Maximum Power Point Tracking (MPPT) Pada Variable Speed Wind Turbine (VSWT) Dengan Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) menggunakan Switch Mode Rectifier (SMR) Armaditya T.M.S. 2210 105 019 Dosen Pembimbing : Heri Suryoatmojo, ST., MT., Ph.D. Ir. Teguh Yuwono
GAMBARAN PRESENTASI PENDAHULUAN DASAR PEMIKIRAN PEMODELAN SISTEM ANALISA SISTEM DAN HASIL KESIMPULAN
LATAR BELAKANG : Peningkatan kebutuhan energi listrik yang semakin meningkat Sulitnya listrik di daerah terpencil Kebutuhan energi terbarukan untuk menggantikan energi tak terbarukan Turbin angin membutuhkan kontroler untuk menghasilkan daya maksimum
PERMASALAHAN : Bagaimana membuat kontroler yang digunakan dalam sistem yang terseksitasi sendiri, dengan mengatur duty cycle IGBT untuk memperoleh daya maksimumnya.
BATASAN MASALAH : Digunakan pitch angle maksimum untuk memperoleh daya maksimum dari turbin angin. Digunakan SMR sebagai pengaturan daya maksimumnya akibat fluktuasi angin. Untuk desain di sisi inverter sampai ke grid tidak akan dibahas. Kecepatan generator digunakan untuk MPPT di sisi generatornya. Performa MPPT yang akan dibahas dalam tugas akhir ini
TUJUAN : Mengetahui hal-hal yang berkaitan dengan karakteristik turbin angin, dan MPPT menggunakan SMR. Menganalisis sistem VSWT-PMSG dengan menggunakan dan tanpa menggunakan MPPT. Mengetahui karakteristik daya dan kecepatan rotor dari turbin angin terhadap kecepatan angin.
BLOK SISTEM KESELURUHAN
Turbin Angin Turbin Angin adalah sistem konversi energi angin untuk menghasilkan energi listrik dengan proses pengubahan energi angin menjadi putaran mekanis rotor dan selanjutnya menjadi energi listrik melalui sebuah generator
Kurva daya mekanik terhadap kecepatan putar rotor turbin angin pada dua kecepatan angin V 1 dan V 2 Daya (Watt) P 2 max V 1 <V 2 P 1 max V 1 V 2 ω (rad/s)
Karakteristik Turbin Angin P aero 1 2 R 2 b C p ( ) v wind 3 Paero ρ Rb Cp Vwind = Daya mekanik (watt) = kerapatan udara (1.225 kg/m3) = jari jari blade (m) = Koefisien daya = kecepatan angin (m/s)
λ β C 1 -C 8 R b ω wt tip speed ratio blade pitch angle (derajat) konstanta empiris jari-jari turbin (m) kecepatan putar turbin (rad/s)
Karakteristik Tip Speed Ratio terhadap Cp
Pemodelan Turbin Angin di Matlab
Kurva Karakteristik Turbin Angin Di Matlab Turbine Power Characteristics (Pitch angle beta = 0 deg) Turbine output power (pu of nominal mechanical power) Max. power at base wind speed (12 m/s) and beta = 0 deg 1 12 m/s 0.8 10.8 m/s 0.6 9.6 m/s 0.4 8.4 m/s 0.2 7.2 m/s 6 m/s 1 pu 0-0.2-0.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Turbine speed (pu of nominal generator speed)
PMSG Ns = (120 f)/p Ns = Kecepatan Sinkron (rpm) f = Frekuensi (Hz) P = Jumlah kutub
Swicth Mode Rectifier (SMR) D Vin 1 Vout Rectifier Boost- Converter Lmin = 2.88. 10-4 H Cmin = 7.6.10-6 F
Maximum Power Point Tracking (MPPT) Maksimum Power Point Tracker(MPPT) adalah suatu metode yang digunakan untuk mengoptimalkan daya keluaran sebagai pembangkitan listrik Metode ini dengan menentukan perbedaan torsi turbin (Tm) dan torsi generator (Tg). Jika kecepatan generator kurang dari kecepatan yang optimal, maka torsi turbin akan lebih besar dari torsi generator, dan kecepatan generator akan dipercepat. Kecepatan generator akan melambat jika kecepatan generator lebih tinggi daripada kecepatan optimalnya. Perbandingan roda gigi ini dimaksudkan agar torsi yang dihasilkan kincir lebih besar daripada torsi generator sehingga putaran generator menjadi lebih cepat.
