Optimasi Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin Menggunakan Maximum Power Point Tracker (MPPT) dengan Metode Gradient Approximation Dzulfiqar Rais M. 2207100141 Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng. Vita Lystianingrum, ST, M.Sc.
Cadangan Energi Fosil di Indonesia Jenis Energi Cadangan Total Cadangan Terbukti Produksi Rasio (Cadangan / Produksi) Minyak 86.9 milyar 5 milyar bbl 500 juta bbl 10 tahun Bumi bbl Gas Bumi 385 TSCF 90 TSCF 2.9 TSCF 30 tahun Batubara 50 milyar ton 5 milyar ton 100 juta ton 50 tahun
Potensi Energi Terbarukan dan Kapasitas Terpasang di Indonesia Sumber Energi Potensi Kapasitas Terpasang Tenaga Air 75.67 GW 4200 MW Panas Bumi 27.67 GW 1052 MW Mini/ Micro hydro 500 MW 86.1 MW Biomassa 49.81 GW 445 MW Tenaga Surya 4.8 kwh/m2/hari 12.1 MW Tenaga Angin 9290 MW 1.1 MW
Turbin Angin Penggunaan turbin angin tidak bisa lepas dari masalah, masalah yang dihadapi adalah daya keluaran dari turbin angin yang seringkali tidak mencapai daya maksimal yang sebenarnya bisa dikeluarkan oleh turbin angin. Besarnya beban yang terhubung pada turbin angin sangat mempengaruhi daya keluaran turbin angin.
Permasalahan Bagaimana memodelkan sistem turbin angin? Bagaimana membuat desain kontrol untuk turbin angin? Bagaimana performansi sistem turbin pada kecepatan angin dan beban yang berubah-ubah?
Turbin Angin Turbin Angin Sumbu Vertikal Turbin Angin Sumbu Horizontal
Turbin Angin
Daya Maksimal Turbin Angin Kecepatan Angin (m/s) Daya Maksimum (W) 3 128.8 140 4 305.3 196 5 597.5 238 6 1031 280 7 1639 336 8 2446 378 9 3484 434 10 4780 476 Kec Rotor (rad/s)
Daya maksimal turbin angin setiap kecepatan angin dibanding kecepatan rotor Daya turbin angin (Watt) 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 10 20 30 40 Kec rotor (rad/s) 3 m/s 4 m/s 5 m/s 6 m/s 7 m/s 8 m/s 9 m/s 10 m/s
MPPT Maximum Power Point Tracking Maksimum Power Point Tracker(MPPT) adalah suatu metode yang digunakan untuk mengoptimalkan daya keluaran dari turbin angin. TSR Control Power Signal Feedback (PSF) Control Perturbation and Observation (P&O) Control Hill Climbing Searching (HCS) Control
Buck-Boost Converter L = 0.0125 H C = 0.5 mf
Efisiensi converter 100 80 Efisiensi (%) 60 40 20 0 Vin 100 V Vin 200 V Vin 300 V 0 5000 10000 15000 P out (Watt)
Inisialisasi variabel program Flowchart Ukur V(k) dan I(k) Hitung daya P(k) P(k) > P(k-1) N Balik tanda D Y D(k+1) = D(k) + D
Rangkaian MPPT
Pengujian MPPT
Daya Beban Tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT untuk kecepatan angin 7 m/s R Tanpa MPPT Daya Dengan MPPT Duty Cycle Vdc Output Konverter (V) 10 2.668 9.674 0.33 9.823 50 12.14 1359 0.45 269.2 100 23.58 1375 0.53 377 150 35.5 1398 0.57 456.6 155 1401 1394 0.57 464.7 200 1137 1373 0.6 523.9 300 882 1331 0.65 631.7
Daya Beban Tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT untuk kecepatan angin 7 m/s 1600 1400 1200 Daya (watt) 1000 800 600 400 200 0-200 tanpa MPPT dengan MPPT 0 100 200 300 400 R (ohm)
Daya Beban Tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT untuk kecepatan angin 9 m/s R Tanpa MPPT Daya Dengan MPPT Duty Cycle Vdc Output Konverter (V) 10 6.907 3120.2 0.3 176.6 30 20.22 3138 0.42 306.3 40 2762 3122.7 0.46 353.42 50 3266 3117.2 0.48 395.3 100 2927 3056 0.57 552.4 200 2049 2959 0.64 769.1 300 1557 2872 0.69 928.1
