OPTIMASI PARAMETER SISTEM EKSITASI UNTUK KONDENSOR SINKRON SEBAGAI PENGATUR TEGANGAN PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BAYU (PLTB) Maman Suryawan1, Tedjo Sukmadi2, Susatyo Handoko2 123
Jurusan Teknik Elektro, Universitas Diponegoro Semarang Jl. Prof. Sudharto, SH. Kampus UNDIP Tembalang, Semarang 50275, Indonesia 1)
[email protected] 2)
[email protected]
3)
[email protected]
Abstrak Teknologi pembangkit listrik tenaga angin pada dua dekade ini berkembang sangat pesat dan pemanfaatannya sangat menjajikan. Namun energi angin memiliki karakteristik yang berubah-ubah sehingga apabila output generator induksi dihubungkan pada jaringan akan menyebabkan transfer daya dan tegangan yang berubah-ubah. Permasalahan ini perlu dianalisa agar energi listrik yang dibangkitkan dapat dimanfaatkan secara optimal. Dalam penelitian ini akan disimulasikan suatu model pengaturan tegaangan listrik pada pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) menggunakan software MATLAB 7.6 (R2008a). Penelitian ini menitik beratkan pada pemodelan sistem PLTB dan optimasi parameter sistem eksitasi tipe DC1A untuk kondensor sinkron sebagai pengaturan tegangan pada PLTB. Optimasi sistem eksitasi yang dilakukan menggunakan metode algoritma genetika. Dari hasil simulasi dan analisa menunjukkan bahwa optimasi parameter sistem eksitasi tipe DC1A untuk kondensor sinkron menggunakan algoritma genetika dapat menemukan kombinasi yang optimal sehingga pengaturan tegangan model sistem PLTB dapat bekerja dengan baik saat terjadi perubahan kecepatan angin. Pada simulasi dan analisa diketahui sistem PLTB dengan kondensor sinkron berparameter sistem eksitasi kombinasi algoritma genetika 3 (percobaan kedua kombinasi parameter algen dengan peluang pindah silang 0,6 dan peluang mutasi 0,032) yaitu Ka = 297,2350, Ke = 0,6162, Kf = 0,01, Ta = 0,01 , Te = 0,01, dan Tf = 0,6278 merupakan kombinasi parameter eksitasi terbaik yang diperoleh. Dengan menghasilkan nilai ITAE 115,6604, rise time 0,17 s , over shoot 1,54% steady state 0,44 s , tegangan terkecil setelah perubahan kecepatan angin 0,9957 pu dan tegangan terbesar setelah perubahan kecepatan angin yaitu 1,0025 pu . Kata Kunci : PLTB, sistem eksitasi, kondenser sinkron, algoritma genetika.
Abstract Technology of wind power in two decades is rapidly increasing and utilization is very promising. However, wind speed change continuously, so when output induction generator is connected to the network will cause the transfer of power and voltage swings. So that this problem needs to be analyzed in order to the electrical energy generated can be used optimally. In this final project a model of voltage regulation at power plants of wind energy (PLTB) will be simulated using MATLAB 7.6 (R2008a). This final project focuses on system modeling and optimization parameters of excitation systems type DC1A for synchronous condenser as voltage regulation on PLTB. Excitation system optimization made using genetic algorithms method. From the simulation results and analysis known than optimization parameters of excitation system for synchronous condenser type DC1A use genetic algorithms could find the optimal combination. So the voltage regulation of PLTB model can work well when there is change in the wind speed. In the simulation and analysis of systems known PLTB with excitation system parameterized combination of genetic algorithms 3 (second experiment of parameters combined with crossovers opportunities 0.6 and mutations opportunities 0.032) which Ka = 297.2350, Ke = 0.6162, Kf = 0.01, Ta = 0.01, Te = 0.01 and Tf = 0.6278 is the best combination of excitation parameters obtained. By generating the 115.6604 ITAE value, over shoot 1,54%, steady state 0,44 s, the smallest voltage value after wind speed change is 0.9957 pu and the largest voltage value after wind speed change is 1.0025 pu. Key Word : PLTB, excitation system, synchronous condenser, algoritma genetika.
1. Pendahuluan
tinggi dengan biaya yang lebih rendah dibandingkan pembangkit alternatif lain yang ada saat ini.
