Kata Kunci : Consumer load,ballast load, pengatur elektronik

Transkripsi

1 ISSN PENGENDALI BEBAN ELEKTRONIK TIGA FASA MENGGUNAKAN MIKRO KONTROLER PADA PEMBANGKIT LISTRIK MIKRO HIDRO (PLTMH) THREE-PHASE ELECTRONIC LOAD CONTROLLER USING MICROCONTROLLER IN MICRO-HYDRO POWER PLANT (PLTMH) Slamet Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Ketenagalistrikan Energi Baru, Terbarukan, dan Konservasi Energi Jl. Ciledug Raya kav.109, Telp(021) , Cipulir Keb.Lama, Jakarta Selatan ABSTRAK Dalam penelitian ini diuraikan tentang rancang bangun rangkaian kontrol beban elektronik menggunakan pengendali IP (Integral Proportional) dengan metode pencuplikan data zero crossing detectorberbasis mikrokontroller Atmega 128 yang berfungsi sebagai penyetel pergeseran sudut penyalaan SCR pada beban komplemen (ballast load). Dalam percobaan, digunakan sensor arus daya masing-masing fasa menggunakan CT 50/5 A, dan sensor tegangan dicuplik dari ADC (Analog Digital Converter) mikrokontroller internal. Data konversi arus, tegangan dan frekuensi ditampilkan dengan menggunakan LCD 16x2 bit yang dibangun dari data masukan. Sedangkan pengujian dilakukan off-grid dan on-grid, Pada off-grid digunakan inverter sebagai penggerak mula untuk memutar generator dan beban diubah-ubah dengan tingkat sensivitas 1 kw dengan tegangan 220 Volt fasa ke netral, sedangkan dengan grid di uji pada PLTMH Melong dengan kapasitas 100 kw. Dari hasil pengendali frekuensi dan tegangan diperoleh akurasi sekitar 0.01 Hz pada saat terjadi perubahan beban, sedangkan untuk kembali ke frekuensi maksimum pada kondisi semula dibutuhkan waktu sekitar 0.5 detik. Kata Kunci : Consumer load,ballast load, pengatur elektronik ABSTRACT This research describes the design of electronic load controller circuit using IP controller (Integral Proportional) with the data sampling method using zero crossing detector based on microcontroller type Atmega128 which serves as the setting shifts of the SCR firing angle of load complement (ballast load). In the experiment, the current sensor used in each phase is CT50/5A, while voltage sensor is from ADC (Analog Digital Converter) internal microcontroller. The data of current conversion, voltage and frequency are displayed using the LCD 16x2 bits that are built from input data. Testing of system is done for off-grid and on-grid. On the off-grid, inverter is used as a prime mover to rotate the generator and load is changed with sensitivity level of 1 kw with 220 volt phase to neutral voltage. Meanwhile, the grid is tested on micro hydro power plant of Melong with a capacity of 100 kw. The result from frequency controller has an accuracy of about 0.01 Hz in the event of load changes, while the time needed to return to the maximum frequency at original state is about 0.5 seconds. Keywords: Consumer load, ballast load, electronic controller 67

