, MT dan bapak Ir. Eddy Warman, MT selaku Dosen Penguji 3. Bapak Ir. Sihar. P. Panjaitan, MT selaku Dosen Wali penulis
4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro USU dan Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU
5. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
6. Para asistan Laboratorium Konversi Energi dan Laboratorium Analisis Sistem Tenaga yang telah memberi banyak masukan
7. Teman-teman stambuk 2011: Marluhut, Tiddaucy, Analbert, Frederik, Anriadi, Andri Simamora, Josua, Vero, Emir, Memory, Dedi, Riko, Josia, Guntur, Rizky, Ricky, Putra, Trendy, Ronni,Toni, Sandro, Dedi, Syahlan, Fikri, Andreas dan teman-teman lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu
8. Saudara Emir Lutvi Pahlevi dalam membantu penulis memperoleh data 9. BMKG Tuntungan atas penyediaan data yang dibutuhkan penulis
iii
10. Semua abang-kakak senior, terkhusus abang-kakak senior yang mau berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis
11. Ayah, ibu, serta abang, kakak dan adik penulis yang sudah memberi dukungannya 12. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis ucapkan terima
kasih
Medan, 12 Desember 2015 Penulis,
Riswanta Sembiring
iv
Daftar Isi
Halaman ABSTRAK………. i KATA PENGANTAR………... ii Daftar Isi………. iv Daftar Gambar……… vi Daftar Tabel……… x I. PENDAHULUAN………... 1I.1 Latar Belakang……….. 1
I.2 Perumusan Masalah………... 2
I.3 Tujuan………. 3
I.4 Batasan Masalah……….. 3
I.5 Manfaat……… 3
II. TINJAUAN PUSTAKA………... 4
II.1 Pembangkit Listrik TenagaAngin……… 4
II.1.1 Karakteristik Turbin Angin……… 5
II.1.2 Jenis TurbinAngin………. 6
II.1.3 Turbin Angin Kecepatan Tetap (Fix Seed Wind Turbine/ FSWT…...7
II.1.4 Turbin Angin Kecepatan Berubah (Variable Seed Wind Turbine/ VSWT…...8
II.2 Generator Induksi………. 10
II.2.1 Prinsip Kerja Generator Induksi………. 10
II.2.2 Karakteristik Mesin Induksi……… 11
II.2.3 Generator Induksi Masukan Ganda (Double Fed Induction Generator/ DFIG………13
II.3 Static Synchronous Compensator (STATCOM)……… 15
II.3.1 Prinsip Operasi Dasar STATCOM………. 15
II.3.2 VSC (VoltageSource Converter)………16
II.4 Diagram Blok Sistem Kerja STATCOM……….18
II.4.1 Pengaturan Tegangan………...18
II.4.2 Pengaturan Frekuensi………18
v
II.5 Skematik Total Sistem………..19
II.6 Diagram Alir Sistem Kontrol STATCOM………20
III. METODEPENELITIAN……….21
III.1 Tempat dan Waktu………. 21
III.2 Bahan dan Peralatan……….21
III.3 Pelaksanaan Penelitian……….21
III.4 Variabel yang Diamati……….21
III.5 Prosedur Penelitian………..22
III.6 Pemodelan Sistem di Software PSIM………. 24
III.6.1 Pemodelan Sistem KontrolSTATCOM……… 29
III.6.2 Pemodelan Sistem Kontrol Grid……… 30
IV. SIMULASI………. 34
IV.1 Simulasi Perubahan Kutub Mesin Induksi………. 34
IV.2 Simulasi Perubahan Kecepatan Angin………47
V. HASIL DAN PEMBAHASAN………. 56
V.1 Sampel Hasil SimulasiPerubahan Kutub………... 55
V.2 Analisis Hasil Simulasi Perubahan Jumlah Kutub……… 56
V.2.1 AnalisisFrekuensi……….. 56
V.2.2Analisis Tegangan……… 58
V.1.3 Analisis Daya Aktif dan Daya Reaktif………59
V.3 Sampel Hasil Simulasi Perubahan Kecepatan Angin……… 60
V.3.1 AnalisisFrekuensi……….. 60
V.3.2 Analisis Tegangan……….. 61
V.2.3 Analisi Daya Aktif dan Daya Reaktif……… 62
V.4 Analisis Kinerja STATCOM Terhadap Pembangkit Listrik Tenaga Angin……….. 63
VI. KESIMPULAN DAN SARAN VI.1 KESIMPULAN……….. 61
VI.2SARAN……….. 61
Daftar Pustaka………62 LAMPIRAN
vi
Daftar Gambar
Gambar 2.1 Sistem dasar pembangkit listrik tenaga angin……….. 4