Teknologi pembangkit listrik tenaga angin pada dua dekade ini berkembang sangat pesat. Energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin memiliki banyak manfaat namun agar dapat dimanfaatkan pada banyak aplikasi dan sesuai secara ekonomis maka proses pembangkitan listrik sistem ini sendiri harus andal. Sistem ini harus memiliki efisiensi
Namun energi angin memiliki karakteristik yang berubahubah sehingga apabila output generator induksi dihubungkan pada jaringan akan menyebabkan transfer daya dan tegangan yang berubah-ubah. Sehingga permasalahan ini perlu dianalisa dan dikembangkan solusi
pemecahannya. Salah satu solusi yang dapat digunakan adalah pengaturan kestabilan tegangan menggunakan kondensor sinkron. Kondensor sinkron merupakan motor sinkron yang beroperasi tanpa beban dimana komponen utama pembentukan profil tegangan terminal adalah sistem eksitasinya. Sistem eksitasi merupakan komponen yang sangat penting dalam pengoperasian mesin sinkron. Secara keseluruhan sistem eksitasi ini berperan dalam pengaturan daya reaktif dan meningkatkan sistem kestabilan tenaga listrik dengan tenaga angin. Pengaturan sistem eksitasi yang tepat dari sebuah sistem eksitasi dapat meningkatkan kestabilan dan keandalan sistem tenaga listrik. Sebaliknya pengaturan parameter yang tidak tepat pada sistem eksitasi dapat menurunkan keandalan sistem tenaga listrik.
Gambar 2. Model simulink sistem PLTB dengan kondensor sinkron
Spesifikasi model yang digunakan antara lain, model turbin angin digunakan untuk mengkonversi energi angin menjadi energi kinetik yang kemudian dikonversi lagi menjadi energi listrik oleh generator. Model mesin induksi tiga fasa tipe squirrel cage (mesin induksi rotor sangkar bajing) yang digunakan sebagai generator induksi dengan kemampuan menghasilkan daya 160 kVA, tegangan antar fasa 380 volt dan frekuensi listrik 50 Hertz. Nilai Rs, Lls, Rr, Llr, Lm, Inertia, pole, dan Friction Factor berturut-turut adalah 0,01379 pu, 0,04775 pu, 0,007728 pu, 0,04775 pu, 2,416 pu, 0,2236 pu, 2 pasang, dan 0,008726 pu
Tujuan pembuatan penelitian ini adalah untuk adalah emperoleh parameter Ka, Ke, Kf, Ta, Te, dan Tf sistem eksitasi tipe DC1A standar IEEE yang digunakan pada kondensor sinkron menggunakan metode algoritma genetika. Dan membandingkan unjuk kerja sistem eksitasi kondensor sinkron dengan parameter Ka, Ke, Kf, Ta, Te, dan Tf yang diperoleh menggunakan teknik komputasi algoritma genetika dengan parameter Ka, Ke, Kf, Ta, Te, dan Tf dari contoh parameter jurnal IEEE 421.5 2005 pada kondisi perubahan kecepatan angin.
Dalam penelitian ini, metode peneliatain yang dilakukan adalah memodelkan sistem PLTB dan sistem eksitasi kondensor sinkron kedalam bentuk model simulink perangkat lunak MATLAB kemudian dianalisa berdasarkan kondisi sebelum sistem eksitasi dioptimasi dan sesudah dioptimasi. Berikut adalah penjelasan proses pembuatan model dan program optimasi sistem.
Daya kapasitor yang dipilih adalah 29,3 kVAR Sedangkan Consumer Load yang digunakan adalah beban resiftif tiga fasa dengan besar daya 80 kW. Model mesin sinkron yang digunakan dalam simulasi ini adalah model mesin sinkron dalam satuan pu (per unit) dengan daya 100 kVA, tegangan antar fasa 380 volt dan frekuensi listrik 50 Hertz. Kondisi awal pada model mesin sinkron ini berdasarkan nilai awal pada MATLAB yaitu nilai arus sebesar 0,827 pu untuk tiap-tiap fasa dan tegangan medan pada rotor atau eksitasi sebesar 2,71455 pu. Nilai masukan daya mekanis yang diberikan pada model mesin sinkron bernilai 0 kW.
2.1 Model Rangkaian Simulasi
2.2 Pemodelan Sistem Eksitasi
Model rangkaian simulasi dari pengaturan tegangan pada PLTB dengan kondensor sinkron dapat dilihat pada gambar 6 dan 7.
Fungsi utama sebuah sistem eksitasi adalah untuk menyediakan arus searah (AS/DC) ke kumparan medan mesin sinkron. Selain itu, sistem eksitasi melakukan kontrol dan fungsi perlindungan untuk kehandalan performa sistem listrik dengan cara mengatur tegangan medan dan arus medan. Dalam penelitian ini, sistem eksitasi yang dibahas adalah sitm eksitasi tipe DC1A seperti yang diperlihatkan pada gambar 4.
