analisa sistem integrasi kontrol electronic load …eprints.umm.ac.id/44586/1/pendahuluan.pdf ·...
TRANSCRIPT
ANALISA SISTEM INTEGRASI KONTROL ELECTRONIC
LOAD CONTROLLER DAN FLOW CONTROL VALVE PADA
PLTMH
SKRIPSI
Disusun Oleh :
RIYAN MULYADI
NIM. 201210130311043
JURUSAN ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2017
ii
LEMBAR PERSETUJUAN
ANALISA SISTEM INTEGRASI KONTROL ELECTRONIC
LOAD CONTROLLER DAN FLOW CONTROL VALVE PADA
PLTMH
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
RIYAN MULYADI
201210130311043
Tanggal Ujian : 21 Januari 2017
Tanggal Wisuda : 25 Februari 2017
Diperiksa dan disetujui oleh :
Pembimbing I
Machmud Effendy, ST, M.Eng,
NIDN : 0715067402
Pembimbing II
Ilham Pakaya, ST
NIDN : 0717018801
iii
LEMBAR PENGESAHAN
ANALISA SISTEM INTEGRASI KONTROL ELECTRONIC
LOAD CONTROLLER DAN FLOW CONTROL VALVE PADA
PLTMH
Tugas Akhir ini Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Oleh:
RIYAN MULYADI
201210130311043
Tanggal Ujian : 21 Januari 2017
Tanggal Wisuda : 25 Februari 2017
Disetujui oleh:
1. Machmud Effendy, ST, M.Eng, (Pembimbing I)
NIDN : 0715067402
2. Ilham Pakaya, ST (Pembimbing II)
NIDN : 0717018801
3. Ir. M. Irfan, MT. (Penguji I)
NIDN : 0705106601
4. M. Chasrun Hasani, ST, MT. (Penguji II)
NIDN : 0007086808
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Elektro
Ir. Nur Alif Mardiyah, MT.
NIDN : 0718036502
iv
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama : RIYAN MULYADI
Tempat/Tgl. Lahir : DILI / 26 MARET 1993
NIM : 201210130311043
Fakultas/Jurusan : TEKNIK/TEKNIK ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir dengan judul “ANALISA
SISTEM INTEGRASI KONTROL ELECTRONIC LOAD CONTROLLER
DAN FLOW CONTROL VALVE PADA PLTMH” beserta seluruh isinya adalah
karya saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian
maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan
sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila
kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya
saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya
siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.
Malang, Januari 2017
Yang membuat pernyataan
Riyan Mulyadi
Mengetahui,
Pembimbing I
Machmud Effendy, ST, M.Eng,
NIDN : 0715067402
Pembimbing II
Ilham Pakaya, ST
NIDN : 0717018801
vii
LEMBAR PERSEMBAHAN
Puji syukur kepada Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas rahmat dan karunia-Nya
sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan
ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Orang Tua, Kakak dan adik-adik saya yang telah memberikan doa dan
dukungan.
2. Dekan Fakultas Teknik Bapak Ir. Sudarman, MT dan Keluarga (FT). Serta para
Pembantu Dekan Fakultas Teknik dan keluarga besar Universitas
Muhammadiya Malang.
3. Ketua Jurusan Teknik Elektro Ibu Nur Alif Mardiyah, Ir, MT. dan Sekretaris
Jurusan Teknik Elektro Bapak Machmud Effendy, ST, M.Eng. beserta seluruh
stafnya.
4. Bapak Machmud Effendy, ST, M.Eng dan bapak Ilham Pakaya ST. yang telah
meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi
ini.
5. Seluruh Civitas Akademika (dosen, asisten, dan Karyawan) Universitas
Muhammadiyah Malang yang telah membekali ilmu dan membantu penulis
selama proses studi.
6. Sahabat dari makassar yang telah memberikan semangat penulis sehingga
dapat mencapai tahapan sekarang ini.
7. Sahabat sahabat dari ELEKTRO 2012 yang berjuang bersama dari semester
pertama.
