ELKOMIKA | ISSN (p): 2338-8323  | ISSN (e): 2459-9638

## PLTS Transformerless Tegangan 20 kV menggunakan Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter

## ANGGARA BRAJAMUSTHI, SRI UTAMI, DJAFAR SODIQ
Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung Email: anggarabrajamusthi@gmail.com
Received 17 Oktober 2017 | Revised 15 Desember 2017 | Accepted 28 Januari 2018

## ABSTRAK
Aplikasi  dari  inverter  multilevel  pada  sistem  Pusat  Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS) dapat  menghilangkan  kebutuhan  terhadap  transformator,  sehingga  dapat mengurangi  biaya  investasi,  mengurangi  kompleksitas  instalasi  dan menghilangkan rugi-rugi daya transformator. Pada penelitian ini, sebuah inverter dengan  topologi  Cascaded  H-Bridge  Multilevel  Inverter  dirancang  agar  mampu mengubah  tegangan  rendah  DC  dari  beberapa  Photovoltaic  (PV)  array  menjadi tegangan fasa-fasa 20 kV AC. Perancangan menghasilkan sebuah inverter 3 fasa 27-level  dimana  setiap  level  masing-masing  memiliki  PV  array,  DC-DC  boost converter,  H-bridge  inverter,  dan  keluaran  3  fasa  terhubung  dengan  filter  LCL. Setiap  komponen  dari  inverter  dan  sistem  tersebut  kemudian  dimodelkan  pada MATLAB Simulink untuk mensimulasikan kinerja dari setiap komponen dan sistem pada Standard Test Condition (STC) dari modul PV. Pada keadaan STC, daya 3 fasa maksimum yang dapat dihasilkan adalah 1,716 MW atau 68,54% dari daya DC maksimum sebesar 2,5 MWp. Sistem dapat menghasilkan tegangan fasa-fasa keluaran sebesar 20 kV dengan Total Harmonic Distortion (THD) di bawah 5%.
Kata kunci : Pusat Listrik Tenaga Surya (PLTS), photovoltaic, Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter

## ABSTRACT
The application of Multilevel Inverter in a Photovoltaic Solar Power Plant system could eliminate the needs of step-up transformer, which will reduce the system investment cost, simplify the system installation and also eliminate power losses of the transformer. In this paper, an inverter design was proposed with Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter topology that is capable of converting low voltage DC power from several PV arrays into 20 kV AC power. The design resulted a 3 phase 27-level inverter where each level in the inverter has its own photovoltaic array, DC-DC boost converter, H-bridge inverter, and the 3 phase output is connected to LCL filter. Each component of the Inverter and the system were then modelled in MATLAB Simulink to simulate the operation of the components and the system at PV Standard Test Condition (STC). At STC, the maximum 3 phase output power of the system is 1,716 MW or 68,54% of maximum DC power of 2,5 MWp. The system can reach 20 kV of output voltage with less than 5% THD.
Keywords: Photovoltaic Power Plant System, PV, Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter
PLTS Transformerless Tegangan 20 kV Menggunakan Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter

## 1. PENDAHULUAN
Pusat  Listrik  Tenaga  Surya  (PLTS)  di  dunia  sedang  mengalami  pertumbuhan  yang  pesat, termasuk  di  Indonesia.  Kelebihan  dari  PLTS  adalah  instalasi  yang  relatif  mudah  dan  tidak membutuhkan  bahan  bakar  untuk  menghasilkan  listrik.  Namun  di  Indonesia  saat  ini penggunaan  PLTS  terbatas  pada  skala  kecil  untuk  keperluan  rumah  tangga  hingga  skala beberapa  megawatt  untuk  disuplai  ke  jaringan.  Penyebabnya  adalah  listrik  yang  dihasilkan PLTS tidak stabil sepanjang hari (jika tidak menggunakan baterai) serta membutuhkan biaya investasi awal yang relatif tinggi. Penggunaan PLTS yang dihubungkan dengan sistem jaringan dapat  menghemat  penggunaan  bahan  bakar  pada  pembangkit  listrik  lain  karena  sebagian beban  listrik  disuplai  oleh  PLTS.  Untuk  menyuplai  jaringan,  PLTS  harus  memiliki  tegangan keluaran  sama  dengan  tegangan  menengah  dari jaringan  (hingga 20 kV  untuk  Indonesia). Rujukan (Advanced-Energy, 2014) menjelaskan bahwa pada PLTS konvensional, tegangan DC dari PV array dibatasi pada 600 V atau 1000 V untuk alasan keselamatan dan tegangan efektif AC keluaran inverter akan lebih rendah dari tegangan DC masukan. Oleh karena itu, PLTS membutuhkan transformator penaik tegangan. Transformator tersebut pada umumnya memiliki  dimensi yang besar, berat, mahal, serta memiliki rugi-rugi daya ketika berbeban dan bahkan ketika tanpa beban.
Rabiul Islam, dkk dalam bukunya (Islam, Guo, & Zhu, 2014) menjelaskan bahwa dengan perkembangan teknologi semikonduktor, konversi tegangan rendah DC menjadi AC dengan tegangan  yang  lebih  tinggi  dapat  dilakukan  dengan  menggunakan multilevel  inverter. Multilevel inverter memiliki beberapa jenis topologi yang dapat diaplikasikan sesuai dengan kebutuhan. Topologi-topologi tersebut diantaranya adalah Neutral Point Clamped (NPC), Flying Capacitor (FC), dan Cascaded H-bridge Multilevel Inverter (CHMI). Topologi-topologi tersebut memiliki  kekurangan  dan  kelebihan  tersendiri.  Jika  dilihat  konstruksinya,  topologi  NPC membutuhkan komponen tambahan seperti kapasitor dan dioda dengan jumlah yang banyak dan akan semakin banyak ketika level inverter bertambah. Untuk topologi FC, jumlah kapasitor akan meningkat secara kuadratis seiring dengan meningkatnya jumlah level. Pada penelitian ini, topologi yang akan digunakan adalah topologi CHMI karena tidak membutuhkan komponen tambahan seperti dioda atau kapasitor. Gambar 1 menunjukkan beberapa rangkaian topologi multilevel inverter dengan jumlah level yang sama.
(a) (b)
(c)
Gambar 1. Topologi Neutral Point Clamped (a), Flying Capacitor (b), dan Cascaded H- Bridge Multilevel Inverter (c). (Islam, Guo, & Zhu, 2014)
Sampai  saat  ini  telah  ada  beberapa  penelitian  mengenai  teknologi  konverter  berbasis semikonduktor  untuk  menghasilkan  tegangan  menengah  (6-33  kV)  dengan  menggunakan inverter multilevel, salah satunya adalah penelitian yang dilakukan oleh Md. Rabiul Islam dkk yang  dibukukan  dalam (Islam,  Guo,  &  Zhu,  2014) .  Pada  penelitian  tersebut  dilakukan pemodelan  dari modular multilevel inverter dengan tegangan keluaran 11 dan 33 kV serta pembuatan model hardware untuk tegangan keluaran 1 kV. Namun sistem pada penelitian tersebut  menggunakan  sumber  tegangan  DC  ideal,  bukan  menggunakan  modul  PV.  Pada penelitian  ini,  model  sistem  dibuat  dengan  menggunakan  sumber  DC  yang  berasal  dari pemodelan modul PV.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan rancangan Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter tegangan 20 kV untuk sistem PLTS tanpa transformator, membuat model sistem PLTS dengan Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter pada MATLAB Simulink, dan melakukan simulasi dan analisis kinerja sistem pada kondisi Standard Test Condition (STC).

