Jurnal FORTECH https://journal.
org/index.
php/fortech/ DOI: https://doi.
org/10.
56795/fortech.
p-ISSN: 2721-2858 e-ISSN: 2720-9253 Penerapan SMES untuk Load Frequency Control pada PLTMH Menggunakan Ant Colony Optimization Faisal, 2 Muhammad Ruswandi Djalal, 3Machrus Ali Jurusan Teknik Mesin.
Politeknik Negeri Ujung Pandang.
Makassar Jurusan Teknik Elektro.
Universitas Darul Ulum.
Jombang faisaltane@gmail.
com, 2 wandi@poliupg.
id, 3 machrus7@gmail.
Article Info
ABSTRACT
Article history:
Received January 12 , 2024 Revised February 24th, 2024 Accepted March 6th, 2024 Keyword:
Micro Hydro
Frequency SMES
ACO
Overshoot This research proposes an additional controller for load frequency control at a micro hydro power plant using PID-SMES.
The PID-SMES parameters are optimized using smart methods called Ant Colony Optimization (ACO), which could find the optimal value of PID-SMES.
In this paper four control approaches are compared which are P.
PI.
PID.
SMES, and PID-SMES.
From the simulation results, it can be obtained that overshoot of P controller is -0.
0002193, with PI Controller is -0.
0002183, with PD Controller is -0.
0002139, with PID controller is 0.
0002129, with SMES controller is -0.
0001958, and with PID-SMES is -4.
ACO optimization results obtained fitness function value of 7.
15e-09, with 50 The minimum value of the system performance function at each iteration is plotted on the convergence graph.
In the simulation result, it can be concluded that the ACO algorithm could be quickly convergence on the 14th iteration or find the most optimal value at the 9th iteration.
The PID-SMES controller proposed in this study has a significant influence in the damping of the oscillation of frequency Therefore.
PID-SMES is appropriate to be applied to micro-hydro power Copyright A 2024 Jurnal JEETech.
All rights reserved.
Corresponding Author:
Faisal Jurusan Teknik Mesin.
Politeknik Negeri Ujung Pandang Jl.
Perintis Kemerdekaan KM.
Email: faisaltane@gmail.
AbstrakAiPenelitian ini mengusulkan pengontrol tambahan untuk Load Frequency Control (LFC) pada pembangkit listrik tenaga mikro hidro menggunakan PID-SMES.
Parameter PID-SMES dioptimalkan menggunakan metode pintar yang disebut Ant Colony Optimization (ACO), yang dapat menemukan nilai PID-SMES yang optimal.
Dalam tulisan ini dibandingkan empat pendekatan pengendalian yaitu P.
PI.
PID.
SMES, dan PID-SMES.
Dari hasil simulasi diperoleh overshoot kontroler P sebesar -0.
0002193, dengan kontroler PI sebesar -0.
0002183, dengan kontroler PD sebesar -0.
0002139, dengan kontroler PID sebesar 0.
0002129, dengan kontroler SMES sebesar -0.
0001958, dan dengan kontroler PID-SMES sebesar -4.
Hasil optimasi ACO diperoleh nilai fungsi fitness sebesar 7.
15e-09, dengan 50 iterasi.
Nilai minimum fungsi kinerja sistem pada setiap iterasi diplot pada grafik konvergensi.
Dari hasil simulasi dapat disimpulkan bahwa algoritma ACO dapat cepat konvergen pada iterasi ke-14 atau menemukan nilai paling optimal pada iterasi ke-9.
Kontroler PID-SMES yang diusulkan pada penelitian ini mempunyai pengaruh yang signifikan dalam meredam osilasi deviasi frekuensi.
Oleh karena itu.
PID-SMES layak diterapkan pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro.
Kata Kunci: Micro Hydro.
Frequency.
SMES.
ACO.
