ANALISIS PENERAPAN PID CONTROLLER PADA AVR (AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR)

ANALISIS PENERAPAN PID CONTROLLER PADA AVR (AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR) (Indar Chaerah Gunadin)

ANALISIS PENERAPAN PID CONTROLLER PADA AVR (AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR) Indar Chaerah Gunadin Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Hasanuddin

Abstrak Perubahan daya reaktif yang disuplai ke beban oleh sebuah pembangkit merupakan suatu hal yang pasti terjadi, kondisi ini harus dijaga agar pembangkit tetap bekerja dalam kondisi stabil. Perubahan daya reaktif tersebut harus diimbangi dengan mengubah tegangan output pembangkit tersebut, dalam hal ini dengan mengatur penguatan dari pembangkit, dimana semua proses pengaturan tegangan tersebut dapat dilakukan secara otomatis dengan menggunakan Automatic Voltage Regulator (AVR). Oleh karena itu, dalam studi kestabilan pembangkit, diperlukan penentuan batas settingan konstanta-konstanta yang terdapat pada pembangkit tersebut, yang dapat dihitung secara matematis dengan menggunakan kriteria kestabilan Routh sehingga diperoleh range settingan salah satu konstanta yaitu konstanta amplifier (KA). Selain itu dengan menggunakan program MATLAB yang digunakan untuk memperlihatkan grafik tanggapan pembangkit untuk setiap perubahan settingan konstanta-konstanta pembangkit Kata Kunci: AVR, KA, PID

akibat

Pada prakteknya, daya reaktif yang disuplai generator

terjadinya perubahan kebutuhan daya reaktif pada

ke beban, terus mengalami perubahan. Hal ini akan

beban, dimana perubahan daya ini merupakan suatu

menyebabkan

hal yang sudah pasti terjadi.

terminal

Pengaturan

tegangan

dilakukan

Untuk menangani hal tersebut diatas, maka

tegangan

generator)

output

harus

(tegangan

diubah-ubah

pada untuk

menjamin generator tersebut tetap stabil dalam

parameter-parameter pembangkit tersebut harus ada

mengkompensasi

yang dapat diubah-ubah agar pembangkit tetap

tersebut. Untuk mengatur besar kecilnya

beroperasi dengan baik dengan tetap tetap menyuplai

output (Vt) yaitu dengan mengatur besar

beban dalam kondisi aman dan stabil. Saat ini telah

induksi

ada

mengatur

mengubah besarnya fluks rotor (φ) dimana besarnya

parameter-parameter pembangkit tersebut dan bahkan

fluks rotor tergantung dari besar arus penguatan

sudah dapat bekerja secara otomatis. Salah satu jenis

sehingga dapat dikatakan bahwa untuk mengubah

peralatan tersebut yaitu AVR (Automatic Voltage

tegangan output dapat dilakukan dengan mengubah

Regulator) yang sedemikian rupa mampu mengatur

arus penguatan. Apabila tegangan output naik

nilai

melebihi tegangan yang semestinya maka arus

sebuah

peralatan

tegangan

yang

yang

mampu

dibangkitkan

oleh

suatu

(E)

kebutuhan

yang

daya

dibangkitkan,

pada

beban

tegangan

dengan

GGL cara

penguatan harus dikurangi sehingga tegangannya

pembangkit. teknologi

kembali turun. Sebaliknya apabila tegangan output

komputer dengan dibuatnya software-software yang

turun maka arus penguatan harus dinaikkan agar

mampu

khususnya

tegangannya kembali normal. Pada sistem pengaturan

dibidang kelistrikan. Salah satu dari software tersebut

arus penguatan ini, terdapat dua kondisi yang

yaitu

mungkin terjadi yaitu:

Berkembangnya

mendukung

permanfaatan

segala

MATLAB yang dapat

bidang

digunakan untuk

membuat simulasi dan menganalisa sebuah peralatan tanpa menyentuh peralatan tersebut. Bahkan mampu menampilkan

respon

sebuah

peralatan

apabila

diberikan input dan jika input tersebuat diubah-ubah.

a.

