Perpustakaan Digital ITB

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.