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Proses Perancangan, Pemodelan dan
Simulasi dimulai Perancangan Inverter Penentuan konfigurasi sistem PLTS Pemodelan Inverter dan Sistem PLTS pada Simulink Sistem dapat bekerja Perancangan dan simulasi Selesai Simulasi Kinerja Sistem pada Standard Test Condidition (STC) Analisis Hasil Kesalahan dalam Pemodelan Ya Tidak Tidak Data hasil simulasi kinerja komponen dan sistem
Gambar 2. Tahapan Perancangan, Pemodelan dan Simulasi dari Inverter dan Sistem
Penelitian  ini dilakukan dengan  metoda pemodelan  dan  simulasi. Penelitian  diawali dengan melakukan  identifikasi  masalah  dan  studi  literatur  lalu  dilanjutkan  dengan  perancangan, pemodelan dan simulasi dari inverter dan sistem, tahapan tersebut ditunjukkan pada Gambar 2. Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter yang dirancang terdiri dari beberapa komponen di
PLTS Transformerless Tegangan 20 kV Menggunakan Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter
dalamnya, yaitu DC-DC boost converter, H-Bridge Inverter, dan LCL filter. Kemudian, setiap komponen  dimodelkan  pada  MATLAB Simulink  dan  dilakukan  simulasi  sistem  pada  kondisi Standard Test Condition (STC) dimana nilai level iradiasi 1000 W/m2 dan temperatur PV 25 o C. Dari simulasi tersebut akan didapatkan data hasil pengukuran yang terdiri dari tegangan, arus,  dan  daya  keluaran  serta  nilai  THD  tegangan  dan  arus.  Perancangan  sistem inverter dilakukan dengan tahapan pada Gambar 3.

## Gambar 3. Tahapan Perancangan Inverter

## 2.1 Penentuan Spesifikasi Jaringan
Spesifikasi jaringan yang dipilih adalah Jaringan Tegangan Menengah (JTM) tegangan fasa- fasa 20 kV dengan frekuensi 50 +0,5 Hz. Spesifikasi jaringan tersebut adalah parameter yang dibutuhkan untuk perancangan inverter dan sistem. Namun perlu diperhatikan bahwa pada penelitian ini tidak dilakukan simulasi operasi sistem PLTS yang dihubungkan dengan jaringan (kerja  paralel sinkron). Berdasarkan  IEEE  929 dan  519, PLTS  harus dapat  beroperasi pada rentang tegangan 88% hingga 110% atau 17,6 kV – 22 kV dengan THD yang tidak melebihi 5%.

## 2.2 Penentuan Jumlah Level Inverter
Dengan merujuk pada (Islam, Guo, & Zhu, 2014) , Penentuan nominal tegangan dan jumlah level inverter dilakukan dengan menggunakan Persamaan (1). Jumlah level (m) ditentukan dengan mempertimbangkan faktor utilisasi dari insulated gate bipolar transistor (IGBT) yang digunakan  dengan  Persamaan  (2),  sehingga  dilakukan  beberapa trial  untuk  mendapatkan jumlah  level  dan  tegangan  nominal  DC. 𝑉 𝑐𝑜𝑚@100𝐹𝐼𝑇 merupakan  tegangan  komutasi  yang diperbolehkan pada IGBT sesuai dengan datasheet. Sebagai contoh, IGBT 6,5 kV; 3,3 kV dan 12,5 kV memiliki tegangan komutasi masing-masing 3,6 kV; 1,8 kV dan 1,2 kV.
𝑉 𝑑𝑐(𝑚𝑖𝑛) = 1.04  × √2 𝑉 𝑙−𝑙 (𝑟𝑚𝑠)
(𝑚 − 1) (1)
𝐷𝑉𝑈𝐹 = 𝑉 𝑑𝑐(𝑚𝑖𝑛) 𝑉 𝑐𝑜𝑚@100𝐹𝐼𝑇 (2) Dimana: 𝑉 𝑑𝑐(𝑚𝑖𝑛) = Tegangan DC minimum pada sisi masukan inverter H - bridge (V) 𝑉 𝑙−𝑙
= Tegangan line (fasa-fasa) (V)
𝑚
= Jumlah level dari inverter DVUF = Device voltage utilization factor
𝑉 𝑐𝑜𝑚@100𝐹𝐼𝑇 = Tegangan komutasi IGBT untuk kehandalan pada 100 failures in time (FIT) (V)
Penentuan spesifikasi jaringan Penentuan jumlah level inverter Penentuan nominal arus dan kapasitas inverter
Perancangan DC-DC Boost Converter Perancangan LCL filter

