Afif Hasnur Primananda: TB

Referensi: Feby Agung Pamuji1 dan Soedibyo (2015) "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

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Judul

2. Abstrak

3. Pendahuluan

4. Metode Penelitian

5. Hasil dan Pembahasan

1. Judul [Kembali]

DESAIN KONTROL MULTI – INPUT DC – DC CONVERTER SISTEM HIBRID TURBIN ANGIN DAN SEL SURYA MENGGUNAKAN KONTROL FUZZY LOGIC UNTUK TEGANGAN RENDAH

FUZZY PRODUKSI MENGGUNAKAN MATLAB

2. Abstrak [Kembali]

Jurnal ini membahas sistem hibrida yang mengintegrasikan Turbin Angin dan Photovoltaic untuk menyediakan pasokan listrik secara kontinu ke beban. Output dari Turbin Angin dan Photovoltaic dioptimalkan untuk menghasilkan daya maksimum. Sistem ini menggunakan konverter dc-dc buck-boost multi-input untuk mengatur aliran daya, sehingga dapat mencapai Titik Daya Maksimum (Maximum Power Point atau MPP). Pengendalian konverter dilakukan dengan memanfaatkan pengontrol Logika Fuzzy, yang bertujuan untuk mengatur output dan memastikan pencapaian MPP dari Turbin Angin dan Photovoltaic. Dengan pendekatan ini, efisiensi kedua sumber energi tersebut dapat ditingkatkan.

3. Pendahuluan [Kembali]

Dengan semakin berkurangnya cadangan energi fosil dan meningkatnya pencemaran lingkungan, teknologi pembangkit listrik berbasis energi terbarukan, seperti sel surya dan turbin angin, terus mengalami perkembangan pesat. Pembangkit listrik berbasis energi terbarukan yang tersebar di berbagai lokasi dapat diintegrasikan ke dalam sistem distribusi, yang dikenal sebagai pembangkit tersebar (distributed generation, DG). Integrasi DG dalam sistem distribusi dapat membantu mengurangi rugi-rugi daya serta penurunan tegangan. Dalam penerapan DG, aspek-aspek penting seperti penentuan lokasi, kapasitas, jumlah pembangkit, dan teknologi yang digunakan harus diperhatikan secara cermat.

Beberapa metode yang dapat digunakan untuk meminimalkan rugi-rugi daya dalam sistem distribusi listrik guna meningkatkan efisiensi sistem meliputi rekonfigurasi jaringan, pemasangan kapasitor, penyeimbangan beban, dan peningkatan level tegangan menggunakan regulator. Namun, pemasangan kapasitor dan penyeimbangan beban seringkali menghadapi tantangan karena sifat beban dalam sistem distribusi yang sangat dinamis, sehingga nilai kapasitansi kapasitor harus terus-menerus disesuaikan dan beban harus selalu diseimbangkan. Sementara itu, peningkatan level tegangan untuk mengurangi rugi-rugi daya memerlukan biaya yang besar karena seluruh perangkat dalam sistem harus mampu beroperasi pada tegangan yang baru, dengan hasil yang belum tentu memuaskan.

Sebagai alternatif, penelitian ini mengusulkan rancangan kontrol Multi-Input DC-DC Converter pada sistem hibrida Turbin Angin dan Sel Surya dengan menggunakan pengendali logika fuzzy. Pendekatan ini ditujukan untuk sistem tegangan rendah guna meningkatkan efisiensi, keandalan, dan stabilitas sistem distribusi energi terbarukan berbasis surya dan angin secara optimal. Penelitian ini berfokus pada pengembangan kontrol Multi-Input DC-DC Converter berbasis logika fuzzy, melanjutkan penelitian sebelumnya yang hanya mencakup simulasi sistem.

