Pengaturan Output Generator Induksi dengan Static Synchronous Compensator (STATCOM) pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin

TUGAS AKHIR

UTPUT GENERATOR INDUKSI DENGAN
PENGATURAN OUT
AN STATIC
PENSATOR (STATCOM) PADA PEMBANG
SYNCHRONOUS COMPE
NGKIT LISTRIK
TENAGA ANGIN

Diajukan untuk memenuhi
nuhi persyaratan menyelesaikan pendidikann sarj
sarjana (S1) pada
eknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energii L
Departemen Tekni
Listrik
Oleh:
Riswanta Sembiring
NIM : 110402073

DEPA

EPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVER
IVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Energi angin merupakan energi terbarukan yang dapat digunakan untuk suplai
tambahan kebutuhan energi listrik. Pada wilayah persawahan dan tepi pantai, energi angin
memiliki potensi yang besar dalam memberi tambahan suplai daya kebutuhan energi listrik
Pemanfaatan energi angin memiliki kendala pada kecepatan angin yang berubah-ubah yang
menyebabkan frekuensi dan tegangan output pembangkitan tidak stabil. Generator induksi
merupakan salah satu solusi karena tidak harus diputar pada kecepatan tetap. Pada tugas
akhir ini, penulis membahas pengaturan output generator induksi dengan static synchronous
compensator pada pembangkit listrik tenaga angin. Melalui pengaturan ini, akan diuji output

generator induksi berupa tegangan, frekuensi, daya aktif, dan daya reaktif. Metode yang
digunakan ialah dengan mengubah jumlah kutub generator induksi dan perubahan kecepatan
angin. Penelitian diakukan dengan menggunakan software simulasi PSIM. Hasil yang didapat
ialah, STATCOM mampu mempertahankan keluaran tegangan pada 285 Volt dan frekuensi
pada 50 Hz pada kondisi perubahan kecepatan angin dan perubahan jumlah kutub generator
induksi.
Kata Kunci: Static Synchronous Compensator (STATCOM)

i
Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat
dan rahmatNya yang diberikanNya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan
Tugas Akhir yang berjudul “Pengaturan Output Generator Induksi Dengan Static
Synchronous Compensator (STATCOM) Pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin”. Penulisan
Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi dan
memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orangtua yang telah
membesarkan penulis, saudara kandung penulis dan kepada semua yang memberi perhatian
dan dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Selama masa perkuliahan sampai penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat
dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis hendak
menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah
banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberi bantuan,bimbingan, dan
pengarahan kepada penulis selama penyusunan Tugas Akhir ini. Terima kasih
sebesar-besarnya penulis ucapkan untuk beliau
2. Ibu Syska Yana, ST, MT dan bapak Ir. Eddy Warman, MT selaku Dosen Penguji
3. Bapak Ir. Sihar. P. Panjaitan, MT selaku Dosen Wali penulis
4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro USU
dan Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT
USU
5. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara
6. Para asistan Laboratorium Konversi Energi dan Laboratorium Analisis Sistem Tenaga
yang telah memberi banyak masukan
7. Teman-teman stambuk 2011: Marluhut, Tiddaucy, Analbert, Frederik, Anriadi, Andri

Simamora, Josua, Vero, Emir, Memory, Dedi, Riko, Josia, Guntur, Rizky, Ricky,
Putra, Trendy, Ronni,Toni, Sandro, Dedi, Syahlan, Fikri, Andreas dan teman-teman
lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu
8. Saudara Emir Lutvi Pahlevi dalam membantu penulis memperoleh data
9. BMKG Tuntungan atas penyediaan data yang dibutuhkan penulis
ii
Universitas Sumatera Utara

10. Semua abang-kakak senior, terkhusus abang-kakak senior yang mau berbagi
pengalaman dan motivasi kepada penulis
11. Ayah, ibu, serta abang, kakak dan adik penulis yang sudah memberi dukungannya
12. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis ucapkan terima
kasih

Medan, 12 Desember 2015
Penulis,

Riswanta Sembiring

iii

Universitas Sumatera Utara

Daftar Isi
Halaman
ABSTRAK……………………………………………………………………………….

i

KATA PENGANTAR…………………………………………………………………...

ii

Daftar Isi…………………………………………………………………………………. iv
Daftar Gambar…………………………………………………………………………… vi
Daftar Tabel……………………………………………………………………………… x
I.

