16
JETri, Vol. 16, No. 1, Agustus 2018, Hlm. 1 - 16, P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN TERHUBUNG GRID DENGAN KERANGKA REFERENSI NATURAL Roihan Abdullah dan Subiyanto Jurusan Teknik Elektro, Universitas Negeri Semarang Kantor E11, Kampus Sekaran 50229, Semarang, Indonesia Email: [email protected] ABSTRACT Nowadays, interconnecting grid with renewable energy source (RES) is developed to increase power and reability of the system. However, the integration between RESs with grid must be synchronized so that the system can work. In this paper, natural reference frame was used to synchronize hybrid systems of RESs with grids. The DC voltage generated by Photovoltaic (PV) and Wind Turbine will be converted into 3 phase voltages by the inverter. The Pulse Witdh Modulation (PWM) on the inverter that has been regulated by current control and Phase Locked Loop (PLL) makes RESs interconnect with grid. Simulation is designed using Power Simulator software (PSIM) and tested with various conditions. The simulation results show that the renewable energy source system connected to grid has synchronized and work well. Keywords: hybrid system, renewable energy, photovoltaic, wind turbine, natural reference frame ABSTRAK Penerapan pembangkit listrik energi terbarukan dengan sistem terhubung grid saat ini lebih dikembangkan untuk meningkatkan daya dan keandalan sistem. Namun, dalam pengintegrasian antara pembangkit listrik dengan grid perlu disinkronkan agar sistem dapat bekerja. Pada makalah ini digunakan metode kerangka referensi natural untuk sinkroniasi sistem hibrida pembangkit listrik energi terbarukan dengan grid. Tegangan DC yang dihasilkan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) akan dikonversi menjadi tegangan 3 fasa oleh inverter. Pulse Witdh Modulation (PWM) pada inverter yang telah diatur oleh kontrol arus dan Phase Locked Loop (PLL) menjadikan pembangkit listrik dapat terintegrasi dengan grid. Perancangan simulasi dilakukan menggunakan software Power Simulator (PSIM) dan diuji dengan kondisi yang bervariasi. Hasil dari simulasi menunjukkan bahwa keseluruhan sistem pembangkit listrik energi terbarukan terhubung grid telah tersinkronisasi dan bekerja dengan baik.

SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

  • Upload
    others

  • View
    13

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

JETri, Vol. 16, No. 1, Agustus 2018, Hlm. 1 - 16, P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

SISTEM HIBRIDA

PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN

TERHUBUNG GRID

DENGAN KERANGKA REFERENSI NATURAL

Roihan Abdullah dan Subiyanto

Jurusan Teknik Elektro, Universitas Negeri Semarang

Kantor E11, Kampus Sekaran 50229, Semarang, Indonesia

Email: [email protected]

ABSTRACT

Nowadays, interconnecting grid with renewable energy source (RES) is developed to

increase power and reability of the system. However, the integration between RESs with grid

must be synchronized so that the system can work. In this paper, natural reference frame was

used to synchronize hybrid systems of RESs with grids. The DC voltage generated by

Photovoltaic (PV) and Wind Turbine will be converted into 3 phase voltages by the inverter.

The Pulse Witdh Modulation (PWM) on the inverter that has been regulated by current

control and Phase Locked Loop (PLL) makes RESs interconnect with grid. Simulation is

designed using Power Simulator software (PSIM) and tested with various conditions. The

simulation results show that the renewable energy source system connected to grid has

synchronized and work well.

