Maximum Output Power Tracking dengan Metode Direct Field Oriented Control Pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin Stand Alone

Transkripsi

1 osdng Sna Nasonal XIV - FTI-ITS FTI-ITS 9 Suabaya, - 3 Jul 9 ISBN : Maxu Output ow Tackng dngan Mtod Dct Fld Ontd Contol ada bangkt Lstk Tnaga Angn Stand Alon Muld Yuhnd,, Mochaad Asha, dan Maudh Hy unoo.juusan Tknk Elkto UN, adang.juusan Tknk Elkto ITS, Suabaya Kontak son: Muld Yuhnd Jl. A.R. Hak Gang Kputh D No.48 Suabaya, 6 Tlp: , E-al: uld@lct-ng.ts.ac.d Abstak Makalah n ngusulkan odl konvt untuk ndapatkan daya output gnato yang aksu pada pbangkt lstk tnaga angn stand alon. Daya output aksu ddapatkan dngan ngndalkan kcpatan gnato pada ttk daya aksu dan nguang ug daya pada kon tunak. bangkt nggunakan gnato nduks tga fasa oto sangka yang dopaskan dala od dct fld ontd contol bbass fuzzy logc contoll. Konvt yang dgunakan adalah voltag souc nvt yang dodulas dngan spac vcto WM. Modl ulaskan dngan MATLAB. Hasl sulas nunjukan ska yang dusulkan ssua dngan yang dngnkan. Kata kunc : ng angn, axu output pow tackng, dct fld ontd contol, fuzzy logc contoll, gnato nduks. Abstact Ths pap poposs a convt odl fo Maxu Output ow Tackng on stand alon wnd pow gnaton syst. Maxu output pow obtand by contollng spd of gnato at pont of axu pow and dcnt pow losss at stady stat condton. Gnaton syst appls th phas squl cag nducton gnato. Inducton gnato s opatd n dct fld ontd contol od, whch s basd on fuzzy logc contoll. Convt appld s voltag souc nvt whch s odulaton wth spac vcto WM. Modl s sulaton wth MATLAB. Sulaton sult a shown to vfy th valdty of th poposd sch Kywo: wnd ngy, axu output pow tackng, dct fld ontd contol, fuzzy logc contoll, nducton gnato. ENDAHULUAN Sst konvs ng angn (SKEA) njad ng lstk lukan pncanaan dsan yang atang. Untuk ndapatkan daya output yang aksu, dwasa n dkbangkan tubn angn dngan kcpatan bvaas. Vaas kcpatan tubn juga plu dphtungkan, kana putaan yang tlalu cpat atau tlalu labat tdak nghaslkan daya yang aksu, kana dpngauh olh kofsn daya dan Tp Spd Rato (TSR) tubn angn[,]. B -

2 Muld Yuhnd, Mochaad Asha, dan Maudh Hy unoo Dala pnltan n dancang odl konvt untuk ndapatkan daya output aksu pada kcpatan angn yang bvaas. Daya output aksu ddapatkan dngan ngndalkan kcpatan putaan dan nguang ug daya [3,4,5]. Kcpatan putaan gnato dkndalkan dala bntuk DFOC dngan kontoll FLC. bangkt nggunakan gnato nduks tga fasa oto sangka dngan tubn angn hozontal. SISTEM KONVERSI ENERGI ANGIN. Tubn angn Angn adalah udaa bgak yang tjad kana panasan tdak ata olh ataha thadap pukaan bu []. Gakan udaa adalah ng kntk angn yang dapat danfaatkan untuk bbaga kpluan, spt pnggak gnato pbangkt lstk lalu sst konvs dngan tubn angn. Julah daya angn yang dtangkap tubn tgantung kpada ukuan balng-balng tubn dan kcpatan angn [,3,5], dapat dnyatakan dala bntuk psaaan sbaga bkut : R v 3 wt = π ρ () R adalah ja-ja tubn angn, ρ dnstas udaa dan v kcpatan angn. Daya kank yang dhaslkan tubn dtntukan olh fsns tubn angn, yang duuskan dngan psaaan : 3 = ηπρr v () Bdasakan Bzt lt, fsns tubn angn aksu adalah.57. Nla fsns n dtntukan olh kofsn daya dan Tp Spd Rato (TSR) [5]. Kofsn daya adalah aso daya kank pada tubn dngan daya angn yang dtangkap olh balng-balng tubn dan TSR upakan aso kcpatan balng-balng tubn dngan kcpatan angn [], yang djabakan dala psaaan : C p = (3) wt ω R w λ = (4) v Cp adalah Kofsn daya, λ Tp Spd Rato (TSR) dan ω w upakan kcpatan angula tubn. Hubungan antaa daya kank dngan kofsn daya dan TSR djabakan dala psaaan: C R v 3 = πρ p( λ, β ) (5) β upakan sudut balng-balng tubn thadap aah angn. Daya kank upakan daya yang akan dtansf k gnato. Nla kofsn daya dtntukan olh TSR dan sudut balng-balng tubn. Hubungan antaa TSR, kofsn daya dan sudut balng-balng tubn dnyatakan dngan psaaan: c c 5 λ Cp( λ, β) = c c3β c4 + c6λ λ dngan (6).35 = λ λ+ β β B - (7)