2. Metode
Gambar 1. Model simulink sistem PLTB tanpa kondensor sinkron Gambar 3. Model eksitasi tipe DC1A
Model eksitasi tipe DC1A merepresentasikan exciter DC komutator pengatur medan, dengan respon pengatur tegangan yang berkelanjutan. Eksitasi bisa saja merupakan eksitasi terpisah ataupun eksitasi tunggal, meskipun tipe
2
eksitasi sendiri menjadi tipe yang lebih biasa. Jika eksitasi adalah eksitasi sendiri KE dipilih sehingga pada awalnya VR = 0, VR merepresentasikan aksi operator untuk melacak pengatur tegangan yaitu dengan secara periodik memangkas nilai error melalui setelan rheostat tipe shunt.
Dalam penerapan algoritma genetika, ada beberapa parameter yang dilibatkan, di mana parameter ini menentukan kesuksesan suatu proses optimasi. Jenis parameter yang digunakan bergantung pada permasalahan yang diselesaikan, namun ada beberapa parameter yang menjadi standar, yaitu: a. Ukuran populasi (pop_size) b. Probabilitas crossover (pc) c. Probabilitas mutasi (pm) Program ini dibuat dalam 9 tahap, Tahap-tahap tersebut dirumuskan dalam diagram alir yang ditunjukkan oleh gambar 9 berikut.
Sinyal input utama ke masing-masing sistem eksitasi adalah output VC dari tranduser. Pada titik penjumlahan pertama, sinyal VC dikurangi dari referensi pengatur voltase Vref dan output VS dari sistem penstabil kekuatan, jika digunakan, ditambahkan untuk menghasilkan sinyal penggerak yang mengatur sistem eksitasi. Sinyal tambahan, seperti halnya pembatas output eksitasi (VUEL), hanya berperan selama kondisi ekstrim atau tidak biasa. Di bawah keadaan stabil, VS=0 dan VR bernilai tidak biasa untuk kondisi mesin sinkron berbeban sehingga sinyal error menghasilkan medan voltase Efd ysng diperlukan.
Mulai
Input data algoritma genetika
Inisialisasi Populasi Awal
Perancangan model sistem eksitasi dalam penelitian ini merencanakan besar konstanta penguatan untuk sistem Amplifier (Ka dan Ta), Exciter (Ke dan Te), dan Stabilizer/Regulator (Kf dan Tf). Model standar yang digunakan adalah sistem eksitasi tipe DC1A standar IEEE 421.5 2005. Model sistem eksitasi yang digunakan pada rangkaian simulasi MATLAB adalah sebagai berikut.
Dekodekan Kromosom
Proses simulasi program
Hitung Nilai Fitness
Pemilihan Individu Terbaik Tidak
1 vref
vd 3 vq
Linear Fitness Ranking
0 OEL
2 Mux
sqrt(u(1)^2 + u(2)^2)
1
tb.s+1
tr.s+1 Positive Sequence Voltage
Transfer Fcn 2
tc.s+1 Lead Lag Compensator (tc.s+1) | (tb.s+1)
Scope
ka
1 1
ta.s+1 Main Regulator ka | (ta.s +1)
te.s Saturation
Saturation 1
Exciter 1| (te.s)
Roulette Wheel
Vf
Pindah Silang
4 vstab ke
Mutasi
error To Workspace
Populasi Baru
f(u) Vx= Vx*SE(Vf) kf.s tf.s+1
Generasi = Generasi Maksimum
Damping kf.s | (tf.s+1)
Gambar 4. Model sistem eksitasi TIPE DC1A pada MATLAB
Ya
Selesai
2.3 Pembuatan Program Optimasi
Gambar 6. Diagram alir program optimasi
Pada program optimasi, fungsi objektif digunakan untuk mengetahui atau mengukur secara kualitatif seberapa baik solusi yang dihasilkan atau model yang terbentuk berdasarkan tujuan perencanaan sedangkan fungsi fitness digunakan untuk mengetahui secara kualitatif solusi yang dihasilkan berdasarkan fungsi objektif dan pelanggaran kendala (Constraints Violance). Dalam pemodelan sistem eksitasi fungsi objektif dibentuk berdasarkan akumulasi kesalahan tanggapan sistem dalam suatu durasi waktu simulasi tertentu. Teori yang mendukung pembentukan fungsi objektif adalah, kinerja suatu sistem kontrol terukur berdasarkan metode ITAE (Integral of Time Multiplied by Absolute Error) atau besar akumulasi kesalahan tanggapan sistem dikalikan dengan waktu untuk satu periode simulasi, secara matematis perhitungan diskrit dapat dirumuskan seperti pada (3.1). (1) dimana adalah lebar cuplikan waktu simulasi.
