Seiring dengan menurunnya biaya sistem pembangkit listrik tenaga surya (PLTS)
dan harga komponen baterai, terjadi peningkatan penetrasi sistem PLTS dalam
bentuk jaringan listrik mikro atau microgrid (MG). Komponen utama dalam MG
adalah inverter (DC-AC) yang berfungsi sebagai antarmuka antara jaringan listrik
dan pembangkit listrik dari energi terbarukan. Performa MG ditentukan oleh
kemampuan pengontrol inverter melakukan regulasi tegangan. Regulasi tegangan
inverter terdiri dari beberapa parameter yaitu: (1) waktu transisi, (2) galat kondisi
tunak, dan (3) total harmonic distortion (THD). Oleh sebab itu, desain kontrol
inverter menjadi krusial ketika MG beroperasi menyuplai beban. Desain pengontrol
menggunakan metode linierisasi mengakibatkan pengontrol hanya dapat dijamin
stabil di sekitar titik operasi yang dipilih saat linierisasi. Perkiraan model linier
tersebut tidak dapat menangkap beberapa fenomena ketidaklinieran yang ada pada
sistem. Hal ini terjadi karena metode kontrol linierisasi mengubah persamaan ruang
keadaan non-linier menjadi linier melalui pendekatan fungsi linier atau pemotongan
deret Taylor.
Pada penelitian ini digunakan metode kontrol non-linier feedback linearization
(FL) untuk memperoleh bentuk linier dari persamaan ruang keadaan. Berbeda
dengan metode linierisasi dengan pemotongan deret Taylor, metode FL memilih
pasangan masukan dan keluaran yang sesuai, kemudian melakukan transformasi
peubah keadaan sehingga diperoleh model linier. Kestabilan sistem dibuktikan
dengan menunjukan dinamika internal model inverter (zero dynamics) merupakan
dinamika yang stabil. Sehingga dengan memilih penguatan (gain) umpan balik
yang sesuai pengontrol linier dapat membuat sistem non-linier dari inverter tetap
stabil. Meskipun metode kontrol dengan FL mampu menstabilkan dinamika
inverter, metode ini masih memiliki kelemahan pada galat kondisi tunak. Galat
kondisi tunak berhubungan dengan kemampuan pengontrol untuk melakukan
pelacakan terhadap referensi tegangan yang diinginkan. Oleh karena itu, metode
kontrol linear quadratic integral (LQI) digunakan untuk mendesain pengontrol
sehingga diperoleh penguatan statik umpan balik yang optimal. Sementara estimasi
seluruh peubah keadaan model inverter diperoleh dengan menggunakan derivative
free Kalman Filtering. Penerapan LQI dan filter Kalman pada model linier inverter
yang diperoleh dari FL diharapkan tidak hanya dapat meningkatkan kemampuan
pengontrol dalam melakukan regulasi tegangan sesuai dengan tegangan referensi (mengurangi galat keadaan tunak) secara lebih cepat tetapi juga menjaga seluruh
sistem tetap stabil.
Penelitian ini dibagi menjadi 4 tahap meliputi: (1) pemodelan dinamika sistem
menjadi persamaan ruang keadaan, (2) desain pengontrol menggunakan pendekatan
FL dan LQI, (3) simulasi sistem yang telah diberi pengontrol, serta (4)
implementasi HIL menggunakan pengontrol mikro. Desain pengontrol non-linier
optimal berdasar pada model matematika dari sistem yang berupa persamaan ruang
keadaan non-linier. Setelah diperoleh desain pengontrol, diperlukan desain filter
Kalman untuk memperoleh informasi peubah keadaan berdasarkan hasil
pengukuran peubah sistem inverter. Tahap terakhir adalah pengujian desain
pengontrol yang dilakukan melalui simulasi dan metode hardware in the loop
(HIL). Pengujian simulasi dan HIL dilakukan dengan tiga skenario. Skenario
pertama menguji kemampuan pengontrol untuk melacak tegangan referensi.
Sementara skenario kedua dan ketiga menguji kemampuan pengontrol ketika
inverter dihubungkan ke beban. Hasil uji kinerja pengontrol melalui simulasi dan
HIL menunjukan hasil yang sama. Pengontrol dapat melacak tegangan referensi
dalam waktu 0,75 detik dengan galat keadaan tunak 0,27% dan THD 0,10%. Hasil
pengujian dan penelitian ini dapat menjadi rujukan penelitian selanjutnya yang
ingin mengimplementasikan desain pengontrol ke perangkat riil.