3 Maxu Output ow Tackng Dngan Mtod Dct Fld Ontd Contol ada bangkt Lstk Tnaga Angn Stand Alon c sapa 6 c upakan konstanta. Nla TSR dtntukan olh kcpatan putaan tubn dan kcpatan angn. Nla kofsn daya dan TSR bvaas pada satu kcpatan angn, tgantung kpada putaan tubn. Toka kank yang dgunakan untuk uta gnato dtntukan olh kcpatan putaan tubn dan daya kank tubn, yang djabakan dngan psaaan : T C R v 3 =,5πρ pβ (8) ada tubn angn yang nggunakan gabox, daya dan toka kank pada poos gnato adalah: T shaft = ω (9) η ga T T shaft = () ηga ω = ωη () w ga Tshaft adalah toka kank pada poos kcpatan ndah, T toka kank pada poos gnato, kcpatan angula tubn, ω kcpatan kank poos gnato dan η ga fsns gabox.. Maxu Output ow Tackng (MOT) ada pbangkt lstk tnaga angn, daya aksu dpolh dngan ngatu kcpatan putaan tubn pada ttk daya kank aksu dan nguang ug-ug daya [3,4,5]. Daya kank tubn angn bvaas pada satu kcpatan angn, yang tgantung pada kcpatan putaan tubn. Kaaktstk daya kank tubn angn dtunjukkan pada Gaba. ω w.4. v 4 Daya kank tubn (pu) _ax v v 3 v C p _ax C p _ax Kcpatan kank (pu) λ opt Gaba. Kaaktstk daya kank tubn angn λ Daya kank tubn angn akan aksu bla nla kofsn daya aksu dan nla TSR optu, yang djabakan dngan psaaan : C (, ) R v 3 _ ak = πρ p _ ak λopt β () Nla TSR optu dpolh dngan ngatu kcpatan tubn. ada TSR optu, kofsn daya aksu, shngga fsns tubn dala kon aksu. Nla TSR optu dan kofsn daya aksu bada pada kcpatan tubn yang bvaas pada stap vaas kcpatan angn, shngga bla kta ngn ndapatkan daya output yang aksu, kcpatan putaan tubn haus dbuat bvaas. Kcpatan fns untuk daya aksu duuskan dngan psaaan : B - 3

4 Muld Yuhnd, Mochaad Asha, dan Maudh Hy unoo ω λ = vη ga (3) R opt Caa kdua untuk nngkatkan daya output gnato adalah nngkatkan fsns dngan caa nguang ug-ug daya lalu pnuunan aus dan pada kon tunak [3,5]. nuunan aus dan dlakukan hanya pada kon bban ngan yang btujuan untuk nguang ug nt bs. Konsp pnngkatan fsns n dtunjukkan pada Gaba. Ttk opas T ω I s o ψ g t _ losss cu ot t Gaba. nngkatan fsns gnato dngan pnguangan ug daya Total ug daya pada Gaba duuskan dngan psaaan : = + + (4) t _ losss cu ot F dngan = 3I R + 3I R (5) cu s s = + (6) ot fw st = 3I R atau F c F F E = 3 (7) R cu adalah ug tbaga, ot ug daya otas yang td da ug daya aks jangka st dan ug daya gskan angn fw. F upakan ug nt bs dan I c upakan aus pada sstans agntsas R. Dala subu dq, I c upakan koponn da, shngga bla kta nuunkan aka ug nt bs njad tuun. 3 MOT DENGAN METODE DFOC Modl MOT yang dusulkan dtunjukkan pada Gaba 3. Dala odl dgunakan dua buah FLC yang bfungs untuk nca kcpatan fns untuk daya aksu dan ngndalkan kcpatan aga ssua dngan kcpatan fns. Gnato dkndalkan dala od DFOC. Dala od n sudut oto dtntukan da aus fdback. Aus stato gnato dala bntuk tga fasa dtansfoaskan dala bntuk subu dq dan dbandngkan dngan aus subu dq output FLC. Eo yang dhaslkan dkopnsas dngan I kopnsato yang bfungs untuk ngubah bsaan aus njad bsaan tgangan. Tgangan n djadkan fns bag SVWM untuk odulas konvt. Daya output gnato yang daat dala bntuk DC dngan bban ssto. Ekstas awal gnato nggunakan bata pada ss dc konvt. B - 4

