OPTIMASI DAYA PADA SISTEM TURBIN ANGIN
MENGGUNAKAN KONTROL
PITCH ANGLE
DENGAN
FUZZY LOGIC CONTROL
(APLIKASI PADA KECEPATAN ANGIN DAERAH NIAS UTARA)
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan dalam Menyelesaikan
Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi
Teknik Energi Listrik
Oleh:
ARIFIN
NIM: 130402092
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Kebutuhan energi listrik pada saat ini adalah kebutuhan vital masyarakat
yang terus meningkat setiap tahunnya. Pembangkit yang tersedia saat ini
menggunakan bahan bakar fosil yang memiliki efek buruk pada lingkungan
karena polusi yang dihasilkannya menggakibatkan efek pemanasan global.
Sehingga banyak yang mulai berinovasi dengan energi terbarukan yang ramah
lingkungan dan tersedia secara berkelanjutan. Salah satu energi terbarukan yaitu
energi angin, Pemanfaatan energi angin memiliki kendala pada kecepatan angin
yang berubah – ubah setiap waktu, oleh karena itu para peneliti mengembangkan
metode optimasi daya untuk turbin angin. Kontrol Pitch Angle adalah salah satu
metode optimasi pada turbin angin yang telah banyak digunakan untuk
menyesuaikan daya mekanis yang diterima turbin saat kecepatan angin tinggi,
sehingga turbin bekerja pada daerah aman walau kecepatan angin tinggi.
Penelitian ini membahas tentang kontrol Pitch angle pada turbin angin
menggunakan Fuzzy Logic, penggunaan kontrol ini mempengaruhi koefisien daya
dari turbin angin. Penelitian ini menggunakan simulasi MATLAB yang
menghasilkan metode pengontroloan turbin angin untuk menjadi pembangkit
listrik di daerah Nias Utara dan sekitarnya menjadi lebih optimal dan turbin
bekerja pada daerah aman yaitu dengan selisih daya mekanis sebesar 1-5% dari
daya mekanis yang ditentukan dan effisiensi Pembangkit listrik sebesar 90% dari
daya mekanis yang disalurkan.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
kasih dan karunia-Nya sehingga penulis diberikan kemampuan dan kesempatan
untuk dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan baik dan benar.
Skripsi yang berjudul “ OPTIMASI DAYA PADA SISTEM TURBIN
ANGIN MENGGUNAKAN KONTROL PITCH ANGLE DENGAN FUZZY LOGIC CONTROL (APLIKASI PADA KECEPATAN ANGIN DAERAH NIAS UTARA) ” yang penulis susun sebagai salah satu syarat untuk
menyelesaikan pendidikan sarjana di Departemen Teknik Elektro, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam penulisan Skripsi ini, penulis telah
banyak mendapat bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis
mengucapkan terima kasih kepada :
1. Keluarga tercinta : Bapak Saibun, S.E , Ibu Lia, kakak saya Laras K,
A.Md.Keb dan adek saya Resti S atas segala kasih sayang, doa,
dukungan, kesabaran, dan pengertiannya selama penulis menjalani
perkuliahan.
2. Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T. selaku Dosen Pembimbing Skripsi yang
telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberi
bantuan,bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama
penyusunan Skripsi ini. Terima kasih sebesar-besarnya penulis
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. dan Bapak Ir. Syamsul Amien,
M.S. selaku Dosen Penguji Skripsi yang telah membimbing dan
memotivasi penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini.
4. Bapak Ir. M. Zulfin, M.T. selaku dosen wali penulis atas segala
bimbingan dan nasehat, serta motivasinya selama penulis menjalani
kegiatan akademik.
5. Bapak Dr. Fahmi, ST., M.Sc., IPM dan Bapak Ir. Arman Sani, M.T.
selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh Dosen Departemen Teknik Elektro FT-USU yang telah
membekali penulis dengan berbagai disiplin ilmu selama masa
pendidikan.
7. Teman-teman seperjuangan Skripsi dengan tema energi terbarukan
yang tidak kenal lelah berdiskusi untuk saling membantu dan
mengajari yaitu Kemal Syafrizal Arun, Taufik Alfajri Zulhelmi, Aidil
Bahari dan Juliansyah Harahap hingga skripsi ini dapat terselesaikan
dengan baik.
8. Teman-teman terdekat di kampus yaitu Agustinus Putramas, Jackson
Lokinanta dan Winny Maisyarah atas bantuan, masukan dan selalu
memberi inspirasi kepada penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini.
9. Teman-teman stambuk 2013 di Departemen Teknik Elektro FT-USU
yang selalu siap membantu dalam urusan kuliah atas dukungan, doa,
10.Semua abang-kakak senior, terkhusus abang-kakak senior yang mau
berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis
11.Seluruh pegawai dan karyawan Departemen Teknik Elektro FT-USU
atas segala bantuan dan dukungannya.
12.Seluruh pegawai dan karyawan BMKG stasiun klimatologi Deli
serdang atas segala bantuan dan informasinya.
Juga penulis menyampaikan terima kasih kepada pihak pihak yang telah
membantu namun tidak dapat penulis sebutkan satu per satu di sini.
Penulis menyadari bahwa Skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan.