4. Medote Penelitian [Kembali]

Diagram blok yang ditampilkan merupakan model simulasi sistem Photovoltaic (PV) untuk menghasilkan daya listrik berdasarkan parameter iradiasi dan suhu. Berikut adalah penjelasan blok-blok pada diagram tersebut:

Input Iradiasi dan Suhu:
- Blok input memberikan nilai iradiasi (W/m²) dan suhu (°C) sebagai parameter utama untuk menentukan keluaran dari PV Array. Iradiasi merepresentasikan intensitas cahaya matahari, sementara suhu memengaruhi efisiensi PV.
PV Array:
- Blok PV Array berfungsi untuk mensimulasikan karakteristik panel surya. Berdasarkan nilai iradiasi dan suhu yang diterima, blok ini menghasilkan keluaran tegangan (Vpv) dan arus (Ipv) dari panel surya.
Tegangan dan Arus PV:
- Tegangan (Vpv) dan arus (Ipv) diukur dan digunakan untuk menghitung daya keluaran (Pout) sistem.
- Pengukuran ini juga berguna untuk proses kontrol dalam sistem yang lebih kompleks.
Penghitungan Daya (Pout):
- Tegangan (Vpv) dan arus (Ipv) dari PV Array dikalikan menggunakan blok pengali untuk menghasilkan daya keluaran PV (Pout). Daya ini adalah hasil aktual yang bisa digunakan untuk beban atau penyimpanan energi.
Pengukuran Tegangan dan Arus:
- Selain mengukur daya, diagram blok ini juga memiliki pengukuran individu untuk tegangan (V Tegangan) dan arus (Iarus) sebagai parameter keluaran tambahan.

Diagram ini menunjukkan proses dasar dari sistem PV untuk menghasilkan daya listrik. Sistem ini dapat diintegrasikan dengan pengontrol atau algoritma untuk mengoptimalkan daya keluaran seperti MPPT (Maximum Power Point Tracking). Jika terdapat blok tambahan atau elemen yang belum dijelaskan, Anda bisa memberikan rincian lebih lanjut.

Dari grafik diatas diperoleh tegangan optimum tiap variasi Irradiance.

3.2 Karakteristik Turbin Angin Plot karakteristik Turbin Angin menggunakan diagram berikut :

Diagram ini mensimulasikan sistem turbin angin yang menggunakan generator PMSM untuk menghasilkan daya listrik. Kecepatan angin menggerakkan turbin, yang menghasilkan torsi mekanik untuk memutar rotor generator. Tegangan 3-fase yang dihasilkan oleh generator diubah menjadi tegangan DC oleh penyearah. Model ini dapat digunakan untuk mempelajari karakteristik dan efisiensi sistem turbin angin, serta untuk mengembangkan kontrol optimal pada sistem.

Dari Gambar 4 diatas diperoleh tegangan optimum tiap variasi Kecepatan angin.

Karakteristik tegangan optimum Photovoltaic dan Tubin Angin diatas digunakan untuk desain Fuzzy Logic controller.

3.3 Konfigurasi Sistem yang Diusulkan
3.3.1 Multi-Input Konverter DC/DC

Konverter multi-input DC/DC yang diusulkan adalah kombinasi dari konverter buck-boost dan buck. Penyatuan multi-input konverter DC/DC ini dilakukan dengan menghubungkan sumber tegangan berdenyut dari konverter buck ke dalam konverter buck-boost. Agar tidak mengganggu operasi normal konverter buck-boost dan memanfaatkan induktor dari konverter buck, sumber tegangan berdenyut dari konverter buck dihubungkan secara seri dengan induktor output.

Konverter multi-input DC/DC ini memiliki empat mode operasi berdasarkan status konduksi saklar M1 dan M2. Gambar 7 (a) hingga (d) menunjukkan rangkaian ekivalen untuk Mode I hingga Mode IV. Ketika salah satu saklar, baik M1 maupun M2, dimatikan, dioda D1 dan D2 akan memberikan jalur bebas untuk arus induktor. Jika salah satu sumber tegangan mengalami kegagalan, sumber tegangan lainnya masih dapat menyediakan energi listrik secara normal. Oleh karena itu, konfigurasi ini sangat cocok untuk aplikasi energi terbarukan.