## 2.3 Penentuan Nominal Arus dan Kapasitas Inverter
Inverter PLTS skala besar pada umumnya memiliki kapasitas daya 0,8 MVA, 1 MVA, 2,5 MVA dan  5  MVA.  Satu  sistem  PLTS  dapat  terdiri  dari  beberapa inverter  yang  dihubung  secara paralel.  Penentuan  nominal  tersebut  akan  mempengaruhi  arus  yang  akan  mengalir  pada inverter (khususnya pada IGBT) sehingga pemilihan IGBT harus dapat mengakomodasi arus yang mengalir tersebut. Sama seperti penentuan tegangan inverter, faktor utilisasi arus dari IGBT harus diperhitungkan. Hasil pemilihan nominal arus dan kapasitas inverter ditunjukkan pada Tabel 1 .

## 2.4 Perancangan DC-DC Boost Converter

## Gambar 4. Rangkaian Listrik DC-DC Boost Converter
DC-DC boost  converter  berfungsi  untuk  mengkondisikan  tegangan  keluaran  dari  modul  PV array. Texas Instruments dalam (Hauke, 2014) menyebutkan bahwa untuk merancang DC- DC boost converter dibutuhkan parameter-parameter: rentang tegangan masukan maksimum dan  minimum  dari  PV String  (V dcmax,str dan V dcmin,str ),  tegangan  keluaran  DC-DC  konverter ( V dc(nom) ), dan Arus keluaran nominal ( I dc(nom) ). Tegangan dari suatu PV array dipengaruhi oleh temperatur modul PV. Tegangan maksimum akan didapatkan ketika temperatur PV minimum dan  tegangan  minimum  akan  terjadi  ketika  temperatur  PV  maksimum.  Pada  penelitian  ini, perhitungan  tegangan  dilakukan  dengan  menggunakan  data  temperatur  umum  untuk Indonesia dengan temperatur lingkungan : 14,4 o C minimum dan 40,3 o C maksimum. Data tersebut  didapatkan  dari  Badan  Pusat  Statistik  (BPS)  yang  dikeluarkan  oleh  BMKG (BPS, 2017) . Temperatur PV dihitung dengan menggunakan Persamaan (3). Persamaan tersebut digunakan untuk memperkirakan temperatur panel surya berdasarkan Nominal Operation Cell Temperature  (NOCT) yang terdapat pada artikel ilmiah oleh Garcia & Balenzategui pada tahun 2004 (Garcia & Balenzategui, 2004) . NOCT merupakan temperatur kondisi operasi normal yang terdapat pada datasheet modul PV yang dipilih.
