OLEH :: Dosen Dosen Pembimbing 1. Dosen Pembimbing 2 Ir. Teguh Yuwono. Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng

Dosen Pembimbing 1

OLEH :

INDRA PERMATA KUSUMA 2206 100 036

DESAIN DAN SIMULASI SISTEM PENGENDALI TEGANGAN MENGGUNAKAN KOMBINASI KONVERTER BUCK-BOOST DAN INVERTER FULL-BRIDGE PADA PEMBANGKIT LISTRIK

TENAGA ANGIN

OLEH :

AHMAD FAUZAN A.

2206 100 103

Dosen Pembimbing 1

Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng

Dosen Pembimbing 2 Ir. Teguh Yuwono

LATAR BELAKANG

1.

Pembangkit di Indonesia sebagian besar terdiri dari energi fosil

2.

Pemanfaatan energi alternatif seperti PLT Angin masih sangat kecil

3.

Daya yang dihasilkan turbin angin tidak selalu

maksimum

PERMASALAHAN

1.

Bagaimana memodelkan daya keluaran dari turbin angin.

2.

Bagaimana mendapatkan desain konverter DC-DC yang baik untuk mengatur tegangan agar selalu diperoleh daya maksimum.

3.

Bagaimana mendapatkan desain inverter agar

dapat dimanfaatkan oleh beban AC

TUJUAN PENELITIAN

Tugas akhir ini bertujuan mendapatkan desain sistem

pengendali tegangan agar diperoleh daya yang selalu

maksimum dari pembangkit listrik tenaga angin

menggunakan Konverter Buck-Boost

METODOLOGI PENELITIAN

Studi literatur

Pengumpulan data

Pemodelan Sistem dan Simulasi

Penulisan Buku Tugas Akhir

Analisa

TEORI PENUNJANG

Turbin Angin

Energi angin yang dihasilkan persatuan waktu adalah :

dimana :

Pm= energi kinetik (watt)

v = kecepatan angin (m/detik) A = luas area (m²)

ρ = kepadatan udara (kg/)

Cp= koefisien daya, tergantung jenis rotor

•

Setiap jenis turbin angin mempunyai C

_p

yang menyatakan efisiensi aerodinamik dari rotor tersebut dalam menerima angin pada luas penampangnya.

•

Semakin besar Cp maka daya yang dihasilkan juga akan semakin besar

•

Kurva Cp-λ diperlukan untuk menyimpulkan nilai dari Cp untuk

λ berdasarkan kecepatan angin pada waktu tertentu, dimana

Kurva Cp-λ

Perancangan Sistem

Turbin Angin

•

Pada tugas akhir ini digunakan Cp maksimum = 0.47 dengan nilai λ = 7

•

Direncanakan diameter dari turbin angin adalah 5 meter,

sehingga dapat ditentukan :

Konverter Buck-Boost

•

Persamaan tegangan buck-boost :

•

Agar daya maksimum, maka P

_turbin

= P

_out

•

Untuk menghasilkan duty cycle diperlukan rangkaian kontrol agar diperoleh daya maksimum

Gambar rangkaian kontrol

Flow chart algoritma rangkaian kontrol

start

Hitung P turbin Baca R

Hitung Vout Baca Vin Duty cycle

•

Sistem dengan konverter buck-boost

Pengujian dan Analisa

Sistem tanpa buck-boost

Kec. angin (m/s) Beban R

(Ohm) P maks (W)

3.8

5 273

10 289

15 288.2

5.07

5 615

10 664.6

15 617.3

7.49

5 1830

10 1984

15 1966

Tabel hasil simulasi sistem tanpa buck-boost

Kurva daya vs pembebanan

Kurva daya vs kecepatan angin

Sistem dengan Konverter Buck-Boost

•

Perhitungan daya turbin maksimum pada kecepatan angin 3.8

m/s

Perhitungan duty cycle (k)

Dengan mengetahui Vin = 10 volt R = 5 ohm

Dengan cara yang sama dapat dihitung nilai k untuk kecepatan dan pembeban yang lain

Hasil simulasi daya pada beban 5 ohm dengan kec.angin 3.8 m/s

Tabel hasil simulasi sistem dengan konverter buck-boost

Kec. angin (m/s) Beban R (Ohm) P maks (W)

3.8

5 293.5

10 297.9

15 300

5.07

5 710.5

10 716

15 719.4

7.49

5 2278

10 2285

15 2280

Perbandingan sistem tanpa dan dengan buck- boost

…

Kurva daya vs kecepatan angin dengan beban 5 ohm

…

Kurva daya vs kecepatan angin dengan beban 10 ohm

Prosentase kenaikan daya

• R = 5 ohm Vw = 3.8 m/s Vw = 5.07 m/s Vw = 7.49 m/s

Prosentase kenaikan daya

• R = 10 ohm Vw = 3.8 m/s Vw = 5.07 m/s Vw = 7.49 m/s

Performansi inverter Full-bridge

Perhitungan tegangan output buck-boost

• Vw = 3.8 m/s R = 5 ohm

R = 41 ohm

Diasumsikan sistem tegangan pada beban adalah 220 volt rms. Dengan

mengambil tegangan 311.2 volt pada beban 41 ohm kecepatan angin 7.49 m/s

V_{o_rms} = 0.707 x V_o V_o = V_{o rms} / 0.707

V_o = 220 / 0.707 = 311 volt Sehingga

m_a = V_o / V_dc

m_a = 311 / 311.2 m_a = 0.999

Tegangan inverter dan arus beban

KESIMPULAN

1. Sistem dengan menggunakan konverter buck-boost dapat menghasilkan daya maksimum yang lebih besar dari pada sistem yang tidak menggunakan buck-boost dengan prosentase kenaikan rata-rata 15.6 % untuk pembebanan 5 ohm, sedangkan untuk pembebanan 10 ohm kenaikan rata-ratanya adalah 8.3 %.

2. Semakin besar nilai kecepatan angin maka daya yang dihasilkan turbin juga akan semakin besar. Begitu juga dengan besarnya kenaikan daya maksimum setelah sistem diberi rangkaian buck-boost, pada kecepatan 3.8 m/s kenaikannya sangat sedikit tetapi semakin besar kecepatan angin maka semakin besar juga kenaikan dayanya.

3. Untuk tegangan output buck-boost 311.2 volt, dengan sistem tegangan 220 volt rms maka indeks modulasi yang harus dihasilkan oleh rangkaian kontrol inverter adalah 0.999.

TERIMA KASIH