Keywords: hybrid system, renewable energy, photovoltaic, wind turbine, natural reference

frame

ABSTRAK

Penerapan pembangkit listrik energi terbarukan dengan sistem terhubung grid saat ini lebih

dikembangkan untuk meningkatkan daya dan keandalan sistem. Namun, dalam

pengintegrasian antara pembangkit listrik dengan grid perlu disinkronkan agar sistem dapat

bekerja. Pada makalah ini digunakan metode kerangka referensi natural untuk sinkroniasi

sistem hibrida pembangkit listrik energi terbarukan dengan grid. Tegangan DC yang

dihasilkan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu

(PLTB) akan dikonversi menjadi tegangan 3 fasa oleh inverter. Pulse Witdh Modulation

(PWM) pada inverter yang telah diatur oleh kontrol arus dan Phase Locked Loop (PLL)

menjadikan pembangkit listrik dapat terintegrasi dengan grid. Perancangan simulasi

dilakukan menggunakan software Power Simulator (PSIM) dan diuji dengan kondisi yang

bervariasi. Hasil dari simulasi menunjukkan bahwa keseluruhan sistem pembangkit listrik

energi terbarukan terhubung grid telah tersinkronisasi dan bekerja dengan baik.

Page 2: SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

JETri, Vol. 16, No. 1, Agustus 2018, P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

2

Kata kunci: sistem hibrid, energi terbarukan, PLTS, PLTB, kerangka referensi natural.

1. PENDAHULUAN

Pembangkit listrik energi terbarukan saat ini terus mengalami peningkatan

dalam penggunaannya [1]. Mengingat kenaikan kebutuhan energi listrik dunia setiap

tahunnya mencapai 1,4%, maka pengembangan pembangkit listrik energi terbarukan

terus dilakukan. Pembangkit listrik energi terbarukan dalam perkembangannya dapat

dirancang secara tunggal atau sistem hibrida [2]. Konfigurasi sistem pembangkit

listrik energi terbarukan dapat bekerja dalam mode stand-alone atau mode terhubung

Grid [3]. Pembangkit listrik mode stand-alone sering digunakan untuk wilayah

terpencil [4] dan mode terhubung Grid biasa digunakan untuk memenuhi kebutuhan

lokal di area perkotaan [5].

Pembangkit listrik tunggal yang hanya menggunakan satu jenis pembangkit

primer berbeda dengan pembangkit listrik sistem hibrida dimana pembangkit listrik

yang dirancang menggunakan lebih dari satu jenis energi primer untuk satu beban

yang sama. Contoh pembangkit listrik sistem hibrida seperti Pembangkit Listrik

Tenaga Bayu (PLTB) dan Pembangkit Listrik Tenaga Disel (PLTD) [6], Pembangkit

Listrik Tenaga Bayu (PLTB) dan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) [7],

Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB), Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)

dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan untuk

meningkatkan daya yang dihasilkan oleh pembangkit listrik. Namun jika hanya

dengan mode stand-alone maka keandalan sistem dalam mensuplai daya ke beban

hanya mengandalkan pembangkit listrik. Oleh karena itu konfigurasi sistem

pembangkit listrik mode terhubung grid lebih banyak digunakan saat ini mengingat

dalam hal biaya lebih murah, perawatan lebih mudah dan keandalan sistem lebih baik

serta lebih efisien dibandingkan mode stand-alone [9].

Konfigurasi mode terhubung grid dalam interkoneksinya antara pembangkit

listrik dengan grid menjadi hal yang perlu diperhatikan agar keseluruhan sistem

dapat terintegrasi menjadi satu. Metode kerangka referensi merupakan metode untuk

Page 3: SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

R. Abdullah dan Subiyanto. “Sistem Hibrida Pembangkit Listrik Energi …”

3

sinkronisasi antar pembangkit listrik dengan grid [10]. Jenis kerangka referensi ada 3

yaitu sinkron, natural, dan stasioner.

Dalam penelitian sebelumnya [11] mensimulasikan pembangkit listrik

tunggal yaitu PLTS terhubung grid menggunakan metode sinkronisasi kerangka

referensi natural dimana fungsi metode tersebut adalah mengontrol arus secara

individu pada keseluruhan jaringan grid dari bentuk gelombang tegangan menjadi

kerangka referensi sehingga arus akan sefasa dengan tegangan dan dapat diinjeksikan

ke dalam sistem grid. Metode ini telah berhasil digunakan sebagai metode

sinkronisasi pembangkit listrik tunggal terhubung grid.

