Pengaturan Output Generator Induksi dengan Static Synchronous Compensator (STATCOM) pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin

(1)

PENGATURAN OUT SYNCHRONOUS COMPE

Diajukan untuk memenuhi

Departemen Tekni

DEPA

UNIVER

TUGAS AKHIR

UTPUT GENERATOR INDUKSI DENGAN PENSATOR (STATCOM) PADA PEMBANG

TENAGA ANGIN

nuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarj

eknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi L

Oleh:

Riswanta Sembiring NIM : 110402073

EPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

IVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2016

AN STATIC NGKIT LISTRIK

n sarjana (S1) pada

(2)

(3)

ABSTRAK

Energi angin merupakan energi terbarukan yang dapat digunakan untuk suplai

tambahan kebutuhan energi listrik. Pada wilayah persawahan dan tepi pantai, energi angin

memiliki potensi yang besar dalam memberi tambahan suplai daya kebutuhan energi listrik

Pemanfaatan energi angin memiliki kendala pada kecepatan angin yang berubah-ubah yang

menyebabkan frekuensi dan tegangan output pembangkitan tidak stabil. Generator induksi

merupakan salah satu solusi karena tidak harus diputar pada kecepatan tetap. Pada tugas

akhir ini, penulis membahas pengaturan output generator induksi dengan static synchronous

compensator pada pembangkit listrik tenaga angin. Melalui pengaturan ini, akan diuji output

generator induksi berupa tegangan, frekuensi, daya aktif, dan daya reaktif. Metode yang

digunakan ialah dengan mengubah jumlah kutub generator induksi dan perubahan kecepatan

angin. Penelitian diakukan dengan menggunakan software simulasi PSIM. Hasil yang didapat

ialah, STATCOM mampu mempertahankan keluaran tegangan pada 285 Volt dan frekuensi

pada 50 Hz pada kondisi perubahan kecepatan angin dan perubahan jumlah kutub generator

induksi.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat

dan rahmatNya yang diberikanNya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan

Tugas Akhir yang berjudul “Pengaturan Output Generator Induksi Dengan Static

Synchronous Compensator (STATCOM) Pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin”. Penulisan

Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi dan

memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orangtua yang telah

membesarkan penulis, saudara kandung penulis dan kepada semua yang memberi perhatian

dan dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.

Selama masa perkuliahan sampai penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat

dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis hendak

menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah

banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberi bantuan,bimbingan, dan

pengarahan kepada penulis selama penyusunan Tugas Akhir ini. Terima kasih

sebesar-besarnya penulis ucapkan untuk beliau

2. Ibu Syska Yana, ST, MT dan bapak Ir. Eddy Warman, MT selaku Dosen Penguji

3. Bapak Ir. Sihar. P. Panjaitan, MT selaku Dosen Wali penulis

4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro USU

dan Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT

USU

5. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara

6. Para asistan Laboratorium Konversi Energi dan Laboratorium Analisis Sistem Tenaga

yang telah memberi banyak masukan

7. Teman-teman stambuk 2011: Marluhut, Tiddaucy, Analbert, Frederik, Anriadi, Andri

Simamora, Josua, Vero, Emir, Memory, Dedi, Riko, Josia, Guntur, Rizky, Ricky,

Putra, Trendy, Ronni,Toni, Sandro, Dedi, Syahlan, Fikri, Andreas dan teman-teman

lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu

8. Saudara Emir Lutvi Pahlevi dalam membantu penulis memperoleh data

(5)

10. Semua abang-kakak senior, terkhusus abang-kakak senior yang mau berbagi

pengalaman dan motivasi kepada penulis

11. Ayah, ibu, serta abang, kakak dan adik penulis yang sudah memberi dukungannya

12. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis ucapkan terima

kasih

Medan, 12 Desember 2015

Penulis,

(6)

Daftar Isi

I.1 Latar Belakang……….. 1

I.2 Perumusan Masalah………... 2

I.3 Tujuan………. 3

I.4 Batasan Masalah……….. 3

I.5 Manfaat……… 3

II. TINJAUAN PUSTAKA………... 4

II.1 Pembangkit Listrik TenagaAngin……… 4

II.1.1 Karakteristik Turbin Angin……… 5

II.1.2 Jenis TurbinAngin………. 6

II.1.3 Turbin Angin Kecepatan Tetap (Fix Seed Wind Turbine/ FSWT…...7

II.1.4 Turbin Angin Kecepatan Berubah (Variable Seed Wind Turbine/ VSWT…...8

II.2 Generator Induksi………. 10

II.2.1 Prinsip Kerja Generator Induksi………. 10

II.2.2 Karakteristik Mesin Induksi……… 11

II.2.3 Generator Induksi Masukan Ganda (Double Fed Induction Generator/ DFIG………13

