Proseding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS, Juni 2012
1
Uninterruptible Power Supply Line-Interactive Menggunakan Sel Bahan Bakar dan Supercapacitor C. D. Winarti, H. Suryoatmojo, dan M. Ashari Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] ;
[email protected] Abstrak—Uninterruptible Power Supply (UPS) tipe LineInteractive merupakan sebuah peralatan yang berfungsi sebagai back-up daya saat terjadi gangguan di jala-jala. UPS terdiri dari penyimpan energi seperti baterai dan supercapacitor. Karena baterai memiliki kapasitas daya yang terbatas maka digunakan sebuah sel bahan bakar sebagai sistem pembangkit energi utama. Sistem UPS ini difungsikan juga sebagai sistem pembangkit tersebar (distributed generation system). Supercapacitor diperlukan dalam sistem ini untuk menjaga daya saat terjadi interupsi. UPS Line-Interactive ini dirancang dapat bekerja secara stand-alone maupun terhubung jala-jala. Pada tugas akhir ini, sel bahan bakar tipe Polymer Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) 6 kW digunakan dan dioperasikan pada 2 kW dan 5 kW. Sebuah konverter tiga port mengkopel sel bahan bakar, supercapacitor dan penyearah yang terhubung ke masukan inverter. Tegangan yang rendah dari keluaran sel bahan bakar dan supercapacitor dinaikkan menggunakan transformator frekuensi tinggi. Saat bekerja secara stand-alone, inverter mensuplai beban. Namun, saat terhubung jala-jala, sebagian daya beban disuplai oleh jala-jala, sedangkan inverter hanya mensuplai kekurangan daya bila terjadi fluktuasi. Hasil simulasi sistem saat terjadi interupsi pada jala-jala menunjukkan tegangan beban tidak terganggu pada saat terjadi interupsi. Kata Kunci—Inverter, Sel Bahan Bakar, Supercapacitor, Stand-alone, Uninterruptible Power Supply
Sel bahan bakar mampu menghasilkan tegangan DC yang dibutuhkan dalam penggunaan UPS Line-Interactive. Dengan teknologi sel bahan bakar yang menyediakan solusi ramah lingkungan karena hanya menggunakan hidrogen dan tidak ada gas emisi CO2, UPS dengan teknologi baterai dapat tergantikan. Sebagai alternatif untuk sistem UPS konvensional, sel bahan bakar sebagai sistem Distributed Generation menyediakan pelayanan standby tak terbatas selama gangguan di jala-jala dan dapat dioperasikan lebih lama selama beban puncak sepanjang bahan bakar terus disuplai. Pada tipe UPS LineInteractive, sistem sel bahan bakar dapat dioperasikan pada model stand-alone maupun terhubung jala-jala. [3] Untuk membantu kerja sel bahan bakar, sebuah penyimpan energi dibutuhkan untuk memenuhi operasi sel bahan bakar dalam kondisi beban yang bervariasi. Supercapacitor dipilih dengan kelebihannya yaitu lifetime yang lebih panjang dan spesifikasi daya yang lebih tinggi daripada baterai. [4] Dari konsep tersebut muncul permasalahan teknik, diantaranya bagaimana membuat pemodelan sistem kemudian bagaimana sistem dapat mempengaruhi jaringan. Dalam tugas akhir ini, diberikan suatu pemodelan sistem yang terdiri dari konverter tiga port untuk menggabungkan sel bahan bakar, supercapacitor, dan beban dalam model stand-alone maupun terhubung jala-jala.