Daya Beban Tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT untuk kecepatan angin 9 m/s 3500 3000 2500 Daya (watt) 2000 1500 1000 500 0-500 0 100 200 300 400 R (ohm) tanpa MPPT dengan MPPT
Daya Beban Tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT untuk kecepatan angin 10 m/s R Tanpa MPPT Daya Dengan MPPT Duty Cycle Vdc Output Konverter (V) 10 10.49 4242 0.32 205.6 20 20.66 4307 0.39 293.6 35 3956 4301 0.46 387.9 40 4380 4112 0.5 405.4 100 3798 4198 0.59 647.7 200 2607 4079 0.66 903 300 1968 3968 0.7 1091
Daya Beban Tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT untuk kecepatan angin 10 m/s 5000 4000 Daya (watt) 3000 2000 1000 0-1000 tanpa MPPT dengan MPPT 0 100 200 300 400 R (ohm)
Kec angin Daya Max Tanpa MPPT (W) Dengan MPPT (W) Tanpa MPPT (%) Dengan MPPT (%) 3 85.59 68.549 79.633 80.09% 93.04% 5 566.5 466.796 538.76 82.4% 95.1% 7 1401 1140 1366 81.37% 97.5% 9 3266 2512 3025.38 76.9% 92.63% 10 4380 3341.8 4131.6 76.28% 94.32%
Daya output dengan dan tanpa menggunakan MPPT dengan nilai hambatan bervariasi dan kecepatan angin 7 m/s dengan MPPT tanpa MPPT
Daya output dengan dan tanpa menggunakan MPPT dengan nilai hambatan 100 ohm dan kecepatan angin 7m/s - 10m/s dengan MPPT tanpa MPPT
Kali ini digunakan kecepatan angin yang berubah-ubah. Beban yang digunakan juga berubah-ubah.
Kecepatan angin (m/s) dengan MPPT Kecepatan rotor (rad/s) tanpa MPPT dengan MPPT tanpa MPPT Daya (Watt)
Tegangan pada Beban Arus pada Beban
tanpa MPPT dengan MPPT SOC Baterai
Kesimpulan Metode Gradient approximation yang digunakan untuk optimasi turbin angin yang digunakan pada tugas akhir ini mempunyai beberapa keuntungan yaitu: tidak diperlukan untuk mengetahui karakteristik daya output dari turbin angin (karakteristik turbin angin) tidak diperlukannya sensor kecepatan angin dan kecepatan rotor dari generator sehingga biaya yang diperlukan lebih murah MPPT dengan metode ini mampu bekerja mengikuti perubahan beban dan kecepatan angin
Daftar Pustaka 1. Z.Chen, F.Blaabjerg. Wind farm-a power source in future power systems. Elsevier Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 (2009) 1288 1300. 2009 2. Rashid M.H, Power Electronics Handbook, Academic Press, 2001. 3. Ying-Yi Hong, Shiue-Der Lu, Ching-Sheng Chiou. MPPT for PM wind generator using gradient approximation. Elsevier Conversion and Management 50 (2009) 82-89. 2009 4. Koutroulis, Eftichious. Kalaitzakis, Kostas. 2006. Design of a Maximum Power Point Tracking System for Wind-Energy-Conversier Applications. IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol.53 (2006) 0278 0046. 5. Masters, Gilbert M.. Renewable &Efficient Electric *ower System. Wiley Interscience.London.2004 6. Mochamad Ashari. Diktat Kuliah Elektronika Daya, Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS. 2006 7. Mahmudsyah, Syarifuddin, Modul Kuliah Audit Energi, Surabaya. 2008 8. Kurniawan, Aries Pratama. Optimalisasi Sel Surya menggunakan Maximum Power Point Tracker (MPPT) Sebagai Catu Daya Base Tranceiver Station (BTS).Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri, ITS. 2010 9. Zhang,Jianzhong. Cheng, Ming. Chen, Zhe. Fu, Xiaofan. Pitch Angle Control for Variable Speed Wind Turbines, Nanjing. 2009
Terima kasih