Under Excitation Kondisi under excitatoin yaitu suatu kondisi

generator yang penguatannya kurang (kurang



diperkuat) sehingga akan mencatu arus mendahului ke

tegangan keluaran generator dengan cara mengontrol

sistem. Hal ini dapat ditinjau menurut GGM/fluks dari

arus penguatan dari generator tersebut.

reaksi jangkar. Ketika generator kurang diperkuat

Sebuah

AVR

bekerja

dengan

melibatkan

maka ia harus memberikan arus mendahului ke sistem

beberapa bagian dari suatu generator/pembangkit.

karena arus mendahului akan menghasilkan fluks

Model sederhana dari sebuah AVR pada sebuah

jangkar yang akan memperkuat fluks rotor. Adapun

generator yang sistem penguatannya menggunakan

notasi vektor untuk kondisi under excitatoin sebagai

sebuah generator DC tipe shunt ditampilkan seperti

berikut:

gambar berikut:

Gambar 1 Diagram vektor kondisi under excitatoin b.

Over Excitation

Gambar 3 Model AVR

Kondisi over excitatoin yaitu suatu kondisi

a.

Amplifier

generator yang penguatannya terlalu besar (terlalu diperkuat) sehingga akan mencatu arus tertinggal ke

Amlipfier/ penguatan dari sistem eksitasi

sistem. Ketika generator terlalu diperkuat maka ia

dapat berupa penguatan megnetik, penguatan putaran,

harus memberikan arus tertinggal ke sistem karena

atau

arus tertinggal akan menghasilkan fluks jangkar yang

direpresentasikan sebagai KA dengan konstanta waktu

akan

TA,

melawan

fluks

rotor

untuk

mengurangi

penguatan yang terlalu besar. Adapun notasi vektor

penguatan

yang

elektronik.

dalam

model

Amplifier

matematisnya

dapat

seperti

persamaan berikut:

untuk kondisi over excitatoin sebagai berikut:

Nilai konstanta waktu (TA) sangat kecil yaitu berkisar antara 0.02 sampai 0.1 detik. Gambar 2 Diagram vektor kondisi over excitatoin b.

Exciter

1. AVR (Automatic Voltage Regulator) Eksitasi yang biasa digunakan dalam sebuah AVR (Automatic Voltage Regulator) adalah

generator

terdapat

beberapa

tipe

mulai

yang

suatu perangkat yang dipasang pada generator yang

menggunakan generator DC sampai yang tipe modern

dapat bekerja secara otomatis mengatur tegangan atau

dengan menggunakan SCR sebagai penyearah untuk

amplitudo gelombang yang dihasilkan oleh agar

menghasilkan

generator tetap stabil. AVR bekerja dalam mengatur

direpresentasikan sebagai KE dengan konstanta waktu

daya

DC.

Eksitasi

dapat


TE,

yang

dalam

model

matematisnya

seperti

persamaan berikut:

Gambar 4 Blok diagram AVR

1. Generator Tegangan terminal sebuah generator sangat tergantung pada bebannya. Dalam bentuk linear, relasi fungsi tegangan terminal dengan tegangan medan

2. Pengendali PID (Proportional Integral Derivated) Pengendali

dapat direpresentasikan sebagai KG dengan konstanta waktu TG dan fungsi transfernya sebagai berikut:

PID

Derivated)

sebenarnya

pengendali

yang

(Proportional terdiri

saling

dari

Integral

tiga

jenis

dikombinasikan

yaitu

pengendali P (Proportional), pengendali I (Integral), dan pengendali D (Derivative). Masing-masing memiliki parameter tertentu yang harus disetting 2. Sensor

untuk dapat beroperasi dengan baik yang disebut

Sensor terdiri atas transformator tegangan (PT)

dan

sebuah

penyearah.

Sensor

dengan konstanta.

dapat

direpresentasikan sebagai KR dengan konstanta waktu

a. Pengendali P (Proportional)

TR dan fungsi transfernya sebagai berikut:

Pengendali Proportional memiliki keluaran yang sebanding dengan besarnya sinyal kesalahan/ error. Secara sederhana dapat dikatakan bahwa keluaran pengendali Proportional merupakan perkalian antara

Prinsip kerja dari AVR yaitu sebagai berikut:

konstanta

proportional

(Kp)

dengan

sinyal

Tegangan keluaran generator mulanya diturunkan

masukannya. Perubahan pada sinyal masukannya

dengan menggunakan PT (Potential Transformer)

menyebabkan sistem secara langsung mengubah

atau trafo tegangan kemudian disearahkan. Hasil

keluarannya sebesar konstanta pengalinya.

penyearahan lalu dibandingkan dengan tegangan

Secara

eksperimen,

referensi (Vref) apabila terjadi perbedaan maka AVR

Proportional

akan memerintahkan amplifier untuk menaikkan atau

ketentuan berikut:

menurunkan arus penguatan generator DC sehingga

1.

harus

penggunaan

pengendali

memperhatikan

ketentuan-

Jika nilai Kp kecil, pengendali Proportional

tegangan output dari generator tersebut juga berubah.

hanya mampu melakukan koreksi kesalahan yang

Jika tegangan output generator DC berubah maka

kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem

arus penguatan generator sinkron juga berubah,

yang lambat.

akibatnya tegangan keluaran generator kembali

2.

stabil.

nilai

Kp

dinaikkan,

respon

sistem

menunjukkan semakin cepat mencapai keadaan

Adapun blok diagram sebuah AVR seperti gambar berikut:

Jika

mantapnya. 3.