Penelitian ini bertujuan untuk melakukan studi metode sinkronisasi

pembangkit listrik energi terbarukan dengan sistem hibrida yang terhubung grid

menggunakan metode kerangka referensi natural dengan alur perancangan sesuai

dengan penelitian sebelumnya. Perancangan simulasi ini menggunakan software

Power Simulator (PSIM) dan akan diuji secara komprehensif. Pengujian dilakukan

dengan kondisi Standard Tes Condition (STC) dan kondisi sesuai data lapangan yaitu

data cuaca tahunan dari RETScreen yang terintegrasi NASA. Hasil yang akan

didapat kemudian akan dianalisis dan ditarik kesimpulan sesuai tujuan penelitian ini.

2. KAJIAN PUSTAKA

2.1 Panel Surya (PV)

Bagian dasar dari panel surya ialah sel surya. Daya yang dihasilkan dari sel

surya sangatlah kecil, oleh karena itu sel surya dihubungkan secara seri (Ns) atau

paralel (Np) atau seri-paralel [2] seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1.

Gambar 1 Rangkaian Ekuivalen Sel Surya

Page 4: SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

JETri, Vol. 16, No. 1, Agustus 2018, P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

4

Vpv adalah tegangan PV dan N = Ns/Np, arus yang dihasilkan dari sistem

dapat dituliskan menggunakan Persamaan (1).

qVIpv = Np×Iph - Np×Is(exp -1)

Ns×k×A×T (1)

Sel surya yang dihubungkan seri dan paralel dapat dituliskan menggunakan

Persamaan (2), (3), dan (4).

s mppmppM V = N × V (2)

maxM mppM mppMP = V × I (3)

p mppmppMI = N × I (4)

dengan Ipv adalah arus PV (A), Iph adalah arus yang dibangkitkan oleh foton, Is

adalah arus reserve saturation, q adalah muatan listrik sebuah elektron (1,602 x 10-19

C), V adalah tegangan PV, k adalah konstanta Boltzman (1,3806 x 10-23

JK-1

), A

adalah faktor ideal, T adalah suhu cell, Ns adalah jumlah PV cell yang disusun seri,

Np adalah jumlah PV cell yang disusun paralel, VmppM adalah tegangan saat daya

maksimal, ImppM adalah arus saat daya maksimal, dan PmaxM adalah daya maksimal

yang ingin dihasilkan.

Dalam penelitian ini digunakan parameter panel surya dari penelitian

sebelumnya. Panel surya dirancang menggunakan physical model solar cell pada

PSIM dengan memasukkan datasheet seperti yang diperlihatkan pada Tabel 1.

Tabel 1 Spesifikasi Panel Surya

Parameter Label Nilai

Maximum power Pmax 250 Wp

Open circuit voltage Voc 37,8 V

Voltage at maximum power Vmpp 31,1 V

Short circuit current Isc 8,28 A

Current at maximum power Impp 8,05 A

Voc coef. of temperature Kv -0,38 %/0C

Isc coef. of temperature Ki 0,065 %/0C

Cell in series per module n 60

Page 5: SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

R. Abdullah dan Subiyanto. “Sistem Hibrida Pembangkit Listrik Energi …”

5

2.2 Maximum Power Point Tracker (MPPT)

Pada penelitian ini digunakan MPPT supaya PV dapat mengirimkan daya

secara maksimal. MPPT berfungsi untuk mencari dan menjaga titik maksimum daya

dari PV dan setelah tercapai tegangan maksimal maka keluaran dari MPPT berupa

gatting mengaktifkan kerja DC-DC booster yang berfungsi untuk menaikkan

tegangan.

