studi perbaikan kualitas kontrol beban ...eprints.umm.ac.id/38073/1/pendahuluan.pdfi studi perbaikan...
TRANSCRIPT
i
STUDI PERBAIKAN KUALITAS KONTROL BEBAN
ELEKTRONIK DENGAN 3 STEP BEBAN SEMU PADA
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO (PLTMh)
SKRIPSI
Oleh:
ISTAMA RUDIN
201110130311073
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2018
ii
LEMBAR PERSETUJUAN
STUDI PERBAIKAN KUALITAS KONTROL BEBAN ELEKTRONIK DENGAN 3 STEP
BEBAN SEMU PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO (PLTMH)
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
ISTAMA RUDIN
NIM : 201110130311073
Diperiksa dan disetujui oleh:
Pembimbing I
Pembimbing II
iii
LEMBAR PENGESAHAN
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
ISTAMA RUDIN
NIM: 201110130311073
Tanggal Ujian : 16 Juli 2018
Periode Wisuda : 25 Agustus 2018
Disetujui Oleh:
iv
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
NAMA : Istama Rudin
Tempat/Tgl Lahir : Malang, 02 Mei 1992
NIM : 201110130311073
FAK/JURUSAN : Teknik/Elektro
Dengan ini menyatakan bahwa tugas akhir dengan judul “STUDI PERBAIKAN KUALITAS
KONTROL BEBAN ELEKTRONIK DENGAN 3 STEP BEBAN SEMU PADA
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO (PLTMh)” beserta seluruh isinya
adalah karya saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun
seluruhnya, terkecuali kutipan kutipan dasar teori yang dibutuhkan dan telah disebutkan
sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila di kemudian hari
ditemukan pelanggaran 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.
Mengetahui,
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
v
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas rahmat serta hidayahNya
sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul :
“STUDI PERBAIKAN KUALITAS KONTROL BEBAN ELEKTRONIK DENGAN 3 STEP
BEBAN SEMU PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO (PLTMh)”.
Dalam mewujudkan semua yang lebih baik, kami selalu berhadapan dengan segala macam
hambatan.Tidak lain halnya dalam pembuatan Laporan Tugas Akhir ini, banyak hambatan yang
harus penulis lewati, tetapi berkat bantuan dari beberapa pihak akhirnya penulis dapat
melampauinya dengan lancar. Penulis menyadari bahwa didalam penulisan laporan ini tidak
terlepas dari bimbingan dan pengarahan dari para dosen Universitas Muhammadiyah Malang serta
pihak–pihak yang telah tulus ikhlas memberikan bantuan baik secara moril dan spiritual. Semoga
amal kebaikan serta keikhlasan mereka mendapat balasan setimpal dari Allah SWT.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan
dan keterbatasan. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini
bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan perkembangan teknologi kedepan.
Malang, 16 Juli 2018
Penulis
vi
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
1.1 Latar Belakang ............................................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................................ 2
1.3 Tujuan .......................................................................................................................... 2
1.4 Batasan Masalah .......................................................................................................... 2
1.5 Sistematika Penulisan .................................................................................................. 3
BAB II
DASAR TEORI ................................................................................................................ 4
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh) ...................................................... 4
2.2 Jenis Kontrol Beban Pada Pltmh .................................................................................. 5
2.2.1 Governor ......................................................................................................... 5
2.2.2 Electronic Load Controller (ELC) ..................................................................... 6
a. Beban Semu (Ballast Load) ........................................................................... 8
b. Thyristor ......................................................................................................... 8
c. AC Regulator 3 Fasa ...................................................................................... 10
vii
I. AC Regulator Unidirectional 3 Fasa…………………………………….10
II. AC Regulator Bidirectional 3 Fasa ………….………………………….12
2.3 Pulse With Modulation (PWM) ................................................................................... 14
2.4 Kontrol PID .................................................................................................................. 15
2.5 Metode tuning Nicholas-zigler .................................................................................... 16
2.6 THD (Total Harmonic Distortion) ............................................................................... 17
2.6.1 Perhitungan Harmonisa ...................................................................................... 17
2.6.2 Standart Distorsi Harmonisa IEC ....................................................................... 19