Untuk itu, dengan segala kerendahan hati penulis bersedia menerima saran dan
kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan Skripsi ini. Akhir kata,
penulis berharap semoga penulisan Skripsi ini bermanfaat bagi siapapun yang
membutuhkannya dan semoga semua makhluk berbahagia.
Medan, 7 Juli 2017
ARIFIN
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... ix
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 3
1.5 Manfaat Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Energi Angin... 4
2.2 Turbin Angin ... 5
2.2.1 Turbin Angin Sumbu Vertikal... 6
2.2.2 Turbin Angin Sumbu Horizontal ... 7
2.2.3 Turbin Angin Kecepatan Tetap ... 9
2.2.4 Turbin Angin Kecepatan Variable... 10
2.3 Kontrol Daya ... 11
2.3.1 Yaw Control ... 12
2.3.2 Stall Control ... 13
2.4 Pitch Angle Control Method ... 16
2.4.1 Power Coefficient ... 16
2.4.2 Proportional and Integral (PI) Controller ... 19
2.4.3 Fuzzy Logic Controller (FLC) ... 20
BAB III METODE PENELITIAN ... 22
3.1 Tempat dan Waktu ... 22
3.2 Data dan Peralatan ... 22
3.3 Pelaksanaan Penelitian ... 22
3.4 Variable Yang Diamati... 22
3.5 Prosedur Penelitian ... 23
3.6 Model Simulasi ... 25
3.7 Pitch Control With Fuzzy Logic ... 26
3.8 Rancangan Simulasi Turbin Angin ... 31
BAB IV HASIL DAN ANALISIS ... 34
4.1 Umum ... 34
4.2 Pengaturan Pitch Angle menggunakan Fuzzy Logic ... 35
4.3 Hasil Simulasi dan Analisis ... 38
4.3.1 Perbandingan Daya Mekanis Perhitungan dan Simulasi ... 43
4.3.2 Perbandingan Daya Mekanis dan Daya Listrik Hasil Simulasi ... 46
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 48
5.1 Kesimpulan ... 48
5.2 Saran ... 49
DAFTAR PUSTAKA ... 50
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bentuk Dan Komponen Turbin Angin Sumbu Vertikal ... 7
Gambar 2.2 Bentuk Dan Komponen Turbin Angin Sumbu Horizontal ... 8
Gambar 2.3 Skema Turbin Angin Kecepatan Tetap ... 10
Gambar 2.4 Skema Turbin Angin Kecepatan Tidak Tetap ... 11
Gambar 2.5 Cara Kerja Kontrol Arah Pada Turbin Angin ... 13
Gambar 2.6 Cara Kerja Kontrol Pitch Angle Pada Turbin Angin ... 15
Gambar 2.7 Blok Diagram Kontroler PI ... 19
Gambar 2.8 Blok Diagram Kontroler Fuzzy Logic ... 21
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 23
Gambar 3.2 Blok Diagram Simulasi Turbin Angin ... 25
Gambar 3.3 Blok Diagram Kontrol Pitch Angle ... 27
Gambar 3.4 Grafik Karakteristik Cp - λ untuk nilai β yang berbeda... 28
Gambar 3.5 Fungsi Membership Sinyal Input Kendali Fuzzy (Power Error) ... 29
Gambar 3.6 Fungsi Membership Sinyal Output Kendali Fuzzy (Variasi Sudut) .. 30
Gambar 3.7 Rangkaian simulasi kontrol pitch angle pada turbin angin ... 31
Gambar 3.8 Karakteristik Daya Turbin Angin ... 32
Gambar 3.9 Rangkaian Simulasi Turbin Angin Dengan Kontrol Pitch Angle Mengunakan Fuzzy Logic ... 33
Gambar 4.1 Fungsi Keangotaan Input Fuzzy Logic (Kecepatan Angin) ... 37
Gambar 4.2 Fungsi Keangotaan Output Fuzzy Logic (Pitch Angle) ... 37
Gambar 4.3 Kecepatan Angin Hasil Simulasi ... 38
Gambar 4.4 Kontrol Pitch angle pada turbin angin ... 39
Gambar 4.6 Daya Mekanis Turbin Angin Dengan Kontrol Pitch Angle ... 40
Gambar 4.7 Tegangan keluaran generator dengan kontrol Pitch Angle ... 41
Gambar 4.8 Bentuk Tegangan 3 fasa Keluaran Generator ... 41
Gambar 4.9 Arus keluaran generator dengan kontrol Pitch Angle ... 42
Gambar 4.10 Daya keluaran generator dengan kontrol Pitch Angle ... 42
Gambar 4.11 Daya Mekanis Turbin Angin Sudut Tetap dan Pitch Control ... 44
Gambar 4.12 Perbandingan Daya Mekanis Perhitungan dan Simulasi ... 44
Gambar 4.13 Hubungan Cp terhadap Daya Mekanis Turbin Angin ... 45
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Kecepatan Angin ... 28
Tabel 3.2 Aturan pitch control dengan fuzzy logic ... 30
Tabel 3.3 Parameter Turbin Angin ... 31
Tabel 3.4 Parameter Generator dan Beban... 33
Tabel 4.1 Besaran Sudut Pada Setiap Kecepatan Angin ... 36
Tabel 4.2 Daya Mekanis Perhitungan Dan Simulasi ... 43
