SIMULATOR SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN DI GEDUNG KONVERSI ENERGI ELEKTRIK ITB MENGGUNAKAN POWER SIMULATOR (PSIM 9.03)

(1)

SIMULATOR SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

ANGIN DI GEDUNG KONVERSI ENERGI ELEKTRIK ITB

MENGGUNAKAN POWER SIMULATOR (PSIM 9.03)

WIND POWER SIMULATOR AT ELECTRICAL ENERGY CONVERSION

ITB USING POWER SIMULATOR (PSIM 9.03)

PROYEK AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Diploma Tiga Program Studi Teknik Listrik

Jurusan Teknik Elektro

Oleh : Saeful Mikdar

091321060

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2012

(2)

(3)

RIWAYAT HIDUP

PERSONAL DATA

Nama : Saeful Mikdar

Tempat tanggal Lahir : Bandung, 14 Januari 1991 Jenis Kelamin : Laki-laki

Kewarganegaraan : Indonesia Status : Belum Menikah Agama : Islam

Berat Badan : 50 Kg Tinggi Badan : 159 Cm

Alamat Rumah : Kp. Gumuruh Rt. 05 Rw 04 Ds. Nagrak Kec. Cangkuang Kab. Bandung 40377

Alamat sekarang : Asrama POLBAN Jl. Gegerkalong Hilir Ds. Ciwaruga Kotak Pos 1234-Bandung 40012

Hp : 085722409165 e-mail :[email protected]

LATAR BELAKANG PENDIDIKAN

2009 – 2012 : Politeknik Negeri Bandung, Program Studi Teknik Listrik, Jurusan Teknik Elektro

2006 – 2009 : SMAN 1 Soreang 2003 – 2006 : SMPN 1 Banjaran 1997 -2003 : SDN Gunung Sari

PENGALAMAN ORGANISASI

1. Anggota Himpunan Mahasiswa Lisrik (HML) Polban 2009-2012

2. Anggota Forum Komunikasi Himpunan Mahasiswa Elektro Bandung (FKHMEB) 2010-2011

(4)

Sesungguhnya Allah tidak merubah nasib suatu kaum sehingga mereka merubah

Satu-satunya cara untuk melakukan pekerjaan besar adalah mencintai apa yan Anda lakukan. Jika Anda memiliki belum menemukannya, teruslah mencari. Jangan menetap. Seperti dengan semua masalah hati, Anda akan tahu bila Anda

Kesuksesan adalah terus melaju dari kegagalan satu ke kegagalan lai

Keberhasilan adalah mendapatkan apa yang anda inginkan, kebahagiaan adalah menginginkan apa yang anda dapatkan

Apabila di dalam diri seseorang masih ada rasa malu dan takut untuk berbuat suatu kebaikan, maka jaminan bagi orang tersebut tidak akan bertemunya ia

Hati yang penuh syukur, bukan saja merupakan kebijakan yang terbesar, melainkan merupakan pola induk segala kebijakan yang lain

Sesungguhnya Allah tidak merubah nasib suatu kaum sehingga mereka merubah nasibnya sendiri

Surat Ar Ra’du Ayat 11

satunya cara untuk melakukan pekerjaan besar adalah mencintai apa yan Anda lakukan. Jika Anda memiliki belum menemukannya, teruslah mencari. Jangan menetap. Seperti dengan semua masalah hati, Anda akan tahu bila Anda

telah menemukannya. Steve Jobs

Kesuksesan adalah terus melaju dari kegagalan satu ke kegagalan lai kehilangan antusiasme."

