OPTIMALISASI DAVA KELUARAN PEMBANGKIT LISTRIKMIKRO IIYDRO (PLTMII) MELALUI CURRENT COMPENSATORPOWER OPTIMALIZATION FOR MICRO-EYDRO PO'IER PLANT

BY USING CURRENT COMPENSATOR)

Slam6t RiYadi, Leonardus Heru P.Lqboratotium Elektronika Daya, Teknik Elektro - FTI, Unika Soegiaplahata

ABSTRACT

Vicro-Hydro Power Plants (PLTMH) have been built in some oountries in lodonesia asaltemative ways to generate electricity for any relions which have no elechicity fiom PLN.Elecaic enelgy genefated by PLTMH are commonly used for loads such as el€ctdc motors,lamps, heaters, etc. This consumpsion will result ir] some powel components appear, theseare active power, reactive power and harmonics so the efficiency will be poor and finallythe amount ofpower that used by the people will be smaller' In this research a device calledcurrent compensator is installed in parallel connection to the system to recovery reactiveand harmonic power component. This compensator will inject curent components thatforce the generator only supply active power compenent. This condition will increase theefficiency. The core of a cunent compensator is power aonverter that is implemented byhigh speed static switches. They are controlled automatically to adapt the real condition.Analysis and laboratory experimental works aie done to validate.

Kel"words : actiee porrJe\ rcsclire power, harmonics, compensator

PEI\IDAHULUANEnergi listrik merupakan faktor

dominan yang mendorong pertumbuhanekonorni bangsa Indonesia sehinggaPemerintah terus beiusaha agar energilistrik dapat menjangkau selwuh lapisanmasyarakat. Bagi masyarakat dipedesaan, karena kondisi geografis danketelbatasan PLN maka hingga sa:t inib€lum dapat teraliri listrik sehinggatingkat pertumbuhan ekonominya tidaksecepat daerah di mana sudah tersedtaenergi listrik. Berbagai langkah telahdilal:ukan oleh masyarakat secaraswadaya maupun dengan bantuanPemerintah Daerah guna mendapatkanenergi listrik, Beberapa pembaogkit iist kskala kecil telah dapat diupayakan, diantatarya adalah PLTMH (PembangkitListrik Tenaga Mikro Hydro).

Suatu PLTMH sebenamYamerupakan skala kecii dad PLTA(Pembangkit Listlik Tenaga Ait yaitusuatu pembangkit listdk Yangrnemanfaatkan alimn air guna memutartubin air. Walaupun sangal bergantungpada kondisi musim {etapi jenispembangkit ini sangat murah dalamoperasion4lnya. PLTMH dapat dibangundari skala untuk memenuli kebutuhanlistrik beberapa penduduk hinggakebutuhan listdk untuk beberapa desa danumumnya terpisah dengan sistem PLN

PLTMH yang dibangun di suatuarea belum tentu akan mampu memenuhikebutuhan listdk bagi seluuh masyafakatdi area tersebd, hal ini sangat ditentukanoleh tersedianya alirar sungai yangtersedia. OIeh karena itu, energi listrikyang telah dibangkitkan harus mampudiubah menjadi daya yang dapat

dimanfaatkan oleh konsurnen(masyarakat). Hal ini menunjukkanbetapa pentingnya untuk mengubah dayasemu 0A) menjadi daya nyata (Watt)semaksimal mungkin. Jika nilai Wattsemakin tinggi maka akan semakinbanyak masyarakat yang dapat menikmatienergi listrik suatu PLTMH. Dengandemikian langkah menerapkan teknologiyang maopu mengoptimalkan dayakeluaran suatu PLTMH sangatdiperlukan,