BLOK MPPT
Algoritma kontrol ini mencakup langkah-langkah sebagai berikut. 1) Ukur kecepatan generator ωg. 2) Menentukan torsi referensi menggunakan persamaan berikut: 3) Referensi torsi ini kemudian digunakan untuk menghitung arus dc referensi dengan mengukur tegangan keluaran penyearah Vd seperti yang diberikan oleh 4) Error antara arus refrensi DC dengan pengukuran arus aktual diberikan sebagai variasi duty cycle output untuk swicthing pada SMRnya
Hasil Pengujian Dengan Kecepatan Angin Berubah-ubah 6000 12 m/s 5000 Dengan MPPT 11 m/s 4000 Daya (watt) 3000 Tanpa MPPT 10 m/s 2000 9 m/s 8 m/s 1000 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Waktu (sec) x 10 5
Perbandingan Daya Tanpa MPPT dengan Menggunakan MPPT
KESIMPULAN Pemodelan karakteristik sebuah turbin angin dibuat dengan menggambarkan karakteristik daya terhadap kecepatan angin dan kecepatan rotornya. Didapatkan perbedaan antara kapasitas daya yang dihasilkan jika menggunakan MPPT dengan tanpa yang menggunakan MPPT. Kecepatan Angin (m/s) Daya Rata-Rata Dengan MPPT (Watt) Daya Rata-Rata Tanpa MPPT (Watt) 6 285 841 7 395 1258 8 531.2 1790 9 683.1 2721 10 852.9 4006.8 11 1041.2 4577.8 12 1247.4 5276
Dengan metode SMR untuk MPPT turbin angin diperoleh kinerja yang bagus untuk optimisasi daya pada setiap kecepatan angin tertentu. Dengan metode SMR untuk MPPT tubin angin dapat digunakan untuk pembangkit skala kecil yang sistemnya berdiri sendiri.
SEKIAN DAN TERIMA KASIH..
PERTANYAAN YANG BELUM TERJAWAB 1. Menjelaskan tentang persamaan daya turbin angin? 2. Menjelaskan tentang kurva daya mekanik?dan bagaimana memperoleh daya maksimumnya? 3. Apakah torsi merupakan fungsi dari kecepatan angin? 4. Apakah pengaruh jumlah blade terhadap daya yang dihasilkan? 5. Cara kerja MPPT?
Solusi : 1. Pada persamaan daya turbin angin, daya diperoleh dari fungsi blade atau baling-baling, pitch angle dan kecepatan angin. Daya maksimum yang dapat dihasilkan berbanding lurus pangkat tiga dari kecepatan angin pada nilai koefisien daya maksimum untuk memutar rotor. Daya tinggi jika kecepatan angin juga tinggi.
Solusi : Daya (Watt) P 2 max V 1 <V 2 P 1 max V 1 V 2 ω (rad/s) 2. Karena daya turbin berbanding lurus pangkat tiga dari kecepatan angin, maka nilai daya mekanik sama dengan nol pada saat kecepatan rotor nol, dan akan bernilai nol kembali pada saat kecepatan rotor tinggi ketika melewati nilai daya maksimumnya. Dengan membandingkan beban pada generator listrik dan daya mekanik pada turbin sehingga rotor pada turbin angin akan bekerja pada kecepatan yang sedekat mungkin dengan nilai Pmax. Karena perubahan Pmax berdasarkan pada kecepatan angin, kecepatan rotor juga harus disesuaikan dengan kecepatan angin untuk membuat rotor bekerja secara kontinyu pada daya maksimal
Solusi : 3. Torsi bukan merupakan fungsi dari angin, melainkan angin yang merupakan fungsi dari torsi. Jika kecepatan angin berubah, maka kecepatan rotor berubah dan nilai torsi yang dihasilkan berubah juga,
Solusi : 4. Semakin banyak jumlah baling-baling maka akan semakin cepat putarannya dan daya yang dihasilkan kecil. Karena angin yang di tangkap oleh blade besar/ banyak menyebabkan putaran yang dihasilkan besar/ tinggi dan putaran berbanding lurus dengan daya.