Overshoot
Jurnal FORTECH
PENDAHULUAN
Stabilitas menjadi perhatian utama dalam sistem operasi mikrohidro, karena pada kondisi tunak, kecepatan rata-rata seluruh pembangkit harus sama atau dalam keadaan sinkron.
Frekuensi dan tegangan yang dihasilkan generator mikrohidro sangat dipengaruhi oleh kecepatan putar generator, kecepatan putar generator mikrohidro sangat dipengaruhi oleh perubahan beban.
Beban listrik yang disalurkan mikrohidro pada malam hari akan berkurang terutama pada pukul 23.
Hal ini menyebabkan poros generator berputar lebih cepat.
Akibatnya frekuensi listrik akan meningkat dan membahayakan peralatan listrik konsumen.
Mekanisme pengendalian mikrohidro dilakukan secara otomatis dengan mengatur posisi bukaan pintu, sehingga aliran air yang masuk dapat disesuaikan dengan beban listrik.
Oleh karena itu, untuk memberikan adaptasi yang lebih baik terhadap perubahan beban, digunakan Load Frequency Control (LFC).
Pada tulisan ini.
LFC Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES).
SMES
penyimpanan energi yang dapat beroperasi dengan cepat dan otomatis.
Namun diperlukan optimalisasi parameter SMES agar kinerja SMES optimal.
Oleh karena itu, dalam makalah ini metode Ant Colony Optimization (ACO) kelebihannya untuk melakukan tuning parameter PID-SMES.
Pada beberapa penelitian terdahulu, banyak peneliti yang membahas penerapan SMES pada sistem tenaga listrik, seperti pada .
yang membahas tentang penerapan SMES pada turbin Ref .
membahas aplikasi UKM pada smart Penerapan SMES sebagai pengontrol frekuensi pada sistem tenaga juga telah dibahas, seperti pada .
, dan .
pada pembangkit listrik termal.
Optimasi parameter SMES menggunakan metode cerdas telah dibahas pada ref .
, pada .
menggunakan Fuzzy Logic, pada .
menggunakan Cuckoo Search Algorithm, pada .
menggunakan Imperialist Competitive Algorithm, dan .
menggunakan Particle Swarm Optimization.
Dari penelitian di atas dapat diketahui bahwa SMES dapat menjadi pilihan yang cocok untuk penyimpanan energi dan kompensator jika dikontrol dengan benar menggunakan metode cerdas.
Dalam tulisan ini, optimalisasi parameter SMES menggunakan Ant Colony Optimization (ACO) diusulkan untuk mengontrol deviasi frekuensi beban pada sistem pembangkit listrik mikrohidro.
Vol.
No.
1, .
Metode cerdas berbasis Ant Colony Optimization (ACO) merupakan metode yang terinspirasi dari perilaku semut dalam mencari sumber makanan secara berkelompok .
Algoritma ACO akan bekerja berdasarkan Objective Function yang meminimalkan Integral Time Absolute Error (ITAE).
Implementasi ACO juga telah banyak digunakan pada penelitian lain, karena hasilnya sangat optimal dalam melakukan proses komputasi, seperti pada.
untuk Power System Stabilizer.
Beberapa contoh pengendalian penyimpanan lainnya seperti Penyimpanan Energi Kapasitif, juga menghasilkan keluaran pengendalian yang baik.
PEMODELAN SYSTEM
Pemodelan Pembangkit Mikro Hidro Pembangkit listrik tenaga mikrohidro merupakan salah satu pembangkit listrik terbarukan yang memanfaatkan perbedaan ketinggian dan jumlah debit air.
Debit air dapat bersumber dari saluran irigasi, sungai atau air terjun.
Aliran air ini akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi Energi ini kemudian menggerakkan generator dan menghasilkan listrik.