Pada penelitian ini, metodi optimasi yang digunakan adalah teknik komputaasi algoritma genetika. Algoritma genetika menggunakan analogi secara langsung dari kebiasaaan yang alami yaitu seleksi alam. Algoritma ini bekerja dengan sebuah populasi yang terdiri dari individu – individu, yang masing – masing individu mempresentasikan sebuah solusi yang mungkin bagi persoalan yang ada. Dalam kaitan ini, individu dilambangkan dengan sebuah nilai fitness yang akan digunakan untuk mencari solusi terbaik dari persoalan yang ada. Siklus dalam algoritma genetika dapat disederhanakan seperti terlihat pada gambar 5 berikut. POPULASI AWAL
EVALUASI FITNESS
POPULASI BARU
SELEKSI INDIVIDU
PINDAH SILANG DAN MUTASI
Gambar 5. Siklus Algoritma Genetika
3
3. Pengujian dan Analisa 3.1 Simulasi PLTB tanpa kondensor sinkron dan PLTB dengan kondensor sinkron 3.1.1 Simulasi PLTB tanpa kondensor sinkron kondisi kecepatan angin tetap
3.1.3 Simulasi PLTB dengan kondensor sinkron
Gambar 11. Tegangan terminal (Vabc) pada simulasi PLTB dengan kondensor sinkron kondisi angin berubah Gambar 7. Tegangan terminal (Vabc) pada simulasi PLTB tanpa kondensor sinkron kondisi angin tetap
Gambar 12. Daya generator turbin dan daya beban pada simulasi PLTB dengan kondensor sinkron kondisi angin berubah Gambar 8. Daya generator turbin dan daya beban pada simulasi PLTB tanpa kondensor sinkron kondisi angin tetap
3.2 Simulasi Optimasi Sistem Eksitasi 3.2.1 Simulasi Optimasi Sistem Eksitasi Kombinasi Parameter Algen 1
3.1.2 Simulasi PLTB tanpa kondensor sinkron kondisi kecepatan angin berubah
Pada simulasi ini, parameter sistem eksitasi kondensor sinkron pada PLTB serta parameter algoritma genetika jumlah generasi (MaxG) dan jumlah populasi (UkPop) pada nilai awal.Sedangkan peluang pindah silang (Psilang) dimasukkan sebesar 0,8 dan peluang mutasi (Pmutasi) sebesar 0,1, 0,070, 0,048, 0,032, dan 0,016. Hasil dari simulasi diperoleh data seperti yang ditunjukkan tabel 1. Gambar 9. Tegangan terminal (Vabc) pada simulasi PLTB tanpa kondensor sinkron kondisi angin berubah
Tabel 1 Hasil simulasi optimasi sistem eksitasi dengan peluang pindah silang 0,8 Nilai Nilai parameter sistem peluang Percobaan ITAE eksitasi mutasi Ka = 271,8469, Ke = 0,4932, 127,3 1 Kf = 0,01, Ta = 0,0129 , Te = 661 0,011, dan Tf = 0,3184 0,1 Ka = 252,9943, Ke = 0,5968, 125,0 2 Kf = 0,0148, Ta = 0,0158 , Te 240 = 0,01, dan Tf = 0,6462 Ka = 265,06, Ke = 0,6084, Kf 120,3 1 = 0,01, Ta = 0,0148 , Te = 685 0,0119, dan Tf = 0,4808 0,070 Ka = 266,5682, Ke = 0,6075, 121,3 2 Kf = 0,0119, Ta = 0,0129 , Te 552 = 0,011, dan Tf = 0,7854 Ka = 290,6994, Ke = 0,6294, 211,5 1 Kf = 0,0719, Ta = 0,446 , Te 064 = 0,01, dan Tf = 0,936 0,048 202,9 Ka = 52,9061, Ke = 0,2797, 2 407 Kf = 0,0719, Ta = 0,0293 , Te
Gambar 10. Daya generator turbin dan daya beban pada simulasi PLTB tanpa kondensor sinkron kondisi angin berubah
4
1
116,0 785
2
115,9 524
1
303,1 492
2
320,2 183
0,032
0,016
Dari tabel 2 diatas diperoleh kombinasi terbaik adalah percobaan kedua kombinasi parameter algen dengan peluang pindah silang 0,7 dan peluang mutasi 0,048.
= 0,01, dan Tf = ,.9894 Ka = 298,7432, Ke = 0,6288, Kf = 0,0100, Ta = 0,0119 , Te = 0,0100, dan Tf = 0,6268 Ka = 282,4043, Ke = 0,6007, Kf = 0,01, Ta = 0,01 , Te = 0,01, dan Tf = 0,6036 Ka = 59,1902, Ke = 0,1260, Kf = 0,1338, Ta = 0,0796 , Te = 0,409, dan Tf = 0,7467 Ka = 286,1748, Ke = 0,5118, Kf = 0,1338, Ta = 0,9894 , Te = 0,0255, dan Tf = 0,9990
3.2.3 Simulasi Optimasi Sistem Eksitasi Kombinasi Parameter Algen 3 Pada simulasi ini, peluang pindah silang (Psilang) dimasukkan sebesar 0,6 dan peluang mutasi (Pmutasi) sebesar 0,1, 0,070, 0,048, 0,032, dan 0,016. Hasil dari simulasi diperoleh data seperti yang ditunjukkan tabel 3.