PENDAHULUAN……………………………………………………............. 1
I.1 Latar Belakang…………………………………………………………….. 1
I.2 Perumusan Masalah………………………………………………….......... 2

I.3 Tujuan…………………………………………………………………….

3

I.4 Batasan Masalah………………………………………………………….. 3
I.5 Manfaat…………………………………………………………………… 3
II.

TINJAUAN PUSTAKA…………….................................................................. 4
II.1 Pembangkit Listrik TenagaAngin………………………………………… 4
II.1.1 Karakteristik Turbin Angin………………………………………… 5
II.1.2 Jenis Turbin Angin…………………………………………………. 6
II.1.3 Turbin Angin Kecepatan Tetap (Fix Seed Wind Turbine/ FSWT…... 7
II.1.4 Turbin Angin Kecepatan Berubah (Variable Seed Wind Turbine/
VSWT….............................................................................................8
II.2 Generator Induksi…………………………………………………………. 10
II.2.1 Prinsip Kerja Generator Induksi……………………………………. 10
II.2.2 Karakteristik Mesin Induksi………………………………………… 11
II.2.3 Generator Induksi Masukan Ganda (Double Fed Induction
Generator/ DFIG…………………………………………………… 13

II.3 Static Synchronous Compensator (STATCOM)………………………… 15
II.3.1 Prinsip Operasi Dasar STATCOM…………………………………. 15
II.3.2 VSC (Voltage Source Converter)…………………………………… 16
II.4 Diagram Blok Sistem Kerja STATCOM…………………………………. 18
II.4.1 Pengaturan Tegangan………………………………………………... 18
II.4.2 Pengaturan Frekuensi…………………………………………………18
iv
Universitas Sumatera Utara

II.5 Skematik Total Sistem…………………………………………………….. 19
II.6 Diagram Alir Sistem Kontrol STATCOM………………………………… 20
III.

METODE PENELITIAN……………………………………………………….21
III.1 Tempat dan Waktu………………………………………………………. 21
III.2 Bahan dan Peralatan……………………………………………………….21
III.3 Pelaksanaan Penelitian…………………………………………………….21
III.4 Variabel yang Diamati……………………………………………………. 21
III.5 Prosedur Penelitian……………………………………………………….. 22
III.6 Pemodelan Sistem di Software PSIM……………………………………. 24

III.6.1 Pemodelan Sistem Kontrol STATCOM…………………………… 29
III.6.2 Pemodelan Sistem Kontrol Grid…………………………………

IV.

30

SIMULASI……………………………………………………………………. 34
IV.1 Simulasi Perubahan Kutub Mesin Induksi………………………………. 34
IV.2 Simulasi Perubahan Kecepatan Angin…………………………………… 47

V.

HASIL DAN PEMBAHASAN………………………………………………. 56
V.1 Sampel Hasil Simulasi Perubahan Kutub………………………………... 55
V.2 Analisis Hasil Simulasi Perubahan Jumlah Kutub………………………

56

V.2.1 Analisis Frekuensi………………………………………………….. 56

V.2.2Analisis Tegangan…………………………………………………… 58
V.1.3 Analisis Daya Aktif dan Daya Reaktif……………………………… 59
V.3 Sampel Hasil Simulasi Perubahan Kecepatan Angin…………………… 60
V.3.1 Analisis Frekuensi………………………………………………….. 60
V.3.2 Analisis Tegangan………………………………………………….. 61
V.2.3 Analisi Daya Aktif dan Daya Reaktif……………………………… 62
V.4 Analisis Kinerja STATCOM Terhadap Pembangkit Listrik
Tenaga Angin…………………………………………………………….. 63
VI.

