Ekstraksi Daya Maksimum Pada Generator I (5)

(1)

Ekstraksi Daya Maksimum Pada Generator Induksi Doubly Fed

Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin Menggunakan

Fuzzy Polar

Sukarjadi, Mochamad Ashari, Heri Suryoatmojo

Electrical Department, Sepuluh Nopember of Institute Technology Surabaya, 60111, Indonesia Email : [email protected], [email protected]

Abstrak-Dalam makalah ini bagaimana Turbin Angin dapat memasok listrik terus-menerus pada Sitem Pembangkit Tersebar. Output dari Turbin Angin dikontrol agar menghasilkan daya yang maksimum. Inverter disisi grid untuk mengontrol aliran daya agar didapatkan MPP(Maximum Power Point). Kontrol inverter menggunakan fuzzy polar controller untuk mengkontrol output sehingga didapat MPP(Maximum Power Point) dari Turbin Angin, sehingga effisiensi dari Turbin Angin dapat ditingkatkan

Key Word : Doubly Fed, ekstrasi daya, Fuzzy Polar

1. Pendahuluan

Energi listrik merupakan salah satu energi yang banyak digunakan saat ini. Perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan telah mendorong penggunaan tenaga listrik pada semua aspek kehidupan manusia, baik untuk keperluan industri, rumah tangga maupun perkantoran. Selama ini sumber energi listrik banyak didapatkan dari hasil konversi energi fosil seperti minyak bumi, batu bara dan gas. Jumlah energi fosil ini semakin lama akan berkurang dan harganya terus naik, sehingga perlu dicarikan sumber energi alternatif untuk membangkitkan energi listrik. Sumber energi terbarukan, seperti tenaga surya, tenaga angin, mikrohidro dan biomassa merupakan sumber energi alternatife untuk pembangkit listrik dimasa depan.

Dalam beberapa tahun terakhir sumber tenaga angin telah banyak digunakan sebagai salah satu sumber energi terbarukan yang banyak dikembangkan. Secara khusus, karena fitur yang menghasilkan listrik yang bebas emisi carbon, di Uni Eropa diharapkan tingkat pertumbuhan tahunan sekitar 20% dari tenaga angin [1]

.

Dalam kenyataanya produksi tenaga angin yang dihasilkan adalah menyebar, salah satu factor yang penting adalah pengembangan turbin angin yang beroperasi dari kecepatan konstan ke kecepatan variabel [2], yang merupakan salah satu faktor signifikan dalam pengembangan tenaga angin, yang melibatkan pengembangan sistem kontrol yang efisien dalam rangka meningkatkan efektivitas sistim tenaga angin. Fuzzy Polar digunakan untuk mendapatkan arus maksimum pada turbin angin..

2. Pemodelan dan karakteristik Turbin Angin.

2.1 Turbin Angin

Daya yang diperoleh dari turbin angin adalah fungsi daya angin yang tersedia, kurva daya dari mesin

Persentase energi kinetik dari kejadian massa udara dikonversikan ke energi mekanik dirotor (nilai

maksimum Betz’s limit 59,3% ), dan adalah

fungsi non linier yang berkenaan dengan tip speed ratio dan pitch angle saling berkaitan yang ditunjukkan pada persamaan berikut:

, adalah pitch angle dari

baling-baling rotor ( ) adalah konstan untuk

turbin angin fixed pitch) dan adalah tip speed ratio, yang didefinisikan sebagai rasio antara tip speed blade dan kecepatan angin rotor.

(2)

dengan kecepatan angin untuk menjaga tip speed ratio tetap bernilai optimum.

P

ow

e

r K

oe

fi

s

ie

n

Tip speed ratio

Gambar 2.1 Koefisien daya VS tip speed ratio

Daya maksimum yang kaitan dengan kecepatan rotor dari turbin angin dapat diperoleh dari persamaan (1) ;

, ,

₃

adalah daya maksimum turbin pada

percepatan angin tertentu adalah proposinal pada percepatan angin dengan skala konstan dan adalah kecepatan rotor yang diinginkan ketika turbin beroperasi pada titik daya maksimum

2.2 Karakteritik Turbin Angin

Untuk mencari karakteristik turbin angin pada generator doubly fed dengan cara menghubung singkat belitan rotor generator dengan beban maksimal. Pengeplotan daya turbin angin menggunakan simulasi simulink ini dengan variasi kecepatan 5-10 m/dt. Gambar blok diagram pengeplotan karakteristik pada gambar 2.2, serta gambar karateristik turbin angin dapat dilihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.2 Blok diagram plot turbin angin

Gambar 2.3 Karakteristik turbin angin

Dari plot gambar 2.2 dapat diperoleh daya maksimum pada tiap variasi kecepatan angin sebagai berikut ;

Tabel 4.1. Daya maksimum turbin angin

Kecepata

n angin

(m/dt)

Daya turbin

(Kw)

Kecepatan

rotor

Rad/dt

5

16.609

484

6

28.701

579.975

7

45.575

676.4

8

68.031 773.4971

9

96.864

870.2

(3)

Kecepatan rotor pada karakteristik daya turbin angin pada table 1 digunakan sebagai kecepatan rotor referensi .