Winston C

Keberhasilan adalah mendapatkan apa yang anda inginkan, kebahagiaan adalah menginginkan apa yang anda dapatkan

Dale Carnagie

Apabila di dalam diri seseorang masih ada rasa malu dan takut untuk berbuat a jaminan bagi orang tersebut tidak akan bertemunya ia

dengan kemajuan selangkah pun Bung Karno

Cicero

Sesungguhnya Allah tidak merubah nasib suatu kaum sehingga mereka merubah

satunya cara untuk melakukan pekerjaan besar adalah mencintai apa yang Anda lakukan. Jika Anda memiliki belum menemukannya, teruslah mencari. Jangan menetap. Seperti dengan semua masalah hati, Anda akan tahu bila Anda

Kesuksesan adalah terus melaju dari kegagalan satu ke kegagalan lain tanpa

Keberhasilan adalah mendapatkan apa yang anda inginkan, kebahagiaan adalah

Apabila di dalam diri seseorang masih ada rasa malu dan takut untuk berbuat a jaminan bagi orang tersebut tidak akan bertemunya ia

(5)

ABSTARK

Pembangkit listrik tenaga angin sebagai salah satu penghasil energi yang ramah lingkungan dan bebas polusi merupakan sumber energi terbarukan yang sedang populer saat ini. akan tetapi pembangkit listrik tenaga angin masih memiliki banyak kelemahan seperti pada saat kondisi kecepatan angin yang tidak maksimal, cuaca yang berubah-ubah mengakibatkan daya yang dihasilkan tidak maksimal. Dengan penggunaan generator AC sehingga dibutuhkan penyearah. Dan dengan tegangan keluaran yang lebih besar dibandingkan bateai sehingga untuk penyimpanan energi listrik perlu menggunakan buck konverter yang disesuaikan dengan tegangan baterai. Sementara itu untuk pemakain beban DC dengan tegangan yg lebih besar digunakan boost chopper dan untuk pemakain beban AC dengan tegangan 220 volt digunakan sebuah inverter . oleh karena itu dengan perancangan simulasi sistem pembangkit listrik tenaga angin pada power simulator 9.03 untuk mengetahui arus dan tegangan yang dihasilkan berdasarkan simulasi.

Keyword : PLTA (Angin), daya keluaran,

(6)

ABSRACT

Wind power stations as one of environmental friendly energy supply and free pollution is renewable energy source is popular now. But wind power stations still has many weaknesses as when the wind speeds are not yet fickle weather resulting in southwestern resulting not yet. With the use of a generator so wasrequired ac rectifier. And with an output voltage is greater than battre so for energy storage needs to use buck electrical converter are adapted to voltage battre. Meanwhile for pemakain ioads dc to voltage are larger and used to boost chopper pemakain ioads ac to voltage 220 used a volt inverter. Hence design by simulation system wind power stations on psim 9.03 to know the current and voltage is produced by simulation.

Keyword : Wind power stations,output power

(7)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan ke khadirat Allah S.W.T, atas segala rahmat dan karunia Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Proyek Akhir ini. Laporan Proyek Akhir ini. Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi D3 Teknik Listrik, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung.

Penyusun membuat laporan ini dengan judul “ SIMULATOR SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN MENGGUNAKAN POWER SIMULATOR (PSIM 9.03) “.

Setelah menempuh berbagai rintangan dan halangan, akhirnya penulis dapat berhasil menyelesaikan laporan ini. Penulis berharap dengan diselesaikannya laporan ini, hasilnya dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan bagi setiap orang pada umumnya.

Dalam penulisan laporan ini, penulis banyak mendapat bantuan moral dan bantuan lainnya. Maka dari itu ucapan terimakasih penulis sampaikan kepada :

1. Ayah dan ibu tercinta, serta adik yang telah memberikan dukungan beserta doa kepada penulis.

2. Bapak Hari Purnama,Ir.,M.Eng., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro. 3. Bapak Sunarto,ST.,M.Eng, selaku Ketua Program Studi Teknik Listrik. 4. Bapak Yoseph Santosa.ST.,M.Eng selaku pembimbing utama yang telah

memberikan bimbingan, pengarahan dan semangat kepada penulis dalam pelaksanaan Proyek Akhir Ini.