2.7 Distorsi dengan 1 Step dan 2 Step Baban Semu .......................................................... 19
2.8 Generator Sinkron ........................................................................................................ 20
2.8.1 Prinsip Kerja Generator Sinkron .................................................................................... 20
2.8.2 Model Generator Sinkron .............................................................................................. 22
2.8.3 Kecepatan Putar Generator Sinkron ................................................................... 23
BAB III
PERANCANGAN SISTEM ............................................................................................ 24
3.1 Perancangan Pemodelan Sistem Simulink Pada MATLAB ........................................ 24
3.2 Sistem Kontrol PID ...................................................................................................... 25
3.3 Pemodelan TRIAC (Triode For Alternating Current) ................................................. 26
3.4 Pemodelan PWM (Pulse Width Modulation) ............................................................... 28
3.5 Pemodelan Generator Sinkron ...................................................................................... 29
3.6 Ballast Load ................................................................................................................. 31
3.7 Pemodelan Efd atau Field Voltage ........................................................................................... 32
BAB IV
HASIL dan PEMBAHASAN .......................................................................................... 34
4.1 Hasil Simulasi dan Pengujian Respon ......................................................................... 34
4.2 Pengujian PLTMH tanpa elc dengan beban konsumen aktif secara keseluruhan ......... 35
4.3 Pengujian PLTMH tanpa elc dengan perubahan beban konsumen .............................. 39
4.4 Pengujian PLTMH 1 Step dengan beban konsumen aktif secara keseluruhan...............43
4.5 Pengujian PLTMH 3 Step Ballast Load.........................................................................49
BAB V
PENUTUP ......................................................................................................................... 65
viii
5.1 Kesimpulan .................................................................................................................. 65
5.2 Saran ............................................................................................................................ 66
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................... 67
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh) ............................. 5
Gambar 2.2 Diagram Blok Pembagian Daya Beban Semu ................................................ 6
Gambar 2.3 Kurva Perubahan Beban .................................................................................. 7
Gambar 2.4 Blok Diagram pengontrolan ELC .................................................................. 7
Gambar 2.5 Prinsip Dasar Rangkaian Elektronika Daya .................................................... 9
Gambar 2.6 Simbol Triac Dan Struktur Dasar Sebuah Triac ............................................. 10
Gambar 2.7 Rangkaian Ekivalen Sebuah Triac .................................................................. 10
Gambar 2.8 Rangkaian AC Regulator Unidirectional 3 fasa ............................................. 11
Gambar 2.9 Bentuk Gelombang yang dihasilkan AC Regulator Unidirectional 3 fasa ..... 12
Gambar 2.10 Rangkaian AC Regulator Bidirectional 3 fasa .............................................. 13
Gambar 2.11 Bentuk Gelombang yang dihasilkan AC Regulator Bidirectional 3 fasa...... 13
Gambar 2.14 Rangkaian PWM .......................................................................................... 14
Gambar 2.15 Gelombang Pulsa Keluaran PWM ............................................................... 14
Gambar 2.16 Sistem Unity Feedback ................................................................................. 15
Gambar 2.17 Metode Tuning Ziegler-Nichols .................................................................... 16
Gambar 2.18 Perbedaan Distorsi Tegangan Line Pada Generator ...................................... 19
Gambar 2.19 Generator AC 1 fasa Dua Kutub dan Generator AC 3 fasa Dua Kutub ........ 20
Gambar 2.20 Hubungan Kumparan 3-fasa dan Tegangan yang dibangkitkan ................... 21
Gambar 3.1 Pemodelan system dengan simulink pada MATLAB ...................................... 24
Gambar 3.2 Pemodelan control PID ................................................................................... 25
Gambar 3.3 Blok parameter control PID ............................................................................ 25
Gambar 3.4 Parameter TRIAC ........................................................................................... 26