II.3 Static Synchronous Compensator (STATCOM)……… 15

II.3.1 Prinsip Operasi Dasar STATCOM………. 15

II.3.2 VSC (VoltageSource Converter)………16

II.4 Diagram Blok Sistem Kerja STATCOM……….18

II.4.1 Pengaturan Tegangan………...18

(7)

II.5 Skematik Total Sistem………..19

II.6 Diagram Alir Sistem Kontrol STATCOM………20

III. METODEPENELITIAN……….21

III.1 Tempat dan Waktu………. 21

III.2 Bahan dan Peralatan……….21

III.3 Pelaksanaan Penelitian……….21

III.4 Variabel yang Diamati……….21

III.5 Prosedur Penelitian………..22

III.6 Pemodelan Sistem di Software PSIM………. 24

III.6.1 Pemodelan Sistem KontrolSTATCOM……… 29

III.6.2 Pemodelan Sistem Kontrol Grid……… 30

IV. SIMULASI………. 34

IV.1 Simulasi Perubahan Kutub Mesin Induksi………. 34

IV.2 Simulasi Perubahan Kecepatan Angin………47

V. HASIL DAN PEMBAHASAN………. 56

V.1 Sampel Hasil SimulasiPerubahan Kutub………... 55

V.2 Analisis Hasil Simulasi Perubahan Jumlah Kutub……… 56

V.2.1 AnalisisFrekuensi……….. 56

V.2.2Analisis Tegangan……… 58

V.1.3 Analisis Daya Aktif dan Daya Reaktif………59

V.3 Sampel Hasil Simulasi Perubahan Kecepatan Angin……… 60

V.3.1 AnalisisFrekuensi……….. 60

V.3.2 Analisis Tegangan……….. 61

V.2.3 Analisi Daya Aktif dan Daya Reaktif……… 62

(8)

Daftar Gambar

Gambar 2.1 Sistem dasar pembangkit listrik tenaga angin……….. 4

Gambar 2.2 kurvac hasil dari variasi kecepatan angin……… 5

Gambar 2.3 Turbin angin vertikal……… 5

Gambar 2.4 Turbin angin horizontal……… 6

Gambar 2.5 Skematik diagram pembangkit tenaga angin kecepatan tetap………. 7

Gambar 2.6 Skematik diagram pembangkit tenaga angin variable speed dengan (a) generator induksi rotor sangkar, (b) generator induksi rotor belitan, (c) permanent magnet synchronous motor……….. 8

Gambar 2.7 Karakteristik mesin induksi pada grafik torsi vs speed/ torsi vs slip……….. 11

Gambar 2.8 Skema generator induksi penguat sendiri (SEIG), Self Excited Induction Generator……….... 12

Gambar 2.9 Rangkaian ekivalen generator induksi masukan ganda……….. 13

Gambar 2.10 Skematik diagram dari STATCOM……….…. 15

Gambar 2.11 Skematik sistem kerja STATCOM……….….. 16

Gambar 2.12 Voltage Source Converter 3 phasa……….…. 17

Gambar 2.13 Sinyal referensi sinusoidal dan sinyal carrier segitiga……….…… 18

Gambar 2.14 Blok diagram pengaturan tegangan……….……….. 18

Gambar 2.15 Blok diagram pengaturan frekuensi……….….. 18

Gambar 2.16 Skematik Total Sistem……… 19

Gambar 2.17 Diagram alir sistem kontrol STATCOM……… 20

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian……… 22

Gambar 3.2 Turbin angin pada PSIM 9.0……… 23

Gambar 3.3 Kotak dialog parameter turbin angin………... 23

Gambar 3.4 Model mesin induksi rotor belitan pada PSIM………... 24

Gambar 3.5 Kotak dialog parameter mesin induksi rotor belitan………... 25

Gambar 3.6 Model static synchronous compensator (STATCOM)………... 25

Gambar 3.7 Model Grid Side Converter……… 26

Gambar 3.8 Model sistem grid……….. 26

Gambar 3.9 Kotak dialog parameter sistem grid……… 27

Gambar 3.10 Skematik pembangkitan tenaga angin pada PSIM……….. 28

(9)