Lokasi terbaik untuk pemasangan pembangkit listrik tenaga mikrohidro adalah lokasi yang mempunyai sumber air yang aliran airnya selalu mengalir sepanjang Secara teoritis, besarnya daya listrik yang dapat dihasilkan oleh suatu pembangkit listrik tenaga mikrohidro sangat bergantung pada nilai debit air Q yang melewati pipa dan juga tinggi air terjun H.
Persamaannya adalah sebagai berikut:
Pth [W ] A Q.
3 / .
H .
k[ N / kg ] .
Karena efisiensi turbin dan efisiensi generator yang ditentukan oleh masing-masing pabrikan dengan nilai sekitar 0,85, maka nilai daya riil yang dihasilkan Preal menjadi lebih rendah dibandingkan Pth.
Preal [W ] A Q.
3 / .
k[ N / kg ].
Aturbin .
Agen Untuk pompa yang digunakan sebagai turbin, nilai efisiensinya berkisar antara 0,6 hingga 0,8.
Untuk turbin aliran silang, nilainya berkisar antara 0,5 hingga 0,7.
Sedangkan generator yang digunakan pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro biasanya merupakan generator induksi, kemudian motor servo dioperasikan sebagai gubernur.
Untuk mensimulasikan sistem yang diteliti digunakan program MATLAB-SIMULINK.
Gambar 1 menunjukkan konfigurasi pembangkit listrik mikrohidro yang dirancang.
Jurnal FORTECH Vol.
No.
1, .
Gain2 Tb.
s A 1 Turbine1 Water Discharge A Tg.
s A 1 Induction Generator1 Scope Load Exchange1 PID Controller Ts.
s A 1 Rate Limiter1 Servo Motor As Governor1 T .
s A 1 Error Detection1 Gain3 Gambar 1.
Blok Diagram Mikro Hidro.
Dari blok pendeteksi kesalahan, sinyal iO akan diteruskan ke blok servomotor yang digunakan sebagai Govenor.
Pada blok ini terdapat parameter yaitu Ks dan Ts.
Sedangkan pada sisi keluaran gubernur terdapat sinyal yang diumpankan kembali sebagai nilai masukan ke gubernur.
Selain itu keluaran dari gubernur dilewatkan ke rate limiter yang berfungsi untuk membatasi sinyal pada nilai saturasi tertinggi dan terendah yang telah ditentukan Keluaran dari pembatas laju ini diteruskan sebagai masukan pada blok turbin air.
Tabel 1 menunjukkan parameter mikrohidro yang digunakan dalam penelitian ini.
dalam medan magnet yang diciptakan oleh arus DC pada kumparan superkonduktor.
SMES terdiri dari kumparan superkonduktor, sistem pendingin cyrogenic, dan sistem pengkondisian daya (PCS) dengan fungsi kontrol dan proteksi.
PCS juga disebut sebagai hub elektronika daya dari koil SMES.
Gambar 2 menunjukkan diagram skema SMES.
Tabel 1.
Mikro Hidro Parameter.
Parameter Nilai 13,333 8,52 0,02 400/231 Note Water turbine time response .
Strengthening the generator regulator .
Response time induction generator .
Error Detection confirmation constant Frequency deviation constant Strengthening Error Detection Time response Error Detection The governor's time constant .
Strengthening governor Micro hydro power generator rating .
VA) Power factor Nominal voltage generator (V) Nominal rotational speed .
The nominal frequency of micro hydro (H.
Pemodelan Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) SMES merupakan suatu peralatan yang dapat menyimpan dan mengeluarkan daya dalam jumlah besar secara bersamaan.
SMES menyimpan energi Gambar 2.
Diagram Skematik SMES.
Pada prinsipnya, superkonduktor mempunyai kerugian mendekati nol pada suhu yang sangat Pendingin yang digunakan adalah cairan Helium yang mampu mendinginkan hingga 4 K.
PCS digunakan untuk mentransfer energi dari kumparan SMES ke sistem.
PCS menggunakan kapasitor tautan dc untuk menghubungkan sumber tegangan dari koil SMES ke sistem.