Gambar 3.5 Model TRIAC ................................................................................................ 27
Gambar 3.6 Model Thrystor A, B, C .................................................................................. 28
Gambar 3.7 Pemodelan parameter indikator PWM ........................................................... 29
Gambar 3.8 Rancangan pulse ............................................................................................. 29
Gambar 3.9 Model Generator Sikron ................................................................................. 30
Gambar 3.10 Blok Parameter Generator ............................................................................. 30
Gambar 3.11 Rancangan Turbin ........................................................................................ 30
x
Gambar 3.12 Rancangan Hydraulic Turbine ...................................................................... 31
Gambar 3.13 Model Ballast Load ....................................................................................... 31
Gambar 3.14 Model Efd atau Field Voltage ...................................................................... 32
Gambar 3.15 Rangkain model Field Voltage ..................................................................... 32
Gambar 3.16 Rangkain Main Regulator ............................................................................. 32
Gambar 4.1 Sistem PLTMH tanpa ELC dengan beban konsumen aktif keseluruhan ........ 35
Gambar 4.2 Vrms pada beban konsumen tanpa ELC ......................................................... 36
Gambar 4.3 Irms pada beban komsumen tanpa ELC ......................................................... 36
Gambar 4.4 Daya tanpa ELC .............................................................................................. 37
Gambar 4.5 Frekuensi tanpa ELC ....................................................................................... 37
Gambar 4.6 Power mechanic tanpa ELC ............................................................................ 38
Gambar 4.7 THD tanpa ELC .............................................................................................. 38
Gambar 4.8 Vrms pada beban konsumen tanpa ELC perubahan beban konsumen ........... 39
Gambar 4.9 Irms pada beban konsumen tanpa ELC perubahan beban konsumen ............. 40
Gambar 4.10 Daya pada beban konsumen tanpa ELC perubahan beban konsumen .......... 40
Gambar 4.11 Frekuensi pada beban konsumen tanpa ELC perubahan beban konsumen .. 41
Gambar 4.12 Power mechanic pada beban konsumen tanpa ELC perubahan beban
konsumen ............................................................................................................................ 41
Gambar 4.13 THD tanpa ELC perubahan beban konsumen 128 KW ................................ 42
Gambar 4.14 THD tanpa ELC perubahan beban konsumen 108 KW ................................ 42
Gambar 4.15 Sistem PLTMH 1 step ballast load menggunakan kontroller PID ............... 43
Gambar 4.16 Vrms pada beban konsumen 1 Step Ballast Load ......................................... 44
Gambar 4.17 Vrms pada beban komplemen 1 Step Ballast Load ...................................... 44
Gambar 4.18 Arus Irms konsumen pada 1 Step Ballast Load ............................................ 45
Gambar 4.19 Arus Irms komplemen pada 1 Step Ballast Load .......................................... 46
Gambar 4.20 Daya konsumen 1 Step Ballast Load ............................................................ 46
Gambar 4.21 Daya komplemen 1 Step Ballast Load .......................................................... 47
Gambar 4.22 THD pada PLTMH 3 Step Ballast Load ....................................................... 47
Gambar 4.23 Power mechanic 1 Step Ballast Load ........................................................... 48
Gambar 4.24 Frekuensi 1 Step Ballast Load ...................................................................... 48
Gambar 4.25 Rancangan PLTMH 3 Step Ballast Load ...................................................... 49
xi
Gambar 4.26 Vrms beban konsumen pada 3 Step Ballast Load ......................................... 50
Gambar 4.27 Vrms beban komplemen pada 3 Step Ballast Load ..................................... 50
Gambar 4.28 Irms beban konsumen pada 3 Step Ballast Load .......................................... 51
Gambar 4.29 Irms beban komplemen pada 3 Step Ballast Load ........................................ 51
Gambar 4.30 Daya konsumen pada 3 Step Ballast Load .................................................... 52
Gambar 4.31 Daya komplemen pada 3 Step Ballast Load ................................................. 52
Gambar 4.32 THD pada PLTMH 3 Step Ballast Load ....................................................... 53
Gambar 4.33 Power mechanic 3 step ballast load ............................................................. 53
Gambar 4.34 Frekuensi 3 step ballast load ....................................................................... 54
Gambar 4.35 Vrms beban konsumen pada 3 Step Ballast Load dengan perubahan beban..55