Algoritma Perturb and Observe merupakan algoritma yang sering digunakan

karena sederhana dalam pengaturannya [12]. Algoritma ini terdiri dari dua tahap,

perturb yaitu tegangan referensi (Vref) yang diubah dan observe yaitu perubahan

daya yang dihitung akibat aksi perturb sebelumnya. Ketika perubahan daya positif

maka perturb selanjutnya akan tetap pada arah yang sama, sedangkan ketika

perubahan daya negatif maka perturb akan dibalik [13]. Perubahan titik operasi

dituliskan pada Persamaan (5).

new oldC = C +ΔC (5)

dengan Cold adalah variabel kontrol ulang dari k dan k-1, ΔCɸ adalah langkah

perturbasi. Diagram alir untuk algoritma ini diperlihatkan pada Gambar (2).

Gambar 2 Diagram Alir MPPT Jenis P dan O

Page 6: SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

JETri, Vol. 16, No. 1, Agustus 2018, P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

6

2.3 Turbin Angin

Untuk mengkonversikan energi kinetik dari angin menjadi listrik perlu adanya

turbin angin. Fungsi dari kecepatan angin dan luas dari baling-baling turbin

merupakan total daya yang dapat ditangkap oleh turbin angin [14]. Daya yang

didapat dari turbin angin dapat dituliskan menggunakan persamaan [15] dimana

adalah kerapatan udara dengan nilai 1,225 kg/m3, Cp adalah koefisien daya, V adalah

kecepatan angin dalam m/s dan A adalah diameter turbin. Rumus daya ditunjukkan

pada Persamaan (6).

31P = ×Cp×ρ×A×V

2 (6)

Efisiensi turbin angin ditentukan oleh dua parameter [16]. Cp merupakan

perbandingan antara daya output turbin (Pm) dengan daya input turbin (P) sehingga

menjadi parameter pertama [17]. Secara matematis Cp dapat ditulis sesuai Persamaan

(7).

52 ip 1 3 4 6i

-CC λC = C ( -C β -C )e +C λλ

(7)

dengan β adalah sudut baling-baling, dan C1-6 adalah koefisien turbin. Pada

persamaan (7) terdapat nilai yang merupakan rasio kecepatan ujung (Tip Speed

Ratio) yang merupakan perbandingan kecepatan putar poros turbin terhadap

kecepatan angin. Secara matematis nilai dapat dihitung dengan Persamaan (8).

r

w

ωλ =

V (8)

dengan ωr adalah kecepatan poros rotor (rad/s), dan Vw adalah kecepatan angin (m/s).

Setelah mengetahui nilai Cp dan , daya output mekanik yang dihasilkan turbin

angin dapat dihitung menggunakan Persamaan (9).

2 3m p

1P = πρC A V

2 (9)

Hasil yang telah didapatkan dari Persamaan (9) kemudian digunakan sebagai

masukan parameter seperti pada Tabel 2.

Page 7: SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

R. Abdullah dan Subiyanto. “Sistem Hibrida Pembangkit Listrik Energi …”

7

Tabel 2 Parameter Turbin Angin

Parameter Nilai

Daya yang dihasilkan turbin angin 15 kW

Tegangan Fasa 380 volt

Frekuensi Grid 50 Hz

Frekuensi pensaklaran konverter 10k Hz

Kecepatan Angin 12 m/s

Rs (Stator Resistance) 1m ohm

Poles 30

Moment of inertia 1

2.4 Model Generator

Ada banyak jenis generator yang dipakai untuk mengkonversi energi angin

yang didapat turbin angin menjadi listrik salah satunya Permanent Magnet

Synchronous Machine (PMSM). Dalam penelitian ini PMSM dipilih sebagai

generator karena memiliki keunggulan [18] diantaranya bentuk dan ukuran generator

simpel, kecil dan ringan, perawatan mudah, energi yang dihasilkan signifikan,

mengikuti kondisi lingkungan, gangguan elektromagnetis lebih kecil, ramah

lingkungan, gelombang tegangan lebih berkualitas meski terjadi perubahan

pembebanan. Untuk mencari nilai model dinamis pada PMSM dapat digunakan

Persamaan (10).

