Simulasi Dan Analisis Transient Hibrid Diesel Dan Tenaga Surya

Simulasi dan Analisis Transient Hibrid Diesel dan Tenaga SuryaZainal Abidin *)*) Dosen Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Universitas Islam Lamonganemail : inal9474@gmail.comABSTRAKArtikel ini menyajikan simulasi Matlab dari sistem hibrid pembangkit tenaga surya dengan diesel. Keduanyadioperasikan pararel. Sistem ini lebih efektif daripada sistem generator diesel bekerja sendiri. Agar sebuahintegrasi sistem yang efektif dari tenaga surya pada sistem, dianjurkan menggunakan metode pengaturan operasidengan inverter. Besarnya daya tergantung dari jaringan yang dipantau dan pengaturan sudut dan magnitude sinyaltegangan inverter.Simulasi ini memantau perubahan perubahan beban akibat beban yang berbeda. Sebaiknya, untukmembangun sistem yang lebih baik diperlukan kontrol digital untuk menyediakan kecepatan dan respon dinamikyang stabil dari sistem daya hibrid.Kata kunci : transient, hibrid, beban, inverterI. PendahuluanAnalisis dari sebuah sistem hibrid dan sistemkontrol secara bersamaan akan membutuhkan waktudan mahal tanpa menggunakan sebuah model dansimulasi. Dari sebuah simulasi terdapat aturan pentingdalam sebuah desain dan analisis sistem tenaga,converter dan pengendalinya.Simulink, adalah software modeling dinamis padaprogram Matlab yang khusus diciptakan untukmendesain simulasi sistem dinamik [1]. Matlabmerupakan paket software untuk komputasi matrikdengan penampilan yang tinggi. Pada Simulink, modelmodel dibangun dari blok diagram dengan interfacegrafik dan satu set blok dengan interkoneksi sinyalyang dimanipulasikan sebuah sistem. Pustaka bloksistem dapat dengan mudah dibuat sistem yangdinamis. Dengan simulink akan terasa mudahmelakukan studi tentang sistem yang dinamis.Dalam tulisan ini penulis mencoba melakukanpemodelan dan studi simulasi hibrid sel surya denganpembangkit tenaga diesel. Konversi tegangan DC keAC dan diesel generator dioperasikan secara pararel,yang dapat dianalisis aliran beban dan pembagianbeban dari sistem daya, karena harganya relatif murahdibandingkan sebuah generator diesel yang beroperasisendiri. Karena generator diesel adalah produkkomersial, maka memiliki kontrol kecepatan sendiridan tidak dapat diakses secara eksternal. Pengendaliansuatu sistem terpadu terbukti sangat menarik untukdikaji. Simulasi ini adalah untuk mengetahui perilakuperubahan perilaku beban yang berbeda. Sehinggasangat perlu dikembangkan pengendali digital canggihuntuk memberikan respon dinamik cepat dan stabil darisebuah sistem hibrid.2. Model Komponen SistemModel yang tepat digunakan untuk mensimulasikan selsurya dengan diesel yang umum dan mampumemberikan hasil yang akurat. Untuk selanjutnyadijelaskan untuk masing-masing sistem baik invertersel surya maupun diesel generator.2.1. Model DieselUntuk mensimulasikan dinamika lengkap darisistem mesin diesel, diperlukan model urutan yangkompleks. Namun untuk sebagian besar studi tentangdinamika kecepatan mesin pembakaran internal, itusudah cukup untuk menggunakan model orde yanglebih rendah. Pendekatan serupa telah diadopsi dalamstudi simulasi mesin diesel [2, 3, 4].Model matematis dari tipe diesel kecilyangdikendalikan prime over ditunjukkan pada gambar 1,dimana input ke sistem adalah sinyal kontrol keaktuator, output dari model adalah kecepatan, 0.035 α 0.2 detik, 0 0.04 , 0.1 α 2 kecepatan per detik,0.01 0.1, dan beban 0 atau 1. Waktu akhir θpada Gambar 1 merupakan waktu murni terkait denganmesin. Kali ini batas akhir adalah hasil dari kerjabeberapa silinder. Tidak semua silinder akan beradadalam posisi untuk menerima lebih banyak bahan bakarpada suatu saat tertentu. Waktu akhir θ sebagian besarterdiri dari waktu yang dibutuhkan untuk semuasilinder menuju posisi yang akan diisi dengan bahanbakar lebih atau kurang. Parameter ini tetap dalammodel ini, dan ditetapkan untuk 0,04 detik.Sebuah kontroler PID self-tuning telah dikembangkanuntuk mesin diesel berukuran kecil dan genset danterbukti bekerja dengan baik.Gambar 1. Blok diagram diesel