Gambar 2.2 kurvac hasil dari variasi kecepatan angin……… 5
Gambar 2.3 Turbin angin vertikal……… 5
Gambar 2.4 Turbin angin horizontal……… 6
Gambar 2.5 Skematik diagram pembangkit tenaga angin kecepatan tetap………. 7
Gambar 2.6 Skematik diagram pembangkit tenaga angin variable speed dengan (a) generator induksi rotor sangkar, (b) generator induksi rotor belitan, (c) permanent magnet synchronous motor……….. 8
Gambar 2.7 Karakteristik mesin induksi pada grafik torsi vs speed/ torsi vs slip……….. 11
Gambar 2.8 Skema generator induksi penguat sendiri (SEIG), Self Excited Induction Generator……….... 12
Gambar 2.9 Rangkaian ekivalen generator induksi masukan ganda……….. 13
Gambar 2.10 Skematik diagram dari STATCOM……….…. 15
Gambar 2.11 Skematik sistem kerja STATCOM……….….. 16
Gambar 2.12 Voltage Source Converter 3 phasa……….…. 17
Gambar 2.13 Sinyal referensi sinusoidal dan sinyal carrier segitiga……….…… 18
Gambar 2.14 Blok diagram pengaturan tegangan……….……….. 18
Gambar 2.15 Blok diagram pengaturan frekuensi……….….. 18
Gambar 2.16 Skematik Total Sistem……… 19
Gambar 2.17 Diagram alir sistem kontrol STATCOM……… 20
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian……… 22
Gambar 3.2 Turbin angin pada PSIM 9.0……… 23
Gambar 3.3 Kotak dialog parameter turbin angin………... 23
Gambar 3.4 Model mesin induksi rotor belitan pada PSIM………... 24
Gambar 3.5 Kotak dialog parameter mesin induksi rotor belitan………... 25
Gambar 3.6 Model static synchronous compensator (STATCOM)………... 25
Gambar 3.7 Model Grid Side Converter……… 26
Gambar 3.8 Model sistem grid……….. 26
Gambar 3.9 Kotak dialog parameter sistem grid……… 27
Gambar 3.10 Skematik pembangkitan tenaga angin pada PSIM……….. 28
Gambar 3.11 Model sistem kontrol STATCOM……… 29
vii
Gambar 3.12 Model sistem kontrol grid………...….. 30
Gambar 3.13 Model kontrol tegangan DC………...….. 30
Gambar 3.14 Model transformasi abc-αβ………...…... 31
Gambar 3.15 Model pengontrol arus α………..………… 31
Gambar 3.16 Model pengontrol arus β……….….... 32
Gambar 4.1 Kotak dialog parameter mesin induksi dengan jumlah kutub n =4….……. 33
Gambar 4.2 Grafik output daya generator dan kotak dialog pengukuran output daya generator………..…… 34
Gambar 4.3 (a) Grafik Tegangan 3 phasa, (b) Grafik tegangan 1 phasa, (c) Kotak dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot waktu……..…. 35
Gambar 4.4 (a) Grafik kecepatan generator, (b) kotak dialog pengukuran kecepatan generator pada suatu titik plot waktu………..……. 35
Gambar 4.5 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata output generator………..….. 35
Gambar 4.6 Kotak dialog parameter mesin induksi dengan jumlah kutub n = 6……..… 36
Gambar 4.7 Grafik output daya generator dan kotak dialog pengukuran output daya generator pada suatu titik plot waktu………..…. 37
Gambar 4.8 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) kotak dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot………. 37
Gambar 4.9 (a) Grafik kecepatan putar generator, (b) kotak dialog pengukuran kecepatan generator pada suatu titik plot waktu………..…. 38
Gambar 4.10 Pengukuran nilai rata-rata output generator………..…. 38
Gambar 4.11 Kotak dialog parameter mesin induksi jumlah kutub n = 8…………..….. 38
Gambar 4.12 Grafik output daya generator dan pengukuran output daya generator pada suatu titik plot waktu……….… 39
Gambar 4.13 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) kotak dialog pengukutan tegangan1 phasa pada suatu titik plot waktu………..… 40