ds

qs e qsds ds d

dI V = R I +L -L ω I

dt (10)

qsqs s × qs r × d × ds r × r q ×

t

diV = -R i -ω L i +ω λ -L

d (11)

Untuk mencari nilai torsi pada PMSM dapat digunakan Persamaan (12).

e qs × ds d × qs3P

T = (i λ -i λ )2

(12)

dimana Vds, Vqs: tegangan stator pada sumbu d dan q, Rs: hambatan pada stator,

Page 8: SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

JETri, Vol. 16, No. 1, Agustus 2018, P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

8

ids, iqs: arus stator pada sumbu d dan q, ωr: kecepatan rotor, r: flux rotor, Ld, Lq:

induktansi pada sumbu d dan q.

3. METODE PENELITIAN

Natural reference frame adalah sebuah metode transformasi arus grid dari

bentuk gelombang tegangan menjadi kerangka referensi yang dapat mengontrol arus

secara individu pada keseluruhan jaringan grid [10]. Masukan berupa id* dan iq*

ditranformasikan sehingga keluarannya berupa tiga arus referensi. Kemudian arus

tersebut dibandingkan dengan arus grid dan kemudian kedua arus masuk ke current

control yang berupa propotional-integral control dan limiter.

Awal proses dari skema kerangka referensi natural diperlihatkan pada Gambar

3. Sensor arus pada grid dibandingkan dengan arus hasil transformasi dq - abc dan

transformasi abc-dq sehingga mendapatkan keluaran berupa tegangan Ua*, Ub* dan

Uc*. Fungsi dari Phase Locked Loop (PLL) untuk memberikan sudut fasa ke

transformasi abc-dq. Kemudian selisih antara Udc* dan Udc dibandingkan sehingga

mendapatkan Udc error sesuai dengan persamaan berikut.

Udc error = Udc* - Udc (13) dengan :

Udc error = tegangan dc error

Udc* = tegangan dc referensi

Udc = tegangan dc

Gambar 3 Skema Kerangka Referensi Natural

Page 9: SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

R. Abdullah dan Subiyanto. “Sistem Hibrida Pembangkit Listrik Energi …”

9

Setelah Udc error didapat maka selanjutnya proses kontrol di dc-link controller

untuk mendapatkan iq*. Kemudian dengan menggunakan dq - abc akan

ditransformasikan menjadi ia*, ib* dan ic*. Selanjutnya ia*, ib* dan ic*

dibandingkan dengan ia, ib dan ic yang kemudian hasil perbandingan tersebut

dikontrol untuk mendapatkan Ua*, Ub* dan Uc*. Ua*, Ub* dan Uc* digunakan

sebagai tegangan modulasi pertama yang dikirimkan ke PWM inverter.

Ua* = (ia* - ia)f (14)

Ub* = (ib* - ib)f (15)

Uc* = (ic* - ic)f (16)

dengan Ua* adalah tegangan modulasi fasa a, Ub* adalah tegangan modulasi fasa b,

Uc* adalah tegangan modulasi fasa c, ia* adalah arus referensi fasa a, ib* adalah arus

referensi fasa b, ic* adalah arus referensi fasa c, dan f adalah fungsi dari current

control.

Hasil kinerja dan performa sistem hibrida menggunakan metode kerangka

referensi natural disimulasikan dengan menggunakan PSIM. Simulasi PSIM

rangkaian pembangkit listrik sistem hibrida terdapat pada Gambar 4.

Gambar 4 Rangkaian Simulasi Sistem Hibrida Terhubung Grid dan Beban

Page 10: SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

JETri, Vol. 16, No. 1, Agustus 2018, P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

10

Dari Gambar 4 dapat dilihat kombinasi antara PLTS, PLTB dan jaringan (grid)

mensuplai daya ke beban. Kinerja sistem diuji dengan kondisi STC dan kondisi

sesuai data cuaca tahunan yang terdapat pada Tabel 3.