8. Dan yang terakhir, semuanya yang telah membantu penulis yang tidak bisa
disebutkan satu persatu.
Semoga Allah Subhanahu Wa Ta’ala memberikan rahmat dan hidayah-Nya
atas segala kebaikan dan semoga kita semua selalu dalam lindungan serta tuntunan-
Nya
viii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala.
Atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
tugas akhir yang berjudul :
” ANALISA SISTEM INTEGRASI KONTROL ELECTRONIC LOAD
CONTROLLER DAN FLOW CONTROL VALVE PADA PLTMH”
Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok bahasan yang meliputi
perancangan dan analisa tentang sistem kontrol frekuensi yang meliputi sistem flow
load control dan sistem electrnic load controller.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih
banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran
yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan
kedepan.
Akhir kata semoga buku ini dapat bermanfaat di masa sekarang dan masa
mendatang. Sebagai manusia yang tidak luput dari kesalahan, maka penulis mohon
maaf apabila ada kekeliruan baik yang sengaja maupun yang tidak sengaja.
Malang, Januari 2017
Penulis
ix
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL .......................................................................................... i
LEMBAR PERSETUJUAN .......................................................................... ii
LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................... iii
LEMBAR PERNYATAAN ........................................................................... iv
ABSTRAK ...................................................................................................... v
ABSTRACT .................................................................................................... vi
LEMBAR PERSEMBAHAN ........................................................................ vii
KATA PENGANTAR .................................................................................... viii
DAFTAR ISI ................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xii
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang .......................................................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah ..................................................................................... 2
1.3. Tujuan ....................................................................................................... 3
1.4. Batasan Masalah........................................................................................ 3
1.5. Sistematika Penulisan ............................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO (PLTMH) .......... 5
2.2. PERALATAN KONTROL ....................................................................... 7
2.2.1 Flow Control Valve (FCV) .............................................................. 8
2.2.2 Electronic Load Controller (ELC) ................................................... 14
2.2.3 Model Sistem Eksitasi ...................................................................... 22
2.2.4 Perancangan kontroler PID .............................................................. 25
2.2.5 THD (Total Harmonic Distortion) ................................................... 27
2.3. GENERATOR SINKRON ........................................................................ 28
2.3.1 Prinsip Kerja Generator Sinkron ...................................................... 28
2.3.2 Model Generator Sinkron................................................................. 30
x
BAB III METODE PENELITIAN
3.1. Pemodelan Sistem FCV (Flow Control Valve) ......................................... 31
3.1.1 Model Turbin Hidrolik ..................................................................... 32
3.1.2 Model Hydro-Electric Servo System ............................................... 33
3.1.3 Model Perancangan Kontrol PID Sistem FCV ................................ 33
3.2. Pemodelan sistem ELC (electronic load controller). ................................ 35
3.2.1 Model AC Regulator ........................................................................ 36
3.2.2 Model Beban Komplemen ............................................................... 37
3.2.3 Model Perancangan Kontroller PI ................................................... 37
3.3. Pemodelan Generator Sinkon. ................................................................... 41
3.4. Pemodelan Eksitasi. .................................................................................. 41
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengujian Model PLTMH Dengan Sistem FCV....................................... 43
4.1.1.Pengujian sistem FCV tanpa adanya perubahan beban konsumen. . 44
