1 bab i pendahuluan

1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Pada tahun-tahun terakhir, teknologi dan jumlah pertumbuhan penduduk
meningkat pesat. Hal ini juga diiringi meningkatnya permintaan akan suplai energi
listrik. Permintaan ini tentu harus segera diimbangi dengan ketersediaan suplai energi
listrik. Di Indonesia sejauh ini, sebagian besar kebutuhan energi listrik masih disuplai
oleh pembangkit–pembangkit berbahan bakar fosil. Sedangkan ketersediaan bahan
bakar fosil sendiri makin hari semakin berkurang. Keadaan ini membuat biaya
pembangkitan listrik semakin meningkat pula.
Agar dapat memenuhi kebutuhan energi listrik yang terus meningkat dengan
biaya yang rendah perlu ditemukan cara-cara alternatif dalam membangkitkan energi
listrik. Salah satu cara adalah dengan menggunakan sumber daya alam yang dapat
diperbaharui. Banyak sumber daya alam yang dapat digunakan semisal air,
gelombang laut, angin, panas bumi dan panas matahari. Dari sekian banyak sumber
daya alam, masih ada sebagian yang belum dimanfaatkan secara maksimal
contohnya angin. Hal ini dikarenakan kecepatan angin yang sering tidak konstan
menjadi kendala dalam pembangkitan energi listrik.
Angin merupakan sumber energi terbarukan yang tersedia hampir dimana
saja. Pada tahun-tahun terakhir ini sudah banyak sistem pembangkit listrik dengan
1
2
turbin angin dibangun di berbagai negara maju dan beberapa negara berkembang.
Hal ini juga terkait dengan isu yang berkembang mengenai global warming. Jika
dibandingkan dengan energi terbarukan lainnya, sistem turbin angin memiliki biaya
pembangkitan yang lebih rendah. Di Jerman dan Amerika kesadaran akan hal ini
sudah muncul puluhan tahun yang lalu. Sebagai tanggapan atas krisis harga minyak
pada tahun 70an, mulai tumbuh usaha untuk mengembangkan pembangkit bertenaga
angin yang terhubung dengan jaringan listrik [1].
Permasalahan yang muncul pada pembangkitan listrik dengan energi angin
adalah kecepatan angin itu sendiri. Kecepatan angin cenderung variatif dan tidak
dapat diperkirakan. Hal ini menimbulkan ketidakstabilan pada listrik yang
dibangkitkan. Ketidakstabilan kecepatan angin akan berakibat pada tidak stabilnya
frekuensi listrik yang dihasilkan. Hal ini menjadi kendala yang cukup besar jika
suatu sistem turbin angin atau wind farm akan dihubungkan dengan grid.
Karena kecepatan angin tidak dapat diatur ataupun diperkirakan maka
diperlukan studi untuk menganalisis karakteristik generator angin. Studi ini
diperlukan
guna
memaksimalkan
kemampuan
generator
angin
dalam
membangkitkan energi listrik. Selain itu, karena banyak kerugian non-linear terjadi
pada generator angin, membuat prediksi dengan menggunakan kecepatan angin ratarata dapat menyebabkan banyak kesalahan.
Generator induksi merupakan generator yang cocok untuk pembangkit listrik
kecil dengan sumber energi yang terbarukan seperti angin. Pada dasarnya generator
induksi merupakan motor induksi yang difungsikan untuk menghasilkan energi
3
listrik. Generator induksi dapat menghasilkan tenaga listrik ketika kecepatan rotor
melebihi kecepatan sinkronnya. Hal ini sama dengan motor induksi, yang apabila
dioperasikan pada slip negatif, motor induksi akan mampu menghasilkan daya dan
bekerja sebagai generator.
Doubly Fed Induction Generator (DFIG) merupakan mesin induksi yang
secara luas digunakan dalam industri tenaga angin di era modern ini. Keuntungan
utama dari DFIG jika digunakan dalam turbin angin adalah dimungkinkan amplitudo
dan frekuensi tegangan keluaran dipertahankan pada nilai konstan, tanpa terpengaruh
variasi kecepatan angin pada turbin generator angin. Karena itu, DFIG dapat
langsung terhubung ke jaringan listrik AC dan tetap disinkronkan sepanjang waktu
dengan jaringan listrik AC. Keuntungan lainnya termasuk kemampuan untuk
mengendalikan faktor daya (misalnya, untuk mempertahankan faktor daya),
sekaligus menjaga perangkat elektronika daya dalam turbin angin [2]. Alasan lain
digunakannya DFIG pada pembangkit angin adalah pengurangan beban mekanis,
desain baling-baling yang lebih sederhana dan rendahnya fluktuasi pada daya output
[3].
Kebanyakan mesin listrik yang digunakan sebagai DFIG dalam industri
tenaga angin saat ini adalah mesin induksi rotor lilit 3 fase. DFIG telah digunakan
dalam turbin angin untuk waktu yang lama. Awalnya konverter terhubung ke rotor
terdiri dari rectifier dan inverter berdasarkan bridge thyristor [4]. Namun teknologi
ini usang ketika dihadapkan pada rentang daya pada tubrin angin modern. Saat ini
digunakan back-back voltage source converter karena lebih mudah dalam pengaturan
tegangannya
4
Pada tugas akhir ini akan membahas mengenai karakteristik mesin induksi
rotor lilit yang difungsikan sebagai generator induksi. Generator induksi ini akan
dioperasikan dengan dua masukan yang nantinya akan disebut sebagai DFIG.