5 Maxu Output ow Tackng Dngan Mtod Dct Fld Ontd Contol ada bangkt Lstk Tnaga Angn Stand Alon V DC + R L ω ω ω sl LR qs Lψ ψ L L + s R s θ abc / dq qs v a v + v b v qs + v c qs ω + v ω Gaba 3. Ska MOT dngan tod DFOC 3. Dct Fld Ontd Contol (DFOC) Fld ontd contol (FOC) adalah suatu tod pngatuan dan pada sn ac dala bntuk vkto kontol dngan ngubah sst coupl njad sst dcoupl, shngga aus dan dan aus jangka sn dapat dkontol scaa tpsah. Aus dan upakan koponn fluks dan aus jangka adalah koponn toka, shngga dngan tod dcoupl toka dan fluks juga dapat datu scaa tpsah, spt sn dc [,]. FOC dapat dbuat dala dua odl, yatu ndct (fdfowad) dan dct (fdback) []. Dala odl dct, sudut oto dstas da hasl pngukuan lalu stas fluks dngan bantuan stato aus atau tgangan []. Output kontoll DFOC yang dusulkan bupa aus stato fns dan qs. Aus stato subu dq ddapatkan da aus stato tga fasa dngan nggunakan psaaan : s qs a s 3 3 = b 3 c (8) s s qs dan upakan bsaan dua fasa aus stato dala bntuk stason, sdangkan a, dan b c upakan bsaan aus tga fasa pada stato. Untuk ngubah bsaan aus k bntuk otatng fnc fa ( qs dan ) dgunakan unt vkto dngan psaaan []: s qs cosθ snθ q s = snθ cosθ d (9) θ upakan sudut oto. Da aus, dapat dhtung fluks oto ψ dngan psaaan: B - 5

6 Muld Yuhnd, Mochaad Asha, dan Maudh Hy unoo ψ L. = +τ s () L adalah utual nduktans, dngan psaaan: L nduktans oto, L s nduktans stato. Kcpatan slp s ω dhtung L R ωs =.. qs () ψ L Sudut oto adalah ntgal da kcpatan snkon yang upakan julah kcpatan slp dan kcpatan kank. Sudut oto dapat dtulskan dala bntuk psaaan sbaga bkut: θ = ( ω + ωs) dt () Aus stato fns subu dq dhtung dngan psaaan : L T = qs. 3 pl ψ (3) L ψ T dan ψ = (4) upakan toka lktoagntk fns dan fluks oto fns. 3. Fuzzy Logc Contoll (FLC) Dala odl yang dusulkan, dgunakan dua buah FLC, yatu FLC dan FLC. FLC bfungs nca kcpatan fns untuk daya aksu pada stap vaas kcpatan angn. FLC bfungs ngndalkan kcpatan gnato aga ssua dngan kcpatan fns output FLC, shngga gnato bkja pada ttk daya output aksu. Daya output aksu ddapatkan dngan dua caa, yatu ngndalkan kcpatan gnato pada ttk daya aksu dan nguang ug daya pada kon tunak. Kndal kcpatan dlakukan dngan ngatu aus jangka gnato qs, sdangkan pnguangan ug daya dlakukan dngan nuunkan aus dan. FLC dgunakan untuk ngatu kdua aus n. Untuk ngatu aus jangka, FLC dbuat dala bntuk fuzzy D+I kontoll, yang btujuan untuk ndapatkan qs lbh stabl dngan ak kcl. Ska FLC dala MATLAB dtunjukkan pada Gaba 4. w w Kqs K Fluks ux f(u) s. (3 ) q /z FLC w v /dt-pu FLC pu -p [] Gaba 4. Ska FLC untuk MOT dala sulnk MATLAB B - 6