𝑇 𝑝𝑣 =   𝑇 𝑎𝑚𝑏 + (𝑁𝑂𝐶𝑇 − 20) 𝜙 800 (℃) (3)
Dimana:
𝑇 𝑝𝑣
= Temperatur PV (K atau o C) 𝑇 𝑎𝑚𝑏
= Temperatur lingkungan sekitar PV ( o C) NOCT
= Nominal Operation Cell Temperature ( o C) 𝜙 = Intensitas radiasi matahari (W/m 2 )
Temperatur  minimum  PV  ( T pv,min )  untuk  penelitian  ini  diambil  sama  dengan  temperatur lingkungan,  yaitu  sebesar  14,4 o C.  Sementara  temperatur  maksimum  PV  ( T pv,max )  dihitung dengan Persamaan (3) dan dihasilkan temperatur PV sebesar 72,8 o C.
Perhitungan  tegangan  maksimum  dan  minimum  mengacu  pada  panduan  perencanaan generator  PV  yang  dikeluarkan  oleh  SMA  AG,  Germany  pada  tahun  2013 (SMA,  2013) . Tegangan dc maksimum dan minimum ditentukan dengan Persamaan (4) s.d (8). Sementara penentuan arus dilakukan menggunakan Persamaan (9) hingga (18). Perlu diperhatikan bahwa
PLTS Transformerless Tegangan 20 kV Menggunakan Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter
terdapat beberapa parameter koefisien temperatur seperti 𝛽 𝑉𝑜𝑐 dan 𝛼 𝐼𝑠𝑐 yang didapatkan dari datasheet modul PV yang digunakan. Dalam perhitungan parameter-parameter tersebut, juga ditentukan konfigurasi dari modul PV, seperti jumlah modul yang terhubung seri ( string) dan paralel ( array) serta jumlah modul PV yang diperlukan. Data-data tersebut dapat membantu dalam perancangan sistem PLTS secara keseluruhan.
𝑉 𝑑𝑐𝑚𝑎𝑥,𝑚𝑜𝑑 =   𝑉 𝑜𝑐,𝑚𝑜𝑑 × (1 + 𝛽 𝑉𝑜𝑐 × (𝑇 𝑝𝑣,𝑚𝑖𝑛 − 𝑇 𝑟𝑒𝑓 ) 100% ) (4)
𝑉 𝑑𝑐𝑚𝑖𝑛,𝑚𝑜𝑑 =   𝑉 𝑚𝑝𝑝,𝑚𝑜𝑑 × (1 + 𝛽 𝑉𝑜𝑐 × (𝑇 𝑝𝑣,𝑚𝑎𝑥 − 𝑇 𝑟𝑒𝑓 ) 100% ) (5)
𝑛 𝑝𝑣,𝑠𝑡𝑟 = 𝑉 𝑃𝑉,𝑎𝑟𝑟𝑎𝑦 (𝑚𝑎𝑘𝑠) 𝑉 𝑑𝑐𝑚𝑎𝑥,𝑚𝑜𝑑 (6) 𝑉 𝑑𝑐𝑚𝑎𝑥,𝑠𝑡𝑟 =   𝑛 𝑝𝑣,𝑠𝑡𝑟 × 𝑉 𝑑𝑐𝑚𝑎𝑥,𝑚𝑜𝑑 (7) 𝑉 𝑑𝑐𝑚𝑖𝑛,𝑠𝑡𝑟 =   𝑛 𝑝𝑣,𝑠𝑡𝑟 × 𝑉 𝑑𝑐𝑚𝑖𝑛,𝑚𝑜𝑑 (8)
𝐼 𝑑𝑐𝑚𝑎𝑥,𝑠𝑡𝑟 =   𝐼 𝑠𝑐,𝑚𝑜𝑑 × (1 + 𝛼𝐼𝑠𝑐  × (𝑇𝑝𝑣, 𝑚𝑎𝑥 − 𝑇𝑟𝑒𝑓) 100% ) (9)
𝑃 𝐷𝐶 = 𝑃 𝑛 (𝐴𝐶) 𝜂 (10)