Kombinasi parameter Ka, Ke, Kf, Ta, Te dan Tf terbaik dapat ditentukan dengan memilih kombinasi dengan nilai ITAE paling kecil. Dari tabel 1 diatas diperoleh kombinasi terbaik adalah percobaan kedua kombinasi parameter algen dengan peluang pindah silang 0,8 dan peluang mutasi 0,032.
Tabel 3 Hasil simulasi optimasi sistem eksitasi dengan peluang pindah silang 0,6 Nilai Percobaan ITAE Nilai parameter sistem peluang eksitasi mutasi
3.2.2 Simulasi Optimasi Sistem Eksitasi Kombinasi Parameter Algen 2
0,1 2
1
131,5 088 123,9 6
0,070 2
118,6 432
1
118,6 531
2
116,4 951
1
127,9 038
2
130,9 424
1
170,5 300
2
212,9 618
0,048
0,032
0,016
2
123,9 335
1
163,3 008
2
123,2 150
1
215,1 109
2
327,7 955
1
293,6 303
2
115,6 604
1
319,3 446
2
319,3 541
0,070
Tabel 2 Hasil simulasi optimasi sistem eksitasi dengan peluang pindah silang 0,7 Nilai Percobaan ITAE Nilai parameter sistem peluang eksitasi mutasi 140,9 864
132,1 196
0,1
Pada simulasi ini, peluang pindah silang (Psilang) dimasukkan sebesar 0,7 dan peluang mutasi (Pmutasi) sebesar 0,1, 0,070, 0,048, 0,032, dan 0,016. Hasil dari simulasi diperoleh data seperti yang ditunjukkan tabel 2.
1
1
0,048
Ka = 243,4424, Ke = 0,4973, Kf = 0,0255, Ta = 0,0187 , Te = 0,011, dan Tf = 0,6926 Ka = 257,7703, Ke = 0,5040, Kf = 0,0158, Ta = 0,0119 , Te = 0,0139, dan Tf = 0,5524 Ka = 297,7377, Ke = 0,6055, Kf = 0,0129, Ta = 0,0245 , Te = 0,0110, dan Tf = 0,0521 Ka = 245,4533, Ke = 0,5968, Kf = 0,01, Ta = 0,0139 , Te = 0,01, dan Tf = 0,5021 Ka = 298,2404, Ke = 0,6268, Kf = 0,01, Ta = 0,0129 , Te = 0.011, dan Tf = 0,4934 Ka = 273,6064, Ke = 0,6152, Kf = 0,01, Ta = 0,011 , Te = 0,01, dan Tf = 0,5659 Ka = 298,2404, Ke = 0,4895, Kf = 0,01, Ta = 0,011 , Te = 0,011, dan Tf = 0,4325 Ka = 260,5354, Ke = 0,5031, Kf = 0,0158, Ta = 0,011 , Te = 0,01, dan Tf = 0,7873 Ka = 218,0543, Ke = 0,6210, Kf = 0,0409, Ta = 0.1028 , Te = 0,01, dan Tf = 0,0751 Ka = 290,9508, Ke = 0,5582, Kf = 0,0728, Ta = 0,2082 , Te = 0,011, dan Tf = 0,9884
0,032
0,016
Ka = 241,9342, Ke = 0,4953, Kf = 0,0119, Ta = 0,011 , Te = 0,011, dan Tf = 0,6887 Ka = 264,8086, Ke = 0,5756, Kf = 0,0139, Ta = 0,01 , Te = 0,0129, dan Tf = 0,6181 Ka = 285,1693, Ke = 0,6142, Kf = 0,0245, Ta = 0,0148 , Te = 0,0216, dan Tf = 0,4615 Ka = 283,6611, Ke = 0,6326, Kf = 0,0139, Ta = 0,0197 , Te = 0,01, dan Tf = 0,7844 Ka = 260,7867, Ke = 0,6336, Kf = 0,0719, Ta = 0,5939 , Te = 0,01, dan Tf = 0,9314 Ka = 299,4973, Ke = 0,6307, Kf = 0,1338, Ta = 0,9362 , Te = 0,0409, dan Tf = 0,9932 Ka = 161,9994, Ke = 0,2575, Kf = 0,1338, Ta = 0,1076 , Te = 0,0158, dan Tf = 0,999 Ka = 297,2350, Ke = 0,6162, Kf = 0,01, Ta = 0,01 , Te = 0,01, dan Tf = 0,6278 Ka = 289,1912, Ke = 0,5060, Kf = 0,1338, Ta = 0,9304 , Te = 0,0206, dan Tf = 0,9971 Ka = 231,6281, Ke = 0,4654, Kf = 0,01338, Ta = 0,6017 , Te = 0,0206, dan Tf = 0,9981
Dari tabel 3 diatas kombinasi terbaik adalah percobaan kedua kombinasi parameter algen dengan peluang pindah silang 0,6 dan peluang mutasi 0,032.