KESIMPULAN DAN SARAN
VI.1 KESIMPULAN………………………………………………………….. 61
VI.2 SARAN………………………………………………………………….. 61

Daftar Pustaka………………………………………………………………………………62
LAMPIRAN
v
Universitas Sumatera Utara

Daftar Gambar

Gambar 2.1 Sistem dasar pembangkit listrik tenaga angin……………………………….. 4
Gambar 2.2 kurva c hasil dari variasi kecepatan angin………………………………… 5
Gambar 2.3 Turbin angin vertikal………………………………………………………… 5
Gambar 2.4 Turbin angin horizontal……………………………………………………… 6
Gambar 2.5 Skematik diagram pembangkit tenaga angin kecepatan tetap………………. 7
Gambar 2.6 Skematik diagram pembangkit tenaga angin variable speed dengan
(a) generator induksi rotor sangkar, (b) generator induksi rotor belitan,
(c) permanent magnet synchronous motor………………………………….. 8
Gambar 2.7 Karakteristik mesin induksi pada grafik torsi vs speed/ torsi vs slip……….. 11
Gambar 2.8 Skema generator induksi penguat sendiri (SEIG),
Self Excited Induction Generator……………………………………….... 12
Gambar 2.9 Rangkaian ekivalen generator induksi masukan ganda…………………….. 13
Gambar 2.10 Skematik diagram dari STATCOM…………………………………….…. 15
Gambar 2.11 Skematik sistem kerja STATCOM…………………………………….….. 16
Gambar 2.12 Voltage Source Converter 3 phasa…………………………………….….

17

Gambar 2.13 Sinyal referensi sinusoidal dan sinyal carrier segitiga……………….…… 18
Gambar 2.14 Blok diagram pengaturan tegangan……………………………….……….. 18

Gambar 2.15 Blok diagram pengaturan frekuensi…………………………………….….. 18
Gambar 2.16 Skematik Total Sistem……………………………………………………… 19
Gambar 2.17 Diagram alir sistem kontrol STATCOM…………………………………… 20
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian……………………………………………………… 22
Gambar 3.2 Turbin angin pada PSIM 9.0………………………………………………… 23
Gambar 3.3 Kotak dialog parameter turbin angin………………………………………... 23
Gambar 3.4 Model mesin induksi rotor belitan pada PSIM……………………………... 24
Gambar 3.5 Kotak dialog parameter mesin induksi rotor belitan………………………... 25
Gambar 3.6 Model static synchronous compensator (STATCOM)……………………... 25
Gambar 3.7 Model Grid Side Converter…………………………………………………

26

Gambar 3.8 Model sistem grid…………………………………………………………..

26

Gambar 3.9 Kotak dialog parameter sistem grid………………………………………… 27
Gambar 3.10 Skematik pembangkitan tenaga angin pada PSIM………………………..

28

Gambar 3.11 Model sistem kontrol STATCOM………………………………………… 29
vi
Universitas Sumatera Utara

Gambar 3.12 Model sistem kontrol grid……………………………………………...….. 30
Gambar 3.13 Model kontrol tegangan DC…………………………………………...…..

30

Gambar 3.14 Model transformasi abc- α β …………………………………………...…... 31
Gambar 3.15 Model pengontrol arus α ………………………………………..…………

31

Gambar 3.16 Model pengontrol arus β …………………………………………….…....

32

Gambar 4.1 Kotak dialog parameter mesin induksi dengan jumlah kutub n = 4….…….

33

Gambar 4.2 Grafik output daya generator dan kotak dialog pengukuran output
daya generator………………………………………………………..……

34

Gambar 4.3 (a) Grafik Tegangan 3 phasa, (b) Grafik tegangan 1 phasa, (c) Kotak
dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot waktu……..….

35

Gambar 4.4 (a) Grafik kecepatan generator, (b) kotak dialog pengukuran
kecepatan generator pada suatu titik plot waktu……………………..…….

35

Gambar 4.5 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata output generator……………..…..

35

Gambar 4.6 Kotak dialog parameter mesin induksi dengan jumlah kutub n = 6……..…

36

Gambar 4.7 Grafik output daya generator dan kotak dialog pengukuran output
daya generator pada suatu titik plot waktu……………………………..….

37

Gambar 4.8 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) kotak
dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot………………….

37

Gambar 4.9 (a) Grafik kecepatan putar generator, (b) kotak dialog pengukuran
kecepatan generator pada suatu titik plot waktu………………………..….