Suatu compensator padaprinsipnya merupakan suatu pirantikonverter yang menggunakan saklar statisberkecepatan tinggi (dapat dipakarMOSFET atau IGBT) dan mulaiberkembang sejak dekade 80-an. Seiakmulai banyak digunakan beban motorlishik, lampu SEL maupun beban modemlainnya maka dampak negatifnya mulaidirasakan karena jika diabaikan akanmernperpendek umur peralatan [Lai danKey,l997l, [Grusz, 1990]. Untukmenguraogi pengaruh dari beban yangmenyerap daya reaktif dan harmonisamaka telah dilakukan beberapa antisipasi,antara lain dengan menggunakankomponen pasif (induktor dan kapasitor)untuk meinperbaiki walaupun ukuranmenjadi besar [Al-Zamil dan Torrey,20011, Konverter dapat diterapkansebagai compensator jenis tegangan(voltage) untuk me[gurangi beban sepertidi atas, dalam implementasinya dipasangsecara seri [Wang, dklc. 2001]. Penulisjuga telah mengembangka! kolvertersebagai compensator jenis arus (current)untuk melakukan reduksi terhadapdistolsi akibat b€ban tak linier. Konverterjenis ini dipasang di sisi beban [Riyadi,dkk. 20041, fRiyadi dan Haroen, 2005].

Pada penelitian ini dilakukanlangkah mengoptimalkan daya keluamnsuatu PLTMH melalui suatu dat yargdinamakan current compensator.Compensator yang menggunakan suatu

koDverter statis manpu menginj eksikatrdaya reaktif dan harmonisa sehingga dayalyata kelua.ran dari PLTMH akandiupayakan mendekati nilai VA-nya.

BAHAN DAN METODASuatu generator AC dengan rating

220V/50H2 pada kondisi ideal akanmclghasilkan tegangan AC yangmemiliki arti fisik berupa gelombangsinusoidal dengan nilai puncak sebesar^ ^ ^ F . , ,22u,12 volt dengan perioda sebesar 20mili dt (dalam 1 detik terjadi 50 buahgelombang sinusoidal). Jika generatordihubungkan dengan peralatan listrikmaka akan mengalir arus (bolak-balik)dari generator ke b€bao atau sebaliknya.

Arus yang bersifat resistif akanmerniliki gelombang dengan bertuk samateupi dengan ampliruda berbeda. kondisiini melgandung arti bahwa daya yangdihasilkan selalu mengalii dad sumbertegangan ke sisi beban. Secara vektordiagram daya maka nilai daya nyata (P)akan sama dengan nilai daya senu (S),Koldisi memiliki arti bahwa seluruh arusyang mengalir da &e generator akanmenghasilkan daya yang dapatdimanfaatkan. Beban-beban listrik yangmemiliki karakteristik seperti ini adalah :lampu bolam dan pemanas (heater) lLudan Key,l997l. Sedangkan arus induktifmemiliki sifat tergeser dari tegangan fasatetapi masih memiliki bentuk gelombangsama dengan tegangan. Arus indukrif inimemiliki pergeseran sudut fasa sebesar 90derajad terhadap tegangamya sehinggaakan menghasilkar nilai daya sesaat yangberubah dari positif dan negarif rerapinilai rata-ratanya sama dengan nol,kondisi ini mengandung arti bahwa dayayang dihasilkan akan mengalir darigeoentor ke sisi beban dan sebaliknya,Diagram vektor pada pembebananinduktif menunjukkal seluruh arus akalrdiubah menjadi daya reaktif yang tidak

dapat dimanfaatkan menjadi kerja makadengan dernikian daya yang bermanfaat(P) akar sama dengan nol,

Berbeda dengan arus resistif danarus induktif, arus harrnonisa memilikib€rtuk yang berbeda dengan gelombangtegangannya, Menurut Fou.riet, setiapgelombaog periodik dapat dinyatakandengan jumlah gelombang-gelombangsinusoidal. Arus hannonisa ini akanmenghasilkan nilai daya sesaat yangberubah dari positif dan negatif tetaprrilai mta-ratanya sama dengan nol,kondisi ini mengandung arti bahwa dayayang dihasilkan akan mengalir darisumber tegatgan ke sisi beban dansebaliknya [Riyadi, dkk. 2004]. Dalamimplementasi beban yang mengandungkomponen harmonisa sering dinamakanbeban lak linier. Beban rak linier jeniskapasitif sering dijumpai dalam peralatanlistrik yang menggunakan penyearahdioda dengan tapis kapasiror pada sisikeluarannya sedangkan beban tak linierjenis induktif sering dijumpai dalarnperalatan listrik yang menggunakanpenyearah rhyrisror/dioda dengan tapis

Perbaikan sistem denganp€mbebanan resistif.induktif dilakukanmelalui injeksi daya reaktif sebes (-Q)sehingga nilai S akan sama dengan P,Sedangkan perbaikan sistem dengan

induktor pada sisi keluarannya fGrusz,19901.