4.1.2.Pengujian sistem FCV dengan adanya perubahan beban konsumen 46
4.2. Pengujian Model PLTMH Dengan Sistem ELC. ...................................... 49
4.2.1.Pengujian sistem ELC tanpa adanya perubahan beban konsumen .. 50
4.2.2.Pengujian sistem ELC dengan adanya perubahan beban konsumen. 52
4.3. Pengujian Model PLTMH Dengan Sistem Integrasi FCV-ELC. .............. 56
4.3.1.Pengujian kontrol FCV-ELC tanpa adanya perubahan beban
konsumen. ........................................................................................ 57
4.3.2. Pengujian kontrol FCV-ELC dengan adanya perubahan beban
konsumen. ........................................................................................ 59
xi
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 64
5.2 Saran ......................................................................................................... 64
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 66
LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Gambar 2.1 Proses konversi energi pada PLTMH. .................. 5
Gambar 2.2. Diagram blok PLTMH dengan control FCV. ........................... 18
Gambar 2.3. Blog Diagram Pengontrolan ELC ............................................ 14
Gambar 2.4. Prinsip Dasar Rangkaian Elektronika Daya ............................. 16
Gambar 2.5. Struktur dasar triac ................................................................... 16
Gambar 2.6. Rangkaian ekivalen triac dengan 2 thyristor. ........................... 17
Gambar 2.7. Rangkaian AC regulator unidirectional tiga fasa ..................... 18
Gambar 2.8. Bentuk gelombang yang dihasilkan AC regulator
unidirectional tiga-fasa ............................................................. 19
Gambar 2.9. Rangkaian AC regulator bidirectional tiga fasa ....................... 20
Gambar 2.10. Bentuk gelombang yang dihasilkan AC regulator
bidirectional tiga-fasa ............................................................... 21
Gambar 2.11. Rangkaian PWM ...................................................................... 22
Gambar 2.12. Gelombang Pulsa Keluaran PWM ............................................ 22
Gambar 2.13. Model Eksitasi .......................................................................... 23
Gambar 2.14. Blok diagram Eksitasi............................................................... 24
Gambar 2.15. Diagram Blok Kontroler PID ................................................... 25
Gambar 2.16. Pembangkit tegangan 3 fasa ..................................................... 29
Gambar 3.1. Diagram blok FCV. .................................................................. 31
Gambar 3.2. Model turbin hidrolik ............................................................... 32
Gambar 3.3. Model hydro-electric servo system ........................................... 33
Gambar 3.4. Model perancangan kontrol PID .............................................. 33
Gambar 3.5. Model FCV (flow control valve) .............................................. 35
Gambar 3.6. Diagram blok ELC ................................................................... 35
Gambar 3.7. Model TRIAC pada program Matlab. ....................................... 36
Gambar 3.8. Model ac regulator 3 phase ...................................................... 36
Gambar 3.9. Model beban komplemen. ........................................................ 37
Gambar 3.10. Diagram blok kontrol PI ........................................................... 37
Gambar 3.11. Hasil gelombang model yang tidak dapat linierisasi ............... 38
Gambar 3.12. Plant menu PI tuner .................................................................. 39
Gambar 3.13. Identifikasi respon model plant dengan struktur one pole ....... 40
xiii
Gambar 3.14. Gelombang hasil identifikasi new plant ................................... 40
Gambar 3.15. Model generator sinkron........................................................... 41
Gambar 3.16. Blok sistem eksitasi. ................................................................. 42
Gambar 3.17. Model sistem eksitasi ............................................................... 42
Gambar 4.1. Pengujian Model PLTMH dengan sistem FCV........................ 43
Gambar 4.2. (a) Vrms dan (b) Irms sistem FCV ........................................... 44
Gambar 4.3. Daya beban konsumen sistem FCV .......................................... 44
Gambar 4.4. Power mechanic sistem FCV ................................................... 45
Gambar 4.5. Frekuensi sistem FCV .............................................................. 45
Gambar 4.6. THD-V sistem FCV .................................................................. 45
Gambar 4.7. (a) Vrms, dan (b)Irms sistem FCV ........................................... 46
