Desain Frekuensi Kontrol pada Hibrid Wind-Diesel……….………….(Hidayatul Nurohmah)
35
Desain Frekuensi Kontrol pada Hibrid Wind-Diesel Dengan
PID–Imperialist Competitive Algorithm (ICA)
1Hidayatul Nurohmah, 2Machrus Ali, 3Muhammad Ruswandi Djalal, 4Budiman
1,2
Teknik Elektro, Universitas Darul’Ulum
3
Teknik Mesin, Politeknik Negeri Ujung Pandang
4
Teknik Informatika, Universitas Darul’Ulum hidayatul.nurohmah.mt@gmail.com, machrus7@gmail.com,
wandi@poliupg.ac.id, budi_mitra@yahoo.co.id ABSTRAK
Kualitas daya pada sumber energi terbarukan turbin angin yang dihibrid dengan diesel dapat dipengaruhi oleh perubahan fluktuasi frekuensi.Pembangkit Listrik Sistem hibrid (PLTH) adalah pembangkit listrik yang dari beberapa pembangkit tenaga energi terbaharukan seperti : turbin angin, sel surya, mikrohidro dan sebagainya. Dalam operasinya, ada beberapa permasalahan yang dapat meningkatkan osilasi frekuensi rendah, seperti tidak optimalnya setting gain dan kecilnya waktu konstan pada Automatic Voltage Regulator, juga jaringan transmisi yang panjang sehingga losses yang besar. Kontrol PLTH dalam penerapannya, dikontrol dengan kontroler PID, namun dalam penyetelan nilai gain dari PID masih dalam metode konvensional saja, sehingga sulit untuk mendapatkan nilai optimal dari PID. Dalam penelitian iniditerapkan desain kontrol dengan menggunakan Metode Cerdas dalam mencari nilai optimum ProporsionalIntergral Derivatif (PID) untuk mengatur frekuensi beban dengan program Matlab/Simulink. Pemodelan wind-diesel menggunakan fungsi transfer dari diagram turbin angin dan diesel. Respon sistem dengan Simulink/ Matlab denganmembandingkan dengan sistem tak terkontrol dan dengan metode PID-Trial Error, menunjukkan bahwa besar overshoot dan respon keadaanmantap (Settling Time) pada sistem terkontrol ICA menjadi berkurang dan lebih cepat.
36 1. Pendahuluan
Kebutuhan energi dewasa ini semakin meningkat seiring dengan meningkatnya kebutuhan manusia.Hal ini menyebabkan adanya indikasi terjadinya krisis energi di dunia.Salah satu penyebab dari krisis energi tersebut adalah masih besarnya tingkat ketergantungan pada sumber energi fosil terutama minyak bumi.Seperti diketahui bahwa cadangan minyak bumi yang tersedia dibumi terbatas. Oleh karena itu perlu dilakukan upaya agar tercipta keseimbangan energi yang baik.Energi alternatif adalah solusi untuk meningkatkan peran energi terbarukan dalam rangka menjamin keamanan pasokan energi untuk memenuhi kebutuhan energi nasional yang semakin meningkat secara berkelanjutan, baik untuk kegunaan di bidang pembangkitan energi listrik maupun di bidang transportasi.Seperti diketahui, kegiatan penyediaan tenaga listrik dan transportasi merupakan kegiatan penyediaan sarana dan komoditas penggerak roda perekonomian nasional yang vital dan strategis guna meningkatkan pasokan energi terbarukan dalam memenuhi kebutuhan energi nasional yang semakin meningkat secara efisien, terjangkau, dan berkelanjutan.Hybrid System atau Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH) merupakan salah satu alternatif sistem pembangkit yang tepat diaplikasikan pada daerah-daerah yang sukar dijangkau oleh sistem pembangkit besar seperti jaringan PLN atau PLTD. PLTH ini memanfaatkan renewable energy sebagai sumber utama (primer) yang dikombinasikan dengan Diesel Generator sebagai sumber energi cadangan (sekunder).Pada PLTH, renewable energy yang digunakan dapat berasal dari energi matahari, angin, dan lain-lain yang dikombinasikan dengan Diesel-Generator Set sehingga menjadi suatu pembangkit yang lebih efisien, efektif dan handal untuk dapat mensuplai kebutuhan energi listrik.
Beberapa penelitian telah membahas pengaturan frekuensi pada Wind-Diesel, dari beberapa permasalahan pengaturan frekwensiyang menyebabkan fluktuasi aliran daya padaberbagai jenis pembangkitan sistem hibrid yangterkoneksi, maka peneliti mengambil temaPengaturan Frekuensi Pada Sistem Daya Hibriddengan Metode Cerdas
Imperialist Competitive Algorithm (ICA).
