Pengontrolan Sistem Eksiter Untuk Kestabilan Tegangan Di Sistem Single Machine Infinite Bus (SMIB) Menggunakan Metode PID

Transkripsi

1 JURNAL INTAKE---- Vol. 5, Nomor 2, Oktober 2014 Pengontrolan Sistem Eksiter Untuk Kestabilan Tegangan Di Sistem Single Machine Infinite Bus (SMIB) Menggunakan Metode PID Alamsyah Ahmad Teknik Elektro, Universitas Cokroaminoto Palopo ABSTRACT This type of control is often used directly in the voltage control system excitation SMIB system. The function of controlling the excitation voltage to maintain stability in the SMIB system. To get the most reliable control system is needed so that the desired stability can be achieved. By using the software MATLAB and PID method, the system will show the results of the Institute of Electrical excitation at SMIB. Jenis kontrol ini sering digunakan secara langsung dalam sistem eksitasi. Fungsi pengontrolan tegangan eksitasi adalah untuk menjaga kestabilan pada sistem SMIB. Untuk mendapatkan sistem kontrol yang paling andal diperlukannya agar stabilitas yang diinginkan bisa tercapai. Dengan menggunakan metode MATLAB dan PID perangkat lunak, sistem akan menampilkan hasil Institute of Electrical excitation di SMIB. Kata kunci : Eksitasi, SMIB, PID, SIMULINK, MATLAB. I. PENDAHULUAN Seiring berjalannya waktu, kebutuhan akan tenaga listrik semakin berkembang. Hal ini akan berdampak pada kestabilan tegangan eksitasi pada sistem tenaga listrik khususnya pada sistem SMIB. Kestabilan tegangan pada sistem menjadi hal yang sangat perlu untuk dipertahankan. Untuk menjaga kestabilan tegangan perlu perancangan system kontrol yang handal dan tepat. System kontrol eksitasi sangat berguna apabila sistem tenaga listrik mengalami ketidakstabilan tegangan pada system itu sendiri. Sistem Eksitasi memiliki power supply DC sebagai penguat untuk generator supaya menghasilkan listrik atau medan magnet sesuai yang diinginkan, suatu generator bisa 68

2 ISSN Cetak: ; ISSN On Line: Pengontrolan Sistem Eksiter Untuk Kestabilan Tegangan... (Alamsyah Ahmad) menghasilkan energi listrik berdasarkan pada besarnya arus eksitasi yang terdapat pada generator itu sendiri. Sistem ini adalah sistem yang sangat penting untuk proses pembangkitan tenaga listrik, dan terkait dengan pengembangan sistem eksitasi dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu sebagai berikut : 1. Sistem Eksitasi menggunakan sikat Sistem ini menggunakan sumber tenaga listrik yang berasal dari sumber generator arus searah (DC), atau bisa juga kita menggunakan generator arus bolak balik (AC) yang terlebih dahulu tegangannya dirubah menjadi DC dengan menggunakan rectifier yang berfungsi untuk merubah tegangan AC menjadi tegangan DC. Jika kita memakai sumber listrik dari generator AC atau menggunakan magnet permanent generator maka medan magnetnya yaitu magnet permanent. Untuk mengontrol kumparan medan eksiter utama, maka kita membutuhkan rangkaian penyearah. Dalam rangkaian penyearah, tegangan listrik arus bolak balik disearahkan menjadi tegangan arus searah sehingga diperoleh jenis tegangan yang diinginkan. Untuk menyuplai arus eksitasi dari main eksiter ke rotor maka generator yang digunakan harus menggunakan slip ring sikat arang. Begitupun juga dengan penyaluran arus yang berasal dari pilot eksiter ke main eksiter. Saat ini sudah banyak sekali generator arus bolak-balik yang menggunakan atau dilengkapi dengan penyearah AC ke DC, yang berguna untuk menghasilkan arus searah sehingga bisa digunakan untuk pengontrolan tegangan eksitasi. Sehingga untuk menyalurkan arus searah untuk penguat generator tidak diperlukan cincin geser karena penyearah tersebut akan ikut berputar dengan rotor generator. Untuk menyalurkan arus dari generator penguat pertama ke medan penguat generator kedua maka digunakan cincin geser, hal tersebut bisa digunakan jika didalam sisatem terdapat dua generator. 2. Sistem eksitasi yang tidak menggunakan sikat (brushless excitation). Pada sistem ini terdapat kelemahan yaitu besarnya arus yang mengalir pada sikat slip ring sangat kecil. Untuk mengatasi hal tersebut digunakan sistem eksitasi yang tidak menggunakan sikat (brushless excitation) 69

