BAB I PENDAHULUAN. Analisis penerapan Kontroler PID Pada AVR Untuk Menjaga Kestabilan Tegangan di PLTP Wayang Windu

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Energi listrik merupakan kebutuhan yang sangat penting bagi umat manusia. Tanpa energi listrik manusia akan mengalami kesulitan dalam menjalankan aktifitasnya sehari-hari. Oleh karena itu, penyediaan tenaga listrik merupakan suatu hal yang sangat penting dalam suatu industri yang berfungsi sebagai penyaluran tegangan dan pembangkitan tenaga listrik untuk kebutuhan mengoperasikan mesin-mesin listrik sebagai penunjang aktifitas kerja di industri tersebut. Pada aplikasi industri, bahwa tenaga listrik harus dikendalikan terlebih dahulu sebelum disalurkan pada jaringan transmisi hingga sampai ke konsumen. Pengaturan tegangan dilakukan akibat terjadinya perubahan kebutuhan daya reaktif pada beban, dimana perubahan daya ini merupakan suatu hal yang sudah pasti terjadi. Untuk menangani hal tersebut diatas, maka parameter-parameter pembangkit harus ada yang dapat diubah-ubah agar pembangkit tetap beroperasi dengan baik dengan tetap menyuplai beban dalam kondisi aman dan stabil. Keberadaan kontroler dalam sebuah sistem kontrol mempunyai kontribusi yang besar terhadap prilaku sistem. Pada prinsipnya hal itu disebabkan oleh tidak dapat diubahnya komponen penyusun sistem tersebut. Artinya, karakteristik plant harus diterima sebagaimana adanya, sehingga perubahan perilaku sistem hanya dapat dilakukan melalui penambahan suatu sub sistem yaitu kontroler. Salah satu tugas komponen kontroler adalah mereduksi sinyal kesalahan, yaitu perbedaan antara sinyal setting dan sinyal aktual. Hal ini sesuai dengan tujuan sistem kontrol adalah mendapatkan sinyal aktual senantiasa (diinginkan) sama dengan sinyal setting. Semakin cepat reaksi sistem mengikuti sinyal aktual dan semakin kecil

2 2 kesalahan yang terjadi, semakin baiklah kinerja sistem kontrol yang diterapkan (Chairuzzaini, 1998). Apabila perbedaan antara nilai setting dengan nilai keluaran relatif besar, maka kontroler yang baik seharusnya mampu mengamati perbedaan ini untuk segera menghasilkan sinyal keluaran untuk mempengaruhi plant. Dengan demikian sistem secara cepat mengubah keluaran plant sampai diperoleh selisih antara setting dengan besaran yang diatur sekecil mungkin (Rusli, 1997). Saat ini sudah ada sebuah alat yang mampu mengatur parameter pembangkit tersebut dan bahkan sudah dapat bekerja secara otomatis. Alat tersebut yaitu Automatic Voltage Regulator (AVR) yang sedemikian rupa mampu mengatur nilai tegangan yang dibangkitkan oleh suatu pembangkit. Dengan berkembangnya teknologi komputer yang semakin canggih dengan dibuatnya program MATLAB yang sangat bermanfaat dan dapat digunakan untuk membuat simulasi dan melakukan analisis terhadap sebuah peralatan tanpa menyentuh peralatan tersebut bahkan mampu menampilkan respon sebuah peralatan apabila diberikan input dan jika input dari peralatan yang dapat diubahubah. Pada praktek di lapangan, daya reaktif yang disuplai dari generator ke beban selalu mengalami perubahan. Sehingga, menyebabkan tegangan pada terminal generator harus diubah-ubah untuk menjamin generator tetap stabil dalam mengkompensasi kebutuhan daya pada beban tersebut. Tegangan output dari generator dapat diatur dengan cara mengubah GGL induksi yang dibangkitkan dengan cara mengubah fluks rotor yang tergantung pada besarnya arus penguatan (excitacy) yang disuplai oleh exciter. Dengan kata lain, besar kecilnya tegangan output dari generator tergantung pada besarnya arus penguatan (excitacy) yang disuplai oleh exciter. Apabila tegangan output generator di bawah tegangan nominal tegangan generator, maka AVR akan menerima sinyal eror sehingga memerintahkan exciter untuk memperbesar arus