I. PENDAHULUAN
U
ninterrutible Power Supply (UPS) terdiri dari komponen penyimpan energi seperti baterai untuk mensuplai beban.. Menurut prinsip kerjanya, UPS dapat dikategorikan menjadi tiga tipe yaitu tipe off-line, on-line, dan line-interactive. Untuk tipe off-line, saat terjadi interupsi, beban akan merasakan interupsi daya sekitar 4-12 ms. Pada tipe on-line, karena penyedia sumber langsung terhubung melalui konverter ke beban, kualitas daya lebih baik. Namun, pada tipe ini terdapat rugi-rugi berupa panas yang lebih besar karena konverter beroperasi terus-menerus. Untuk mendapatkan efisiensi lebih baik dari kedua tipe di atas, dibuat desain model UPS Line-Interactive dioperasikan paralel dengan jala-jala, Dipasang baterai untuk memfasilitasi perubahan model selama terjadi gangguan pada jala-jala dan rugi-rugi tetap dapat dikontrol. [1] Seiring dengan meningkatnya permintaan untuk teknologi konversi energi baru selama beberapa tahun terakhir ini, sel bahan bakar atau Fuel Cell dijadikan alternatif yang mampu menjanjikan efisiensi yang tinggi, rendah polusi, dan keandalannya dalam aplikasi otomotif, dan back-up daya. [2]
II. SISTEM UPS LINE-INTERACTIVE MENGGUNAKAN SEL BAHAN BAKAR DAN SUPERCAPACITOR Rangkaian pada gambar 1 menunjukan konfigurasi dari sistem UPS secara detail. Sistem dibagi menjadi tiga bagian utama yaitu bagian DC-DC, bagian DC-AC, dan bagian grid serta beban. Bagian DC-DC terdiri dari konverter tiga port. Konverter ini mengkopel sel bahan bakar, supercapacitor ke inverter. Sebuah sel bahan bakar digunakan sebagai sumber energi utama, dan sebuah supercapacitor digunakan untuk penyimpan energi. Bagian DC-AC terdiri dari inverter yang terhubung ke jalajala melalui saklar. Bagian beban dikopel oleh inverter. Sistem beroperasi secara line-interactive dan bekerja pada aplikasi satu fasa. Berdasarkan gambar 1 Voltage-controlled Voltage Source Inverter (VCVSI) dipilih untuk menyediakan tegangan yang dapat mendukung beban. Untuk memfilter harmonisa, dipasang filter Lf dan Cf. Sedangkan ketika sistem terhubung dengan jala-jala, dua sumber tegangan diparalel dan dikopling oleh induktor kopling (Xm).
Proseding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS, Juni 2012
2
III. PEMODELAN KOMPONEN UPS MENGGUNAKAN SEL BAHAN
HFT
BAKAR DAN SUPERCAPACITOR DC
Lf
FC
Vdc AC
A. Bagian DC-DC
Xm S
DC
AC
Cf
AC
BEBAN
GRID
AC
DC
DC
SC KETERANGAN :
Aliran Daya
AC
Bag. DC-DC
Bag. DC-AC
Bag. Grid dan Beban
Gambar. 1. Rancangan sistem UPS dengan menggunakan sel bahan bakar dan supercapacitor.
Pada VCVSI, aliran daya dari dua sumber yang diparalel harus diatur amplitudo dan fasa (sudut daya δ) dari tegangan keluaran inverter terhadap tegangan jala-jala. Oleh karena itu, hal yang erlu diperhatikan adalah besar nilai Xm dan nilai maksimum δ untuk menyediakan aliran daya yang dibutuhkan ketika mendesain VCVSI. Gambar 2 menunjukkan rangkaian sederhana sistem saat terhubung jala-jala. jXm Ic Vinv = Vc sin(wt + δ)
Ig
Iload
Vg = Vg sin wt = Vg< 0
Bagian DC-DC terdiri dari sel bahan bakar, supercapacitor dan penyearah yang ketiganya dikopling oleh transformator frekuensi tinggi. Dalam pembuatan sistem UPS satu fasa, diperlukan pemilihan sel bahan bakar yang tepat untuk mensuplai beban satu fasa. Pada aplikasi, terdapat beberapa jenis sel bahan bakar dengan berbagai kapasitas daya. Untuk penggunaan pada level aplikasi rumahan, dipilih sekitar 6 kW kemudian dioperasikan pada 5 kW dan 2 kW. Jenis sel bahan bakar yang digunakan yaitu Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). PEMFC diasumsikan berada pada tekanan udara dan suhu ruangan normal. Supercapacitor yang dipakai dalam pemodelan UPS ini memiliki harga 150 F; 2.7 Volt [6]. Supercapacitor tersebut di seri sebanyak 18 buah sehingga perhitungannya menjadi seperti berikut :
Ctot
150 8.33Farad 18
Dengan Ctot sebesar 8.33 Farad dari hasil seri 18 buah, dicapai tegangan :
Vseri nVsc 18 x 2.7 48.5Volt Keluaran dua sumber yakni sel bahan bakar dan supercapacitor masing-masing diubah oleh inverter full bridge satu fasa seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.