Gambar 4.14 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata dari output generator………..…. 40
Gambar 4.15 Grafik kecepatan generator dan kotak dialog pengukuran kecepatan generator pada suatu titik plot waktu………..…. 40
Gambar 4.16 Kotak dialog parameter generator induksi jumlah kutub n = 12……….... 41
Gambar 4.17 Grafik output daya generator dan kotak dialog pengukuran output daya pada suatu titik plot waktu………... 41
Gambar 4.18 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) kotak dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot waktu………..… 42
viii
Gambar 4.19 (a) Grafik kecepatan generator, (b) kotak dialog pengukuran
kecepatan generator pada suatu titik plot waktu………... 43 Gambar 4.20 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata output generator………. 43 Gambar 4.21 Kotak dialog parameter mesin induksi jumlah kutub n = 2……… 43 Gambar 4.22 Grafik output daya generator dan pengukuran output
daya pada suatu titik plot waktu……….. 44 Gambar 4.23 Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa,
(c) grafik pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot waktu……... 45 Gambar 4.24 (a) Grafik kecepatan generator, (b) kotak dialog pengukuran
kecepatan generator pada suatu titik plot waktu………. 45 Gambar 4.25 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata output generator……… 46 Gambar 4.26 Grafik output generator dan kotak dialog pengukuran output
generator pada suatu titik plot………. 47 Gambar 4.27 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) kotak
dialog pengukuran tegangan pada suatu titik plot waktu………... 47 Gambar 4.28 (a) Grafik kecepatan generator, (b) kotak dialog pengukuran
kecepatan generator pada suatu titik plot waktu………. 48 Gambar 4.29 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata output generator……… 48 Gambar 4.30 Grafik output daya dan kotak dialog pengukuran output daya
pada suatu titik plot waktu………. 48 Gambar 4.31 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) kotak
dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot waktu………. 49 Gambar 4.32 (a) Grafik kecepatan generator, (b) kotak dialog pengukuran
kecepatan generator pada suatu titik plot waktu………. 50 Gambar 4.33 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata output generator……… 50 Gambar 4.34 Grafik output daya generator dan kotak dialog pengukuran
output daya pada suatu titik plot waktu……….. 50 Gambar 4.35 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) Kotak
dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot waktu………… 51 Gambar 4.36 (a) Grafik kecepatan putar generator, (b) kotak dialog pengukuran
kecepatan generator pada suatu titik plot waktu……….. 52 Gambar 4.37 Kotak dialog pengukuran nilai rata rata output generator………. 52 Gambar 4.38 Grafik output daya generator dan kotak dialog pengukuran output
daya generator pada suatu titik plot………. 52
ix
Gambar 4.39 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) kotak
dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot………. 53
Gambar 4.40 (a) Grafik kecepatan putar generator, (b) kotak dialog pengukuran kecepatan generator pada suatu titik plot………... 54
Gambar 4.41 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata output generator……… 54
Gambar 4.42Vektor α dan β……….. 79
Gambar 4.43 Transformasi Park dalam bidang vektor……….. 80
x