2. Tinjauan Pustaka 2.1. Sistem Hibrid
Cara kerja Pembangkit Listrik Sistim Hybrida Surya Bayu dan Diesel sangat tergantung dari bentuk beban atau fluktuasi pemakain energi (load profile) yang mana selama 24 jam distribusi beban tidak merata untuk setiap waktunya. Load profil ini sangat dipengaruhi penyediaan energinya. Untuk mengatasi permasalahan tersebut maka kombinasi sumber energi antara Sumber energi terbarukan dan Diesel Generator atau disebut Pembangkit Listrik Sistem Hibrida adalah salah satu solusi paling cocok untuk sistem pembangkitan yang terisolir dengan jaringan yang lebih besar seperti jaringan PLN. Frekuensi harus dapat dijaga kestabilannya agarperalatan dapat beroperasi dengan baik dan efisien. Strategi yang berbeda dapat diterapkandengan cara mereduksi perbedaan pembangkitandan beban serta mengatur deviasi frekwensi sistem. Adapun strategi-strategi yang dapat dilakukandengan cara pengaturan kontrol beban tiruan,prioritas switching kontrol beban, penggunaanflywheel, superkonduktor magnetik dansistem penyimpanan energi baterai.Untuk dapat menampilkan analisisdetail studi tentang sistem hibrid turbin angindiesel dan mikrohidro dengan model sinyaltransfer kecil. Pemilihan yang optimal darigain kontrol disarankan menggunakan teknikISE untuk kasus kontrol kontinyu dankontrol diskrit.Permasalahan yang terjadi padapembangkitan adalah terjadinya frekuensiosilasi yang rendah. Model
Desain Frekuensi Kontrol pada Hibrid Wind-Diesel……….………….(Hidayatul Nurohmah)
37 dalam studi kasus ini terdiri darisub sistem : model dinamik turbin angin, model dinamik diesel, kontrol kecepatan sudu turbinangin dan model dinamik generator. Blok diagram fungsi transfer Turbin Angin-Diesel sebagai berikut.
3. Imperialist Competitive Algorithm (ICA).
Imperialist Competitive Algorithm (ICA) merupakan metode yang diilhami dari proses alamiah yang terjadi di alam dan proseh kehidupan populaasi hewan di hutan karna metode ini diumpamakan dengan kondisi sosial politik yang biasa dilakukan disebuah negara dan tidak mempertimbangkan konsep kebudayaan. ICA merupakan metode model matimatis yang ditemukan oleh EsmaeilAtashpaz Gargari pada tahun 2007 yang memamfaatkan sejarah kejadian alam dan merupakan metode yang sangat bagus untuk menyelesaikan beberapa masalah dalam optimasi.
Metode ini dimulai dengan menggunakan inisial solusi yang biasanya di sebut
dengan inisial negara yang sama halnya dengan kromososom pada metode genetik algoritma dan partikel pada particle swarm optimization algorithm. Inisial negara ini dibagi lagi menjadi dua grup dimana yang pertama disebut dengan negara imperialist atau negara penjajah yang berkuasa sedangkan yang kedua merupakan negara koloni atau negara jajahan berada di bawah negara imperialist.
3.1. Penalaan PID denganICA
Fungsi objektif yang digunakan adalah dengan Integral Time Absolut Error
(ITAE).
0
( ) t
ITAE
tt dt(5)Parameter PID yang ditala oleh ICA adalah Kp, Ki dan Kd.Berikut pemodelan
untuk masing-masing model kontrol pada Simulink Matlab 2013, untuk Wind-Diesel tanpa Kontrol, dengan PID-Trial, dan dengan PID-ICA.
38 Gambar 2. Pemodelan Simulink PI-Trial Error
Gambar 3. Pemodelan Simulink PID-ICA
Desain Frekuensi Kontrol pada Hibrid Wind-Diesel……….………….(Hidayatul Nurohmah)
39 Adapun data parameter-parameter ICAberikut.
Tabel 1. Parameter ICA
Parameter Nilai Jumlah Countries 50 InitialImperialists 5 Decades 50 RevolutionRate 0.3 AssimilationCoefficient 2 AssimilationAngleCoefficient 0.5 Zeta 0.02 Damp Ratio 0.99 Uniting Threshold 0.02
Berikut hasil optimasidengan metodeICA.
Tabel 2. Hasil Optimasi PID dengan ICA BestSolution = 63.1087 43.2682 9.6038 Hasil_PID = 63.1087 43.2682 9.6038
Tabel 3. Hasil Penalaan Parameter PID
Parameter Konstrain Hasil ICA Bawah Atas
Kp 80 90 63.1087
Ki 50 60 43.2682
Kd 10 15 9.6038
4. HasilSimulasi Dan Analisis
4.1 Respon Frekuensi Wind-Diesel Uncontroller
Simulasi kontrol yang pertama adalah simulasi open loop wind-diesel tanpa
40 Gambar 5. Grafik frekuensi Wind-Diesel tanpa kontroler
Dari grafik 5 di atas didapatkan nilai overshoot dan settling timeWind-Diesel yang sangat besar, seperti pada tabel berikut.