7 Maxu Output ow Tackng Dngan Mtod Dct Fld Ontd Contol ada bangkt Lstk Tnaga Angn Stand Alon 4 HASIL SIMULASI DAN ANALISA Sulas nggunakan poga MATLAB dngan data sbaga bkut : Tubn angn hozontal : R =, v = 4 /dt (cut n) 5 /dt (cut out) Gnato nduks oto sangka H 46 Volt 6 Hz Sulas ptaa dlakukan dngan kontoll I untuk nntukan ttk daya aksu dan kcpatan fns gnato untuk daya aksu. Sulas dlakukan dngan ngatu kcpatan putaan gnato bvaas scaa anual. Stlah kcpatan fns ddapatkan, sulas slanjutnya nggunakan FLC. Da sulas n ddapatkan kaaktstk tubn angn yang dtunjukkan pada Gaba 5. 4 x 4 Kaaktstk Daya kank tubn angn (Watt) 8 /dt 6 9 /dt 4 8 /dt 7 /dt 6 /dt 5 /dt 5 5 Kcpatan putaan tubn (p) (a).5 Kaaktstk Kofsn daya tubn angn.4 Cp /dt 6 /dt 9 /dt 8 /dt 7 /dt /dt 5 5 Kcpatan putaan gnato (p) (b) Cp /dt 6 /dt 7 /dt 8 /dt 9 /dt /dt Kaaktstk Cp pada TSR yang bvaas Tp Spd Rato (TSR) (c) Gaba 5. Kaaktstk tubn angn yang dgunakan dala sulas (a) Kaaktstk daya kank (b) Kofsn daya (c) Hubungan kofsn daya dngan TSR. B - 7

8 Muld Yuhnd, Mochaad Asha, dan Maudh Hy unoo Gaba 5(a) nunjukkan kaaktstk daya kank tubn angn pada stap vaas kcpatan angn dngan kcpatan putaan gnato bvaas. ada suatu kcpatan angn tdapat satu ttk daya kank aksu yang tjad pada saat kofsn daya tubn angn aksu. Nla kofsn daya aksu adalah saa pada stap vaas kcpatan angn, spt yang dtunjukkan pada Gaba 5(b) dan bada pada kcpatan gnato yang bbda. Bla dhubungkan dngan TSR, kofsn daya aksu lk nla TSR optu yang saa pada stap vaas kcpatan angn, spt yang dtunjukkan pada Gaba 5(c). Kcpatan fns yang ddapatkan untuk daya aksu dtunjukan dala Tabl. Tabl. Kcpatan fns untuk daya aksu v ( / dt ) I FLC ω ( p) C λ ω ( p) p Da sulas dngan FLC ddapatkan kcpatan fns yang hap saa kontoll I, spt yang dtunjukkan dala Tabl. Sulas slanjutnya nggunakan FLC dan FLC. Sulas n btujuan untuk ndapatkan daya aksu pada stap vaas kcpatan angn. Sulas n dlakukan dala dua odl, yatu odl konstan dan vaabl. Gaba 6 nunjukkan hasl sulas pada kcpatan angn 5 /dt. Cp λ Kcpatan putaan gnato 4 p w kons v a Saplng waktu x 4 x 4 Daya output Gnato.6 Watt.4. kons v a 3 4 Saplng waktu x 4 Aus dan () Ap Saplng waktu x 4 Gaba 6. Hasl sulas dngan FLC pada kcpatan angn 5 /dt Da Gaba 6 dapat dlhat bahwa gnato bputa ssua dngan kcpatan fns. Hal n nunjukan gnato bopas pada ttk daya aksu. nuunan dapat nngkatkan daya output gnato, spt yang dtunjukkan olh gafk daya output gnato pada Gaba 6. bandngan daya output gnato antaa konstan dngan bvaas dtujukkan dala Tabl. B - 8