2 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 1 Juni 2012 : PENDAHULUAN Latar Belakang Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikro- Hidro (PLTMH), perubahan beban akan berakibat langsung pada generator. Jika torsi turbin tidak diubah saat terjadi perubahan beban, maka frekuensi dan tegangan listrik yang dihasilkan akan berubah yang dapat mengakibatkan kerusakan baik di generator maupun di sisi beban. Karena itu, diperlukan suatu sistem proteksi yang dapat mencegah kerusakan yang dapat terjadi. Untuk melakukan proteksi pada PLTMH, terdapat beberapa cara yang dapat dilakukan antara lain dengan menggunakan governor, mengubah jumlah aliran air yang masuk ke turbin atau dengan menggunakan Electronic Load Controller (ELC). Electronic Load Controller memiliki kelebihan respon yang cepat dan nilai ekonomis yang lebih murah dibandingkan dengan alat proteksi lainnya. Electronic Load Controller adalah suatu alat kendali yang dipasang pada generator sehingga jika terjadi perubahan beban, maka generator akan melihat seolah-olah beban tersebut tidak mengalami perubahan sehingga generator tetap dapat bekerja pada kondisi normal. Selain itu, ELC juga berfungsi untuk melindungi generator dari masalah arus lebih, baik yang diakibatkan oleh adanya gangguan hubung tanah maupun yang diakibatkan oleh beban yang melebihi kapasitas nominal generator (overload). Mikro hidro adalah pembangkit listrik tenaga air skala kecil yang tidak memerlukan instalasi penyimpanan air yang luas, sehingga tidak membutuhkan banyak lahan.selain itu mikro hidro merupakan energi terbarukan serta ramah lingkungan dan murah [7].Pada mikro hidro konvensional, output dari generator diatur oleh wicket gate yang berfungsi mengatur banyaknya air yang mengalir ke turbin. Proses pengaturan wicket gate ini telah banyak dikembangkan dengan menggunakan debit air atau tegangan sebagai input dan sudut pembukaan katup sebagai tindakan kontrol untuk mendapatkan output generator yang diinginkan [3]. Kebanyakan kasus, pembangkit dengan kontrol konvensional tersebut mempunyai kelemahan pada pengendalian tegangan dan frekuensi karena kondisi debit air yang tidak kontinyu serta akibat perubahan beban. Perubahan beban dan debit air berkaitan erat dengan stabilitas sistem secara keseluruhan. Oleh karena itu dalam penelitian ini, dibahas sebuah strategi pengendalian optimal untuk mempertahankan level air pada tempat masukan air (intake basin) agar tetap konstan untuk mendapatkan sejumlah energi yang maksimum dari aliran sungai dan pada saat yang sama mengendalikan tegangan dan frekuensi sistem akibat perubahan beban supaya sistem tetap stabil [10,11]. Penelitian ini mengimplementasikan sebuah pengendali frekuensi yang menggunakan sistem IP Controller.Dari hasil percobaan diharapkan bahwa dengan pemasangan IP Controller mampu meningkatkan kinerja frekuensi sistem. Tujuan Tujuan utama penelitian ini adalah membuat sistem pengendali sebagai pengontrol 68

3 Ketenagalistrikan Dan Pengendali Energi Terbarukan Beban Elektronik Tiga Phasa Menggunakan Mikro Kontroler Pada Pembangkit Listrik Mikrohodro (PLTMH) frekuensi dan tegangan agar tetap stabil yang dihasilkan oleh sistem pembangkit mikrohidro.selain itu meningkatkan kemampuan respon kontrol pada pembangkit mikrohidro ketika terjadi perubahan beban sewaktu-waktu dan meningkatkan penguasaan teknologi kontrol pembangkit tenaga mikrohidro dari sumber energi baru terbarukan guna menjaga kestabilan daya listrik agar tetap berkualitas sehingga diharapkan dapat mengurangi efek kerusakan peralatan peralatan elektrik. serta membuat rancangan hadware dan sosftware sistem ELC untuk mengatur terjadinya berbagai perubahan beban elektronik. METODOLOGI Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode zero crossing detector dan IP(Integal Proportional) Controller sebagai sistem kendali serta membahas mengenai disain masing-masing blok ELC yaitu meliputi Current & Voltage sensing, Isolated Gate Driver, Over/Under frequency, Over/Under Current &Voltage Protection. Melakukan penggabungan disain sistem ELC, melakukan pengujian masing-masing blok sistem ELC, melakukan penggabungan sistem keseluruhan baik rancangan hardware maupun software dan pengujian sistem di PLTMH Melong Jawa Barat. Prinsip Kerja Electronic Load Controller Electronic Load Controller (ELC) adalah suatu alat yang dipasang pada PLTMH yang berfungsi untuk mempertahankan agar frekuensi dan tegangan yang dihasilkan oleh PLTMH tetap konstan walaupun beban berubah-ubah. ELC memiliki fungsi yang sama dengan governor dan umumnya dipasang pada pembangkit listrik berskala kecil. Hal ini karena harga ELC yang lebih terjangkau dari pada governor.elc dipasang di antara PLTMH dan beban konsumen. Dengan menggunakan beban komplemen, ELC akan membagi arus yang dihasilkan dari PLTMH ke kedua beban yaitu beban konsumen dan beban komplemen. Dengan menggunakan ELC maka PLTMH akan tetap bekerja pada keadaan nominal walaupun beban konsumen berubah-ubah. Prinsip kerja ELC ini diperlihatkan pada blok diagram Gambar 1. Gambar 1. Prinsip kerja ELC Untuk mengatur besar arus yang mengalir ke beban komplemen, bisa menggunakan kaidah pembagi arus.dengan menganggap beban konsumen paralel dengan beban komplemen, maka dengan mengatur besar beban komplemen kita dapat mengatur besar arus yang mengalir ke beban konsumen.hal ini diperlihatkan pada Gambar 2. 69

