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

TerbuktiProduksi

Rasio

(Cadangan /

Produksi)

Minyak

Bumi

86.9 milyar

bbl

5 milyar bbl 500 juta bbl 10 tahun

Gas Bumi 385 TSCF 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 PotensiKapasitas

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)

Daya Maksimum

(W)

Kec Rotor

(rad/s)

3 128.8 140

4 305.3 196

5 597.5 238

6 1031 280

7 1639 336

8 2446 378

9 3484 434

10 4780 476

Daya maksimal turbin angin setiap kecepatan angin dibanding kecepatan rotor

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 10 20 30 40

Day

atu

rbin

an

gin

(W

att)

Kec rotor (rad/s)

3 m/s

4 m/s

5 m/s

6 m/s

7 m/s

8 m/s

9 m/s

10 m/s

MPPTMaximum Power Point Tracking

• TSR Control

• Power Signal Feedback (PSF) Control

• Perturbation and Observation (P&O) Control

• Hill Climbing Searching (HCS) Control

Maksimum Power Point Tracker(MPPT) adalah suatu metodeyang digunakan untuk mengoptimalkan daya keluaran dari

turbin angin.

Buck-Boost Converter

L = 0.0125 H

C = 0.5 mF

Efisiensi converter

0

20

40

60

80

100

0 5000 10000 15000

Efis

ien

si (

%)

P out (Watt)

Vin 100 V

Vin 200 V

Vin 300 V

FlowchartInisialisasi variabel program

Ukur V(k) dan I(k)

Hitung daya P(k)

P(k) > P(k-1)

D(k+1) = D(k) + ∆D

Balik tanda ∆D

Y

N

Rangkaian MPPT

Pengujian MPPT

Daya Beban Tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT untuk kecepatan angin 7 m/s

R

Daya

Duty Cycle

Vdc

Output

Konverter

(V)Tanpa MPPT Dengan MPPT

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

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 100 200 300 400

Day

a (w

att)

R (ohm)

tanpa MPPT

dengan MPPT

Daya Beban Tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT untuk kecepatan angin 7 m/s

R

Daya

Duty Cycle

Vdc Output

Konverter

(V)Tanpa MPPTDengan

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

Daya Beban Tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT untuk kecepatan angin 9 m/s

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 100 200 300 400

Day

a (w

att)

R (ohm)

tanpa MPPT

dengan MPPT

R

DayaDuty

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

Daya Beban Tanpa MPPT dan Menggunakan MPPT untuk kecepatan angin 10 m/s

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 100 200 300 400

Day

a (w

att)

R (ohm)

tanpa MPPT

dengan MPPT

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)

Kecepatan rotor (rad/s)

Daya (Watt)

dengan MPPT

tanpa MPPT

dengan MPPTtanpa MPPT

Tegangan pada Beban

Arus pada Beban

SOC Baterai

dengan MPPT

tanpa MPPT

Kesimpulan

Metode Gradient approximation yang digunakan untuk optimasi turbin

angin yang digunakan pada tugas akhir ini mempunyai beberapakeuntungan 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. Z.Chen, F.Blaabjerg. “Wind farm-A power source in future power systems“. Elsevier Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 (2009) 1288–1300. 2009

2. Rashid M.H, “Power Electronics Handbook”, Academic Press, 2001.

3. 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

4. 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.

5. Masters, Gilbert M.. “Renewable &Efficient Electric *ower System”. Wiley Interscience.London.2004

6. Mochamad Ashari. “Diktat Kuliah Elektronika Daya”, Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS. 2006

7. Mahmudsyah, Syarifuddin, “ Modul Kuliah Audit Energi”, Surabaya. 2008

8. 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

9. Zhang ,Jianzhong. Cheng, Ming. Chen, Zhe. Fu, Xiaofan. ”Pitch Angle Control for Variable Speed Wind Turbines”, Nanjing. 2009

Terima kasih