Tabel 3 Data RETScreen Terintegrasi NASA

Bulan Radiasi (W/m2) Tc (

oC) Kec. angin (m/s)

Januari 200,42 51,65 6,90

Februari 238,33 51,40 5,60

Maret 268,33 51,84 4,60

April 281,25 52,55 3,00

Mai 246,67 53,01 2,80

Juni 215,42 53,07 4,90

Juli 216,25 52,77 4,60

Agustus 223,75 52,78 5,30

September 227,92 52,58 4,30

Oktober 213,75 52,27 3,90

November 183,33 52,23 4,60

Desember 175,00 52,02 6,30

Parameter simulator PSIM diperlihatkan pada Tabel 4.

Tabel 4 Parameter Simulator PSIM Simulasi Hibrida Terhubung Grid

PSIM Simulator Parameters

Time step 2 μs

Total time 0.5 s

0.3 s (steady state)

Print time 0

0.2 s (steady state)

Parameter sistem diperlihatkan pada Tabel 5.

Page 11: SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

R. Abdullah dan Subiyanto. “Sistem Hibrida Pembangkit Listrik Energi …”

11

Tabel 5 Parameter Sistem Simulasi Hibrida Terhubung Grid

System parameters

Voltage source 330 -370 V

Frequency Grid System 50 Hz

Voltage Grid System 380 V

Impedance of Feeder R = 0,1 mΩ, XL = 0,016 mH

Load P = 20 kW

P = 33 kW

DC Link Voltage 750 V

DC Link Capasitor 0,0173 mF

Switching frequency 15000 Hz

L filter (inverter) 8,1 mH

L boost 0,188 mH

L filter (wind turbine) 0,2 mH

RL filter (wind turbine) R = 0,01 Ω, L = 50 μF

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pembangkit Listrik Energi Terbarukan Sistem Hibrida antara PLTS dan PLTB

terhubung Grid menggunakan metode Kerangka Referensi Natural disimulasikan dan

hasil simulasi diperoleh tegangan masukan minimal sebesar 689,4 volt. Menurut

Hauke [19] nilai tegangan referensi DC harus dua kali lipat lebih besar dibanding

tegangan line to line rms oleh karena itu ditentukan nilai tegangan referensi DC

sebesar 750 volt. Gambar 5 menunjukkan bahwa nilai tegangan DC keluaran

mengikuti referensinya dengan nilai tegangan 750 volt. Daya yang dihasilkan

masing-masing pembangkit listrik sudah hampir mendekati dari daya awal

perencanaan yaitu 15 kW disebabkan masih terdapat rugi-rugi tegangan pada

pembangkit listrik.

Hasil simulasi pada Gambar 6 merupakan pengujian simulasi dengan kondisi

STC yaitu nilai iradiasi, temperatur, dan kecepatan angin berturut-turut 1000 W/m2,

51,25 °C dan 12 m/detik.

Page 12: SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

JETri, Vol. 16, No. 1, Agustus 2018, P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

12

Gambar 5 Perbandingan Tegangan DC dan Tegangan Referensi DC

Daya keluaran dari sistem hibrida sebesar 30 kW didapat dari kombinasi PLTS

dan PLTB yang masing-masing berkapasitas 15 kW, dengan beban yang dilayani

sebesar 20 kW maka masih ada sisa daya sebesar 10 kW. Sisa dari daya tersebut

akan dikirim ke grid untuk beban lainnya.

Gambar 6 Daya Keluaran Pembangkit Listrik Sistem Hibrida Kondisi STC

Pengujian selanjutnya yaitu dengan kondisi sesuai data cuaca tahunan yang diambil

dari RETScreen dan hasil simulasinya diperlihatkan pada Gambar 7.