3 3 penguatan (excitacy). Sebaliknya, apabila tegangan output generator melebihi tegangan nominal generator maka AVR akan memerintahkan exciter untuk mengurangi arus penguatan (excitacy). Dengan demikian, apabila terjadi perubahan tegangan output generator akan dapat distabilkan oleh AVR secara otomatis dikarenakan dilengkapi dengan peralatan seperti alat yang digunakan untuk pembatasan penguat minimum ataupun maksimum yang bekerja secara otomatis. Automatic Voltage Regulator (AVR) dioperasikan dengan mendapat satu daya dari Permanent Magnet Generator (PMG). Sebagai contoh AVR dengan tegangan 110 Volt, 20 Ampere serta mendapat sensor dari Potencial Transformer (PT) dan Current Transformer (CT). Pada sistem pengaturan arus penguatan (excitacy) terdapat dua kondisi yang mungkin terjadi yaitu: 1. Under Excitation Kondisi under excitation yaitu kondisi dimana generator mendapatkan arus penguatan (excitacy) dibawah batas ideal dari penguatan yang seharusnya. Ketika generator kurang diperkuat, maka AVR akan memerintahkan exciter untuk memberikan arus mendahului ke sistem karena arus mendahului akan menghasilkan fluks jangkar yang akan memperkuat fluks rotor. 2. Over Excitation Kondisi over excitation yaitu kondisi dimana generator mendapatkan arus penguatan (excitacy) yang terlalu besar melebihi batas ideal dari penguatan yang seharusnya. Ketika generator terlalu diperkuat, maka AVR akan memerintahkan exciter untuk memberikan arus tertinggal ke sistem karena arus tertinggal akan menghasilken fluks jangkar yang akan melawan fluks rotor untuk mengurangi penguatan yang terlalu besar. Automatic Voltage Regulator (AVR) dapat bekerja secara maksimal dengan adanya pengoperasian kontroler PID untuk memperbaiki kesalahan sehingga dapat menghasilkan output yang maksimal. Dalam suatu sistem kontrol, kita mengenal adanya beberapa macam aksi kontrol diantaranya yaitu aksi kontrol proportional, aksi kontrol integral dan aksi kontrol derivative. Masing-masing aksi kontrol ini mempunyai keunggulan-keunggulan tertentu, dimana aksi kontrol

4 4 proportional mempunyai keunggulan rise time yang cepat, aksi kontrol integral mempunyai keunggulan untuk memperkecil error, dan aksi kontrol derivative mempunyai keunggulan untuk meredam overshot/undershot. Untuk menghasilkan output dengan rise time yang cepat dan error yang kecil, maka kita dapat menggabungkan ketiga aksi kontrol ini menjadi aksi kontrol PID. Parameter pengontrol PID selalu didasari atas tinjauan terhadap karakteristik yang diatur (plant). Dengan demikian, bagaimanapun rumitnya suatu plant maka perilaku plant tersebut harus diketahui terlebih dahulu sebelum pencarian parameter PID itu dilakukan (Chairuzzaini, 1998). Oleh karena itu, penulis tertarik untuk meneliti tentang bagaimanakah penerapan kontroler PID pada AVR untuk menjaga kestabilan tegangan yang ada di PLTP. Dengan ini penulis mengajukan judul Analisis Penerapan Kontroler PID pada AVR untuk Menjaga Kestabilan Tegangan di PLTP. Penelitian ini akan mengkaji tentang penerapan Proportional, Integral dan Derivative (PID) pada AVR di PLTP dengan menggunakan metode kestabilan Routh-Hurwitz. Data yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah data parameter generator yang berasal dari arsip pembangkitan di perpustakaan PLTP. Dalam melakukan penelitian ini penulis hanya menguji stabilitas sistem dan membandingkan sinyal output pada saat sebelum dan setelah menggunakan kontroler PID dengan menggunakan bantuan software MATLAB versi R2012a dari The MathWorks, Inc sebagai perangkat lunak pendukung untuk melakukan simulasi ini. B. Perumusan Masalah Penelitian skripsi ini difokuskan pada: 1. Bagaimana penerapan PID pada AVR di PLTP?

5 5 2. Bagaimana cara menstabilkan sistem dengan menggunakan kriteria kestabilan Routh-Hurwitz? 3. Bagaimana tingkat keberhasilan dari sistem kerja AVR yang digunakan? C. Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penulisan skripsi ini: 1. Untuk mempelajari dan mengetahui penerapan kontroler PID pada AVR di PLTP. 2. Untuk mempelajari cara menstabilkan sistem dengan menggunakan kriteria kestabilan Routh Hurwitz. 3. Untuk mengetahui tingkat keberhasilan dari sistem kerja AVR yang digunakan dan mengetahui tingkat error steady state, rise time, overshoot dan settling time yang terjadi pada saat sebelum menggunakan kontroler PID. D. Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari penelitian ini antara lain: 1. Bagi Penulis Menambah pengetahuan dan kemampuan penulis dalam menerapkan teori kelistrikan yang didapat dalam perkuliahan khususnya studi penerapan PID pada AVR. 2. Bagi Perusahaan Dengan adanya penelitian ini, diharapkan dapat menjadi masukan yang bermanfaat bagi pembangkit mengenai penerapan kontroler PID pada AVR. 3. Bagi Keilmuan Diharapkan mampu memberikan sumbangan pikiran dan informasi khususnya tentang studi penerapan kontroler PID pada AVR yang dilaksanakan di PLTP, juga meningkatkan kemampuan dan kualitas sumber daya manusia dalam bidang ketenagalistrikan. E. Sistematika Penulisan

6 6 Untuk memudahkan dalam membaca dan memahami skripsi ini, maka disusun sistematika penulisan sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN Bab ini berisi mengenai latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi mengenai studi Proportional, Integral dan Derivative (PID), sistem eksitasi, Automatic Voltage Regulator (AVR), dan kriteria kestabilan Routh- Hurwitz. BAB III METODE PENELITIAN Bab ini berisi tentang kegiatan atau metode penelitian yang meliputi waktu dan lokasi penelitian, data penelitian, desain penelitian dan langkah-langkah penelitian. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi tentang pembahasan hasil pengujian data parameter generator di PLTP dengan menerapkan sistem pengontrolan PID. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi tentang hasil simpulan yang diperoleh dari penelitian dan saran yang diberikan berdasarkan penelitian.