𝑛 𝑝𝑣 = 𝑃 𝐷𝐶 𝑃 𝑚𝑝𝑝 (𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙) (11)
𝑠 (𝑠𝑒𝑡𝑖𝑎𝑝 𝑓𝑎𝑠𝑎) = 𝑚 − 1 2 (12) 𝑠 (3 𝑓𝑎𝑠𝑎) = 3  ×  𝑠 (𝑠𝑒𝑡𝑖𝑎𝑝 𝑓𝑎𝑠𝑎) (13) 𝑃 𝐷𝐶,𝑙𝑒𝑣𝑒𝑙 = 𝑃 𝐷𝐶 𝑠 (3 𝑓𝑎𝑠𝑎) (14)
𝑛 𝑝𝑣,𝑙𝑒𝑣𝑒𝑙 = 𝑃 𝐷𝐶,𝑙𝑒𝑣𝑒𝑙 𝑃 𝑚𝑝𝑝 (𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙) (15)
𝑛 𝑠𝑡𝑟 = 𝑓𝑙𝑜𝑜𝑟  ( 𝑛 𝑝𝑣,𝑙𝑒𝑣𝑒𝑙 𝑛 𝑝𝑣,𝑠𝑡𝑟 ) (16)
𝐼 𝐷𝐶𝑚𝑎𝑥,𝑎𝑟𝑟 (𝑀𝑃𝑃) =   𝑛 𝑠𝑡𝑟 × 𝐼 𝑚𝑝𝑝 (17)
𝐼 𝐷𝐶𝑚𝑎𝑥,𝑎𝑟𝑟 (𝑆𝐶) =   𝑛 𝑠𝑡𝑟 × 𝐼 𝑠𝑐 (18)
Dimana: 𝑉 𝑑𝑐𝑚𝑎𝑥,𝑚𝑜𝑑 = Tegangan DC maksimum dari modul (V) 𝑉 𝑜𝑐,𝑚𝑜𝑑 = Tegangan hubung terbuka modul PV (V) 𝛽 𝑣𝑜𝑐 = Koefisien temperatur dari tegangan hubung terbuka dari modul %/ o C 𝑇 𝑝𝑣,𝑚𝑖𝑛
= Temperatur terendah modul PV ( o C) 𝑇 𝑟𝑒𝑓
= Temperatur referensi modul PV ( o C) 𝑉 𝑑𝑐𝑚𝑖𝑛,𝑚𝑜𝑑 = Tegangan DC minimum dari modul (V) 𝑉 𝑚𝑝𝑝,𝑚𝑜𝑑 = Tegangan modul pada MPP (V) 𝑇 𝑝𝑣,𝑚𝑎𝑥
= Temperatur tertinggi modul PV ( o C) 𝑛 𝑝𝑣,𝑠𝑡𝑟
= Jumlah modul PV terhubung seri dalam satu string 𝑉 𝑃𝑉𝑎𝑟𝑟𝑎𝑦,𝑚𝑎𝑘𝑠
= Tegangan PV array maksimum untuk masukan inverter (V) 𝑉 𝑑𝑐𝑚𝑎𝑥,𝑚𝑜𝑑 = Tegangan DC maksimum dari modul (V) 𝑉 𝑑𝑐𝑚𝑎𝑥,𝑠𝑡𝑟
= Tegangan DC maksimum dari string (V) 𝑉 𝑑𝑐𝑚𝑖𝑛,𝑠𝑡𝑟 = Tegangan DC minimum dari string (V)
𝐼 𝑑𝑐𝑚𝑎𝑥,𝑠𝑡𝑟
= Arus DC maksimum dari string (A)
𝐼 𝑠𝑐,𝑚𝑜𝑑 = Arus hubung singkat modul PV (A) 𝛼𝐼𝑠𝑐 = Koefisien temperatur dari arus hubung singkat modul (%/ o C) 𝑃 𝐷𝐶 = Daya DC total (W) 𝑃 𝑛 (𝐴𝐶) = Daya nominal AC (W) 𝜂 = Efisiensi sistem 𝑛 𝑝𝑣
= Jumlah modul PV total pada satu sistem PLTS 𝑃 𝑚𝑝𝑝 (𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙) = Daya keluaran modul PV pada titik maksimum (W) 𝑠 = Jumlah sumber DC yang dibutuhkan 𝑃 𝐷𝐶,𝑙𝑒𝑣𝑒𝑙 = Daya DC setiap level (Wp) 𝑛 𝑃𝑉,𝑙𝑒𝑣𝑒𝑙 = Jumlah modul PV setiap level inverter 𝑃 𝐷𝐶,𝑙𝑒𝑣𝑒𝑙 = Daya DC setiap level (Wp) 𝑛 𝑠𝑡𝑟 = Jumlah string setiap array 𝐼 𝐷𝐶𝑚𝑎𝑥,𝑎𝑟𝑟 (𝑀𝑃𝑃) = Arus maksimum array pada keadaan MPP (A) 𝐼 𝐷𝐶𝑚𝑎𝑥,𝑎𝑟𝑟 (𝑆𝐶) = Arus maksimum array pada keadaan short circuit (A) 𝐼 𝑚𝑝𝑝 = Arus MPP dari modul (A) 𝐼 𝑠𝑐