4 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 1 Juni 2012 : Gambar 2. Beban konsumen paralel beban komplemen I I load comp Z = Z comp load (1) Untuk menghasilkan ELC tiga fasa dapat diperoleh dengan menggabungkan tiga buah ELC satu fasa. Dengan memasang ELC pada setiap fasanya, maka kumpulan dari ELC tersebut adalah ELC tiga fasa. ELC tiga fasa akan membuat beban yang dilihat PLTMH tetap seimbang walaupun beban konsumen tiap fasa berubah-ubah. Seperti yang telah diutarakan sebelumnya, inti dari ELC adalah pada pengaturan nilai impedansi beban komplemen.salah satu metode pengaturan nilai impedansi beban komplemen adalah dengan menggunakan metode perbandingan antara arus konsumen dengan suatu besaran referensi. Besar arus yang masuk ke beban konsumen akan disampling kemudian dibandingkan dengan suatu besaran referensi. Hasil dari perbandingan ini berupa sinyal digital yang akan menentukan apakah saklar ELC akan berada dalam kondisi terbuka atau tertutup. Sakelar ini adalah penghubung antara titik percabangan arus dengan beban komplemen. Alasan penggunaan sakelar seperti ini adalah karena beban komplemen terdiri dari resistor yang besarnya konstan, sehingga untuk mengatur besar beban komplemen dapat dilakukan dengan mengatur berapa banyak resistor pada beban komplemen yang harus dialiri arus komplemen.selain itu bisa digunakan dengan beban kontinu dengan mengatur lebar pulsa pada saat penyalaan sudut pada thyristor. Metode Zero Crossing Detection Metode zero crossing detection digunakan untuk mengetahui frekuensi/periode suatu gelombang. Metode ini berfungsi untuk menentukan frekuensi suatu gelombang dengan cara mendeteksi banyaknya point pada suatu rentang berfungsi untuk mendeteksi perpotongan gelombang sinus pada tegangan AC dengan zero point tegangan AC tersebut, sehingga dapat memberikan sinyal acuan saat dimulainya pemicuan crossing detector. Selain itu dapat juga mendeteksi sinyalsinusoidal (sine wave)titik nol yang dideteksi adalah pada saat peralihan dari siklus negatif dan peralihan dari siklus negative menuju siklus positif. Dalam rangkaian digunakan mikrokontroler yangakan mengatur dan membangkitkan sinyal PWM untuk memicu gate TRIAC Opto Osillator.Hal ini diperlihatkan pada Gambar 3. Gambar 3. Prinsip kerja Metode Zero Cross Detection 70

5 Ketenagalistrikan Dan Pengendali Energi Terbarukan Beban Elektronik Tiga Phasa Menggunakan Mikro Kontroler Pada Pembangkit Listrik Mikrohodro (PLTMH) Penggunaan TRIAC TRIAC merupakan singkatan dari Triode Alternating Currentyang artinya adalah sakelar triode untuk arus bolak-balik.triac merupakan pengembangan dari pendahulunya yaitu Diode Alternating Current (DIAC) dan Silicon Control Rectifier (SCR).Ketiganya merupakan sub-jenis dari thyristor, piranti berbahansilikon yang umum digunakan sebagai sakelar elektronik, selain transistor dan Field Effect Transistor (FET).Perbedaan antara ketiganya adalah dalam penggabungan unsurunsur penyusunnya, serta dalam arah penghantaran arus listrik yang melaluinya.triac sebenarnya adalah gabungan dua buah SCR atau Thyristor yang dirancang anti paralel dengan satu buah elektroda gerbang (gate electrode) yang menyatu.scr diperlihatkan pada Gambar 4, merupakan piranti zat padat (solid state) yang berfungsi sebagai sakelar daya berkecepatan tinggi. Gambar 4. Sruktur dan Simbol TRIAC TRIAC memiliki karakteristik swicthing seperti pada SCR, kecuali bahwa TRIAC dapat berkonduksi dalam berbagai arah.triac dapat digunakan untuk mengontrol aliran arus dalam rangkaian AC. Elemen seperti penyearah dalam dua arah menunjukkan kemungkinan dua aliran arus antara terminal utama M1 dan M2.Pengaturan dilakukan dengan memberi sinyal antara gate (gerbang) dan M1.Karakteristik TRIAC diperlihatkan pada Gambar 5. Gambar 5. Karakteristik TRIAC Karena dapat bersifat konduktif dalam dua arah, biasanya TRIAC digunakan untuk mengendalikan fasa arus bolak balik (ac). Selain itu, karena TRIAC merupakan bidirectional device, terminalnya tidak dapat ditentukan sebagai anode atau katode. Jika terminal MT2 positif terhadap terminal MT1, TRIAC dapat dimatikan dengan memberikan sinyal gerbang positif antara gerbang Gate dan MT1, sebaliknya jika terminal MT2 negatif terhadap MT1 maka TRIAC akan dapat dihidupkan dengan memberikan sinyal pulsa negatif antara gerbang G dan terminal MT1.Dalam kenyataannya, sensitifitas bervariasi antara satu kuadran dengan kuadran lain dan TRIAC biasanya beroperasi di kuadran I+ (tegangan dan arus gerbang positif) atau 71