Namun jika nilai Kp diperbesar hingga mencapai harga yang berlebihan, akan mengakibatkan


sistem bekerja tidak stabil atau respon sistem

menghasilkan koreksi yang signifikan sebelum

akan berosilasi.

kesalahan bertambah besar, sehingga dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, meskipun tidak memperkecil kesalahan pada

b. Pengendali I (Integral) Pengendali Integral berfungsi menghasilakan

keadaan tunaknya. Dapat

respon sistem yang memiliki kesalahan keadaan

dikatakan

bahwa

masing-masing

mantap nol. Jika sinyal kesalahan tidak mengalami

pengendali P, I, dan D memiliki kelebihan dan

perubahan maka keluaran akan tetap seperti sebelum

kekurangan. Sehingga jika digabungkan ketiganya

terjadi perubahan masukan

secara paralel menjadi pengendali Proportional plus

Secara

eksperimen,

penggunaan

pengendali

Integral plus Derivative atau biasa disebut pengendali

Integral memiliki karakteristik-karakteristik berikut:

PID, maka akan saling menutupi. Elemen-elemen

1.

Keluaran pengendali membutuhkan selang waktu

pengendali

tertentu, sehingga cenderung memperlambat

keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi

respon.

sebuah

2.

Jika

sinyal

kesalahan

nol

maka

keluaran

P,I,

sistem,

dan

D

masing-masing

menghilangkan

offset

secara

dan

menghasilkan perubahan awal yang besar.

pengendali akan bertahan pada nilai sebelumnya. 3.

Jika sinyal kesalahan tidak bernilai nol maka keluaran akan menunjukkan kenaikan atau

DATA DAN HASIL PENELITIAN

penurunan yang dipengaruhi oleh besarnya sinyal Berikut ini adalah data Parameter AVR yang

kesalahan dan nilai konstanta Integral (Ki). 4.

Konstanta Integral (Ki) yang bernilai besar akan mempercepat

hilangnya

offset,

tetapi

akan

mengakibatkan peningkatan osilasi dari sinyal

berasal dari manual book dari generator yang dijadikan sebagai objek penelitian. Tabel 1. Data konstanta generator pada PLTG GE

keluaran pengendali. Gain

Time Constant

KA = 1325

TA = 0.02 second

Perubahan yang mendadak pada masukan

KE = 1

TE = 0.5 second

dari pengendali Derivative akan mengakibatkan

KG = 1

TG = 1 second

perubahan yang sangat cepat dan besar. Secara

KR = 1

TR = 0.025 second

c. Pengendali D (Derivative/Differential)

eksperimen,

penggunaan

pengendali

Derivative

memiliki karakteristik-karakteristik berikut: 1.

Pengendali ini tidak akan menghasilkan keluaran apabila tidak ada perubahan pada masukannya (berupa sinyal kesalahan).

2.

Sumber : PT. PLN (PERSERO) WILAYAH VIII SULSELTRABAR SEKTOR TELLO UNIT PLTG

Dari data parameter AVR, jika dibuat dalam bentuk blok diagram AVR akan menjadi:

Jika sinyal kesalahan berubah terhadap waktu maka keluaran yang dihasilkan pengendali tergantung pada nilai konstanta Derivative (Kd) dan laju perubahan simyal kesalahan.

3.

Pengendali Derivative mempunyai suatu karakter untuk mendahului, sehingga pengendali ini dapat

Gambar 6 Blok diagram hasil penelitian


dimana nilai parameter KA adalah variabel, namun konstanta KA yang digunakan pada mesin sekarang sebesar

1325.