Gambar 4.36 Vrms beban komplemen pada 3 Step Ballast Load dengan
perubahan beban…………………………………………………………………………...55
Gambar 4.37 Irms beban konsumen pada 3 Step Ballast Load dengan perubahan beban .. 56
Gambar 4.38 Irms beban komplemen pada 3 Step Ballast Load dengan perubahan beban 56
Gambar 4.39 Daya konsumen pada 3 Step Ballast Load dengan perubahan beban ........... 57
Gambar 4.40 Daya komplemen pada 3 Step Ballast Load dengan perubahan beban......... 57
Gambar 4.41 THD pada PLTMH 3 Step Ballast Load 28 KW .......................................... 58
Gambar 4.42 THD pada PLTMH 3 Step Ballast Load 48 KW .......................................... 58
Gambar 4.43 THD pada PLTMH 3 Step Ballast Load 68 KW .......................................... 58
Gambar 4.44 THD pada PLTMH 3 Step Ballast Load 88 KW .......................................... 59
Gambar 4.45 THD pada PLTMH 3 Step Ballast Load 108 KW ........................................ 59
Gambar 4.46 THD pada PLTMH 3 Step Ballast Load 128 KW ........................................ 59
Gambar 4.47 THD pada PLTMH 3 Step Ballast Load 148 KW ........................................ 60
Gambar 4.48 Power mechanic 3 step ballast load dengan perubahan beban ..................... 60
Gambar 4.49 Frekuensi 3 step ballast load dengan perubahan beban ................................ 61
Gambar 4.50 Tegangan Va beban konsumen pada 3 step ballast Load ............................. 62
Gambar 4.51 Arus Ia beban konsumen pada 3 step ballast Load ....................................... 63
Gambar 4.53 Perbandingan tegangan Vrms pada beban konsumen ................................... 64
Gambar 4.54 Perbandingan frekuensi pada beban konsumen ............................................ 64
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Formula Ziegler Nichols .........................................................................................17
Tabel 2.2 Batas Distorsi Arus yang Diakibatkan Harmonisa Menurut IEEE 519-1992 .........18
Tabel 2.3 Batas Distorsi Tegangan yang Diakibatkan Harmonisa Menurut IEEE 519-1992..19
Tabel 3.1 Parameter Ballast Load............................................................................................31
Tabel 3.2 Data Efd atau Field Voltage.....................................................................................33
Tabel 4.1 Performance frekuensi tanpa elc .............................................................................39
Tabel 4.2 Performance frekuensi tanpa elc perubahan beban .................................................42
Tabel 4.3 THD tanpa elc dengan perubahan beban .................................................................43
Tabel 4.4 Performance frekuensi 1 step ballast load ..............................................................48
Tabel 4.5 Performance frekuensi 3 step ballast load...............................................................54
Tabel 4.6 Performance frekuensi 3 step ballast load dengan perubahan beban.......................61
Tabel 4.7 THD tanpa elc dengan perubahan beban ..................................................................62
xiii
DAFTAR PUSTAKA
[1] Parekh, R, AC Induction Motors Fundamental, Microchip Technology Inc. AN887. 2003
[2] Nurhadi. “Diktat Elektronika Daya. Fakultas Teknik, Teknik Elektro, Unversitas
Muhammadiyah Malang, 2013.
[3] Mashar, Ali. (2011). Analisis Harmonisa Electronic Load Controller (ELC) pada
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). Bandung: Politeknik Negeri Bandung
[4] Effendy, Machmud. (2009). Desain Kontrol Beban Elektronik pada Pembangkit Listrik
Tenaga Mikrohidro. Malang: Universitas Muhammadiyah Malang
[5] 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
[6] Sandy P, Ardha. (2010). Studi Pengontrol Beban Elektronik pada Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro Seloliman, Trawas Kabupaten Mojokerto. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh
November (ITS)
[7] H. Ludens. (2010). Electronic Load Controller for Microhydro System. Available:
http://ludens.cl/
[8] Setyo W, Erdyan. (2013). Perancangan Electronic Load Controller (ELC) Sebagai Penstabil
Frekuensi pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). Malang: Universitas
Brawijaya
[9] Djatmiko, Istanto W. (2010). Bahan Ajar Elektronika Daya. Yogyakarta: Kementerian
Pendidikan Nasional Universitas Negeri Yogyakarta
[10] Wijaya, Eka C. (2011). Auto Tuning PID Berbasis Metode Osilasi Ziegler-Nichols
Menggunakan Mikrokontroler AT89S52 pada Pengendalian Suhu. Semarang: Universitas
Diponegoro
[11] Lundquist, Johan. (2001). Thesis : On System Harmonics in Power System. Sweden:
Chalmers University of Technology
[12] Mulyadi, Riyan. (2017). Analisa Sistem Integrasi Kontrol Electronic Load Controller Dan
Flow Control Valve Pada PLTMH. Malang: Universitas Muhammadiyah Malang
[13] Portegijs, J. (2000). The `Humming Bird' Electronic Load Controller / Induction Generator
Controller
[14] Renerconsys. Digital Load Controller (DLC) for Induction Generator (IGC) and
Synchronous Generator (ELC). Cimahi, Bandung