9 Maxu Output ow Tackng Dngan Mtod Dct Fld Ontd Contol ada bangkt Lstk Tnaga Angn Stand Alon Tabl bandngan daya output gnato antaa konstan dngan bvaas v (/dt) (A) konstan V dc (Volt) (Watt) (A) L Vaabl V dc (Volt) L (Watt) Gaba 7 nunjukkan hasl sulas dngan kcpatan angn bvaas. Kcpatan angn 8 /dt Saplng waktu.5 3 x 5 Kcpatan putaan gnato 8 6 p 4 w Watt w.5.5 Saplng waktu.5 3 x 5 x 4 Daya output gnato Saplng waktu x 5 Kofsn daya Cp Saplng waktu.5 3 x 5 Tp Spd Rato (TSR) 5 TSR Saplng waktu.5 3 x 5 B - 9

10 Muld Yuhnd, Mochaad Asha, dan Maudh Hy unoo Gaba 7. Hasl sulas dngan FLC pada kcpatan angn bvaas Da Gaba 7 tlhat bahwa kcpatan gnato ttap ngkut kcpatan fns walaupun kcpatan angn dvaaskan. Hal n nunjukan valdtas kontoll FLC untuk MOT. Da Gaba 7 tlhat bahwa kofsn daya ttap bada pada ttk aksu walaupun kcpatan angn dvaaskan. Hal n nunjukan gnato bopas pada ttk daya aksu. Hal tu juga tlhat pada gafk TSR, yang konstan pada nla optu. ubahan hanya tjad pada saat kcpatan tansn, yakn saat kcpatan putaan gnato nuju ttk fns. 5 KESIMULAN Da sulas yang dlakukan dapat dabl kspulan sbaga bkut :. ada jns tubn angn yang dgunakan d atas, ttk daya aksu tdapat pada nla kofsn daya.48 dan nla TSR Kcpatan fns yang dhaslkan untuk daya aksu pada kcpatan angn 5 /dt adalah 483 p, 6 /dt 58 p, 7 /dt 676 p, 8 /dt 773 p, 9 /dt 87 p dan /dt 966 p. 3. Mtod DFOC dngan kontoll FLC nghaslkan kcpatan putaan gnato yang ssua dngan kcpatan fns untuk daya aksu. 4. ngatuan aus dan subu d juga dapat nngkatkan daya output gnato pada bban ngan. 6 DAFTAR USTAKA [] Buton, T., Wnd Engy Handbook, John Wly & Sons,Ltd, Wst Sussx,. [] Kchn, L., A Fuzzy Logc Supvso fo Actv and Ractv ow Contol of a Fxd Spd Wnd Engy Convson Syst, ELSEIVER Elctc ow Syst Rsach, 78, pp , 8. [3] Kua, V., Fuzzy Logc Basd Lght Load Effcncy Ipovnt of Matx Convt Basd Wnd Gnaton Syst, JATIT, pp , 7. [4] Snjyu., Snso-lss Maxu ow ont Tackng Contol fo Wnd Gnaton Syst wth Squl Cag Inducton Gnato, ELSEIVER Rnwabl Engy, 3, pp. -6, 8. [5] Khall, A.G.A., Vaabl Spd Wnd Gnaton Basd on Fuzzy Logc Contol fo Maxu Output ow Tackng, 35 th Annual IEEE ow Elctonc Spcalsts Confnc, Aachn, Jan, 4. [6] Ahd, T., Advancd Contol of WM Convt wth Vaabl Spd Inducton Gnato, IEEE Industy Applcaton, 4, pp , 6. [7] Lopz, A.C., Wnd Dvn Slf Extd Inducton Gnato wth Voltag and Fquncy Rgulatd by a ducd Ratng Voltag Souc Invt, IEEE Tansacton on Engy Convson,, pp , 6. [8] Cadnas, R., Snsolss Vcto Contol of Inducton Machns fo Vaabl Spd Wnd Engy Applcatons, IEEE Tansacton on Engy Convson, 9, pp. 96 5, 6. [9] Sos, G.M., Inducton Gnatos fo Sall Wnd Engy Systs, IEEE ow Elctonc Socty Nwsltt, pp. 9 3, 6. [] Aouzllag, D., Ntwok ow Flux Contol of a Wnd Gnato, ELSEIVER Rnwabl Engy, 3, pp. -8, 8. [] Bos, K.B., Modn ow Elctonc and AC Dvs, ntc Hall, Upp Saddl Rv,. [] Bolda, Ion., Th Inducton Machn Handbook, CRC ss, Floda,. B -