## = Arus hubung singkat dari modul PV (A)
Setelah  parameter-perameter  awal  didapatkan,  langkah  berikutnya  adalah  perhitungan- perhitungan untuk menentukan spesifikasi dari komponen-komponen konverter diantaranya kapasitor, induktor dan dioda. Pada umumnya ripple pada arus dibatasi antara 20-40%, agar tidak terlalu besar maka dipilih 20%. ESR merupakan resistansi seri di dalam kapasitor dengan nilai  yang  terdapat  pada datashet  kapasitor  yang  dipilih.  Perhitungan  untuk  induktor  dan kapasitor  dilakukan  dengan  menggunakan  Persamaan  (19)  s.d  (23)  sesuai  dengan perhitungan dasar boost converter dari Texas Instruments (Hauke, 2014) .
𝐷 𝑑𝑐 𝑑𝑐 ⁄ = 1 − 𝑉 𝐷𝐶𝑚𝑖𝑛,𝑠𝑡𝑟 𝑉 𝑑𝑐(𝑛𝑜𝑚) (19) ∆𝐼 𝐿,𝑑𝑐 𝑑𝑐 ⁄ = 0,2  × 𝐼 𝑑𝑐(𝑚𝑎𝑥) × 𝑉 𝑑𝑐(𝑛𝑜𝑚) 𝑉 𝑑𝑐𝑚𝑖𝑛,𝑠𝑡𝑟 (20)
𝐿 𝑑𝑐 𝑑𝑐 ⁄ = 𝑉 𝑑𝑐𝑚𝑖𝑛,𝑠𝑡𝑟 × (𝑉 𝑑𝑐(𝑛𝑜𝑚) − 𝑉 𝑑𝑐𝑚𝑖𝑛,𝑠𝑡𝑟 ) ∆𝐼 𝐿,𝑑𝑐 𝑑𝑐 ⁄ × 𝑓 𝑠𝑤,𝑑𝑐/𝑑𝑐 × 𝑉 𝑑𝑐(𝑛𝑜𝑚) (21)
∆𝑉 𝑑𝑐 𝑑𝑐 ⁄ = 𝐸𝑆𝑅  × ( 𝐼 𝑑𝑐(𝑚𝑎𝑥) 1 − 𝐷 𝑑𝑐 𝑑𝑐 ⁄ + ∆𝐼 𝐿,𝑑𝑐 𝑑𝑐 ⁄ 2 ) (22)
𝐶 𝑑𝑐 𝑑𝑐 ⁄ = 𝐼 𝑑𝑐(𝑚𝑎𝑥) × 𝐷 𝑑𝑐 𝑑𝑐 ⁄ 𝑓 𝑠𝑤,𝑑𝑐/𝑑𝑐 × ∆𝑉 𝑑𝑐 𝑑𝑐 ⁄ (23)
Dimana:
𝐷 𝑑𝑐 𝑑𝑐 ⁄
= Duty cycle konverter DC-DC ∆𝐼 𝐿,𝑑𝑐 𝑑𝑐 ⁄ = Ripple arus induktor konverter DC-DC (A) 𝐼 𝑑𝑐(𝑚𝑎𝑥) = Arus DC maksimum yang masuk ke Inverter (A) 𝑉 𝑑𝑐(𝑛𝑜𝑚) = Tegangan DC nominal masukan ke Inverter (V)
𝐿 𝑑𝑐 𝑑𝑐 ⁄ = Induktansi induktor konverter DC-DC (H)
𝑓 𝑠𝑤,𝑑𝑐/𝑑𝑐 = Frekuensi switching dari MOSFET pada konverter DC-DC (Hz), pada penelitian ini diambil 1 MHz.
𝐸𝑆𝑅 = Equivalent series resistance dari kapasitor ( Ω ) 𝐶 𝑑𝑐 𝑑𝑐 ⁄ = Kapasitansi kapasitor konverter DC-DC (F)