Prinsip kerja SMES terbagi menjadi tiga, yaitu mode pengisian daya, mode siaga, dan mode pengosongan.
Pengaturan kinerja SMES dilakukan dengan mengatur duty cycle (D) konverter yang dalam hal ini menggunakan thyristor Gate Turn Off (GTO) seperti yang diilustrasikan pada Gambar 3.
Untuk mengontrol keseimbangan daya generator secara Jurnal FORTECH Vol.
No.
1, .
SMES ditempatkan pada terminal bus Dari beberapa persamaan acuan SMES, diagram blok pengontrol PID-SMES yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 4.
Pada penelitian ini PID-SMES dipasang pada sistem tenaga listrik mikrohidro.
Pemasangan PID-SMES berada pada terminal bus generator induksi pada saat terjadi beban pergantian beban.
Voltage Source Converter menggunakan GTO DC link capacitor DC-DC chopper Ism AC 3 fasa .
ari bus Bypass Trafo Kumparan SMES Gambar 3.
Konfigurasi SMES
( K I SK D )
1 STw p S 1 STDC
VSM
SLSM
PSM
ISM
Id0 Gambar 4.
Blok diagram PID-SMES Ant Colony Optimization Penentuan Jarak Kota yang dimaksud di sini adalah besarnya nilai pembangkitan masing-masing pembangkit.
Sebelum perjalanan, jarak pembangkitan pembangkit satu dengan pembangkit lainnya dihitung terlebih dahulu .
Setelah inisialisasi, semut ditempatkan di kota pertama secara acak.
Kemudian semut akan melanjutkan perjalanannya dari satu kota ke kota lain secara acak hingga tujuan akhir yaitu kota Setelah perjalanan selesai, lokasi kota yang dilalui semut akan digunakan untuk menghitung solusi yang dihasilkan dari perjalanan tersebut.
Ant Tour Semut memilih jalur yang akan dilalui dari titik r ke titik s dalam suatu perjalanan dengan p.
, .
A A.
, .
s, l Ea Nkr , .
, .
A A E A.
, .
A AEy k .
, .
dimana dengan interval 0 < <1 adalah ketahanan feromon, maka .
- ) menyatakan penguapan yang terjadi pada feromon dan ik .
, .
adalah jumlah feromon yang dijatuhkan semut pada garis .
, .
Update Local Pheromones Jejak feromon .
, .
untuk perjalanan terbaik yang dilakukan semut .
emut yang menghasilkan biaya pembangkitan terkeci.
akan diperbarui menggunakan persamaan berikut.
A ( r , .
A A E A ( r , .
A r, s Ea J kbest f best dengan Q adalah konstanta positif yang sangat Update Global Pheromones Untuk menghindari stagnasi .
ituasi di mana semut akan mengikuti jalur yang sama, yang akan menghasilkan solusi yang sam.
, kekuatan jejak feromon dibatasi pada interval berikut:
E A if A.
, .
C A min E , .
A E min E E A max if A.
, .
C A max E Batas atas dan batas bawahnya adalah sebagai A max A .
A E f best A min A A max dengan M adalah banyaknya semut yang melakukan Ants Plot Travel Solusi perjalanan koloni semut dalam meminimalkan biaya pembangkitan diplot ke dalam grafik hingga batas iterasi maksimum.
Best Tour Plot Perjalanan dengan solusi terbaik dari koloni semut .
iaya pembangkitan minimu.
untuk setiap iterasi diplot ke ambang batas iterasi maksimum.
Initialization of Pheromones (Tau Matri.
Matriks tau berukuran n x m, dengan jumlah bus pada sistem, sedangkan jumlah unit pembangkit yang dihasilkan pada skala 0 sampai 1 mempunyai interval 0,01.
Nilai matriks ini akan diperbarui setiap kali koloni semut melakukan perjalanan.
dimana matriks .
