desain sistem photovoltaic (pv) terhubung dengan grid ... ?· makalah ini diseminarkan pada...

Download Desain Sistem Photovoltaic (PV) Terhubung Dengan Grid ... ?· Makalah ini diseminarkan pada Seminar…

Post on 26-Mar-2019

217 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

1

Abstrak Pemanfaatan peralatan yang berupa komponen

elektronika daya saat ini semakin banyak. Hal ini

mengakibatkan timbulnya harmonisa pada jaringan.

Penggunaan filter aktif konvensional untuk mengkompensasi

harmonisa telah banyak digunakan saat ini. Filter aktif

konvensional saat ini bekerja dengan menggunakan sumber daya

dari sistem untuk diubah menjadi arus harmonisa yang akan

diserap oleh beban non-linier. Berdasarkan hal tersebut, pada

tugas akhir ini akan dicoba untuk mengembangkan filter aktif

yang telah ada. Sebuah sistem photovoltaic (PV) akan didesain

untuk dapat berfungsi sebagai aktif filter dan secara bersamaan

tetap mengalirkan daya aktif yang dihasilkan secara maksimal.

Sistem PV didesain memiliki kemampuan menghasilkan daya

maksimal sebesar 400W. Dari hasil simulasi dan pengujian

menggunakan perangkat lunak PSIM diperoleh bahwa sistem

PV mampu memperbaiki faktor daya dengan kompensasi arus

reaktif dan menurunkan THD arus pada sistem dengan

mengkompensasi arus harmonisa serta secara bersamaan

mengalirkan daya aktif yang dihasilkan PV secara maksimal

sesuai dengan kondisi kerjanya.

Indeks sistem photovoltaic, perbaikan faktor daya

I. PENDAHULUAN

ADA daerah dengan iklim tropis, tingkat konsumsi energi

listrik meningkat selama musim kemarau. Puncak beban

tertinggi pada musim panas lebih tinggi jika dibandingkan

dengan puncak beban saat musim penghujan, tetapi puncak

beban tertinggi terjadi saat jam-jam dengan tingkat intensitas

matahari yang terik. Oleh karena itu, sebuah photovoltaic (PV)

yang terhubung dengan grid dapat digunakan untuk

mengurangi puncak beban yang harus dipenuhi oleh jaringan.

Pada tugas akhir ini, sistem PV tidak membutuhkan sebuah

bank baterai, tetapi power stage tetap bekerja sepanjang

malam [3].

Kemampuan dalam menggunakan PV sistem untuk power

conditioning dan kompensasi faktor daya telah dibuktikan.

Bagaimanapun, sebagian besar aplikasinya yang dijelaskan

dalam literatur teknik yaitu digunakan pada sistem tiga fasa

menggunakan teknik-teknik yang dikembangkan untuk filter

Makalah ini diseminarkan pada Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik

Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya tanggal 6 Juli 2011.

Aron Christian adalah mahasiswa program sarjana Jurusan Teknik Elektro

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya , Indonesia (e-mail:

ar0n@elect-eng.its.ac.id).

Mochamad Ashari adalah guru besar di Jurusan Teknik Elektro Institut

Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Indonesia (e-mail:

ashari@ee.its.ac.id)

Dedet Candra Riawan adalah pengajar di Jurusan Teknik Elektro Institut

Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Indonesia (e-mail:

dedet@ee.its.ac.id)

aktif, seperti transformasi d-q. Kompensasi faktor daya tidak

biasanya diaplikasikan di daerah perumahan, hal ini umumnya

disebabkan karena tingginya biaya yang dibutuhkan, tetapi

juga karena ada batas standar faktor perubahan arus dan

harmonisa yang dihasilkan beban nonlinier. Bagaimanapun,

masih terdapat banyak peralatan yang telah terpasang sebelum

penetapan standar tersebut. Dengan sebuah inverter yang

terhubung dengan grid dan berperan sebagai sebuah filter

aktif, dapat memperbaiki faktor daya dari sebuah kelompok

beban tidak linier [3].

Konfigurasi satu fasa juga telah dikembangkan, meskipun

tidak sebanyak konfigurasi tiga fasa. Contohnya, sebuah

sistem berdasar pada perluasan dari teori p-q telah dicatat,

tetapi dengan asumsi pada tegangan utama tidak memiliki

harmonisa. Pendekatan lainnya mengikuti penggunaan

konfigurasi konverter ganda dan bank batere, yang mana

membutuhkan pemeliharaan dan mengurangi keandalan [3].

Dalam tugas akhir ini, kinerja dari sebuah sistem PV yang

terhubung dengan jaringan dan digunakan untuk memperbaiki

faktor daya akan dapat dilihat. Sistem dapat menyalurkan daya

maksimum yang tersedia ke jaringan sementara secara

simultan mengkompensasi arus harmonisa dan reaktif [3].