3.2.4 Simulasi Optimasi Sistem Eksitasi Kombinasi Parameter Algen 4 Pada simulasi ini, peluang pindah silang (Psilang) dimasukkan sebesar 0,5 dan peluang mutasi (Pmutasi) sebesar 0,1, 0,070, 0,048, 0,032, dan 0,016. Hasil dari simulasi diperoleh data seperti yang ditunjukkan tabel 4.
5
Dari tabel 5, gambar 12 dan 14 diketahui bahwa saat PLTB mulai beroperasi dengan kecepatan angin 10 m/s kedua model sistem PLTB membutuhkan waktu lebih dari 1 s untuk mendekati nilai tegangan 1 pu. PLTB dengan kondensor sinkron menunjukkan nilai rise time yang lebih baik yaitu 1,4 s dibandingkan PLTB tanpa kondensor sinkron.
Tabel 4 Hasil simulasi optimasi sistem eksitasi dengan peluang pindah silang 0,5 Nilai Percobaan ITAE Nilai parameter sistem peluang eksitasi mutasi 1
140,9 931
2
131,8 365
1
119,0 121
2
119,3 164
1
116,8 133
2
129,1 377
1
124,3 595
2
198,7 230
1
206,2 099
2
318,6 516
0,1
0,070
0,048
0,032
0,016
Ka = 165,2672, Ke = 0,5002, Kf = 0,0177, Ta = 0,0119 , Te = 0,0206, dan Tf = 0,4895 Ka = 261,7922, Ke = 0,5814, Kf = 0,0139, Ta = 0,0168 , Te = 0,0197, dan Tf = 0,7071 Ka = 291,7049, Ke = 0,6113, Kf = 0,01, Ta = 0,0119 , Te = 0,01, dan Tf = 0,4944 Ka = 225,3439, Ke = 0,5727, Kf = 0,01, Ta = 0,011 , Te = 0,01, dan Tf = 0,4712 Ka = 296,9836, Ke = 0,6384, Kf = 0,01, Ta = 0,011 , Te = 0,01, dan Tf = 0,7013 Ka = 291,9563, Ke = 0,5021, Kf = 0,0168, Ta = 0,01 , Te = 0,01, dan Tf = 0,6075 Ka = 227,1035, Ke = 0,5040, Kf = 0,01, Ta = 0,01 , Te = 0,01, dan Tf = 0,4083 Ka = 45,1137, Ke = 0,2739, Kf = 0,0719, Ta = 0,0187 , Te = 0,01, dan Tf = 0,9961 Ka = 282,6554, Ke = 0,3532, Kf = 0,0719, Ta = 0,0477 , Te = 0,01, dan Tf = 0,9845 Ka = 256,0107, Ke = 0,4219, Kf = 0,1338, Ta = 0,3445 , Te = 0,0187, dan Tf = 0,9961
Pada saat terjadi perubahan kecepatan angin, kedua model sistem PLTB memberikan respon yang berbeda. PLTB tanpa kondensor sinkron menghasilkan tegangan yang mengikuti perubahan kecepatan angin, hal ini dikarenakan nilai tegangan yang dihasilkan oleh PLTB tanpa kondensor sinkron, dipengaruhi langsung oleh besarnya torsi masukkan generator induksi dari turbin angin. Sedangkan pada PLTB dengan kondensor sinkron, tegangan yang dihasilkan masih mendekati 1 pu, dimana tegangan terkecilnya 0,962 pu dan terbesarnya 1,0135 pu, hal ini dikarenakan adanya kondensor sinkron yang memberikan daya reaktif secara otomatis yang besarnya disesuaikan dengan perubahan tegangan terhadap nilai rujukan yaitu 1 pu. Namun hasil ini masih bias diperbaiki karena osilasi dan penurunan saat perubahan melebihi 2%.