2.2. Generator SinkronPersaman generator sinkron didapatkan daripersamaan Park [6]. Yang paling penting dalamrangkaian ini adalah transient pada statordiabaikan dibandingkan ke rotor.Dalampresentasi model rotor mesin sinkron terdiri dari 3lilitan. Sebuah medan dan kumparan redam padaporos langsung memperhitungkan transient dansub transient masing-masing. Kumparan redamberada pada sumbu quadrature juga memilikiwaktu transient dan subtransient konstan.Persamaan stator dihitung menggunakan per unit.Persamaan diferensial pada kumparan dinamis rotordiformulasikan dalam per unit :Persamaan torsi elektromagnetik dalam pu :2.3. Model InverterInverter terdiri atas induktor, kapasitor,transformator dan komponen elektronika daya sepertiIGBTs, MOSFETs. Masing-masing rangkaian switchjembatan dari inverter dioperasikan oleh sinyal PWM(pulse width modulation). Perangkat elektronika dayamenyalakan sinyal dari sumber daya. Fungsi dariinverter adalah mengubah tegangan DC menjadigelombang sinus AC. Input DC diasumsikan sebuahsumber konstan (baterai dengan kapasitas besar).Transfer daya antara sumber inverter DC dan sumberAC dapat dicapai dengan mengatur sudut fase ( ) danmagnitude dari tegangan output inverter. Sebuahkontroler juga digunakan untuk memantau seluruhsistem. Pada kondisi normal, inverter menghasilkansecara paralel tegangan output dan harus disimpandisinkronkan dengan sistem listrik.2.4. Aliran BebanGenetarot Diesel dan sebuah konverter dihubungkansecara pararel untuk mensuplay beban. Diesel dankonverter sumber tegangan dipisahkan dengan induktorXm. Aliran daya dapat dijelaskan dengan referensi padarangkaian ekivalen single line pada gambar 2 berikut :Gambar 2. Rangkaian ekivalen single line hibrid solardan dieselDaya aktif (PM) dan daya reaktif (QM) dapat dihitung:Dimana 'δ' adalah sudut fase antara dua sumbertegangan, sudut fase berhubungan dengan tegangandiesel bervariasi untuk aliran listrik. Hal ini dapatdilihat bahwa daya yang disediakan oleh inverter daribaterai atau dipasok ke baterai dapat dikendalikandengan mengendalikan 'δ' sudut fase.Tegangankonverter secara terpisah dikendalikan oleh indeksmodulasi PWM.Sistem kerja hibrid tergantung dari beban.Pada beban rendah, generator diesel dimatikan. Listrikdari baterai dan sel surya ditransfer ke beban melaluiinverter. Untuk beban menengah, generator diesel akanmemasok beban langsung. Kelebihan daya darigenerator diesel yang digunakan untuk mengisi bateraimelalui inverter bi-directional. Oleh karena generatordiesel beroperasi dalam kapasitas optimum 80% -100%kapasitas beban. Saat beban puncak, generator dieselberjalan secara paralel dengan inverter yang mengubahlistrik DC dari baterai ke daya AC.

Gambar 3. Model Simulasi SIMULINK hibrid solar cell dan diesel3. Model SimulasiMatlab Simulink digunakan untuk memodelkansistem dan membagi produksi listrik antara inverter dangenerator mesin diesel. Secara umum, model Simulinkdapat digunakan untuk mempelajari kinerja dari setiapsistem tenaga hibrid. Dengan Simulink untuk sumberenergi terbarukan, operasi dinamis dan strategi sistemkontrol dapat dengan mudah dimasukkan ke dalamsistem model hibrid power listrik yang ada untukmempelajari kinerja sistem secara keseluruhan.Simulasi dilakukan inverter dan mesin diesel generatoryang berbagi beban aliran dan respon dinamis. Hasilsimulasi digunakan untuk merancang sistem kontrolyang komprehensif dan memprediksi dampak sistemtenaga untuk mengintegrasikan sistem listrik tenagasurya dan diesel.Sebuah model dari sistem pembangkit listriktenaga diesel dan inverter dibangun menggunakanMatlab Simulink. Model Simulink dikembangkansehingga dapat digunakan untuk mempelajari kinerjasistem beban aliran daya. Dengan Simulink, blok-blokdibangun mewakili komponen sistem dapat denganmudah dimasukkan ke dalam model daya sistem hibrid.Simulink juga memungkinkan operasi dinamis danstrategi kontrol yang akan dimasukkan ke dalam modelsistem tenaga hybrid untuk mempelajari kinerja dinamisdari sistem. Diagram blok keseluruhan dari sistem saatini ditampilkan pada Gambar. 3. Model ini terdiri daridua subsistem besar yang terkandung di blok sepertiyang ditunjukkan gambar 3 di atas.Model Simulasi 10 KVA power konverter :Gambar 4. Regulator tegangan sub sistemModel 8 KVA generator set diesel :Gambar 5. Governor dan mesin dieselGambar 6. Sub sistem Tegangan danKontrol Kecepatan