= Vc < δ
AC
[A]
[B]
+
S
D
g
g
1 D
AC LOAD
S
+ 3
[C]
[D] g
D
S
g S
Ada dua sumber yakni sumber tegangan grid (Vg) sudut fasa 0 dan sumber tegangan referensi sudut fasa δ (Vinv). Kedua sumber terhubung melalui induktor decouple (Xm). Arus grid (Ig) dapat ditulis : [5] V 0 Vc V V cos V sin (1) Ig g c j g c jX m Xm Xm dimana Vg dan Vc adalah tegangan grid dan tegangan fundamental VCVSI, Xm adalah impedansi induktor decoupling. Dengan rumus arus 1, dapat dihitung nilai daya yang mengalir di induktor kopling. Perhitungan aliran daya dari jala-jala : V .V (2) P g c sin Xm V (V V cos ) (3) Q g g c Xm Prinsip dasar dari sistem UPS ini, saat terhubung jala-jala, jala-jala mensuplai sebagian daya aktif ke beban. Sedangkan inverter mensuplai kekurangan daya.
4
D
Gambar 2. Rangkaian sederhana sistem saat terhubung jala-jala
2
Gambar. 3. Inverter di sisi sel bahan bakar dan supercapacitor
Teknik switching yang digunakan pada inverter di sel bahan bakar dan supercapacitor adalah Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) Unipolar seperti yang ditunjukkan pada gambar 4. >=
NOT
[D]
NOT
[C]
[A]
>=
[B]
Gambar 4. SPWM Unipolar
Proseding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS, Juni 2012 Setelah tegangan diubah ke AC, tegangan tersebut dinaikkan oleh transformator frekuensi tinggi, Hasil keluaran tegangan masuk ke penyearah tidak terkontrol. Jadi, hasil keluaran tegangan AC dari transformator disearahkan kembali. Gambar 5 menunjukkan rangkaian penyearah yang digunakan.
3
sesungguhnya. Hasil sinyal kontrol tersebut dimodulasi dengan sinyal carrier frekuensi tinggi, yang digunakan untuk mengatur penyalaan saklar inverter. Hal ini terus dilakukan sampai diperoleh tegangan output inverter konstan atau sesuai dengan tegangan AC referensi yang ditentukan. [V_ref]
[I_act]
[V_o]
Iact
3 PID
>=
[G1_1]
PID
+v -
[G1_2]
+ -1
1 Cdc >=
[G2_3]
2 [G2_4]
-
Gambar 7. Kontroler pada inverter untuk regulasi tegangan 4
Gambar 5. Penyearah tidak terkontrol
B. Bagian DC-AC Setelah tegangan sel bahan bakar dan supercapacitor dinaikkan oleh konverter bagian DC-DC, dari penyearah tidak terkontrol, tegangan DC diubah menjadi tegangan AC melalui inverter. Inverter yang digunakan adalah inverter full bridge satu fasa. Gambar 6 adalah inverter satu fasa yang digunakan pada sisi DC-AC untuk mengkopel beban dan jala-jala. inverter perlu filter LC disisi outputnya. Hal ini dikarenakan tegangan keluaran inverter murni belum seperti sinyal sinusoidal dan biasanya masih berbentuk kotak menyerupai sinyal switchingnya. Oleh karena itu, perlu diberi filter LC agar diperoleh sinyal sinusoidal seperti yang diharapkan. [G1]