6 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 1 Juni 2012 : kuadran III- (tegangan dan arus gerbang negatif). Arus pada terminal M1 dan M2 akan mengalir sesuai dengan besar arus yang diberikan pada terminal gate. Semakin besar tegangan pada terminal gate, semakin besar pula arus tegangan yang mengalir pada M2 ke M1, dengan syarat tegangan yang diberikan pada terminal gate tersebut tidak lebih kecil atau melebihi tegangan yang diberikan pada terminal M1 dan M2. Sistem Kontrol Desain sistem kontrol dan proteksi terintegrasi berbasis microprocessor ini adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 6. Desain alat ini terdiri dari tiga bagian besar, yaitu bagian interface, microprocessor, rangkaian TRIAC. Bagian antar-muka (Interface) terdiri dari ac to dc Converter, Current to Voltage converter, Zero crossing detector, serta CT(Current Transformer) dan PT(Potential transformer). Sedangkan TRIAC terdiri dari DAC (Digital Analog Converter), Comparator dan TRIAC. Gambar 6. Diagram blok sistem Kontrol beban otomatis Pada PLTMH. Berdasarkan kebutuhan pada suatu sistem PLTMH, dalam penelitian ini relai proteksi yang akan digabung dengan kontrol beban adalah under/over voltage reley, under/over frequency dan over current reley. Adapun Blok diagram sistem alat ini diberikan sebagaimana pada Gambar 6, dengan prinsip kerja sebagai berikut: Tegangan sistem dipantau dan diturunkan dengan trafo stepdown (PT) untuk mendapatkan tegangan sebesar 12 Vac dari sistem tegangan 220 Vac. Besaran arus sistem dipantau melalui current transformer (CT) Untuk fungsi sebagai proteksi over voltage dan under voltage, tegangan sekunder dari trafo step down diubah menjadi tegangan DC oleh rangkaian konverter ac ke dc (ac to dc converter). Selanjutnya tegangan dc ini diberikan sebagai masukan pada mikroprosessor untuk diprogram sedemikian rupa, sehingga apabila ada perubahan tegangan sistem melampaui batas penyetelan tegangan kurang (Under Voltage) ataupun tegangan lebih (Over Voltage) yang terjadi selama waktu tertentu, maka mikroprosessor akan merespon dan memproses untuk memberikan sinyal masukan untuk melepas/memutus kontaktor. Untuk fungsi sebagai proteksi frekuensi lebih (over frequency) dan frekuensi kurang (under frequency), tegangan sekunder dari trafo step down diteruskan ke rangkaian Zero Crossing Detector untuk diubah menjadi gelombang pulsa dan dikonversikan menjadi besaran tegangan dc yang sebanding dengan frekuensi sistem. Tegangan dc yang merupakan representasi dari frekuensi sistem, diberikan sebagai masukan mikroprosessor untuk melakukan pemograman sedemikian rupa untuk fungsi ini, sehingga apabila ada Diterima 72 redaksi : 6 Februari 2012, dinyatakan layak muat : 11 Juni 2012