Hubungan antara tegangan input dan output dapat diperoleh melalui analisis keseimbangan tegangan steady-state pada induktor. Jika M1 memiliki waktu konduksi yang lebih panjang daripada M2, maka urutan operasi rangkaian ekivalen dalam satu siklus switching akan mengikuti Mode I, Mode III, dan Mode IV. Sebaliknya, jika M2 memiliki waktu konduksi yang lebih panjang daripada M1, maka urutannya adalah Mode II, Mode III, dan Mode IV. Dalam kedua kondisi tersebut, tegangan output dapat dirumuskan sebagai berikut

3.3.2 Desain control Fuzzy Logic Controller Fuzzy logic controller digunakan untuk mengkontrol Pulse wave modulation (PWM) untuk mengatur multi input DC/DC agar memperoleh daya optimum dari sel surya dan turbin angin. Desain fuzzy logic dapat dilihat pada gambar dibawah:

Desain Fuzzy Logic untuk pengaturan sel surya.

Pada desain diatas dapat dilihat fuzzy logic controller didesain terdiri dari 3 input dan satu output. Input VDC meprupakan input tegangan actual dari sel surya, sedangkan input Tc adalah input suhu cel dan E adalah input irradiance sedangkan outputnya adalah duty cycle. Membership function dari input dan output dapat dilihat dari gambar dibawah ini:

Membership Function VDC.

Membership Function TC

Membership Function Output

Dari membership function dari PV dapat dibuat rule Fuzzy logic controller seperti dibawah:

Untuk Desain fuzzy logic untuk mengatur turbin angin dapat dilihat pada gambar dibawah:

Desain Fuzzy Logic untuk pengaturan Turbin Angin.

Pada desain diatas dapat dilihat fuzzy logic controller didesain terdiri dari 2 input dan satu output. Input VDC meprupakan input tegangan actual dari turbin angin, sedangkan input V adalah kecepatan angin sedangkan outputnya adalah duty cycle. Membership function dari input dan output dapat dilihat dari gambar dibawah ini:

Membership Function VDC.

Membership Function V.

Membership Function Output

Dari membership function dari Turbin Angin dapat dibuat rule Fuzzy logic controller seperti dibawah:

5. Hasil dan Pembahasan [Kembali]

Dalam simulasi ini digunakan software MATLAB 2010 mensimulasikan desain kontrol multi input DC – DC converter sistem hibrid angin dan surya menggunakan fuzzy logic.

Simulasi Desain Kontrol DC – DC Konverter Sistem Hibrid Tenaga Angin dan Sel Surya Menggunakan Fuzzy Logic untuk Tegangan Rendah dengan MATLAB

Sistem Hibrid terdiri dari Photovoltaic (PV) dan Turbin Angin (TA) yang dihubungkan dengan beban, kontroler MPPTnya menggunakan Fuzzy Logic Controller yang mana inputan FLC adalah E(Irradiance) , VDC (Tegangan aktual) dan Tc(suhu sel) untuk Photovoltaic (PV) sedangkan untuk Turbin Angin (TA) inputan Fuzzy Logic Controllernya adalah v(kecepatan angin) dan VDC (Tegangan aktual). Fuzzy Logic Controller berfungsi mencari Duty Cycle dari PWM untuk mengkontrol Multi-input Buck-boost untuk menggeser tegangan aktual ke tegangan optimum.

Hasil dari simulasi system hybrid dapat dilihat dibawah:

Hasil simulasi system hybrid sel surya dan turbin angin.

Dari hasil diatas pada kecepatan angin 12 m/s dan irradiance 800 watt/m2 sistem hybrid dapat menghasilkan daya 625 watt pada kondisi daya jumlah maksimum sel surya dan turbin angin 894 watt.

