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
Minyak Bumi Gas Bumi
86.9 milyar bbl 385 TSCF
5 milyar bbl
500 juta bbl
Rasio (Cadangan / Produksi) 10 tahun
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) 3 4 5 6 7 8 9 10
Daya Maksimum (W) 128.8 305.3 597.5 1031 1639 2446 3484 4780
Kec Rotor (rad/s) 140 196 238 280 336 378 434 476
Daya maksimal turbin angin setiap kecepatan angin dibanding kecepatan rotor
Daya turbin angin (Watt)
6000 3 m/s
5000
4 m/s
4000
5 m/s
3000
6 m/s 7 m/s
2000
8 m/s
1000
9 m/s 10 m/s
0 0
10 20 Kec rotor (rad/s)
30
40
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
Efisiensi (%)
80 60
Vin 100 V
40
Vin 200 V 20
Vin 300 V 0 0
5000
P out (Watt)
10000
15000
Flowchart
Inisialisasi variabel program Ukur V(k) dan I(k)
Hitung daya P(k)
P(k) > P(k-1)
Y D(k+1) = D(k) + ∆D
N
Balik tanda ∆D
Rangkaian MPPT
Pengujian MPPT
Daya Beban Tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT untuk kecepatan angin 7 m/s
Vdc Output Duty Cycle Konverter Tanpa MPPT Dengan MPPT (V)
Daya
R
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
Daya (watt)
1200 1000 800 600 400
tanpa MPPT
200
dengan MPPT
0 -200 0
100
200
R (ohm)
300
400
Daya Beban Tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT untuk kecepatan angin 9 m/s
Daya
R
Vdc Output Duty Cycle Konverter (V)
Tanpa MPPT
Dengan MPPT
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
Daya (watt)
2500
2000 1500 1000
tanpa MPPT dengan MPPT
500 0 -500
0
100
200
R (ohm)
300
400
Daya Beban Tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT untuk kecepatan angin 10 m/s
Daya R
Duty Cycle
Vdc Output Konverter (V)
Tanpa MPPT
Dengan MPPT
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
Daya (watt)
4000 3000 2000
tanpa MPPT
1000
dengan MPPT 0 0 -1000
100
200
R (ohm)
300
400
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
Daya (Watt) dengan MPPT tanpa MPPT
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.
2. 3. 4.
5. 6. 7. 8.
9.
Z.Chen, F.Blaabjerg. “Wind farm-A power source in future power systems“. Elsevier Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 (2009) 1288–1300. 2009 Rashid M.H, “Power Electronics Handbook”, Academic Press, 2001. 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 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. Masters, Gilbert M.. “Renewable &Efficient Electric *ower System”. Wiley Interscience.London.2004 Mochamad Ashari. “Diktat Kuliah Elektronika Daya”, Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS. 2006 Mahmudsyah, Syarifuddin, “ Modul Kuliah Audit Energi”, Surabaya. 2008 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 Zhang ,Jianzhong. Cheng, Ming. Chen, Zhe. Fu, Xiaofan. ”Pitch Angle Control for Variable Speed Wind Turbines”, Nanjing. 2009
Terima kasih