Tabel 4 Nilai overshoot dan settling time Karakteristik Nilai
Overshoot (pu) -0.0002344 &
2.15e-05
Settling time
(detik) 13.2
4.2 Respon Frekuensi Wind-Diesel Menggunakan Controller PID Trial-Error
Besarnya overshoot respon frekuensi open loop akan dibandingkan dengan PID yang konvensional. Berikutnya simulasi dengan menggunakan kotrol PID-Trial Error, didapatkan grafik berikut :
Gambar 6. Grafik respon frekuensi Wind-DieselPID-Trial Error
Adapun nilai overshoot yang terjadi dan juga settling time nya detailnya dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 5.
Nilai overshoot dan settling time sistem dengan controller PID-Trial Error
Karakteristik Nilai
Overshoot (pu) -0.0002227 &
1.076e-05
Settling time (detik) 12.8
Dari hasil simulasi, jika dibandingkan dengan respon frekuensi sistem yang tidak dilengkapi dengan controller PID, nilai overshoot nya menjadi lebih kecil, namun tidak direkomendasikan digunakan sebagai pengontrol.
4.3. Respon Frekuensi Wind-Diesel Menggunakan Controller PID-ICA
Berikutnya simulasi dengan menggunakan kontroler PID-ICA,dari hasil simulasi didapatkan :
Desain Frekuensi Kontrol pada Hibrid Wind-Diesel……….………….(Hidayatul Nurohmah)
41 Gambar 7. Grafik respon frekuensi Wind-Diesel yang dilengkapi controller PID-ICA Dapat dilihat dari gambar di atas, hasil respon frekuensi untuk sistem Wind-Diesel dengan
controller PID-ICA. Dari grafik tersebut juga dapat diketahui bahwa nilai overshoot dan nilai settling time nya yaitu seperti pada tabel berikut.
Tabel 6.
Nilai overshoot dan settling time sistem dengan controller PID-ICA
Karakteristik Nilai
Overshoot (pu) -9.098e-05 & 1.111e-09
Settling time (detik) 5,8
Dari hasil yang telah disimulasikan, berikut ini dapat dilihat perbandingan model yang telah disimulasikan.
Gambar 8. Grafik perbandingan respon frekuensi keempat kontroler
Dari tiga model sistem pembangkit listrik hibrid wind-diesel yang telah disimulasikan, dapat dianalisa bahwa suatu pembangkit listrik wind-diesel mutlak memerlukan controller
sebagai peredam osilasi frekuensi yang terjadi akibat perubahan beban.Controller PID-ICA yang diajukan dalam penelitian ini memiliki pengaruh yang signifikan dalam peredaman osilasi tersebut dan cocok diterapkan untuk sistem pembangkit hibrid Wind-Diesel, di mana untuk metode penalaannya dengan menggunakan metode cerdas Artificial IntelligentImperiaslit Competitive Algorithm (ICA).
42 5. Kesimpulan
Dengan menggunakan metode cerdasImperialist Competitive Algorithm, sebagai metode penalaan controllerPID, didapatkan hasil penalaan parameter nilai PID yang optimal di mana, Kp = 63.1087, Ki =43.2682, Kd = 9.6038.
Dengan menggunakanPID-ICApada sistem kontrolLoad Frequency Control (LFC)
yang dirancang, dapat memperbaiki respon frekuensi sebuah sistemWind-Diesel. Hal ini ditunjukkan dengan nilai settling time sebesar 5.8 detik yang merupakan nilai
settling time tercepat dan juga nilai overshoot sebesar -9.098e-05 hingga 1.111e-09puyang merupakan nilai overshoot terkecil dari model kontroler yang lain.
Daftar Pustaka :
T.S. Bhatti,(1995) : Load frequency control of isolated wind diesel hybrid power systems. Sciencedirect : Energy Conversion and Management.1995.
S.C.Tripathy.(1995) : Dynamic Performance Of Wind-Diesel Power System With Capacitive Energy Storage. Indian Institute Of Technology. India.
S.C.Tripathy.(1995) : Improved Load-Frequency Control With Capacitive Energy Storage.1995.
T.S. Bhatti,(1997) : Load-frequency control of isolated wind-diesel-microhydro hybrid power systems (WDMHPS).Centre for Energy Studies, Indian Institute of Technology, India. 1997.
Tomas,P. (2003) : Modelling of Wind Turbines for Power System Studies. 2003. Robandi,I. (2006) :Modern Power System Control.ANDI, Yogyakarta. 2006.
Robandi,I. (2006) :Desain Sistem Tenaga Modern: Optimasi, Logika Fuzzy, dan Algoritma Genetika.ANDI. 2006.
Abidin,Z. (2010) : Pengaturan Frekuensi Beban Hibrid Turbin Angin Diesel Dengan Menggunakan Algoritma Genetika. Jurnal Teknika.2010.
Mohit Singh. (2011) :Dynamic Models for Wind Turbines and Wind Power Plants. 2011. Tan Wen,(2011) : Load frequency control for wind-diesel hybrid systems. Control
Conference (CCC), 2011 30th Chinese.
Hou,J. (2012) : Load frequency control of wind diesel hybrid power systems via predictive control. Control Conference (CCC), 2012 31st Chinese.