7 Pengendali Beban Elektronik Tiga Phasa Menggunakan Mikro Kontroler Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Pada Pembangkit Listrik Mikrohodro (PLTMH) perubahan frekuensi sistem melampaui batas setingan frekuensi lebih (over frequency) dan frekuensi kurang (under frequency), yang terjadi selama waktu tertentu, maka microprocessor akan merespon dan memberikan sinyal untuk melakukan perubahan pada sistem kendali agar frequency tetap dalam kondisi stabil namun jika gagal maka akan dilakukan trip pada kontaktor. Untuk fungsi proteksi arus lebih (over current), arus sekunder CT (Current Transformer) dimasukkan ke rangkaian konverter arus ke tegangan (Current to Voltage Converter) untuk dikonversikan menjadi besaran tegangan. Kemudian oleh rangkaian konverter ac to dc diubah menjadi tegangan dc. Selanjutnya tegangan dc ini diberikan sebagai masukan pada microprocessor untuk dilakukan pemograman sedemikian rupa untuk fungsi ini, sehingga apabila ada perubahan arus sistem melampaui batas setingan over current, maka mikro prosessor akan merespon dan memberikan sinyal untuk men-trip-kan kontaktor. Untuk fungsi sebagai kontrol beban, tegangan dc yang dimasukkan pada mikroprosessor akan dilakukan proses konversi data digital (ADC) yang akan digunakan untuk mengaktifkan sebuah sinyal interupsi. Ketika frekuensi sistem berubah turun, akibat adanya perubahan beban dalam arti ada penambahan beban pada sisi Consumer Load, sampai pada batas yang telah di setel, maka pencacah akan menghitung naik. Demikian sebaliknya, apabila frekuensi sistem berubah naik, maka pencacah akan menghitung mundur/turun. Keluaran pencacah adalah bilangan biner 8 bit, yang diubah menjadi besaran analog berupa tegangan dc oleh DAC (Digital Analog Converter), sehingga penurunan frekuensi system yang melebihi batas penyetelan akan menghasilakan keluaran tegangan DAC yang juga turun, demikian sebaliknya. Selanjutnya keluaran DAC diinputkan ke sebuah driver sebagai pulsa penyalaan TRIAC yang terhubung dengan Ballast/Complement Load. Perubahan frekuensi sistem akibat adanya perubahan beban akan diimbangi dengan pengendalian arus menuju Ballsat Load dan diperbaiki dengan sendirinya, maka frekuensi sistem akan terjaga pada nilai yang telah ditetapkan.hasil simulasi menunjukkan bahwa waktu kembali ke frekuensi maksimum pada kondisi semula dibutuhkan sekitar 0.5 detik. Sistem Kontrol Untuk memperbaiki unjuk kerja dari metode loop terbuka tanpa pengendali, dilakukan penambahan pengindera frekuensi pada salah satu fasa dari sumber pembangkit agar dapat memberikan umpan balik kesalahan frekuensi akibat adanya perubahan beban dari beban utama. Walaupun penambahan alat pengindera frekuensi mengakibatkan biaya keseluruhan sistem lebih mahal bila dibandingkan dengan metode tanpa pengindera frekuensi, namun diharapkan metode ini dapat memberikan perbaikan unjuk kerja pada sistem ELC. Pengendali frekuensi yang digunakan adalah pengendali IP (Integral Proportional) 73

