Perpustakaan Digital ITB
Jaringan listrik mikro atau yang disebut sebagai mikrogrid merupakan suatu bentuk
implementasi dari pemanfaatan energi terbarukan seperti yang bersumber dari
energi matahari ataupun angin. Dengan semakin beragamnya peralatan yang dicatu
menggunakan sumber tegangan DC seperti penerangan, telekomunikasi, pusat data
dan pengisi baterai serta tidak diperlukannya proses sinkronisasi dan tidak adanya
permasalahan dengan daya reaktif, maka mikrogrid DC menjadi hal yang menarik
untuk diterapkan serta menjadi pusat perhatian para peneliti. Dalam penerapannya,
mikrogrid DC dapat disambungkan ke jaringan listrik utama (grid connected)
ataupun yang mandiri (islanded). Ketika sistem mikrogrid DC tersambung ke
jaringan listrik utama, maka permasalahan intermitensi dari sumber tidak begitu
berpengaruh terhadap operasi sistem, karena kekurangan energi karena intermitensi
ini, dapat dicukupi oleh jaringan listrik utama. Intermitensi sumber ini merupakan
tantangan yang dihadapi oleh mikrogrid mandiri yang harus dapat menjaga
keseimbangan antara kapasitas daya yang tersedia dengan permintaan daya beban.
Salah satu strategi yang digunakan untuk mengatasinya adalah dengan membentuk
klaster mikrogrid. Tantangan yang muncul dalam klaster mikrogrid adalah
permasalahan pembagian daya (power sharing) yang berimbang antar sumber serta
menjaga tegangan bus DC pada tegangan kerjanya.
Secara garis besar, skema kendali yang telah diajukan oleh para peneliti terbagi
menjadi tiga kelompok yaitu kendali tersentralisasi (centralized), terdistribusi
(distributed) dan terdesentralisasi (decentralized). Pengendali tersentralisasi dapat
mengatasi tantangan pembagian daya antar sumber serta menjaga tegangan bus
pada nilai acuannya, namun memerlukan dukungan jaringan komunikasi yang baik
serta sangat rentan mengalami kegagalan titik tunggal (single point failure). Selain
itu skema kendali ini juga membuat sistem mikrogrid tidak fleksibel. Kegagalan
titik tunggal dalam skema tersentralisasi dapat diminimumkan dengan menerapkan
skema kendali terdistribusi. Skema kendali ini menggunakan pengendali yang
tersebar di setiap lokal mikrogrid serta menerapkan algoritma koordinasi antar lokal
mikrogrid. Namun seperti halnya pengendali tersentralisasi, pengendali
terdistribusi juga menggunakan jaringan komunikasi dalam melakukan koordinasi
antar mikrogrid yang membuat kurang fleksibel ketika diperlukan perluasan
jaringan. Pengendali terdesentralisasi hanya menggunakan pengukuran di tiap lokal
mikrogrid, sehingga tidak memerlukan jaringan komunikasi, yang membuat skema
kendali ini paling fleksibel dibandingkan dua skema pengendali sebelumnya,
karenanya skema kendali ini sangat cocok untuk diterapkan pada daerah terpencil.
Dengan menggunakan kendali droop tegangan, skema pengendali ini dapat
melakukan pembagian daya antar sumber dengan baik, tetapi pengendalian
tegangan bus DC-nya masih kurang akurat. Karenanya pengembangan skema
pengendali terdesentralisasi pada klaster mikrogrid DC yang dapat berbagi daya
antar sumber dengan baik sekaligus dapat menjaga tegangan bus DC-nya, menjadi
pusat pembahasan dalam penelitian disertasi ini.
Untuk mewujudkan tujuan dari disertasi ini, penelitian dilakukan dalam empat
tahap. Pemodelan kendalian boost converter dilakukan dalam tahap pertama.
Kendalian dimodelkan menggunakan pendekatan PWA (Piece-Wise Affine)
sehingga perilaku kendalian yang tidak linier dapat dikendalikan dengan baik
menggunakan pengendali linier. Dalam tahap kedua dilakukan pengembangan
pengendali terdesentralisasi yang dapat mengekstrak energi matahari sesuai dengan
kondisi kecukupan energi. Strategi pengendalian ini diuji efektivitasnya
menggunakan simulasi serta eksperimen. Selanjutnya dalam tahap ketiga,
pengendali terdesentralisasi tersebut diterapkan dalam klaster mikrogrid DC
dengan menambahkan mekanisme penalaan fungsi bobot mode operasi panel PV
supaya tegangan bus DC dapat dijaga pada nilai nominalnya. Strategi pengendalian
klaster mikrogrid DC ini diuji efektivitasnya melalui eksperimen dalam penelitian
tahap keempat.
Kontribusi yang dihasilkan dari disertasi ini diantaranya adalah model rerata boost
converter paralel. Model rerata ini selanjutnya digunakan untuk menurunkan model
PWA boost converter paralel. Kontribusi lainnya adalah algoritma pembagian nilai
duty-cycle yang digunakan untuk menurunkan model PWA berdasarkan nilai akar
kuadrat galat terkecil. Fungsi pembobotan serta mekanisme penalaan fungsi bobot
mode operasi panel PV diajukan untuk memperbaiki kinerja skema pengendali
terdesentralisasi.
Dari hasil simulasi dan eksperimen diperoleh hasil bahwa model PWA yang
dihasilkan dapat digunakan untuk menyusun pengendali yang lebih akurat
dibandingkan dengan model pembanding. Pengendali yang diturunkan dari model
PWA boost converter paralel masih dapat mengendalikan sistem dengan baik,
meskipun beban telah bergeser hingga 2 ????????????????. Dalam eksperimen, sistem paralel
dua boost converter yang dikendalikan menggunakan pengendali ini memberikan
tanggapan tunak yang lebih cepat 0,5 detik dibandingkan pengendali optimal.
Fungsi transisi mode operasi ini berhasil mengurangi riak arus PV sebesar 67%,
riak arus baterai sebesar 40-50% dan riak tegangan bus sebesar 16%. Dari hasil
eksperimen diperoleh data indeks kinerja Integral of Time-weighted Absolute Error
(ITAE) pengendali yang diusulkan adalah lebih unggul dibandingkan dengan dua
jenis pengendali lainnya. Pada saat nilai SoC baterai bernilai 47% yaitu sebesar
24,23 sedangkan pengendali yang didasarkan pada model PWA yang pembagian
duty-cycle-nya seragam HSPD-PWA (Homogeneous Space Partitioned Duty cycle-
PWA ) bernilai 27,26 dan pengendali yang didasarkan pada model sinyal kecil
adalah 51,03. Demikian juga untuk kondisi SoC baterai bernilai 77% adalah sebesar
17,04, untuk sedangkan pengendali yang didasarkan pada model PWA yang
pembagian duty-cycle-nya linier HSPD-PWA bernilai 33,36 dan pengendali yang
didasarkan pada model sinyal kecil adalah 44,4. Dari hasil eksperimen sistem
kendali klaster mikrogrid DC, diperoleh data bahwa dengan penalaan fungsi transisi
mode operasi PV ini dapat menaikan daya yang diekstrak dari panel PV sebesar
8,2% hingga 16%, serta menurunkan daya pengisian baterai hingga 26% saat SoC
baterai bernilai 80%.