5. Bapak Abdullah Asegaf.,Ir.,MT selaku pembimbing yang telah memberikan bimbingan, pengarahan dan semangat kepada penulis dalam pelaksanaan Proyek Akhir Ini.

6. Seluruh Dosen di Program Studi Teknik Listrik ini yang telah membantu penulis dalam penelesaian Proyek Akhir Ini.

(8)

7. Seluruh staf dan karyawan Politeknik Negeri Bandung.

8. Seluruh rekan HML dan seluruh teman teman Listrik dan Warga Asrama. 9. Untuk semua pihak yang tidak tersebutkan.

Semoga Allah SWT membalas semua amal kebaikannya dengan pahala yang berlipat ganda, amin.

Penulis sadar bahwa laporan proyek akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu beberapa kritik dan saran sangat penulis harapkan. Akhir kata semoga laporan ini bermanfaat.

Bandung, Juli 2012 Penulis

(9)

DAFTAR ISI

COVER ... i

LEMBAR PENGESAHAN... ii

RIWAYAT HIDUP... iii

KATA MUTIARA ... iv

ABSTRAK... v

ABSTRACT ... vi

KATA PENGANTAR... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR GAMBAR... xii

DAFTAR TABEL ... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ... xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Tujuan... 2 1.3 Rumusan Masalah ... 2 1.4 Batasan Masalah... 2 1.5 Metodologi Penelitian ... 2 1.6 Sistematika Penulisan... 3

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Energi Angin... 4

2.1.1 Asal Energi Angin ... 4

2.2. Definisi Turbin Angin ... 6

2.2.1 Jenis Turbin Angin ... 6

2.2.1.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH)... 6

2.2.1.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal ... 8

2.2.2 Sistem Konversi Energi Angin... 10

2.2.3 Pemilihan Sistem Transmisi Daya... 12

(10)

2.2.4 Komponen-komponen Turbin Angin ... 13

2.3 Generator ... 14

2.3.1 Prinsip Kerja Generator ... 15

2.4 Penyearah (Rectifier) ... 15

2.4.1 Penyearah 3 Fasa Gelombang Penuh Tidak Terkendali ... 16

2.5 DC Chopper... 2.5.1 Buck Konverter... 17

2.5.2 Boost Konverter... 20

2.6 Baterai... 23

2.7 Inverter ... 26

2.7.1 Topologi Rangkaian Inverter Satu Fasa ... 27

2.7.1.1 Full Bridge Inverter ... 27

2.7.1.2 Pengendalian Tegangan Inverter ... 29

2.7.1.2.1 Modulasi Lebar Pulsa Sinusoidal ... 29

2.8 Transformator (trafo)... 30

2.8 Power Simulator (PSIM 9.03)... 31

BAB III PERANCANGAN 3.1 Pendahuluan... 32

3.2 Kapasitas Pembangkit Listrik Tenaga Angin ... 34

3.3 Perancangan Turbin angin beserta generator dengan beban resistor 1 Ω... 35

3.4 Perancangan Rangkaian Kontrol MPPT Buck Konverter... 35

3.5 Perancangan Rangkaian Simulasi Persamaan Baterai... 37

3.6 Perancangan Rangkaian Simulasi Persamaan Boost Chopper ... 38

3.7 Perancangan Rangkaian Simulasi Inverter... 41

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Pengujian Turbin angin dan generator dengan beban resistor 1 ohm ... 44

4.2 Pengujian Turbin angin dan generator berbeban ... 45

4.3 Pengujian MPPT buck konverter ... 46

(11)

4.4 Pengujian rangkaian inverter ... 47 4.5 Pengujian rangkaian boost chopper ... 50

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 52 5.2 Saran ... 52 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(12)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal... 7