Adapun

bentuk

penyederhanaan

diagram blok AVR diatas sebagai berikut:

Menurut kriteria kestabilan Routh maka:

Gambar 7 Penyederhanaan Blok diagram

sehingga persamaan fungsi alih loop tertutupnya:

dimana:

Dari data yang diperoleh kemudian dibuat dalam bentuk fungsi alih kalang terbuka GH(s) menjadi

Untuk memperoleh range nilai KA dimana syarat suatu sistem stabil jika pada kolom 1 bernilai positif ( maka model matematika sederhananya menjadi

> 0 ): B1 = 6011.334 - 168.66 KA > 0 - 168.66 KA > - 6011.334 - KA > - 35.642

untuk

disubstitusikan

kepersamaan

4.1,

persamaan di atas ditambahkan dengan konstanta 1 (satu) sehingga diperoleh persamaan karakteristik sistem sebagai berikut:

KA < 35.642

maka dan

C1 = 4000 + 4000 KA> 0 4000 KA > - 4000 KA > - 1 Sehingga range nilai untuk KA :

-1< substitusi persamaan diatas

KA < 35.642

Dari hasil perhitungan dengan menggunakan kriteria kestabilan Routh kemudian nilai tersebut


disimulasikan

dengan

menggunakan

Untuk KA = 22

MATLAB

sebagai berikut: a. Tanpa pengendali PID

Gambar 11. Hasil simulasi untuk KA = 22 dengan pengendali PID Hasil simulasi yang diperoleh pada settingan parameter Kp = 0.0272,

Ki = 0.0191, dan Kd =

0.018, secara lengkapnya seperti tabel berikut: Gambar 8 Blok Diagram Simulasi MATLAB tanpa pengendali PID

Tabel 2. Hasil simulasi MATLAB

Untuk KA = 22 No

Konstan ta KA

Gambar 9 Hasil simulasi MATLAB untuk tanpa pengendali PID

Tanpa Pengontolan

Dengan

PID

Pengontolan PID

Overshoot maksimum

Time

Overshoot maksimum

Time

1

1

0,52

3,95

1

563,9

2

10

1,3

7,25

1

31,95

3

20

1,6

10,21

1

12,5

4

22

1,68

14,5

1

10,15

5

30

1,7

32,5

1,01

13,26

1,025

11,85

1,2

8,9

KA= 22

Tidak

b. Dengan pengendali PID

6

36

Tidak

tercap

tercapai

ai

Penambahan pengendali PID pada blok

kestabilan kesta

diagram simulasi AVR dengan settingan seperti

bilan

gambar berikut: Tidak 7

1325

dapat dijalankan

Tidak dapat dijala nkan

SIMPULAN Berdasarkan penelitian yang telah kami lakukan, maka dapat kami simpulkan sebagai berikut : Gambar 10. Model simulasi MATLAB dengan pengendali PID

1.

Penentuan nilai konstanta amplifier (KA) pada sebuah AVR (Automatic voltage Regulator) hendaknya mengacu pada batasan nilai yang


diperoleh dari hasil perhitungan dengan metode kriteria kestabilan Routh, yaitu pada range -1 < KA < 35,642. Pemberian konstanta amplifier (KA) yang paling baik yaitu pada settingan KA = 1 (tanpa pengendali PID), dimana pada settingan tersebut diperoleh waktu stabil tercepat dengan tingkat osilasi (transient) yang paling rendah. 2.

Penambahan Integral,

pengendali

dan

mengurangi

PID

Derivative)

bahkan

(Proportional, akan

menghilangkan

mampu osilasi

(transien) yang terjadi pada pembangkit dengan settingan parameter Kp, Ki, dan Kd yang tepat yaitu pada settingan parameter Kp = 0.0272, Ki = 0.0191, dan

Kd = 0.018 dengan nilai KA =

22, dimana pada settingan tersebut sistem tidak mengalami transien sedikitpun dan waktu stabil yang paling cepat.

DAFTAR PUSTAKA Arismunandar, A, Kuwahara. 1988. Teknik Tenaga Listrik Jilid 1. PT Pradnya Paramita, Jakarta Fitzgerald, A.E., Charles Kingsley, Jr, Stephen D Umans. 1997. Mesin-Mesin Listrik Edisi 4. Erlangga, Jakarta. Glover, J.D, M. Sarma. 1994. Power System Analysis And Design, 2nd edition. PWS publishers, Boston. Kadir, Abdul,. 1986. Pengantar Teknik Tenaga Listrik. LP3ES. Jakarta Ogata, Katsuhiko. 1997. Teknik Kontrol Automatik, Edisi Kedua. Erlangga, Jakarta Stevenson, William D, Jr. 1994. Analisis Sistem Tenaga, Edisi Ketiga. Lembaga Penerbitan Universitas Brawijaya, Malang. Sumanto. 2000. Mesin Sinkron. Andi, Yogyakarta

ANALISIS PENERAPAN PID CONTROLLER PADA AVR (AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR)

Recommend Documents