+
[G3]
g
C
C
g
1
+
E
E
Lf
3
Untuk menyederhanakan rangkaian, pada sinyal referensi kedua, diberi nilai gain (k) sebesar -1. Gain ini berfungsi mengalikan nilai tegangan AC referensi dengan konstanta -1, sehingga seolah-olah tegangan referensi yang masuk komparator 2 berbeda 1800 dengan tegangan referensi pada komparator 1. C. Bagian Grid dan Beban Spesifikasi jala-jala yang digunakan pada simulasi adalah sumber AC satu fasa 220 V, 50 Hz. Beban yang digunakan adalah beban resistif. IV. SIMULASI SISTEM DAN ANALISIS DATA A. Nilai Parameter Sistem Tabel 1 menunjukkan nilai parameter yang digunakan pada simulasi. Transformator frekuensi tinggi memiliki spesifikasi yang sama yaitu rasio belitan 1:18:2. Sudut fasa tegangan pada sisi kirim mendahului sebesar 30 terhadap tegangan sisi terima sehingga terdapat aliran daya aktif dan daya reaktif pada saluran sesuai dengan persamaan (2) dan (3).
[G2]
g
Cf C
g
C
[G4]
Tabel 1. Nilai parameter sistem
-
E
E
4 -
2
Gambar 6. Inverter Full Bridge Satu Fasa
Teknik switching yang digunakan pada inverter pada gambar 6 sama dengan inverter di sisi sel bahan bakar yakni Sinusoidal PWM unipolar. Switching ini dilakukan dengan memodulasi sinyal referensi AC dengan sinyal carrier frekuensi tinggi. Dalam tugas akhir ini, skema pengatur tegangan inverter ditunjukkan seperti gambar 7. Prinsip dasar dari skema pengaturan ini adalah tegangan keluaran feedback dibandingkan dengan kontroler PI untuk menghasilkan referensi arus. Arus yang melalui induktor atau kapasitor diambil sinyalnya dan dibandingkan dengan sinyal referensi. Semua regulator arus seperti ini digunakan sebagai inner loop untuk meregulasi arus pada filter induktor. Referensi arus untuk regulator arus ditentukan dengan menjumlahkan error dalam outer loop (regulator tegangan) dengan arus beban yang
Parameter Sistem
Vdc link Cdc link HFT Vinv δinv Vgrid δgrid Xm Frekuensi Lf Cf
Nilai
400 V 2.95 mF 1:18:2 220 V 30 220 V 00 1.57ohm 50 Hz 10mH 20H
B. Karakteristik Sel Bahan Bakar PEMFC 6 kW yang dioperasikan pada 2 kW dan 5 kW. Dari simulasi dapat kita lihat perbandingan antara tegangan dan arus keluaran sel bahan bakar yang bervariasi untuk setiap
Proseding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS, Juni 2012 perubahan nilai resistansi beban. Perubahan tersebut mempengaruhi daya keluaran yang dihasilkan. Gambar 8 menunjukkan kurva daya dan arus pada sel bahan bakar dengan operasi 2 kW. Sedangkan gambar 9 menunjukkan kurva arus terhadap daya pada sel bahan bakar 5 kW.