Pada pembebanan resistif akanterjadi kondisi di mana daya semu (S)sama dengan daya nyata (P). Pada kondisiini maka arus yang mengalir darigenemtor sepenuhnya diubah menjadidaya nyata atau dengan kata lain bahwadaya yang dihasilkan akan dapatdimanfaatkan menjadi kerja yargberguna. Sedangkan pada jemspembebanan selain resistif maka akanmuncul kornponen daya lainnya, yaitudaya reaktif (Q) dan daya harmonisa (H)di mana komponen daya ini akan bolak-balik dari sumber ke beban dansebaliknya. Komponen dala inisebenamya merupakan daya yangterpelangkap dalam sistem dan tidakdapat dimanfaatka! menjadi kerja.Mengalirnya komponen daya takbermanfaat ini akan menyebabkankeluaran dari suatu generato! jauh dibawah nilai rating-nya. Sehingga akanpemakaiao daya keluaran genemtor dapatoptimal maka harus dicapai kondisi dimana daya nyata sama dengan daya semu(P = s).

pembebanan resistif-harmonisa melaiulinjeksi daya harmonisa sebesar (-H)sehilgga nilai S akan sama dengan P.Perbaikan sistem dengan pembebananresistif-reaktif-harmonisa dilah:kan

4

Gb-l. Perbaikan pada sistem dengar pembebanan resistif-iuduldif (a) sebelum perbaikrn(b) sesudah p€rbalkan

melalui injeksi komponen daya reaktif GQ) dan daya harmonisa (-H) [Riyadi dan

Haroen,2005l.

vr+

Gb-2. Perbaikan pada siste$ dengatr pemb€banatr relistif-harmonisa (a) sebelumperbsikan (b) sesudab perbsikar

v.+

Gb-3. Perbaikan pada sistem dengan pembebanatr resistif-indnktif-harmoniss (a) sebelumperbaikatr (b) sesudah perbaikan

EASILPada Gb-4 disajikan skema

current compensator yang dipasangparalel antam gencrator dan beban. $ratucurrent compensqtot terdiri dari saklarstatis dengan induktor dan kapasito!,Tegangan gellerator akan dideteksi untukdipergunakan sebagai dasar referensi.Arus referensi dibentuk denganmengalikan tegangan generator dankelualarl kontrole! PI. Konstanta pengaliioi akan mengindikasikan nilai tegangankapasitor yang ko[stan, di mana padakondisi ini terjadi keseimbangan dayadalam sistem. Selanjutnya nilai arus

referensi akan dibandingkan dengan nilaianrs sumber serta selisihnya (n|lai error)akar dijadikan sebagai sinyal masukanbagi current controller. Diduukur padapulsa PWM yang keluar d?ui currentcontroller maka saklar statis akandikendalikan.

Dalam penelitian inl currentcompensator difungsikan untukmemberikan dan menyerap daya reaktifdan harmonisa dari beban listrik yangmenghasilkan daya jenis itu. Kapasitor(C) pada current compensator betg)rrauntuk menyimpan energi sesaat.

Gb-4. Skema current comDensator

Gb-5. Prototip compensator skala laboratorium dan generator AC sinkron yang diputarmotor DC untuk penggantiPLTMH

GL6, Hasil pengujian Iaboratorium (a) arus sumbersetelsh dipasang co mpensator (b)erus sumber sebelum dipasang compensator (c) tegangan sumber (d) arus sumber sebelum

dipasang compenstor

PEMBAHASANUntuk melakukan validasi

terhadap hasil analisa dan simulasi makadilakukan penncangan prototip alat skalalaboratorium (Gb-5). Untuk mendekatisuatu PLTMH maka dipakai suatugenerator AC sinkron yang diputardengan motor DC sedangkan untuk

membatasi agar tegangan yang digunakantidak terlalu tinggi maka digunakar suatutrafo penurun tegangan. Pada Gb-6disajikan hasil pengujian laboratoriumuntuk arus sumber pada kondisi sebelumdan sesudah pemasangan compensqtor,Sebelum pemasangan compensator makaarus sumber tidak berbentuk sinusoidal