Gambar 3.12 Model sistem kontrol grid………...….. 30

Gambar 3.13 Model kontrol tegangan DC………...….. 30

Gambar 3.14 Model transformasi abc-α β ………...…... 31

Gambar 3.15 Model pengontrol arus α ………..………… 31

Gambar 3.16 Model pengontrol arus β ……….….... 32

Gambar 4.1 Kotak dialog parameter mesin induksi dengan jumlah kutub n =4….……. 33

Gambar 4.2 Grafik output daya generator dan kotak dialog pengukuran output daya generator………..…… 34

Gambar 4.3 (a) Grafik Tegangan 3 phasa, (b) Grafik tegangan 1 phasa, (c) Kotak dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot waktu……..…. 35

Gambar 4.4 (a) Grafik kecepatan generator, (b) kotak dialog pengukuran kecepatan generator pada suatu titik plot waktu………..……. 35

Gambar 4.5 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata output generator………..….. 35

Gambar 4.6 Kotak dialog parameter mesin induksi dengan jumlah kutub n = 6……..… 36

Gambar 4.7 Grafik output daya generator dan kotak dialog pengukuran output daya generator pada suatu titik plot waktu………..…. 37

Gambar 4.8 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) kotak dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot………. 37

Gambar 4.9 (a) Grafik kecepatan putar generator, (b) kotak dialog pengukuran kecepatan generator pada suatu titik plot waktu………..…. 38

Gambar 4.10 Pengukuran nilai rata-rata output generator………..…. 38

Gambar 4.11 Kotak dialog parameter mesin induksi jumlah kutub n = 8…………..….. 38

Gambar 4.12 Grafik output daya generator dan pengukuran output daya generator pada suatu titik plot waktu……….… 39

Gambar 4.13 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) kotak dialog pengukutan tegangan1 phasa pada suatu titik plot waktu………..… 40

Gambar 4.14 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata dari output generator………..…. 40

Gambar 4.15 Grafik kecepatan generator dan kotak dialog pengukuran kecepatan generator pada suatu titik plot waktu………..…. 40

Gambar 4.16 Kotak dialog parameter generator induksi jumlah kutub n = 12……….... 41

Gambar 4.17 Grafik output daya generator dan kotak dialog pengukuran output daya pada suatu titik plot waktu………... 41

(10)

Gambar 4.19 (a) Grafik kecepatan generator, (b) kotak dialog pengukuran

kecepatan generator pada suatu titik plot waktu………... 43

Gambar 4.20 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata output generator………. 43

Gambar 4.21 Kotak dialog parameter mesin induksi jumlah kutub n = 2……… 43

Gambar 4.22 Grafik output daya generator dan pengukuran output

daya pada suatu titik plot waktu……….. 44

Gambar 4.23 Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa,

(c) grafik pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot waktu……... 45

kecepatan generator pada suatu titik plot waktu………. 45

Gambar 4.25 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata output generator……… 46

Gambar 4.26 Grafik output generator dan kotak dialog pengukuran output

generator pada suatu titik plot………. 47

Gambar 4.27 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) kotak

dialog pengukuran tegangan pada suatu titik plot waktu………... 47

Gambar 4.30 Grafik output daya dan kotak dialog pengukuran output daya

pada suatu titik plot waktu………. 48

dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot waktu………. 49

Gambar 4.34 Grafik output daya generator dan kotak dialog pengukuran

output daya pada suatu titik plot waktu……….. 50

Gambar 4.35 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) Kotak

dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot waktu………… 51

Gambar 4.36 (a) Grafik kecepatan putar generator, (b) kotak dialog pengukuran

kecepatan generator pada suatu titik plot waktu……….. 52

Gambar 4.37 Kotak dialog pengukuran nilai rata rata output generator………. 52

Gambar 4.38 Grafik output daya generator dan kotak dialog pengukuran output

(11)

dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot………. 53

Gambar 4.40 (a) Grafik kecepatan putar generator, (b) kotak dialog pengukuran kecepatan generator pada suatu titik plot………... 54

Gambar 4.42Vektor α dan β ……….. 79

(12)

Daftar Tabel

Tabel 5.1 Sampel data hasil simulasi perubahan jumlah kutub……….56