6. Kesimpulan [Kembali]

Sistem hybrid menggunakan multi input DC/ DC yang dikontrol dengan menggunakan Fuzzy Logic Controller dapat menghasilkan daya pada kondisi maksimum dari daya maksimum sel surya dan turbin angin sehingga losses pada sel surya dan turbin angin dapat diperkecil.

7. Saran

Mengembangkan algoritma Fuzzy Logic Controller (FLC) yang lebih adaptif dengan menambahkan parameter tambahan seperti perubahan kondisi lingkungan (misalnya perubahan cepat dalam irradiance atau kecepatan angin). Selain itu, mempertimbangkan penggunaan metode hybrid seperti kombinasi FLC dengan metode kontrol lainnya seperti Proportional Integral Derivative (PID) atau algoritma berbasis pembelajaran mesin untuk meningkatkan akurasi pencapaian MPP.

Bagian ini mengusulkan bahwa untuk mengimplementasikan algoritma hybrid, langkah pertama adalah melakukan simulasi ulang dengan menggunakan perangkat lunak MATLAB atau Simulink. Alasan pemilihan perangkat lunak ini adalah karena keduanya menyediakan alat yang kuat untuk melakukan simulasi, pemodelan, dan analisis sistem yang kompleks, seperti algoritma kontrol hybrid. Dengan menggunakan MATLAB atau Simulink, algoritma dapat diuji dan dikembangkan lebih lanjut dalam lingkungan yang terkendali dan visual, sehingga memudahkan untuk mengidentifikasi potensi masalah dan mengoptimalkan performa algoritma.

Langkah selanjutnya adalah melakukan validasi algoritma melalui pengujian berbasis data historis. Ini berarti bahwa algoritma yang dikembangkan harus diuji dengan data yang representatif dari perubahan lingkungan yang pernah terjadi sebelumnya. Data historis ini dapat mencakup berbagai kondisi atau peristiwa yang mempengaruhi sistem yang dikendalikan, seperti fluktuasi beban atau gangguan eksternal. Dengan membandingkan hasil dari algoritma hybrid yang diuji dengan hasil dari algoritma yang saat ini digunakan, kita dapat menilai seberapa baik algoritma baru ini beradaptasi dan bekerja dalam kondisi yang nyata.

Secara singkat, saran ini mengarahkan pada penggunaan simulasi untuk implementasi algoritma, diikuti dengan pengujian menggunakan data historis untuk membandingkan performa algoritma baru dengan yang lama, guna memastikan keandalannya dan keefektifannya dalam aplikasi dunia nyata.

9. Daftar Pustaka [Kembali]

[1] Nabil A.A, Masafumi Miyatake,A.K.AlOthman, Power Fluctutions Suppression Of Stand-Alone Hybrid Generation Combining Solar Photovoltaic/Wind Turbine And Fuel Cell, Science Direct (2008).

[2] Syafaruddin,Engin Karatepe,Takashi Hiyama, Polar Coordinated Fuzzy Controller Based Real-Time MaximumPower Point Control Of Photovoltaic System, Science Direct (2009)

[3] F.Almonacid, C.Rus,P.J .Perez, L.Hontoria, Estimation Of The Energy Of PV Generator Using Artificial Neural Network, ScienceDirect(2009).

[4] Yusuf Oner, Engin Cetin,Harun Kemal Ozturk,Ahmet Yilanci, Design Of Three Degree Of Freedom Spherical Motor For Photovoltaic-Tracking Systems, Science Direct (2009).

[5] Yulin He, Xinping Chen, Wind Turbine Generator System.The Supply Chain In China :Status And Problems, Science Direct (2009).

[6] Wissem Zghal, Gueorgui Kantchev, Hedi Kchaou, Optimization And Management Of Energy Produced By A Wind Energizing System, Science Direct (2010).

[7] Y.-M. Chen, S.-C Hung,C-S.Cheng , and Y.-C.Liu , Multi-Input Inverter For GridConnected Hybrid PV/Wind Power System , IEEE (2005)

10. Video [Kembali]