4
Gambar aliran daya saat supercapacitor dalam keadaan discharging dapat dilihat pada gambar 10. Dapat diartikan bahwa supercapacitor bekerja untuk memenuhi perbedaan daya antara sel bahan bakar dan sisi beban. Aliran daya yang terjadi pada konverter saat supercapacitor dalam keadaan charge dapat dihitung seperti berikut :
Pfc Psc Pload
Psc Pfc Pload Psc 1893 893
Psc 1000Watt
Gambar 8 . Daya keluaran yang dihasilkan sel bahan bakar PEMFC 6 kW pada operasi 2 kW
Pada gambar 11, sel bahan bakar tetap mengeluarkan sekitar 2000 Watt. Sedangkan, supercapacitor berada dalam keadaan charging. Supercapacitor meminta daya untuk mengisi ulang kapasitas supercapacitor. Berarti dengan keadaan seperti ini, konverter bidirectional di sisi supercapacitor bekerja dengan baik dalam perubahan model pada supercapacitor. 2000 Pfc Pbeban Psc
1500
Daya (Watt)
1000
500
0
-500
-1000
Gambar 9 . Daya keluaran yang dihasilkan sel bahan bakar PEMFC 6 kW pada operasi 5 kW
C. Simulasi Charging dan Discharging Supercapacitor Simulasi dilakukan dengan supercapacitor dalam kapasitas sebesar nilai ratingnya. Tegangan rating supercapacitor yang digunakan adalah 48.5 Volt. Konverter bidirectional pada sisi supercapacitor diatur pada indeks modulasi sebesar 0.8, sehingga keluaran inverter supercapacitor sebesar 38.8 V. Pada sisi beban, tegangan DC link harus pada nominal sebesar 400 Volt. Total daya yang tersuplai ke beban adalah penjumlahan dari daya yang dihasilkan sel bahan bakar dan supercapacitor. Dapat dituliskan :
Pload Pfc Psc Pload 1747 424.8
Pload 2172Watt
-1500 0
0.15 0.2 Waktu (Detik)
0.25
0.3
0.35
D. Simulasi Sistem secara Standalone dan Terhubung Jalajala Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui aliran daya pada UPS saat pembebanan. Terdapat dua sumber yang perlu dianalisa yakni inverter dan jala-jala. Sistem UPS LineInteractive dijalankan secara stand-alone terlebih dahulu. Kemudian setelah stabil, jala-jala dimasukkan ke sistem. Pengukuran dipasang pada keluaran inverter, jala-jala dan beban. Simulasi pada makalah ini hanya ditampilkan untuk keluaran 2 kW. Beban sebesar 2 kW dipasang pada keluaran inverter UPS. Kemudian melalui saklar, inverter dan beban terhubung 2500
Pfc Pbeban Psc
2500
Pinv Qinv
Stand-alone
2000
2000
1500
Daya (Watt)
Daya (Watt)
0.1
Gambar 11. Aliran Daya pada Konverter Tiga Port 2 kW Saat Supercapacitor Charge
3000
1500
1000
1000 Terhubung Jala-jala
500
500
0
0
-500
-500 0
0.05
0.05
0.1
0.15 0.2 W aktu (Detik)
0.25
0.3
Gambar 10. Aliran Daya pada Konverter Tiga Port 2 kW Supercapacitor Discharge
0.35
Saat
-1000 0
0.05
0.1
0.15 0.2 W aktu (Detik)
0.25
0.3
Gambar 12 Daya aktif dan reaktif yang mengalir dari inverter pada UPS 2 kW
Proseding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS, Juni 2012
2500 Pgrid Qgrid
Terhubung Jala-jala
2000
400 300
Tegangan Inv (V)
200 100 0 -100 -200 -300 -400
15 10
Arus Inv (A)
5 0 -5 -10 -15
400 300
Tegangan Grid (V)
dengan jala-jala. Pada gambar 12, terdapat aliran daya aktif dan reaktif yang berasal dari inverter. Pada detik 0 hingga 0.2, inverter menjadi sumber utama beban, kemudian di detik ke 0,2 hingga 0.3, sistem terhubung ke jala-jala. Beban akhirnya disuplai oleh jala-jala dan inverter hanya mensuplai kekurangan daya saja. Pada gambar 13, dapat diamati aliran daya pada sisi jala-jala. Pada saat stand-alone, jala-jala masih terputus dari beban. Kemudian pada detik ke 0.2, saklar ditutup dan jala-jala terhubung ke sistem sehingga daya mengalir ke beban sesuai dengan daya yang dibutuhkan.