8 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 1 Juni 2012 : yang berfungsi mencari besarnya frekuensi acuan pembangkit. Blok pengendali frekuensi menerima masukan yang berupa kesalahan frekuensidari adanya perubahan beban.adapun blok diagram pengendali IP dapat ditunjukkan pada Gambar 7. f ref f + _ e(t) Ki s Kp Gambar 7. Diagram blok pengendali IP Posisi pengendali proporsional diletakan pada bagian umpan balik dan berfungsi seperti halnya kompensasi sinyal umpan balik. Sinyal frekuensi kesalahan sebagai selisih antara frekuensi referensi dengan frekuensi modulasi. Dari blok diagram pengendali IP dirumuskan dengan persamaan: = ( ). =. + _ Df dapat Persamaan yang digunakan dalam pemograman (2) adalah : Td = - Kp f + ( K ( fref - f ). Ts + Td) dengan : Kp : penguat proporsional Ki : penguat integral I Δf=Sinyal estimasi perubahan frekuensi f ref = frekuensi set point f= frekuensi umpan balik dari inverter atau dari perubahan beban utama Td = time delay untuk menentukan sudut penyalaan pada SCR (3) Ts = sampling time Pada pemograman ini nilai Kp dan K i dicari dengan cara penalaan dengan konsep Trial and error atau quarter decay ratio. Untuk memberikan tanggapan sistem sesuai dengan yang diinginkan, maka perlu diberikan limiter. Dalam hal ini limiter disetel pada nilai 50 Hz, sesuai dengan batas frekuensi pada jala-jala. Setting P (Proporsional) dengan cara menambahkan P apabila respon ballast terlalu lambat, tetapi kurangi P apabila pada frekuensi generator terjadi osilasi. Setting I (Integrator) dengan cara mengurangi I apabila pada frekuensi generator terjadi osilasi setelah mendapat perubahan beban. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian dan analisa dilakukan pada PLTMH tiga fasa 6kW, yang berarti bahwa daya ELC pada tiap fasa adalah 2 kw. Tingkat sensitifitas yang digunakan adalah 1000 W pada tegangan kerja 220 V. Tingkat toleransi yang diberikan adalah 48 Hz 52 Hz (1) pada frekuensi tegangan dan 200 V 240 V pada tegangan kerja. Dengan demikian, PLTMH akan bekerja pada variable berikut ini. V = 220 I Z gen gen P 2000 = = V = A 2 2 V 220 = = p = Adapun hasil uji dapat ditampilkan seperti Gambar 8. 74

9 Pengendali Beban Elektronik Tiga Phasa Menggunakan Mikro Kontroler Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Pada Pembangkit Listrik Mikrohodro (PLTMH) Ballast Load Main Load Keluaran Sistem Kendali IP(Integral Proportional) Main/Consu mer Load Dummy Load 0.5 Gambar 8.Hasil uji sisten kontrol PLTMH denganbeban konsumen (main load) di ubahubah. MAIN LOAD Waktu (detik) x 10 4 Gambar 10. Hasil Sistem pengendali IP (IntegralProportional) Gambar 9.Indikator Ampere meter Main Load fasa R,S, dan T posisi aktif Dari Gambar 8, terlihat bahwa ketika dilakukan perubahan beban konsumen, maka secara automatis beban komplemen akan mengalami penurunan seiring dengan kenaikan beban konsumen, sedangkan Gambar 9 menampilkan kondisi beban konsumen aktif semua dengan seimbang. Hasil Sistem pengendali IP (Integral Proportional) D u m y L o a Dari respon sistem kendali terlihat bahwa sistem mulai stabil pada 0.5 detik yaitu dari 0 detik menuju 0.5 detik, dan pada detik ke tiga dilakukan perubahan beban dengan mengurangi beban konsumen sehingga beban ballast/dummy load naik dan mencapai kondisi stabil atau steady state pada 0.5 detik yaitu dari 3 detik menuju 3.5 detik. Beban Konsumen ELC yang dimodelkan adalah ELC 6 kw 3- fasa dengan tingkat sensitifitas1000 W. Artinya pada tiap perubahan beban konsumen sebesar 1000 W maka ELC akan menyalakan / mematikan satu resistor pada beban komplemen. Beban Komplemen Seperti yang telah dikemukakan sebelumnya, bahwa ELC yang dimodelkan akan menggunakan tingkat sensitifitas 1000 W. Artinya ELC akan mengkompensasi tiap 1000 W perubahan beban konsumen. Penggunaan 75