3.3.2 Perbandingan Performansi Tegangan PLTB dengan Kondensor Kinkron Parameter Jurnal IEEE dan Parameter Hasil Optimasi Tabel 6 Perbandingan performansi tegangan PLTB dengan kondensor sinkron parameter jurnal IEEE dan parameter hasil optimasi Model PLTB PLTB PLTB PLTB PLTB sistem dengan dengan dengan dengan dengan PLTB kondensor kondensor kondensor kondensor kondensor sinkron, sinkron, sinkron, sinkron, sinkron, parameter parameter parameter parameter parameter sistem sistem sistem sistem sistem eksitasi eksitasi eksitasi eksitasi eksitasi dari jurnal kombinasi kombinasi kombinasi kombinasi Performasi IEEE 1 2 3 4 ITAE 840,2698 115,9524 116,4951 115,6604 116,8133 Rise time 1,4 0,164 0,17 0,17 0,17 (s) Over Shoot 4 2,28 1,64 1,54 1,33 (%) Steady 2,5 0,47 0,47 0,44 0,50 state (s) Tegangan terkecil setelah 0,962 0,9957 0,9955 0,9957 0,9958 perubahan kecepatan angin (pu) Tegangan terbesar setelah 1,0135 1,0026 1,0026 1,0025 1,0023 perubahan kecepatan angin (pu)
Dari tabel 4 diatas diperoleh kombinasi terbaik adalah percobaan pertama kombinasi parameter algen dengan peluang pindah silang 0,5 dan peluang mutasi 0,048.
3.3 Perbandingan Unjuk Kerja 3.3.1 Perbandingan Performansi Tegangan PLTB tanpa Kondensor Sinkron dan PLTB dengan Kondensor Sinkron Tabel 5 Perbandingan performansi tegangan PLTB tanpa kondensor sinkron dan PLTB dengan kondensor sinkron PLTB dengan PLTB kondensor tanpa sinkron, No Performansi kondensor parameter sinkron sistem eksitas dari jurnal IEEE 1 Rise time (s) 1,415 1,4 2
Over Shoot (%)
-
4
3
Steady state (s) Tegangan terkecil setelah perubahan kecepatan angin (pu) Tegangan terbesar setelah perubahan kecepatan angin (pu)
-
2,5
0,648
0.962
0,864
1,0135
4
5
Tabel 6 menunjukkan bahwa saat PLTB mulai beroperasi dengan kecepatan angin 10 m/s model sistem PLTB dengan parameter sistem eksitasi kondensor sinkron dari jurnal IEEE membutuhkan waktu lebih dari 1 s untuk mendekati
6
nilai tegangan 1 pu sedangkan model sistem PLTB dengan parameter sistem eksitasi kondensor sinkron dari hasil optimasi hanya membutuhkan wakru kurang dari 0,18 s. Dari parameter lain juga menunjukkan bahwa model sistem PLTB dengan parameter model sistem PLTB dengan parameter sistem eksitasi kondensor sinkron dari hasil optimasi memiliki performa lebih baik dibandingkan dengan s model sistem PLTB dengan parameter sistem eksitasi kondensor sinkron dari jurnal IEEE.
genetika 3 (percobaan kedua kombinasi parameter algen dengan peluang pindah silang 0,6 dan peluang mutasi 0,032) yaitu Ka = 297,2350, Ke = 0,6162, Kf = 0,01, Ta = 0,01 , Te = 0,01, dan Tf = 0,6278 merupakan kombinasi parameter eksitasi terbaik yang diperoleh pada pengujian. Model tersebut menunjukkan performasi yang lebih baik juga dari model sistem PLTB dengan kondensor sinkron berparameter sistem eksitasi dari contoh parameter sistem eksitasi IEEE 421.5 2005 (Ka = 46, Ke = 1, Kf = 0,1, Ta = 0.06 , Te = 0,46, dan Tf = 1.0). Analisa perfomasi antara hasil optimasi dan sebelum optimas menunjukkan perbandingan nilai ITAE yaitu 115,6604 berbanding 840,2698, rise time yaitu 0,17 s berbanding 1,4 s, over shoot yaitu 1,54% berbanding 4%, steady state yaitu 0,44 s berbanding 2,5 s, tegangan terkecil setelah perubahan kecepatan angin yaitu 0,9957 pu berbanding 0,962 pu dan tegangan terbesar setelah perubahan kecepatan angin yaitu 1,0025 pu berbanding 1,0135 pu.