II. SISTEM PV TERHUBUNG DENGAN GRID SEBAGAI FILTER AKTIF

Prinsip kerja dari sistem PV yang didesain pada tugas akhir

ini, ditunjukkan pada Gambar 1, yang menunjukkan sebuah

bentuk sinyal kotak arus yang tertinggal (lagging) iL pada

beban. Sistem PV dapat dimodelkan sebagai tiga sumber arus

paralel. Amplitudo IP pada sumber arus pertama proporsional

dengan daya maksimum yang dihasilkan oleh sel-sel PV, dan

memiliki frekuensi serta fasa yang sama dengan tegangan

utama (jaringan). Amplitudo IQ dari sumber arus kedua

bergantung dari besar daya reaktif yang mengalir ke beban. IQ

juga memiliki frekuensi yang sama dengan tegangan utama,

tetapi memiliki beda fasa 90 dengan tegangan utama. Sumber

arus ketiga membangkitkan sebuah bentuk gelombang yang

sama dengan jumlah dari harmonisa yang mengalir ke beban.

Saat bekerja sebagai filter aktif untuk arus harmonisa dan

reaktif yang mengalir ke beban, sistem akan membutuhkan

arus iAC yang disuplai dari jaringan utama yang berupa sebuah

sinyal sinusoidal murni.

Blok diagram rangkaian sistem ditunjukkan pada Gambar 2.

Blok MPP tracking membangkitkan sebuah sinyal sinusoidal

P , yang sinkron dengan bentuk gelombang tegangan utama. Amplitudo sinyal ini proporsional dengan daya maksimum

yang tersedia di sel-sel PV. Blok QD mendeteksi arus reaktif

dan harmonisa yang mengalir ke beban dan membangkitkan

tegangan QD yang proporsional dengan arus tersebut.

Aron Christian, Mochamad Ashari, Dedet Candra Riawan

Jurusan Teknik Elektro FTI - ITS

Desain Sistem Photovoltaic (PV) Terhubung

Dengan Grid Sebagai Filter Aktif

P

2

Gambar 1. Prinsip kerja sistem PV [3]

Gambar 2. Diagram blok rangkaian [3]

Sinyal P dan QD ditambahkan untuk mendapatkan sinyal

modulasi M untuk power stage, yang berupa sebuah full bridge inverter satu fasa. H1, H2, dan H3 merupakan sensor

arus efek Hall.

A. Maximum Power Point Tracker

MPP tracking pada sistem PV ini menggunakan teknik

Perturb and Observe, yang merupakan sebuah metode

sederhana dan tidak membutuhkan sel-sel tambahan atau

sebuah model matematik. Tracking diperoleh dengan cara,

pertama mengukur daya yang dihasilkan oleh sel-sel.

Kemudian, sebuah langkah dalam menentukan set point dari

sel diterapkan dengan memodifikasi amplitudo dari P , dan daya yang dihasilkan diukur kembali. Set point diatur berdasar

pada perbedaan antara dua daya yang diukur, dan sebuah

langkah baru dilakukan kembali.

Hal yang harus diingat bahwa arus pada DC bus pada

inverter merupakan sebuah gelombang yang disearahkan

sepenuhnya dengan komponen frekuensi tinggi akibat proses

switching dalam power stage. Jika arus mengalir langsung dari

sel, maka titik kerja PV akan bergeser sepanjang kurva V-I,

dan daya yang diperoleh tidak akan dapat mencapai daya

maksimum yang tersedia. Oleh karena itu, sangat penting

untuk menambahkan filter L-C frekuensi rendah pada keluaran

dari sel (LF dan CF pada Gambar 2) dengan demikian arus

yang mengalir dari sel akan maksimal mungkin dan tidak

terdapat ripple.

B. Deteksi Arus Reaktif dan Harmonisa

Blok diagram rangkaian untuk deteksi arus harmonisa dan

reaktif ditunjukkan pada Gambar 3 [3]. Sinyal R merupakan sebuah referensi sinusoidal, dan H3 merupakan sinyal yang

akan diproses. Feedback loop termasuk dalam satu blok

integrating dan dua multiplier. Ketika fungsi transfer untuk

kebanyakan multiplier termasuk sebuah keadaan atenuasi,

blok penguatan G1 dan G2 juga termasuk dalam feedback path.

Jika VR pada posisi puncak amplitudo dari sinyal referensi

senusoidal, dimana frekuensi adalah . Juga, jika adalah

time constant integrator, maka fungsi transfer untuk filter

adalah:

=2+232+4

5+232+44 (1)

Dimana

=12

(2)

C. Power stage dan modulator

Respon frekuensi sistem dan performansi dari sistem

sebagai filter aktif bergantung pada tahap ini. Sebuah teknik

pulse width modulation (PWM) dengan histerisis digunakan

pada sistem ini. Arus keluaran iO diukur oleh sensor efek Hall

yang diberi nama H1, yang kemudian keluarannya menjadi

masukan komparator U1. Input kedua pada komparator didapat

dari sinyal modulasi vM tetapi juga termasuk sebuah ripple

yang bergantung dari histerisis milik komparator dan besar

induktor yang digunakan LPV. Meskipun modulasi jenis ini

memiliki kelemahan untuk menyediakan frekuensi switching

yang konstan, sistem ini menawarkan kelebihan yaitu

memiliki implementasi yang sangat sederhana, dan arus

keluaran yang dapat diatur menjadi bentuk yang diinginkan

diantara batas yang ada dari besarnya induktor dan histerisis

komparator.

Tegangan 1 pada keluaran sensor efek Hall adalah:

1 = 1 (3)

dimana z1 adalah transimpedance sensor. Diasumsikan bahwa

ripple kecil dan dapat diabaik