38

Gambar 4.10 Pengukuran nilai rata-rata output generator…………………………..….

38

Gambar 4.11 Kotak dialog parameter mesin induksi jumlah kutub n = 8…………..…..

38

Gambar 4.12 Grafik output daya generator dan pengukuran output daya
generator pada suatu titik plot waktu………………………………….…

39

Gambar 4.13 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) kotak
dialog pengukutan tegangan1 phasa pada suatu titik plot waktu………..…

40

Gambar 4.14 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata dari output generator………..….

40

Gambar 4.15 Grafik kecepatan generator dan kotak dialog pengukuran
kecepatan generator pada suatu titik plot waktu………………………..….

40

Gambar 4.16 Kotak dialog parameter generator induksi jumlah kutub n = 12………....

41

Gambar 4.17 Grafik output daya generator dan kotak dialog pengukuran
output daya pada suatu titik plot waktu………………………………….....

41

Gambar 4.18 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) kotak
dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot waktu………..…

42
vii

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.19 (a) Grafik kecepatan generator, (b) kotak dialog pengukuran
kecepatan generator pada suatu titik plot waktu…………………………...

43

Gambar 4.20 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata output generator……………….

43

Gambar 4.21 Kotak dialog parameter mesin induksi jumlah kutub n = 2………………

43

Gambar 4.22 Grafik output daya generator dan pengukuran output
daya pada suatu titik plot waktu…………………………………………..

44

Gambar 4.23 Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa,
(c) grafik pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot waktu……...

45

Gambar 4.24 (a) Grafik kecepatan generator, (b) kotak dialog pengukuran
kecepatan generator pada suatu titik plot waktu………………………….

45

Gambar 4.25 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata output generator ………………

46

Gambar 4.26 Grafik output generator dan kotak dialog pengukuran output
generator pada suatu titik plot…………………………………………….

47

Gambar 4.27 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) kotak
dialog pengukuran tegangan pada suatu titik plot waktu………………...

47

Gambar 4.28 (a) Grafik kecepatan generator, (b) kotak dialog pengukuran
kecepatan generator pada suatu titik plot waktu………………………….

48

Gambar 4.29 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata output generator………………

48

Gambar 4.30 Grafik output daya dan kotak dialog pengukuran output daya
pada suatu titik plot waktu……………………………………………….

48

Gambar 4.31 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) kotak
dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot waktu……….

49

Gambar 4.32 (a) Grafik kecepatan generator, (b) kotak dialog pengukuran
kecepatan generator pada suatu titik plot waktu……………………….

50

Gambar 4.33 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata output generator………………

50

Gambar 4.34 Grafik output daya generator dan kotak dialog pengukuran
output daya pada suatu titik plot waktu…………………………………..

50

Gambar 4.35 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) Kotak
dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot waktu…………

51

Gambar 4.36 (a) Grafik kecepatan putar generator, (b) kotak dialog pengukuran
kecepatan generator pada suatu titik plot waktu…………………………..

52

Gambar 4.37 Kotak dialog pengukuran nilai rata rata output generator……………….

52

Gambar 4.38 Grafik output daya generator dan kotak dialog pengukuran output
daya generator pada suatu titik plot……………………………………….

52
viii

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.39 (a) Grafik tegangan 3 phasa, (b) grafik tegangan 1 phasa, (c) kotak
dialog pengukuran tegangan 1 phasa pada suatu titik plot……………….

53

Gambar 4.40 (a) Grafik kecepatan putar generator, (b) kotak dialog pengukuran
kecepatan generator pada suatu titik plot………………………………...

54

Gambar 4.41 Kotak dialog pengukuran nilai rata-rata output generator………………

54

Gambar 4.42 Vektor α dan β …………………………………………………………..

79

Gambar 4.43 Transformasi Park dalam bidang vektor………………………………..

80

ix
Universitas Sumatera Utara

Daftar Tabel
Tabel 5.1 Sampel data hasil simulasi perubahan jumlah kutub……………………………. 56
Tabel 5.2 Sampel data hasil simulasi perubahan kecepatan angin………………………… 60

x
Universitas Sumatera Utara