10 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 1 Juni 2012 : kW untuk memudahkan mendapatkan bahan yang sudah umum digunakan, namun bisa juga dengan beban kontinyu dengan merubah sisten penyalaan sudut thyristor dengan mengatur lebar pulsa atau dikenal dengan PWM..Jadi banyak resistor yang harus digunakan pada beban komplemen adalah sebanyak dua buah dengan besar resistansi yang tersusun parallel dengan nilai tiap resistor adalah 48.4 Ω, dengan perhitungan sebagai berikut. P 2000 n = = 2= Q V 220 R = = = 48.4W Q 1000 Pengujian Antarmuka (Interface) Pengujian integrasi ini dilakukan dengan mengantarmuka program ke perangkat keras. Pengujian ini dilakukan dengan beberapa tahap, yang pertama adalah pengujian pengambilan data ADC mikokontroler AVR Atmega 128 yang merupakan salah satu fasilitas yang tersedia dalam mikrokontroler AVR ATmega 128. Pengujian ini dilakukan dengan memberikan input tegangan dc 0-5 V pada ADC channel 0. Pada sistem menggunakan 1 ADC yaitu pada Port A 0. Pengujian Program Inisialisasi dan Antarmuka (Interface) Pengujian program ini untuk perangkat interface merupakan langkah awal sebelum pengujian alat secara keseluruhan. Langkah pertama yang dilakukan adalah pengujian terhadap ADC microcontroller AVR Atmega 128 dengan menggunakan output 8 bit. Sebagai masukan ADC ini, digunakannya PORT A pin 0, PORT A digunakan karena pada port ini mengijinkan untuk masukan analog. Dan tegangan reference yang digunakan adalah tegangan AVCC, yang merupakan data tegangan pin untuk PORT A dan A/D converter. Untuk ADC ini digunakan clock internal sebesar MHz dengan menggunakan scan input secara otomatis. Pada ADC ini menggunakan pin 0 maka scan dilakukan pada channel 0. Pada ADC ini digunakan tegangan referensi (Vref) sebesar 5 Vdc.Dalam pengujian ini untuk mencoba program pengambilan data melalui ADC dan ketepatan pembacaan ADC. Ketepatan pembacaan ADC dipengaruhi waktu sampling pengambilan data dan output dari penguat instrumentasinya. Pengujian mikrokontroler ATMega 128 Pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah system minimum bekerja dengan baik, dan untuk ini diadakan pengetesan pada jalurjalur port yang dimiliki oleh mikrokontroler ATmega128. Prosedur pengetesan meliputi voltmeter untuk mengukur level tegangan output tiap port dari mikrokontroller, Membuka program yang akan diuji, kemudian mengkompilenya. Mengunduh program ke dalam mikrokontroler ATmega 128 dengan menggunakan ISP downloader. Program menyalakan semua port (set tiap port sebagai output).porta=portb=portc=portd=p ORTE=PORTF=0xFF; Hasil yang diperoleh adalah semua port akan mengeluarkan tegangan sebesar ± 5 volt, sehingga bisa dipastikan 76

11 Pengendali Beban Elektronik Tiga Phasa Menggunakan Mikro Kontroler Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Pada Pembangkit Listrik Mikrohodro (PLTMH) bahwa sistem minimum dapat bekerja dengan baik. Pengujian LCD Pengetesan ini bertujuan untuk mengetahui apakah LCD tersebut dapat menampilkan pesan-pesan sesuai dengan proses yang diharapkan. Listing program pengetesan LCD: Analisa Pengujian LCD : Setelah program pengujian LCD didownload ke modul, maka pada layar LCD akan menghasilkan tampilan sebagai berikut : Pada baris 1 tampil V(tegangan), dan f(frekuensi) dan baris 2 tampil I (arus) dan P3TKEBTKE. Seperti terlihat pada Gambar 11. Gambar12. Blok diagram pengujian rangkaian sensor frekuensi Dari spesifikasi sensor frekuensi, dengan setiap kenaikan 0.5 Hz, maka tegangannya juga naik rata-rata sebesar 8mV.Maka untuk frkuensi 50 Hz nilai tegangannya adalah 784mV atau 0,784V. Agar ADC bisa membaca data sensor secara maksimal, maka tegangan 0,784V diatas dikuatkan menjadi 2.5V. Besarnya penguatan adalah 2.5 V/ 0, 784 V = 3.19 kali. Dari penguatan tersebut didapat bahwa frekuensi sebesar 49.5 Hz, bertegangan 2.45V dan pada frekuensi sebesar 50.5 Hz, bertegangan 2.52V. Dari data hasil pengukuran yang dilakukan terhadap sensor frekuensi dapat diketahui bahwa semakin naik frekuensi input, maka secara otomatis nilai tegangan output juga akan ikut naik. Gambar 11. Pengetesan LCD Pengujian Rangkaian Sensor Frekuensi Pada pengujian rangkaian sensor frekuensi ini digunakan function generator, dc power supply, voltmeter digital dan rangkaian f to v converter. Rangkaian pengujian dapat dilihat pada Gambar 12. KESIMPULAN DAN SARAN Salah satu alternatif dalam melindungi PLTMH agar tetap bekerja pada tegangan dan frekuensi kerjanya walaupun beban konsumen berubah-ubah adalah dengan menggunakan Electronic Load Controller (ELC). Kesimpulan Pemodelan ELC 6 kw 3 fasa dengan tingkat sensitifitas 1kW pada penelitian ini menunjukkan bahwa frekuensi yang dihasilkan masih dalam toleransi (48 Hz 52 Hz). ELC 77