3 JURNAL INTAKE---- Vol. 5, Nomor 2, Oktober 2014 Dalam sistem eksitasi yang tidak menggunakan sikat terdapat beberapa kelebihan yaitu sebagai berikut: a. Mempunyai keandalan yang tinggi karena energi yang diperlukan untuk pengasutan eksitasi didapat dari poros utama. b. Biaya yang digunakan untuk perawatan sistem relatif murah dan terjangkau c. Kerusakan pada rotor bisa diminimalisir karena tidak menggunakan slip ring. d. Selama beroperasi tidak membutuhkan penggantian sikat arang, sehingga meningkatkan keandalan pada sistem operasi yang dapat beroperasi secara terus menerus. e. Terdapat berbagai komponen yang tidak diperlukan lagi seperti pemutus medan generator, field generator dan kabel tidak digunakan lagi. f. Berkurangnya biaya pondasi, karena celah udara dan bus exciter tidak membutuhkan pondasi Pada system eksitasi yang tidak menggunakan sikat arang, akan timbul permasalahan jika saja terjadi gangguan hubung singkat baik itu gangguan hubung singkat yang langsung ketanah maupun jika terdapat sekering lebur dari dioda berputar yang rusak, permasalahan tersebut tentu harus secepatnya dideteksi. Gangguan yang terjadi pada rotor yang berputar bisa saja menimbulkan distorsi medan magnet yang terdapat pada generator dan akan mengakibatkan getaran berlebihan di pembangkit. Ketidakstabilan tegangan pada system tenaga listrik akan berdampak buruk pada system dan konsumen. Naik dan turunnya tegangan akan mempegaruhi kualitas tegangan dan daya reaktif. Untuk mengatasi permasalahan ini diperlukan system eksitasi yang handal sehingga tegangan yang stabil bisa diperoleh. System eksitasi pada SMIB berfungsi untuk menjaga tegangan dan daya reaktif yang dibangkitkan oleh generator tetap stabil pada harga yang diinginkan[1]. Jika daya reaktif mengalami kenaikan, maka pada sisi beban akan terjadi penurunan tegangan dan akan berdampak pada konsumen. Kontrol pengaturan sinyal penguat atau biasa dikenal dengan gain pada sistem eksitasi akan mengatur tegangan, sehingga tegangan eksitasi pada pembangkit akan stabil pada level tegangan yang diharapkan. Stabilnya tegangan eksitasi pada generator akan menstabilkan tegangan dan daya reaktif pada sisi beban atau konsumen. Hal ini sangat 70

4 ISSN Cetak: ; ISSN On Line: Pengontrolan Sistem Eksiter Untuk Kestabilan Tegangan... (Alamsyah Ahmad) perlu untuk diperuhatikan karena bisa berdampak pada stabilnya daya reaktif dan tegangan system tenaga listrik[2]. II. METODE Dalam melihat respon kestabilan tegangan dan daya pada System Single Machine Infinite Bus (SMIB) ini menggunakan metode PID dan menjalankannya menggunakan fasilitas Multisim yang terdapat pada software MATLAB. Metode PID adalah metode yang sangat sederhana dan merupakan metode yang efektif untuk sebuah system kontrol. Metode ini digunakan oleh sebagian besar industri-industri yang didalamnya terdapat pengontrolan karena pengoperasiannya yang relatif mudah dan tidak terlalu rumit untuk seorang pemula dibidang system kontrol. Dalam penentuan parameter kontrol PID, dilakukan dengan cara mencoba-coba nilai parameternya hingga dicapai karakteristik komponen yang sesuai dengan prinsip kerja setiap komponen tersebut. Dan berikut ini adalah algoritma blok kontrol PID yang berumpan balik. Kontroll er Plant Gambar 1. Algoritma PID Persamaan atau Fungsi Transfer dari Pengendali PID adalah sebagai berikut Dimana : K P K I K D = Proportional Gain = Integral Gain = Derivatif Gain 71