Hasil pengujian sesuai kondisi data RETScreen dimana data diambil pada

bulan Januari yang memiliki iradiasi, temperatur, dan kecepatan angin berturut-turut

200,45 W/m2, 51,65 °C, dan 6,9 m/s. Daya keluaran dari pembangkit listrik sistem

hibrida hanya berkisar 12 kW sehingga grid mengatasi kekurangan daya dari

Day

a (W

)

Page 13: SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

R. Abdullah dan Subiyanto. “Sistem Hibrida Pembangkit Listrik Energi …”

13

pembangkit listrik sehingga dapat disimpulkan bahwa sistem hibrida dengan

menggunakan metode kerangka referensi telah berhasil disimulasikan pada kondisi

STC maupun kondisi data RETScreen.

Gambar 7 Daya Keluaran Pembangkit Listrik Sistem Hibrida

Gambar 8 menunjukkan gelombang sinusoida 3 fasa tegangan dan arus yang

dihasilkan oleh inverter.

Gambar 8 Gelombang Arus dan Tegangan 3 Fasa Keluaran Filter dan Inverter

D

aya

(W)

Page 14: SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

JETri, Vol. 16, No. 1, Agustus 2018, P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

14

Hal ini menunjukan bahwa inverter 3 fasa dan filter telah bekerja dengan baik

dalam mengkonversi arus DC menjadi arus AC.

5. KESIMPULAN

Dalam penelitian ini, kerangka referensi natural diimplementasikan ke sistem

hibrida pembangkit listrik energi terbarukan terhubung grid. Kerangka referensi

untuk sinkronisasi pembangkit listrik terhubung grid diuji dalam dua kondisi yaitu

kondisi STC dan kondisi sesuai data RETScreen. Hasil yang diperoleh bahwa

kerangka referensi natural dapat digunakan sebagai metode sinkronisasi untuk

pembangkit listrik sistem hibrida terhubung grid. Dibuktikan bahwa ketika kondisi

STC daya maksimum yang dihasilkan pembangkit listrik lebih besar dibanding

beban yang dilayani, kelebihan dari daya dapat disalurkan ke grid. Akan tetapi,

ketika beban lebih besar dibanding daya yang dihasilkan pembangkit listrik sistem

hibrid maka grid akan mengatasi kekurangan daya tersebut.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis berterimakasih kepada UNNES ELECTRICAL ENGINEERING

STUDENTS RESEARCH GRUP (UEESRG) Teknik Elektro, Fakultas Teknik,

Universitas Negeri Semarang karena telah memberikan dukungan besar pada

penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Deepak Tiku. “Modular Multilevel MMI (HB) Topology for Single Stage Grid

Connected PV Plant,” dalam The 11 the IET International Conference on AC

and DC Power Transmission, 2015, hlm. 1-8.

[2] J. Ahmed dan Z. Salam. “A Modified P&O Maximum Power Point Tracking

Method with Reduced Steady State Oscillation and Improved Tracking

Efficiency.” IEEE Transaction on Sustainable Energy, hlm. 1-10, 2016.

Page 15: SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

R. Abdullah dan Subiyanto. “Sistem Hibrida Pembangkit Listrik Energi …”

15

[3] P. Bajpai dan V. Dash. “Hybrid Renewable Enegy Systems for Power

Generation in Stand-alone Aplication: A Review.” Renewable and Sustainable

Energy Reviews, 16(5), hlm. 2926-2939, 2012.

[4] Unice Ribeiro, A. J. M. Cardoso, C. Boccaletti. “Uninterruptible Energy

Production Power Systems for Telecommunication,” dalam International

Conference on Renewable Energies and Power Quality Valencia (Spain) 15th –

17th, 2009.

[5] O. Erdinc dan M. Uzunoglu. “Optimum Design of Hybrid Renewable Energy

Systems: Overview of Different Approaches.” Renewable and Sustainable

Energy Reviews, 16, hlm. 1412-1425, 2012.

[6] Daniel Tittel. “Investigation of a Variable Speed Wind Turbine and DC-Link

Control for a Hybrid Power System.” Tesis. Diplom Ingenieur Degree of

Chalmers University of Technology, Gothenburg, 2007.