5
200 100 0 -100 -200
Stand-alone
-300 -400
1500 10
Arus Beban (A)
Daya (Watt)
15
1000
500
5 0 -5 -10 -15 0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
Waktu (Detik)
-500 0
Gambar 15. Tegangan keluaran dan arus inverter saat UPS beroperasi 2 kW 0.05
0.1
0.15 0.2 Waktu (Detik)
0.25
0.3
0.35
Gambar 13 Daya aktif dan reaktif yang mengalir dari jala-jala pada UPS 2 kW
Kestabilan beban dapat diamati pada gambar 14. Daya aktif terlihat stabil di skala 2000 Watt padahal sebenarnya sistem mengalami perubahan model kerja mulai detik 0.2. 2500 Stand-alone
Terhubung Jala-jala
Pbeban Qbeban
tegangan jala-jala akan mempengaruhi nilai aliran daya antara sistem UPS dan sistem jala-jala. Daya yang diamati adalah daya yang mengalir di induktor kopling. Tabel 2. Pengaruh fluktuasi tegangan terhadap aliran daya pada sisi inverter UPS 2 kW Simulasi Perhitungan Error (%) Fluktuasi Tegangan Pjala-jala Pjala-jala Pjala-jala
2000
90% 95% 100% 105%
Daya (Watt)
1500
1000
0
-500 0
0.05
0.1
0.15 0.2 Waktu (Detik)
0.25
0.3
0.35
Gambar 14 Daya aktif dan reaktif yang mengalir ke beban pada UPS 2 kW
Gambar 15 menunjukkan hasil tegangan dan arus keluaran pada sisi inverter UPS dan jala-jala . Pada detik ke 0 hingga 0.2, UPS dijalankan secara stand-alone. Inverter mensuplai beban penuh. Terlihat pada detik ke 0.02, jala-jala masuk ke sistem dan beban secara penuh disuplai jala-jala, sehingga inverter tidak bekerja maksimal atau dalam masa standby. Dari arus beban, dapat dianalisa bahwa arus beban dalam keadaan stabil di setiap keadaan sumber. Artinya, UPS bekerja efektif. Sistem UPS juga disimulasikan pada gangguan fluktuasi di jala-jala. Simulasi ini dilakukan dengan melakukan variasi nilai tegangan sesuai standar fluktuasi tegangan pada sistem distribusi dimana sistem UPS Line-Interactive tersebut dihubungkan. Pada kondisi nyatanya, fluktuasi tegangan dalam sistem tenaga listrik hampir terjadi setiap saat, sehingga akan mempengaruhi nilai aliran daya antara inverter dan jala-jala. Dalam simulasi ini, dipilih nilai fluktuasi tegangan sistem jala-jala 90%-105% dari nilai tegangan rms-nya. Sesuai dengan analisis aliran daya, bahwa saat terjadi perubahan
1365.12 1440.96 1516.8 1592.64
14.95 7.006 -3.84 -13.27
Dapat dilihat pada tabel 2, daya di sisi jala-jala dihitung secara manual sesuai rumus yang ada. Didapatkan error ratarata 9.77% pada perhitungan daya aktif yang mengalir di induktor kopling. Error didapat cukup besar karena perhitungan yang dilakukan dianggap pada kondisi Xm ideal. Sedangkan, pada simulasi terdapat tahanan R yang bernilai kecil. E. Simulasi Sistem Saat Terjadi Interuption Pada kondisi sistem dibebani, diasumsikan terjadi gangguan interruption di sumber utama pada rentang waktu 0,3 hingga 0,4 sekon, maka didapatkan respon daya aktif dan daya reaktif sumber seperti pada gambar 16. Terhubung Jala-jala
Jala-jala normal kembali
2000 Pgrid Qgrid
Jala-jala putus
1500 Stand-alone
Daya (Watt)
500
1161 1340 1575 1804
1000
500
0
-500 0
0.1
0.2 0.3 Waktu (Detik)
0.4
Gambar 16. Aliran daya sumber utama saat terjadi interruption
0.5