Blok mesin sinkron dapat dioperasikan dalam modegenerator. Rangkaian setara model diwakili dalamkerangka acuan rotor (bingkai qd). Semua parameterrotor dan jumlah listrik yang dilihat dari stator danmodel parameter yang ditetapkan.4. Simulasi dan HasilTegangan utama dari sistem hibrid adalah 400Volt (single fase 230 volt rms). Diasumsikan bahwategangan DC dari sistem konverter adalah sumbertegangan DC konstan. Generator diesel mensuplai 7 kWbeban resistif setelah 0.5 detik saat mesin stabil.Generator diesel secara konstan bertegangan 220 volt.Pada frekuensi stabil 50 Hz konverter dan diesel secarasinkron pada waktu 7.1 detik dan arus konverterbergeser 31 . Saat beban resistif 5 KW naik merubahbeban pada 10 detik yang ditunjukkan pada gambar 8, 9dan 10. Arus utama dari konverter naik selamaperubahan beban dan membutuhkan waktu sekitar 6siklus hingga mencapai kondisi steady state. Demikianpula, ketika tegangan kembali ke normal, arus konvertermasih mempertahankan seperti ditunjukkan padaGambar. 8b. Karena beban 5 kW ditarik dari sistemdaya, konverter juga mengurangi daya tetapi generatortetap mempertahankan tingkat yang sama sepertigambar 9.Gambar 7. (a) Output daya generator (pu), (b)Tegangan Eksitasi (pu), (c) Kecepatan mesin/frekuensi (pu)Gambar 8. (a) Vab Output PWM inverter , (b) VabTegangan Inverter, (c) Arus Inverter,(d) Indeks ModulasiGambar 9. (a) daya output inverter, (b) daya outputgenerator diesel, (c) konsumsi beban

5. ConclusionSimulasi hibrid solar energi dan diesel denganSimulink Matlab telah dimodelkan dan dilakukanpengujian dengan beberapa langkah simulasi. Hasilsimulasi untuk membantu dan mengevaluasi perilakutransien aliran daya dalam sistem. Investigasi telahdikhususkan untuk mempelajari perilaku dinamis dalamperubahan beban normal dan langkah dalam kondisiberbeban. Oleh karena itu, osilasi dalam daya danfrekuensi terjadi dengan periode yang ditimbulkan olehsumber dengan konstanta waktu sian sistem daya. Osilasi dan ketidakstabilandapat dihindari dengan menggunakan inverter dengankontrol digital yang lebih baik.Pustaka[1] “MATLAB Simulink, dynamic system simulationsoftware”. The Maths Works Inc., 1994-2005[2] S. Roy, O. P. Malik and G. S. Hope, An adaptivecontrol scheme for speed control of diesel drivenpower plants, IEEE Transactions on EnergyConversion, Vol.6., No.4, 1991.[3] S. Roy, O. P. Malik and G. S. Hope, A k-steppredictive scheme for speed control of dieseldriven power plants, IEEE Transactions onIndustry Applications, Vol. 29, No. 2, 1993.[4] B. Kuang, Y. Wang and Y.L. Tan, An H Controller Design for Diesel Engine Systems,IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.,No., 2000.[5] D. W. Augustine and K.S. P. Kumar, A method forself-tuning a PID controller for control of small tomedium sized diesel engines, IEEE InternationalConference on System Engineering, P.85-88 1-3Aug. 1991.[6] Paul C. Krause, Analysis of Electric Machinery,McGraw Hill, 1987.[7] Ashari M., Nayar C.V., Islam S., Steady-stateperformance of a grid interactive voltage sourceinverter, IEEE Power Engineering Society SummerMeeting, 2001. Vol. 1, P.650 – 655 July 2001[8] Nayar C.V., Ashari M., Keerthipala, W.W.L., Agrid-interactive photovoltaic uninterruptible powersupply system using battery storage and a back updiesel generator, IEEE Transaction on EnergyConversion, Vol. 15, Issue 3, Ps. 348 – 353, Sept.2000

simulasi untuk membantu dan mengevaluasi perilaku transien aliran daya dalam sistem. Investigasi telah dikhususkan untuk mempelajari perilaku dinamis dalam perubahan beban normal dan langkah dalam kondisi berbeban. Oleh karena itu, osilasi dalam daya dan frekuensi terjadi dengan periode yang ditimbulkan oleh sumber dengan konstanta waktu terbesar.