[7] B. Abu-Hijleh. “Use of Hybrid PV and Wind Turbine – Grid Connected System

in Local Emirate Home in Dubai-UEA,” dalam Energy Procedia. 3rd

International Conference on Powered And Energy Systems Engineering, Japan,

2016, hlm. 463-468.

[8] E. W. Leake. “Genset-Solar-Wind Hybrid Power System Of Off-Grid Power

Station For Rural Applications.” Tesis. Master of Science Delf University of

Technology, Belanda, 2010.

[9] S. Kouro, J. I. Leon, L. G. Franauelo. “Grid Connected Photovoltaic System –

An Overview of Recent Research and Emerging PV Converter Technology.”

IEEE Industrial Electronic Megazine, Vol. 47, hlm. 47-61, 2015.

[10] Frede Blaabjberg, Remus Teodorescu, Marco Liserre, A. V. Timbus. “Overview

of Control and Grid Synchronization for Distributed Power Generation System.”

IEEE Transactions on Industrial Electronics, October, 53 (5), hlm. 1398-1409,

2006.

Page 16: SISTEM HIBRIDA PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI TERBARUKAN ...lib.unnes.ac.id/36577/1/Sistem_Hibrida_Pembangkit... · dan Pembangkit Listrik Energi Disel (PLTD) [8], dsb. Hal ini bertujuan

JETri, Vol. 16, No. 1, Agustus 2018, P-ISSN 1412-0372, E-ISSN 2541-089X

16

[11] A. G. Wicaksena. “Analisa Pengaruh Perubahan Temperatur dan Irradiasi pada

Tegangan, Arus dan Daya Keluaran PLTS Terhubung Grid 380 V.” Tugas

akhir. Program Sarjana UNDIP, Semarang, 2016.

[12] Saad Motahhir, A. E. Ghzizal, S. Sebti. “Proposal and Implementation of a

Novel Perturb and Observe Algorithm using Embedded Software,” dalam The

3rd International Renewable and Sustainable Energy Conference (IRSEC),

2015.

[13] Esram T, Chapman P. L. “ Comparison of Photovoltaic Array Maximum Power

Point Tracking Techniques.” IEEE Transactions on Energy Convertion EC, vol.

22, hlm. 439-449, 2007.

[14] Ramadoni Syahputra, Imam Robandi, Mochamad Ashari. “Control of Doubly-

Fed Induction Generator in Distributed Generation Units Using Adaptive Neuro-

Fuzzy Approach,” dalam Proc. The 3rd

International Seminar on Applied

Technology, Science, and Arts (3rd APTECS), Surabaya, 6 Desember, 2011.

[15] S. Samanvorakij dan P. Kumkratug. “Modeling and Simulation PMSG based on

Wind Energy Conversion System in MATLAB/SIMULINK,” dalam Proc. of

the Second Intl. Conf. on Advances in Electronics and Electrical Engineering-

AEEE , 2013.

[16] Harumwidiah A. dan Kurniawan A. “Simulasi sistem pembangkit listrik tenaga

angin menggunakan Doubly Fed Induction Generator (DFIG) dengan Back-to-

back Converter.” Jurnal Nasional Teknik Elektro, 5(2), 2016.

[17] Feby A Pamuji dan Soedibyo. "Desain Kontrol Multi – Input DC–DC Converter

Sistem Hibrid Turbin Angin dan Sel Surya Menggunakan Kontrol Fuzzy Logic

untuk Tegangan Rendah." Jurnal Nasional Teknik Elektro, 4(2), hlm. 220-226,

September 2015.

[18] D. S. Oliveira, M. M. Reis, Carlos E. A. Silva. “A Three-Phase High Frequency

Semi-Controlled Rectifier For PM WECS.” IEEE Trans. Power Electronics,

25(3), hlm. 677-685, 2009.

[19] Brigitte Hauke. “Basic Calculation of a Boost Converter’s Power Stage.” Texas

Instrument, Texas, 2014.