vane meneindikasikan terkandungnyaiomionen

-hatmonisa sehingga Lidak

gfisien. Setelah pemastrg?a compensalormaka arus sumber menjadi sinusoidalvans memiliki efisiensi lebih baik.Coip'ersato, Yang diPasang selalumensinieksikal arus untuk terusrn"rnlk"u u-, sumber selalu sinusoidal.Faktor daya yang dapat dijadikan dasarmenilai efisiensi pemanfaatan energidapat dilihat pada gamba! tersebut, yaitutampak gelombang arus dan teganganvans merupakan dua gelombangsinu--soidal yang sefasa Kondisi inimenunjukkan bahwa faklor daya sistemmendekati satu (sesuai Gb-3b)

Pemanfaatan energi listrik untukbeban-beban Yang tidak linierrnenyebabkan munculnya komponen dayalain di luar komPonen daya rlyata.Komponen daYa tersebut akanmengurangi efi siensi pemanfaaran _energilisrrik. Kondisi ini ditandai dengan bentuk

SIMPULANSuatu comqewator dengan

imolementasi konvefer statrs mampumenginjeksikan komponen daya reak fdan harnonisa. Suatu PLTMH Yangumurnnya berskala kecil daPatdioptimalkan daya keluarannya yang

menurw akibat Pemakaian beban taklinie!. Optimalisasi ini dilakukan denganmemasang s\afu compehsatof .seaafaparalel dengan sistem semnggaco mpensator menginieksikan daya reaktifdan harmonisa sebesar daya reakrif danharmonisa yang ditinbulkan ol€h bebantak linier. Pada kondisi ini pembangkit(sumber) hanya akan mencatu daya nyatasehingga nilai daya nyata mampumendekati nilai VA-nYa.

UCAPAN TERIMA KASIHUcaDan telima kasih disampaikan kepadaBAiITBANG PROVINSI JAWATENGAH atas dukungan biaya penelitianini dan LPPM Unika Soegijapranata yang

telah memberi bantuan demi kelancaranpelaksanaannya.

Lai, J. S. dan Key, T. S. (1997) :Effectiveness of HarmonioMitigation EquiPrnent forCommercial Buildings, IEEETtais. on IndustryApplications, vol'33, no.4,1104-1110.

S., Haloen, Y., Sudirham, S.,Sughartono (2004), A VirtualInstantaneous Power BasedControl Method of a ShuntActive Power Filter for Three-Phase Four-Wile Syslems,Proceedings of lntetkational

anrs yangmeraikkanlistlik yang dihasilkan oleh generatormaka dapat dilakukan langkahpemasangan cufrent compehsatof yu\g

dihubungkan secara Paralel.

DAFTAR PUSTAKA

Al-Zamil, A.M. dan Toney, D A. (2001): A Passive Series, Aative

tidak sinusoidal. Untukefisiensi pemanfaatal energi

Shunt Filter for High PowerApplications, IEEE Trans onPower Electonics,'|0l,16'no ,1 , l0 l -109

Grusz, T. M. (1990) : A Survey ofN€utral Cunents in Thrce- RiYadi,Phase Compute! PowerSystems, ltEE Trans onIndus t ry APPI ications, v oL26'\o.4, 7 19-'125 .

Cohfercnce on ElecbicMachines qnd Systemtf,ICri4S), South Korea

Riyadi, S,, Haroen, Y (2005), A NewContlol Shategy for Three-Phase Shuot Active Pow€!Fiher that based on SourceInstantarcous Power,Prcceedings of Inte/nstionalPower Enginee ngC onfe r e nce (l P EC), Sirtgapore

fuyadi, S dan Haroen, Y. (2005),Analysis of InstattaneousRepresentative Active Power

Equality based ContlolMethod for Three Phase ShuntActive Power Filte!, ?7,e Sixt tInternationsl Conference onPower Electronics and D veEstems (PEDS), KualaLumpur, Malaysia

Wang, 2., Wang, Q., Yao, W., dan Liu,J. (2001) : A Sedes ActivePower Filter Adopting HybridControl Approach, IEEETrans. on Power Electrcnics,vol.l6, no.3,301-310.