Simulasi dilakukan mengetahui karakteristik mesin tersebut saat difungsikan sebagai
DFIG. Mesin induksi akan difungsikan sebagai DFIG dengan dua cara pemberian
masukan pada rotornya. Pertama dengan suplai dari sumber jaringan AC sedangkan
yang kedua menggunakan suplai dari generator sinkron. Percobaan akan dilakukan
dengan menggunakan software PSIM 9.0 dengan parameter motor yang didapat
melalui penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya.
1.2
Tujuan Penulisan
Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah :
1.
Mengetahui kemampuan mesin induksi rotor lilit saat difungsikan sebagai
DFIG.
2.
Mengetahui karakteristik DFIG saat sumber tegangan AC 3 fase digunakan
sebagai suplai rotornya.
3.
Mengetahui karakteristik DFIG saat generator sinkron digunakan sebagai
suplai rotornya.
4.
1.3
Mengetahui arah aliran daya pada DFIG
Manfaat Penulisan
Penulis berharap penelitian dan penulisan tugas akhir ini dapat memberikan
manfaat sebagai berikut:
5
1.
Memberikan kontribusi sebagai tulisan ilmiah yang dapat digunakan sebagai
acuan dalam memahami karakteristik motor induksi rotor lilit 3 fase sebagai
generator induksi 3 fase.
2.
Memberikan informasi kepada penulis dan pembaca dalam memahami
karakteristik-karakteristik unjuk kerja DFIG.
3.
Menambah informasi mengenai penggunakan PSIM dalam simulasi unjuk
kerja DFIG
4.
Menambah aplikasi-aplikasi pada laboratorium Transmisi dan Distribusi
Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi Fakultas Teknik Universitas
Gadjah Mada
1.4
Batasan Masalah
Untuk menghindari pembahasan yang meluas, maka pembahasan tugas akhir
ini dibatasi dengan hal-hal sebagai berikut:
1.
Software simulasi yang digunakan adalah PSIM versi 9.0 dan data hasil
penelitian disajikan dalam bentuk gelombang oleh software SimView.
2.
Parameter motor induksi sangkar tupai adalah Rs sebesar 0,262 Ω, Ls sebesar
1,679 mH, Rr sebesar 0,447 Ω, Lr sebesar 3,899 mH, 4 kutub, momen inertia
sebesar 0,05 kg.m2, frekuensi 50 Hz, tegangan sisa sebesar 10 V, waktu untuk
mengaplikasikan sisa flux sebesar 0 detik, waktu untuk menghilangkan sisa
flux sebesar 10 detik.
3.
Parameter generator sinkron yang digunakan adalah Rs sebesar 13,03Ω, Ls
sebesar 47,3mH, Rf sebesar 25,6 Ω, Ns/Nf sebesar 0,55, 4 kutub, momen
6
inersia sebesar 0,2 kg.m2, frekuensi 50Hz, tegangan eksitasi maksimal 42V,
arus eksitasi maksimal 5,4A.
4.
Parameter motor induksi rotor lilit adalah parameter default pada PSIM yaitu
Rs sebesar 0,294 Ω, Ls sebesar 1,39 mH, Rr sebesar 0,156 Ω, Lr sebesar 0,74
mH, dan Ns/Nf sebesar 1.
5.
Mengamati karakteristik motor induksi rotor lilit saat difungsikan sebagai
DFIG dengan suplai pada rotor melalui sumber jaringan AC 3 fase dan
melaui generator sinkron.
6.
Tidak membahas masalah yang timbul saat terjadi hubung singkat.
7.
Tidak membahas pengaturan peralatan proteksi.
8.
Beban yang diuji berupa beban 3 fase resistif murni.
1.5
Metodologi Penulisan
Dalam pelaksanaan penulisan tugas akhir ini, diperlukan berbagai data yang
berguna untuk mendukung analisis pada tugas akhir ini. Data - data tersebut dapat
diperoleh dengan berbagai macam metode. Adapun sumber data yang diperlukan
pada tugas akhir ini dapat diperoleh dengan beberapa metode yang dapat dijabarkan
sebagai berikut:
1.
Studi literatur
Studi literatur dilakukan dengan membaca buku dan melakukan pencarian
literatur melalui internet mengenai karakteristik mesin induksi rotor lilit,
karakteristik generator induksi, pembangkitan tenaga listrik, dan penggunaan
DFIG pada sistem pembangkitan.
2.
Metode Konsultasi
7
Penulis melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing dan beberapa
narasumber lain untuk membantu menyelesaikan masalah dalam pelaksanaan
tugas akhir ini.
1.6
Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan pada tugas akhir ini disusun sebagai berikut :
BAB I
: PENDAHULUAN
Bab ini memuat penjelasan mengenai latar belakang
masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, batasan
masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan.
BAB II
: TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
Bab ini memuat dasar teori mengenai motor induksi rotor
lilit, motor induksi sebagai DFIG, dan generator sinkron.
BAB III
: METODE PENELITIAN
Bab ini memuat penjelasan mengenai cara simulasi dan
pengambilan data untuk menggambarkan karakteristik
motor induksi rotor lilit sebagai generator.
BAB IV
: HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini memuat penjelasan mengenai data hasil simulasi
operasi motor induksi rotor lilit sebagai
analisis dari data yang diperoleh.
BAB V
: PENUTUP
DFIG, serta
8
Bab ini memuat penjelasan tentang kesimpulan dan saran
dari hasil penelitian dan analisis data - data yang
diperoleh, serta saran untuk studi lebih lanjut.