, .
mewakili besarnya intensitas feromon antara titik r dan s.
Kemudian feromon akan diperbarui melalui persamaan berikut:
Jurnal FORTECH Vol.
No.
1, .
HASIL DAN PEMBAHASAN
Table 4 Results of Tuning of SMES-PID Parameters Limits Parameter Results Lower limit Upper limit Tdci Ksmes Fungsi tujuan yang digunakan dalam penelitian ini adalah meminimalkan Integral Time Absolute Error (ITAE).
ITAE A E t AEA.
) dt Parameter SMES-PID yang disetel oleh ACO adalah Kp.
Ki.
Kd.
Tdci, twi, dan Ksmes.
Data parameter ACO dan grafik konvergensi ACO ditunjukkan pada Tabel 2-3 dan Gambar 5 di Table 2.
Parameter ACO Parameter Nilai Jumlah Ant Max Iterasi Feromone (Alph.
Beta Table 3.
Hasil Optimasi SMES-PID menggunakan ACO Best Solution = Columns 1 through 4 Columns 5 through 6 Gambar 5.
Proses Konvergensi Ant Colony Optimization Gambar 6 sampai 7 menunjukkan desain pembangkit listrik tenaga mikrohidro yang digunakan dalam penelitian ini.
Gambar 6 menunjukkan desain model mikrohidro dengan pengontrol PID-SMES.
Gambar 7 menunjukkan desain model SMES.
Hasil optimasi ACO diperoleh nilai fungsi fitness 15e-09, dengan 50 iterasi.
Nilai minimum fungsi kinerja sistem pada setiap iterasi diplot pada grafik konvergensi yang ditunjukkan pada Gambar Pada Gambar tersebut terlihat bahwa algoritma ACO dapat dengan cepat konvergen pada iterasi ke9 atau menemukan nilai paling optimal pada iterasi ke-9 .
Tabel 4 menunjukkan nilai hasil optimasi parameter SMES-PID setelah tuning oleh ACO.
Gambar 6.
Blok Diagram SMES Gain2 Tb.
s A 1 Turbine1 In1 Tg.
s A 1
Out1
Induction
Generator1
Load Exchange1
Pces
PID-SMES
Delta w
PID-SMES
Ts.
s A 1 Rate Limiter1 Servo Motor As Governor1 T .
s A 1 Error Detection1 Gain3 Gambar 7.
Desain Kontrol PID-SMES Jurnal FORTECH Simulasi pertama dijalankan untuk mengetahui respon frekuensi mikrohidro tanpa menggunakan Dari hasil simulasi terlihat bahwa respon osilasi frekuensi cukup besar yaitu sebesar 0,0003179.
Perhatikan bahwa untuk semua desain sistem pembangkit listrik tenaga mikro hidro, diharapkan deviasi frekuensinya nol.
Tanpa pengontrol, deviasi frekuensi mempunyai overshoot yang besar, serta settling time yang lama sehingga sistem dapat kembali ke kondisi tunak.
Hasil simulasi pembangkit listrik tenaga mikrohidro tanpa kendali akan dijadikan acuan dalam perancangan kendali frekuensi mikrohidro.
Perancangan kendali yang pertama adalah dengan menggunakan kendali proporsional (P) untuk kendali frekuensi pada pembangkit listrik Parameter proporsional dioptimasi menggunakan metode ACO.
Hasil simulasi menunjukkan respon yang lebih baik dibandingkan dengan sistem tanpa kendali, dimana overshoot pada sistem ini adalah 4.
Settling time pun semakin bertambah dan menunjukkan hasil yang baik, karena sistem kembali ke kondisi tunak lebih cepat dibandingkan sistem tanpa adanya pengontrol.
Perancangan menggunakan pengontrol proporsional-integral (PI) untuk pengontrolan frekuensi pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro.
Parameter pengontrol PI juga dioptimasi menggunakan metode ACO.