12 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 1 Juni 2012 : yang diujikan akan menanggapi respon yang diakibatkan adanya perubahan daya aktif pada sisi beban konsumen. Dengan demikian perubahan tegangan akibat adanya perubahan daya reaktif di sisi beban konsumen dapat diperbaiki oleh ELC. Pengujian ELC 6 kw tiga fasa dengan tingkat sensitifitas 1000 W menunjukkan bahwa ELC lebih cepat dalam menanggapi perubahan beban konsumen saat beban tersebut mengalami peningkatan dari pada saat beban mengalami penurunan. Saat terjadi gangguan arus lebih, ELC akan memerintahkan agar seluruh arus yang dihasilkan generator dialirkan ke beban komplemen. Pengendali frekuensi memiliki akurasi sekitar 0.01 Hz pada saat terjadi perubahan beban. Sedangkan waktu untuk kembali frekuensi maksimum pada kondisi semula dibutuhkan sekitar 0.5 detik. Saran Pada penelitian ini tentu tidak lepas dari berbagai macam kekurangan dan kelemahan, baik itu pada sistem maupun pada peralatan yang telah digunakan. Untuk memperbaiki kekurangan-kekurangan tersebut dan mengantisipasi pembacaan ADC yang tidak stabil atau mengalami perubahan yang cepat, sebaiknya penggunaan delay pada program saat input ADC perlu diperhatikan DAFTAR PUSTAKA [1].Bhim Singh, S. S. Murthy and S. Gupta, Analysis and design of electronic load controller for self excited induction generator, IEEE Trans. Energy Conversion, Vol. 21, Vol. 1, pp , Mar [2].Bhim Singh and V. Rajagopal, Battery energy storage based voltage and frequency controller for isolated pico hydro systems, Journal of Power Electronics, Vol. 9, No. 6, pp , Nov [3]. Emmanuel A. Gonzalez, Jingel Tio, Felicito S.Caluyo, 2004, Conceptual Design Of A Rule Base ForA Micro-Hydropower Plant Feedback Control System,ECE TechnicalReport, DeLaSalle University Manila. [4].D. Joshi, K. S. Sandhu and M. K. Soni, Constant voltage constant frequency operation for a self excited induction generator, IEEE. Trans. Energy Conversion, Vol. 21, No. 1, pp , Mar [5].Gaurav Kumar Kasal and Bhim SinghVSC With Star Delta Transformer Based Electronic Load Controller for a Stand-Alone Power Generation, Senior Member, IEEE, [6]. Hamzah Berahim, Transformator, 1999.Yogyakarta. Hand-Out mata kuliah Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada. [7].Jose I. Sarasua, Jesu's Fraile-Ardanuy, Juan I. Perez, Jose R. Wilhelmi, Jose A. Sanchez, 2007, Control of a run of river small hydro powerplant, IEEE POWERENG, Setubal, Portugal,hal

13 Pengendali Beban Elektronik Tiga Phasa Menggunakan Mikro Kontroler Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Pada Pembangkit Listrik Mikrohodro (PLTMH) [8].J.M. Ramirez, Emmanuel. and M Torres, An Electronic Load Controller for the Self- Excited Induction Generator, IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 22, no. 2, pp , June [9].John Uffenbeck, Microcomputers and Microprocessors. Prentice Hall Internatinal Editions. [10].Ratna Ika Putri, Penerapan Adaptif Fuzzy PadaPengaturan Kecepatan Motor Induksi TigaFasa, Jurnal Teknik Gelagar, Vol. 18, No. 01,April [11].Sarsing Gaoy, S. S. Murthy_, Design of a Microcontroller Based Electronic LoadController for a Self Excited Induction Generator Supplying Single-Phase Loads, Dept. of Electrical Engineering, Indian Institute of Technology, New Delhi, India Oracle India Pvt. Ltd., Bangalore, India. Journal of Power Electronics, Vol. 10, No. 4, July [12].Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta. Penerbit : PT Gramedia Pustaka Utama. 79

14 Ketenagalistrikan Dan Energi TerbarukanVol. 11 No. 1 Juni 2012 : Lampiran 1 DATA UJI No Tegangan_(ukur) Cos Freq(Hz) Freq (Hz) F Ө_ukur err Volt reff (ukur) ΔF