5 JURNAL INTAKE---- Vol. 5, Nomor 2, Oktober 2014 Metode PID ini bertujuan untuk menemukan kondisi kestabilan yang diharapkan. Metode ini memiliki acuan pada rice time atau waktu naik dan perbedaan isolasi harus mempunyai batasan nilai kestabilan dari nilai yang sebelumnya, dan jika error steady state mendekati nilai yang diharapkan maka respon tersebut bisa dikatakan sudah stabil[3]. Selain yang telah dipaparkan sebelumnya, masih terdapat metode penentuan parameter PID yang lebih efektif yaitu metode Autotuning pada program SIMULINK yang terdapat pada software MATLAB. Metode Autotuning tersebut merupakan metode yang mempunyai kemampuan untuk mensetting parameter PID secara otomatis. Berbicara tentang Autotuning, sekarang ini sudah banyak software komputer yang mempunyai fasilitas Autotuning dan sudah tidak susah lagi untuk ditemukan contohnya software SIMULINK yang merupakan fasilitas software pendukung dari program MATLAB. Autotuning tersebut mempunyai keunggulan yang ditawarkan yaitu dapat menyesuaikan dengan karakteristik sistem yang akan di operasikan. Pada modul kontrol Autotuning PID,terdapat dua metode yang sering digunakan yaitu: 1. Respon transien (Trancient Respons) 2. Umpan balik (Feed Back) Berdasarkan beberapa metode yang diusulkan di atas, maka yang akan kita gunakan adalah metode umpan balik. PID Controller terbagi menjadi 3 jenis sistem kontrol yang saling terintegrasi satusama lain, yaitu P (Proportional) Controller, D (Derivative) Controller, dan I (Integral) Controller. Dari ketiga sistem kontrol tersebut, semuanya mempunyai parameter-parameter tersendiri yang harus diatur agar dapat berfungsi sesuai dengan yang diharapkan, yang disebut sebagai nilai konstanta pada P, I dan D. Parameter yang terdapat pada PID tersebut tidak bersifat permanen, sehingga jika kita mengubah salah satu nilai konstantanya maka sistem tidak akan berfungsi seperti 72

6 ISSN Cetak: ; ISSN On Line: Pengontrolan Sistem Eksiter Untuk Kestabilan Tegangan... (Alamsyah Ahmad) yang diharapkan. Blok diagram sistem dibuat untuk mendesain sebuah sistem kontrol, dimana didalam blok diagram tersebut terdapat transfer function, kemudian akan di proses dengan metode yang berbeda. untuk melihat respon sinyal output yang ada pada system maka perlu mengatur sinyal yang ada pada sisi input. Jika kombinasi sinyal input dan metode pengontrolan yang digunakan berfariasi maka akan menghasilkan sinyal keluaran yang berbeda. III. HASIL DAN ANALISIS Berikut ini adalah blok diagram sederhana control tegangan dari System Single Machine Infinite Bus (SMIB) : Gambar 2. Blok diagram kontrol tegangan pada SMIIB Adanya perubahan tegangan medan eksitasi E FD dihasilkan oleh perubahan tegangan referensi U 2 atau tegangan terminal Vt. Jika diasumsikan bahwa U 2 =0 dan transduser tidak 73

7 JURNAL INTAKE---- Vol. 5, Nomor 2, Oktober 2014 mempunyai time lag, maka E FD hanya bergantung pada Vt yang dimodifikasi oleh fungsi alih system eksitasi. Persamaan hubungan dalam domain s antara perubahan tegangan eksitasi E FD dengan perubahan tegangan terminal mesin singkron Vt dapat dilihat pada pesamaan berikut ini : E FD = - K E /(1+τ E S ) Dimana K E τ E E FD s : Penguat kontrol : Konstanta waktu kontrol : Perubahan tegangan medan eksitasi : Domain Dan berikut adalah hasil simulasi Gambar.2 menggunakan software MATLAB dengan penentuan parameter menggunakan metode PID : Gambar 3. Perubahan sudut rotor 74