Dari hasil simulasi terlihat respon yang lebih baik dibandingkan dengan sistem tanpa kendali dan proporsional, dimana overshoot pada sistem ini Settling time pun semakin bertambah dan menunjukkan hasil yang baik, karena sistem kembali ke kondisi tunak lebih cepat dibandingkan sebelumnya.
Berdasarkan respon kinerja pengontrol frekuensi sebelumnya, kinerja pengontrol masih dapat ditingkatkan lebih baik dibandingkan algoritma kontrol sebelumnya.
Untuk mencapai hal tersebut diterapkan pengontrol proporsional-derivatif (PD) untuk pengaturan frekuensi pada mikrohidro.
Parameter pengontrol PD juga dioptimasi menggunakan metode ACO.
Dari hasil simulasi terlihat respon yang lebih baik dibandingkan dengan kontroler PI, dimana overshoot pada sistem ini Settling time juga meningkat lebih baik dibandingkan kedua algoritma kontrol Pengendali PID adalah kandidat berikutnya yang akan digunakan dalam penelitian ini.
Seperti Vol.
No.
1, .
menggunakan metode ACO.
Hasil simulasi menunjukkan respon yang lebih baik dibandingkan dengan ketiga kontroler sebelumnya, dimana overshoot pada sistem ini sebesar -0.
0002129 dan settling time memberikan respon yang lebih baik dibandingkan dengan ketiga skema kontrol Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa kombinasi PID menunjukkan kinerja yang lebih memuaskan.
Perancangan Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES).
Parameter pengontrol SMES juga dioptimasi menggunakan metode ACO.
Hasil simulasi menunjukkan respon yang lebih memuaskan dibandingkan seluruh kontroler sebelumnya, dimana overshoot pada sistem ini sebesar -0.
Settling time juga menunjukkan hasil yang sangat baik, karena sistem kembali ke kondisi tunak lebih cepat dibandingkan dengan tren yang ditunjukkan oleh pengontrol Dengan hasil yang signifikan baik untuk PID maupun SMES, diusulkan skema kontrol frekuensi baru untuk frekuensi mikrohidro menggunakan kombinasi PID-SMES.
Parameter pengontrol PIDSMES juga dioptimasi menggunakan pendekatan ACO.
Dari hasil simulasi terlihat respon yang lebih memuaskan dibandingkan seluruh kontroler sebelumnya, dimana overshoot pada skema ini Settling time juga menunjukkan hasil yang sangat baik, karena sistem kembali ke kondisi tunak lebih cepat dibandingkan semua skema pengendalian yang diusulkan sebelumnya.
Oleh karena itu, dapat diketahui bahwa kombinasi PID-UKM menunjukkan kinerja yang lebih Perbandingan respon frekuensi mikrohidro seluruh metode pengendalian dapat dilihat pada Gambar 8.
Tabel 5.
Profil Overshoot and settling time Overshoot Skema .
Uncontrol Proportional Proportional-Integral (PI) Proportional-Derivative (PD) Proportional-Integral-Derivative (PID) Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES PID-SMES Jurnal FORTECH Vol.
No.
1, .
Gambar 8.
Perbandingan Respon Frekuensi Mikro Hidro Berdasarkan perbandingan seluruh respon frekuensi yang ditunjukkan pada Gambar 9, dapat disimpulkan bahwa pembangkit listrik tenaga mikrohidro memerlukan suatu pengontrol untuk meredam osilasi frekuensi akibat perubahan beban.
Kontroler PID-SMES yang diusulkan pada penelitian ini mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap redaman osilasi pada pembangkit listrik Metode Ant Colony Optimization merupakan algoritma yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan optimasi parameter pengontrol.
Dengan parameter PID dan SMES yang optimal, kinerja mikrohidro dapat lebih optimal dalam mengendalikan dinamika perubahan DAFTAR PUSTAKA