3. Konfigurasi Sistem yang diusulkan

3.1 Konfigurasi system

Pada gambar 3.1 adalah sistem konfigurasi pembangkit listrik tenaga angin dengan menggunakan generator induksi doubly fed (DFIG) yang digerakkan oleh turbin angin dengan kecepatan variable untuk mengirimkan daya dari generator ke jaringan(Grid) baik dari sisi stator maupun rotor dari generator melalui inverter sisi grid.

Blok sistem pembangkit listrik tenaga angin

Strategi pengontrolan dengan fuzzy polar dirancang untuk mengeluarkan Id* yang dibandingkan arus keluaran dari grid sebagai duty cycle yang berbentuk sinyal pulse width modulation (PWM) yang berguna untuk pensaklaran pada inverter.

3.2 Kontrol Fuzzy Polar

Fuzzy polar terdiri 3 parameter dasar yaitu pengali derivatif (As), irisan sudut dari fungsi keanggotaan

sudut (α), dan tingkat panjang fuzzy untuk

keanggotaan radial (Dr), nilai koordinat polar ditunjukkan pada persamaan 4 sampai dengan persamaan 6. memerlukan turunan dari sinyal tersebut untuk

mendapatkan . Tiga factor yang lain juga dibutuhkan dalam sistem kontrol ini yaitu sinyal kontrol maksimum ,time sampling T, time delay DT. Parameter ini sering dijelaskan menggunakan criteria eksternal. Aturan defuzzifikasi untuk sistem kontrol ditunjukkan dengan persamaan 7. maksimum sinyal kontrol yang dijinkan. Fungsi keanggotaan dari fuzzy polar ditunjukkan pada gambar 2.6 dan model pada gambar 2.7 merupakan model sederhana dari fuzzy polar dengan satu input dan satu output. Pada kenyataannya hanya satu input . tetapi hal tersebut membutuhkan sinyal derifatif untuk dapat dikonversi kebentuk koordinat polar seperti terlihat pada gambar 2.5 output fuzzy polar(U) diterangkan dalam persamaan7.

Gambar 3.2 Bentuk Polar [5]

-180 -135

(4)

Rule Fuzzy Polar d

dt U

Input Sinyal

Za

Zs

Gambar3.4 Diagram kontrol fuzzy polar

Dalam makalah ini , fuzzy polar kontrol

pencarian daya maksimum yang diusulkan

dengan

tujuan

pencarian

jumlah

maksimum energi. Secara khusus untuk

mencari daya maksimum dengan kontrol

fuzzy polar ada 2 input dan 1 output

4.Hasil Simulasi dan Pembahasan

Dibawah ini adalah hasil simulasi dengan simulink antara pembangkit turbin angin yang tidak dikontrol dan yang dikontrol dengan

Fuzzy Polar pada kecepatan angin 9 m/dt

Gambar 4.1

Hasil Daya pada generatot tanpa control MPPT

Gambar 4.2

Hasil Daya pada generatot yang dikontrol MPPT

5. KESIMPULAN

1. Metode pengontrol dengan Fuzzy Polar dapat memaksimalkan daya turbin angin ke daya optimal sehingga diperoleh maximum power tracking.

2. Komputasi pengontrolan dengan metode Fuzzy Polar lebih cepat dan sederhana sehingga lebih mudah dalam penggunaan.

DAFTAR REFERENSI

[1] V. Calderaro, V. Galdi, A. Piccolo, P. Siano, A fuzzy kontroller for maximum energi extraction from variabel speed wind power generation sistems, Electric Power Sistems Research 78 (2008) 1109–1118 [2] H. Camblonga, I. Martinez de Alegriab,

M. Rodriguezc, G. Abadc, Experimental evaluation of wind turbines maximum power point tracking kontrollers, Energi Convers. Manage. 47 (18–19) (2006) 2846–2858

.[3] B. Boukhezzara, L. Lupua, H. Siguerdidjanea, M. Handb, Multivariabel kontrol strategy for variabel speed, variabel pitch wind turbines, Renew. Energi (2007).

.[4] surya santoso, Ha Thu le, fundamental time-domain models for wind power studi, Renew. Energi 32 (2007) 2436-2452 [5] margo.P, M.heri.P, M.Ashari, Hendrik,

and T.Hiyama, Compensation and unbalanced voltage sags using dynamic voltage restorer based on fuzzy polar kontroller. International journal of appliedenginnering research, ISSN 0973-4562 vol.3 no.3 (2008) pp.879-890 [6] LHee-Sang Ko, Gi-Gab Yoon, Nam-Ho

Kyung, Modeling and kontrol of DFIG-based variabel-speed wind turbine, Electric power sistem research, 2008 [7] syafarudin, engine karatepe, takashi

hiyama, polar coordinat fuzzy kontroller based real time maximum power point kontrol of photovoltaic sistem, renew energi 34(2009)