Gambar 4.8. Daya beban konsumen sistem FCV .......................................... 46
Gambar 4.9. Power mechanic sistem FCV ................................................... 47
Gambar 4.10. Frekuensi sistem FCV .............................................................. 47
Gambar 4.11. THD-V sistem FCV (a) pengurangan beban pertama,
(b) pengurangan beban kedua ................................................... 48
Gambar 4.12. Pengujian Model PLTMH dengan sistem ELC. ....................... 49
Gambar 4.13. (a) Vrms, dan (b) Irms sistem ELC .......................................... 50
Gambar 4.14. (a) Daya total (b) Daya beban konsumen (c) Daya beban
komplemen pada sistem ELC ................................................... 50
Gambar 4.15. Power mechanic sistem ELC.................................................... 51
Gambar 4.16. Frekuensi sistem ELC............................................................... 51
Gambar 4.17. THD-V sistem ELC .................................................................. 52
Gambar 4.18. (a) Vrms, dan (b) Irms sistem ELC .......................................... 52
Gambar 4.19. (a) Daya total (b) Daya beban konsumen (c) Daya beban
komplemen pada sistem ELC ................................................... 53
Gambar 4.20. Power mechanic sistem ELC.................................................... 53
Gambar 4.21. Frekuensi sistem ELC............................................................... 54
Gambar 4.22. THD-V sistem ELC (a) pengurangan beban pertama,
(b) pengurangan beban kedua ................................................... 55
Gambar 4.23. Pengujian Model PLTMH dengan sistem integrasi FCV-ELC. 56
Gambar 4.24. (a) Vrms, dan (b) Irms sistem integrasi FCV-ELC .................. 57
xiv
Gambar 4.25. (a) Daya total (b) Daya beban konsumen (c) Daya beban
komplemen pada sistem FCV-ELC. ......................................... 57
Gambar 4.26. Power mechanic sistem FCV-ELC. ......................................... 58
Gambar 4.27. Frekuensi sistem integrasi FCV-ELC ....................................... 58
Gambar 4.28. THD-V sistem integrasi FCV- ELC ......................................... 59
Gambar 4.29. (a) Vrms, dan (b) Irms sistem integrasi FCV-ELC .................. 59
Gambar 4.30. (a) Daya beban konsumen (b) Daya beban komplemen
(c) Daya total pada sistem integrasi FCV-ELC ........................ 60
Gambar 4.31. Power mechanic sistem FCV-ELC .......................................... 60
Gambar 4.32. Frekuensi sitem integrasi FCV-ELC ........................................ 61
Gambar 4.33. THD-V sistem FCV-ELC (a) pengurangan beban pertama,
(b) pengurangan beban kedua. .................................................. 62
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Standar THD voltage IEEE. .......................................................... 28
Tabel 3.1. Parameter turbin hidrolik. ............................................................. 32
Tabel 3.2. Parameter hydro-electric servo system .......................................... 33
Tabel 3.3. Parameter thyristor. ....................................................................... 36
Tabel 3.4. Parameter beban komplemen. ....................................................... 37
Tabel 3.5. Parameter generator sinkron.......................................................... 41
Tabel 3.6. Parameter sistem eksitasi. ............................................................. 42
Tabel 4.1. Performance frekuensi sistem FCV saat start awal. ..................... 45
Tabel 4.2. Performance frekuensi sistem FCV saat terjadi perubahan
beban konsumen. ........................................................................... 48
Tabel 4.3. Hasil pengujian sistem FCV. .............................................................. 49
Tabel 4.4. Performance frekuensi sistem ELC saat start awal. ..................... 51
Tabel 4.5. Performance frekuensi sistem ELC saat terjadi perubahan
beban konsumen. ........................................................................... 54
Tabel 4.6. Hasil pengujian sistem ELC. ......................................................... 55
Tabel 4.7. Performance frekuensi sistem FCV-ELC saat start awal. ............ 58
Tabel 4.8. Performance frekuensi sistem FCV-ELC saat terjadi perubahan
beban konsumen. ........................................................................... 61
Tabel 4.9. Hasil pengujian sistem FCV-ELC. ................................................ 62
66
DAFTAR PUSTAKA
[1] Ali Mashar, Dja’far Sodiq, 2011, “ Analisis Hamornisa Elektronic Load
Control (ELC) Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)”.
ISSN, Vol 10, No 2, Edisi Mei 2011. Jurusan Teknik Konversi – Politeknik
Negeri Bandung.