Pada saat terjadi perubahan kecepatan angin model sistem PLTB memberikan respon yang berbeda-beda. Perbedaan respon dari model sistem PLTB dipengaruhi oleh kinerja sistem eksitasi kondensor sinkron yang menghasilkan daya reaktif, Besarnya nilai daya reaktif yang dihasilkan oleh kondensor sinkron secara otomatis disesuaikan dengan perubahan tegangan terhadap nilai rujukan yaitu 1 pu. Semakin cepat respon dari kondensor sinkron memberikan nilai daya reaktif yang sesuai agar tegangan tetap mendekati 1 pu, maka semakin baik performa dari kondensor sinkron tersebut. Dari tabel 6 dapat dilihat bahwa model sistem PLTB dengan kondensor sinkron berparameter sistem eksitasi kombinasi 3 yang memberikan respon keluaran tegangan yang baik dibandingkan dengan model sistem PLTB yang lainnya.
Untuk pengembangan lebih lanjut diperlukan penelitian menggunakan menggunakan metode yang lain misalnya metode logika fuzzy atau dikembangkan lebih lanjut degan sistem eksitasi tipe lain selain tipe DC1A. Atau pengembangan model PLTB dengan pengaturan frekuensi sistem dan besar beban yang berubah-ubah.
Referensi [1]
[2] Gambar 13. Tegangan terminal (Vabc) pada simulasi optimasi sistem eksitasi kondensor sinkron PLTB kombinasi parameter algen 3 [3]
[4]
[5]
[6] Gambar 14. Daya generator turbin dan daya beban pada simulasi optimasi sistem eksitasi kondensor sinkron PLTB kombinasi parameter algen 3
[7]
Model ini lebih baik dengan nilai ITAE paling kecil (115,6604), waktu steady state terbaik (0,44s) dan osilasi serta penurunan tegangan saat perubahan kecepatan angin kurang dari 2% (rata-rata 0,2275%).
[8]
[9]
4. Kesimpulan
[10]
Berdasarkan pengujian dan analisa yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa model sistem PLTB dengan kondensor sinkron berparameter sistem eksitasi kombinasi algoritma
7
Abdulahovic, Tarik and Teleke, Sercan. 2006. “Modelingand Comparison of Synchronous Condenserand SVC”. Sweden: Chalmers University of Technology. Cahyo, R. Dwi. Robandi, Imam. 2007. “Optimisasi Parameter Sistem Eksitasi IEEE Type ST2 Menggunakan Genetic Algorithm”. Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi 2006 (SNATI 2006). Yogyakarta, 17 Juni. Elivina, Winna. 2008. “Analisa Karakteristik Pengaturan VAR Pada Generator Induksi Berpenguat Sendiri Dengan Menggunakan Kondensor Sinkron”. Depok: Universitas Indonesia. Irianto, Chairul Gagarin. 2004. “Suatu Studi Penggunaan Motor Induksi sebagai Generator: Penentuan Nilai Kapasitor Untuk Penyedia Daya Reaktip”. JETri, Volume 3, Nomor 2, Februari 2004, Halaman 1-16, ISSN 1412-0372. IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies,IEEE Standard 421.5-2005, 2006. Kundur, Prabha. 1993. “Power System Stability and Control”. California: McGraw-Hill. Kurniawan, Dedy. 2010. “Pengaturan Daya Pada Doubly Fed Induction Generator Menggunakan Type-2 Fuzzy PI Controller”. Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Meier, Alexandra von. 2006. “Electric power system: a conceptual induction”. USA: A WeleyInternational Publication. Mobarak, Youssef A.“A Simulink Multi-Band Power System Stabilizer”. Egypt : South Valley University. Musyafa’, Ali. A. Harika, I. M. Y. Negara, I. Robandi. 2010. “Pitch Angle Control of Variable Low Rated Speed Wind Turbine Using Fuzzy Logic Controller”. International Journal of Engineering & Technology IJET-IJENS Vol: 10 No: 05.
[11]
[12] [13] [14]
[15]
[16]
Nasir Andi Hakim. 2010. “Pengaruh Pembebanan Terhadap Regulasi Tegangan Dan Efisiensi Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FtUSU)”. Medan : Universitas Sumatera Utara. Saadat, Hadi. 1999. “Power System Analysis”. Singapura : McGraw-Hill. Suyanto. 2005. Algoritma Genetika dalam MATLAB. Yogyakarta : Penerbit ANDI. Wilopo, Endriyanto Nursukmadi and Sukmadi, Tedjo and Andromeda, Trias. 2011. “Perencanaan Optimasi Sistem Kontrol AVR (Automatic Voltage Regulator) untuk Memperbaiki Kestabilan Tegangan dengan Menggunakan Algotritma Genetika”. Semarang : Universitas Diponegoro. Wildi, Theodore. 1981. “Electrical Machines, Drives, And Power System, Third Edition”. USA: Prentice– Hall International, INC. Yan, Chuan. 2011. “Hardware Implementation of an AISBased Optimal Excitation Controller for an Electric Ship”. IEEE Transactions On Industry Applications, Vol.47, No.2, March/April 2011. Nasution,
8