8 ISSN Cetak: ; ISSN On Line: Pengontrolan Sistem Eksiter Untuk Kestabilan Tegangan... (Alamsyah Ahmad) Gambar 4. Perubahan Tegangan Dari gambar di atas dapat kita lihat perubahan sudut rotor yang terjadi. Ketika terjadi gangguan, perubahannya akan sidnifikan dan tidak stabil. Perubahan tersebut sangat mempegaruhi tegangan otput. Ketidak stabilan tersebut akan memberikan umpan balik ke system kontrol untuk memperbaiki ketidakstabilan yang terjadi menjadi stabil. Umpan balik ini sangat berfungsi untuk kestabilan pada system. Dari grafik di atas dapat kita bisa melihat bahwa setelah terjadi gangguan maka system kontrol akan segera berfungsi karena menerima umpan balik dari output system dan ketidakstabilan tersebut akan segera diperbaiki secara otomatis oleh system kontrol eksitasi. System kontrol yang dimaksud adalah system kontrol PID, dimana system kontrol PID ini berfungsi untuk menstabilkan tegangan pada system. Kontrol PID bekerja berdasarkan parameter-parameter yang ada didalamnya. Parameter-parameter tersebut, tidak bersifat berdiri sendiri, sehingga jika salah satu nilai konstantanya diubah, maka sistem tidak akan bereaksi seperti yang harapkan, jadi karena itu P, I dan D harus di setting bekerja secara bersama-sama dan pada waktu yang sama pula. 75

9 JURNAL INTAKE---- Vol. 5, Nomor 2, Oktober 2014 Dalam mendesain sebuah sistem kontrol dapat dimulai dengan membuat blok diagram sistem yang akan dioperasikan. Berikutnya blok diagram tersebut akan diamati dengan menggunakan aksi pengontrolan yang berbeda. Jika sinyal imputnya dirubah maka kita bisa melihat perubahan respon sistem jika mendapat masukan sinyal yang berbeda. Dan berikut ini akan ditampilkan hasil tuning parameter PID pada system SMIB secara otomatis dengan menggunakan software MATLAB. Gambar 5. Hasil tuning parameter PID di MATLAB Gambar 6. Proses tuning PID 76

10 ISSN Cetak: ; ISSN On Line: Pengontrolan Sistem Eksiter Untuk Kestabilan Tegangan... (Alamsyah Ahmad) IV. KESIMPULAN Berdasarkan pembahasan di atas maka dapat ditarik suatu kesimpulan sebagai berikut : - Perbaikan kestabilan tegangan pada system Single Machine Infinite Bus (SMIB) menggunakan metode PID telah sesuai dengan apa yang diinginkan - Penentuan parameter PID pada system Single Machine Infinite Bus (SMIB) dengan menggunakan metode tuning secara otomatis sudah sesuai dengan apa yang diinginkan sehingga menghasilkan kualitas pengontrolan sesuai yang diharapkan - Desain system Single Machine Infinite Bus (SMIB) dapat berfungsi dengan baik. V. DAFTAR PUSTAKA [1] Muhlasin and M. Ali, Analisa Perencanaan Trafo Sisipan T. 416 Pada Trafo HL. 017 Di Jaringan Tegangan Rendah Desa Guyangan Kecamatan Bagor Kabupaten Jombang, J. Intake, vol. 3, no. 1, pp , [2] M. A. Haikal and M. Ali, Studi Hubung Singkat 3 Fasa Simetri (Studi Kasus Sistem Interkoneksi 150 kv Sulawesi Selatan), J. Intake, vol. 4, no. 1, pp , [3] M. Ali, Kontrol Kecepatan Motor DC Menggunakan PID Kontroler Yang Ditunning Dengan Firefly Algorithm, J. Intake, vol. 3, no. 2, pp. 1 10, [4] Imam Robandi, Prof, Modern Power System Control, Andi, Yogyakarta 2009 [5] Imam Robandi, Prof, Desain Sistem Tenaga Modern, Andi, Yogyakarta