[2] A. Hafid, Riza Widia. 2010. “Analisis Pengontrolan Frekuensi Generator
PLTMH (Pusar Listrik Tenaga Listrik Mikrohidro) dengan Governor
Sederhana” ISSN:2085-6989, Vol 2 No. 1, Edisi Juni 2010. Teknik Elektro
Politeknik Negeri Padang.
[3] AMIT KUMAR SINGH, 2013. “Modeling and Simulation of Micro Hydro
Diesel Hybrid Power System for Localized Power Requirement Using
MATLAB/Simulink”. Master Of Power Engineering Of Jadavpur University.
[4] Ardha Sandy P, 2010. “Studi Pengontrolan Beban Elektronik Pada
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Seloliman, Trawas Kabupaten
Mojokerto”. Jurusan Teknik Elektro – FTI, Institut Teknologi Sepuluh
November Kampus ITS, Keputih Sukolilo Surabaya.
[5] Dipesh Shrestha, 2014. “Advance Electronic Load Controller for Micro
Hydro Power Plant”. Journal of Energy and Power Engineering 8 (2014)
1802-1810 : Department of Electrical Engineering, Institute of Engineering,
Tribhuwan University
[6] Gaurav Kumar Kasal and Bhim Singh, 2010. “VSC With Star Delta
Transformer Based Electronic Load Controller for a Stand-Alone Power
Generation”, Senior Member, IEEE TRANSACTIONS ON POWER
DELIVERY, VOL. 23, NO. 2, APRIL 2008
[7] Hestikah Eirene Patoding, 2015. “Modeling Control Of Automatic Voltage
Regulator With Proportional Integral Derivative”. Volume: 04 Issue: 09.
International Journal of Research in Engineering and Technology. Electrical
Engineering, Paulus Chrystian University of Indonesia
[8] IEEE Recommended Practice for “Excitation System Models for Power
System Stability Studies”. IEEE Standard, Vol. 421, No. 5, 2005 (Revision of
IEEE 521.5-1992).
67
[9] IEEE Working Group on Prime Mover and Energy Supply Models for System
Dynamic Performance Studies, "Hydraulic Turbine and Turbine Control
Models for Dynamic Studies," IEEE® Transactions on Power Systems, Vol. 7,
No. 1, February, 1992, pp. 167-179.
[10] Indar Chaerah Gunadin, 2008. “Anlisis Penerapan PID Controller Pada AVR
(Automatic Voltage Regulator)”. Media Elektrik Vol. 3 No. 2 Jurusan Teknik
Elektro Universitas Hasanuddin
[11] Ir. M. Irvan. MT, Machmud Effendy, ST., M.Eng, Ir. Nur Alif Mardiyah, MT,
Ilham Pakaya, ST, 2013. “Fuzzy Logic as the Controller in Electronic Load
Controller System”. Faculty of Engineering Department of Electrical
Engineering Muhammadiyah University Malang.
[12] Istanto Wahju Djatmiko, 2010. Bahan Ajar Elektronika Daya. Certificate No.
QSC00592, Yogyakarta : Kementerian Pendidikan Nasional Universitas
Negeri Yogyakarta Program Studi Pendidikan Teknik Elektro
[13] L. N. Hannett, B. Fardanesh, “Field tests to validate hydro turbine-governor
model structure and parameters”, IEEE Transactions on Power System,
Volume 9(4) (1994)
[14] Luz Alexandra Lucero Tenorio, 2010. “Hydro Turbine and Governor
Modelling”. Norwegian University of Science and Technology Department of
Electric Power Engineering.
[15] Mousa Sattouf, 2014. Journal of Engineering Research and Applications
ISSN : 2248--9622, Vol. 4, Issue 1( Version 2), January 2014, pp.295-301.
Department of Electrical Power Engineering, Brno University of Technology,
Czech Republic.
[16] XIAO-YING ZHANG, MING-GUANG ZHANG, “An adaptive fuzzy PID
control of hydro-turbine governor” Proceedings of the Fifth International
Conference on Machine Learning and Cybernetics, Dalian, 13-16 August
2006