Gambar 2.2 Varian Turbin Angin Sumbu Vertikal ... 9

Gambar 2.3 Generator arus bolak-balik 3 fasa... 14

Gambar 2.4 Penyearah 3 fasa sistem jembatan ... 16

Gambar 2.5 Rangkaian buck chopper... 17

Gambar 2.6 Rangkaian buck chopper ketika transistor on ... 18

Gambar 2.7 Rangkaian buck chopper ketika transistor off... 18

Gambar 2.8 Rangkaian boost chopper... 20

Gambar 2.9 Rangkaian boost chopper ketika transistor on ... 21

Gambar 2.10 Rangkaian boost chopper ketika transistor off... 22

Gambar 2.11 Prinsip pengosongan dan pengisian akumulator ... 24

Gambar 2.12 Bentuk nyata dari akumulator ... 26

Gambar 2.13 Blok diagram inverter satu fasa... 26

Gambar 2.14 Rangkaian daya full bridge inverter ... 28

Gambar 2.15 Pemberian pulsa gate dan tegangan keluaran full bridge inverter ... 28

Gambar 2.16 Modulasi lebar pulsa sinusoidal ... 29

Gambar 3.1 Block diagram pembuatan simulator ... 33

Gambar 3.2 Pembangkit listrik tenaga angin dengan beban resistor 1 ohm pada PSIM 9.0.3 ... 35

Gambar 3.2 Rangkaian MPPT Buck Konverter pada PSIM 9.0.3... 36

Gambar 3.3 Rangkaian persamaan baterai... 38

Gambar 3.4 Rangkaian Simulasi Persamaan Boost Chopper ... 39

Gambar 3.5 Perancangan inverter dengan SPWM... 42

(13)

Gambar 4.1 Gelombang tegangan masukan buck konverter pada kecepatan angin

3 m/s... 46

Gambar 4.2 Gelombang tegangan keluaran buck konverter ... 47

Gambar 4.3 Gelombang tegangan masukan dan tegangan keluaran inverter... 48

Gambar 4.4 Gelombang Arus keluaran (Iout) inverter sebelum melewati trafo... 48

Gambar 4.5 Gelombang Arus keluaran (Iout) inverter setelah melewati trafo... 49

Gambar 4.6 Gelombang tegangan keluaran inverter 220 Volt ... 49

Gambar 4.7 Gelombang tegangan masukan keluaran pada boost chopper ... 50

(14)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kondisi angin ... 5

Tabel 3.2 Sfesifikasi Generator ... 34

Tabel 3.3 Sfesifikasi Turbin Angin ... 34

Tabel 3.4 Komponen Rangkaian Buck Regulator ... 37

Tabel 3.5 Komponen Rangkaian Boost Chopper ... 41

Tabel 3.6 Komponen Rangkaian Inverter... 43

Tabel 4.1 Hasil pengujian dengan beban resistor 1 ohm ... 44

Tabel 4.2 Daya keluaran berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan dengan kecepatan angin yang berbeda... 45

(15)

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A : Prosedur Pembuatan Simulator Pembangkit Listrik Tenaga Angin Pada Power Simulator (PSIM 9.03)

LAMPIRAN B : Data Sheet MOSFET IRF640

(16)

DAFTAR PUSTAKA

1. Rashid H, Muhammad. Power Electronik HandBook. Academic Press: 2001.

2. Mohan,N., Undeland, T . M., &Robbins,W.P.,Power

ElectronicsConvertera, Application &Design, John Wiley & Sons,New

York: 2003.

3. .2008. Konverter AC –DC 3 Fasa.http://elearning-ft.unp.ac.id/e-learning/[email protected][diakses pada april 2012]

4. M.Dali,J.Belhadj and X. Roboam, Design of a stand alone hybrid

Photovoltaic Wind Generating System with battrey storage.

5. Heryana, Nana.DC-AC Coverter (Inverter) Electrical Energy Conversion Research Laboratory Institute of Technology Bandung: 2011

6. .2003.Membua tdan Mendesain Boost Chopper. http://ngerumpilistrik .blogspot.com/[diakses pada juni 2012]

7. Patel R, Mukund. Wind and Solar Power System:U.S. Merchant Marine Academy Kings Point, New York, 2000.