Dengan konfigurasi sistem UPS Line-Interactive, maka ketika terjadi gangguan interruption di sumber utama, inverter yang akan langsung merespon dan bertindak sebagai sumber utama penyuplai daya listrik ke beban untuk sementara waktu, seperti yang ditunjukkan pada gambar 17. Jala-jala putus
Stand-alone
2000
Terhubung Jala-jala
1500
Jala-jala normal kembali
1000
500 Tegangan Grid (V)
Daya (Watt)
Pinv Qinv Arus Inv (A)
2500
6
Tegangan Inv (V)
Proseding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS, Juni 2012
0
-500
-1000 0
0.1
0.2 0.3 W aktu (Detik)
0.4
0.5
Dengan demikian maka kondisi tegangan di beban tetap normal dan tidak mengalami gangguan, sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 18 dimana level tegangan tetap stabil walaupun sebenarnya telah terjadi gangguan interruption pada rentang waktu 0,3 hingga 0,4 sekon. 2500 Stand-alone
Terhubung Jala-jala Jala-jala putus
Pbeban Qbeban
2000
Daya (Watt)
1500
Arus Beban (A)
Gambar 17. Aliran daya pada inverter saat terjadi interruption
Waktu (Detik)
Gambar 19 Keluaran UPS dan jala-jala saat terjadi interuption
Untuk saran dari hasil simulasi ini, dalam memudahkan pengaturan daya, konverter DC-DC dapat diatur dengan kontroler. Sistem ini juga dapat dimodelkan kembali pada aplikasi tiga fasa.
Jala-jala normal kembali
1000
DAFTAR PUSTAKA 500
[1] 0
-500 0
0.1
0.2 0.3 Waktu (Detik)
0.4
0.5
[2]
Gambar 18. Aliran daya pada sisi beban saat terjadi interruption [3]
Sedangkan hasil tegangan dan arus keluaran dapat dilihat pada gambar 19. Arus pada sisi beban tetap stabil walaupun jala-jala diputus pada detik ke 0.3. V. KESIMPULAN/RINGKASAN Pada pemodelan sistem UPS Line-Interactive dengan menggunakan sel bahan bakar sebagai sumber energi utama dan supercapacitor didapatkan sistem mampu beroperasi pada stand-alone maupun terhubung jala-jala. Ketika stand-alone, inverter mengirim daya ke beban. Ketika terhubung jala-jala, sebagian daya beban disuplai oleh jala-jala, sedangkan inverter mengirim sisa daya jika terjadi fluktuasi tegangan. Hasil simulasi ketika diberi gangguan fluktuasi tegangan jala-jala dibandingkan dengan perhitungan daya jala-jala didapatkan nilai error rata-rata sebesar 9.77%. Untuk simulasi gangguan interupsi, keuntungan menggunakan supercapacitor pada sistem ini adalah mengkompensasi daya ketika terjadi fluktuasi dan menjaga tegangan tetap stabil saat terjadi interupsi. Selain itu, didapatkan bentuk gelombang daya pada beban dalam keadaan tetap stabil.
[4]
[5] [6]
Pai, Fu-Sheng and Huang, Shyh-Jier,“A Novel Design of LineInteractive Uninterruptible Power Supplies Without Load Current Sensors”, IEEE Transactions On Power Electronics, Vol. 21, No. 1, January 2006 J.A. Smith, M.H. Nehrir, V. Gerez, and S.R. Shaw, “A Broad Look at the Workings, Types, and Applications of Fuel Cells”, IEEE 2002 Haimin Tao, Jorge L. Duarte, Marcel A.M. Hendrix, “Line-Intercative UPS using a Fuel Cell as The Primary Source”, IEEE Transactions on Industrial Electronics Vol. 55, No.8, Netherland, Agustus 2008 F. Rafik, H. Gualous, R. Gally, A. Crauaz, A. Berthon, “ Frequency, Thermal and Voltage Supercapacitor Characterization and Modeling”, Elsevier Journal of Power Sources 165 pp. 928–934, Desember 2007 Rashid M.H, “Power Electronics Handbook”, Academic Press, 2001 www.illcap.com
