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
pyang 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
Vo_rms = 0.707 x Vo Vo = Vo rms / 0.707
Vo = 220 / 0.707 = 311 volt Sehingga
ma = Vo / Vdc
ma = 311 / 311.2 ma = 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.