## 2.5 Perancangan Filter LCL

## Gambar 5. Rangkaian Filter LCL
Filter LCL digunakan untuk memperbaiki kualitas THD tegangan dan arus keluaran inverter. LCL filter terdiri dari induktor sisi inverter, kapasitor dan induktor sisi jaringan/beban. Pada penelitian ini, perancangan LCL filter merujuk pada penelitian-penelitian yang dilakukan oleh Pandey, dkk pada tahun 2017 (Pandey, Tripathi, & Hanamoto, 2017) serta Reznik, dkk pada tahun 2014 (Reznik, Simoes, Al-Durra, & Muyeen, 2014) dengan menggunakan Persamaan (24) s.d (29). Rangkaian filter LCL ditunjukkan pada Gambar 5.
∆𝐼 𝑙,𝑚𝑎𝑥 = 0,1  × 𝐼 𝑙,𝑚𝑎𝑥 (24)
𝑍 𝑏 = 𝑉 𝑙−𝑙 2 𝑃 𝑛 (25)
𝐶 𝑏 = 1 𝜔 𝑔 × 𝑍 𝑏 = 1 2 𝜋  × 𝑓 𝑔 × 𝑍 𝑏 (26)
𝐶 𝑓 = 0,15  × 𝐶 𝑏 (27)
𝐿 2 = 𝑉 𝑙−𝑛 2 √6 𝑓 𝑠 ∆𝐼 𝑙,𝑚𝑎𝑥 (28)
𝐿 2 = 𝑟 𝐿 1 (29)
Penentuan nilai dari induktor dan kapasitor harus dapat memenuhi persyaratan batas frekuensi resonansi. Pada penelitian ini frekuensi jaringan dan frekuensi switching IGBT masing-masing adalah 50 Hz dan 1500 Hz.
10 𝑓 𝑔 <<   𝑓 𝑟𝑒𝑠 << 0,5 𝑓 𝑠𝑤 𝜔 𝑟𝑒𝑠 =   √ 𝐿 1 + 𝐿 2 𝐿 1 𝐿 2 𝐶 𝑓 =  2 𝜋 𝑓 𝑟𝑒𝑠 (30)
Dimana:
∆𝐼 𝑙,𝑚𝑎𝑥 = Ripple pada arus maksimum keluaran inverter (A) 𝑍 𝑏 = Impedansi basis ( base impedance ) filter LCL ( Ω ) 𝐶 𝑏 = Kapasitansi basis ( base capacitance ) filter LCL (F) 𝐶 𝑓 = Kapasitansi kapasitor filter LCL (F) 𝐿 1 = Induktansi induktor sisi inverter untuk filter LCL (H) 𝐿 2 = Induktansi induktor sisi jaringan untuk filter LCL (H) 𝑟 = Rasio antara induktansi induktor sisi jaringan dengan induktansi induktor sisi inverter 𝑓 𝑔 = Frekuensi jaringan / grid (Hz) 𝑓 𝑟𝑒𝑠 = Frekuensi resonansi filter LCL (Hz) 𝑓 𝑠𝑤 = Frekuensi switching dari IGBT (Hz) 𝜔 𝑟𝑒𝑠 = Frekuensi angular resonansi (Hz)

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Hasil Perancangan dan Pemilihan Spesifikasi

## Tabel 1.  Parameter Perancangan

## Parameter Hasil Perhitungan Untuk Inverter
Jumlah level inverter , m 27 level Jumlah array PV (total), s 39 Array Tegangan nominal DC, V dc(nom) 1131,37 V Kapasitas maksimum inverter pada pf=1 2,5 MVA Arus nominal 72,17 A Arus maksimum, 𝐼 𝑑𝑐(𝑚𝑎𝑥) 102,06 A Modul PV yang Dipilih untuk Sistem PLTS Pembuat modul Yingli Solar Tipe Panda YL300c-30b Daya keluaran maksimum, P max 300 W Tegangan MPP, V mpp 32,7 V Arus MPP, I mpp 9,16 A Tegangan open-circuit, V oc,mod 40,1 V Arus hubung singkat, I sc 9,66 A Koefisien temperatur dari V oc , β voc -0,30 %/ o C Koefisien temperatur dari I sc , α Isc 0,04 %/ o C Parameter Jumlah Modul PV Jumlah PV terhubung seri dalam satu string, n pv,str 24 modul PV Jumlah string terhubung paralel dalam satu array, n str 9 String Jumlah total modul PV Setiap Level, n pv,level 216 modul PV Jumlah total modul PV, n pv 8482 modul PV Parameter Perhitungan Konverter DC-DC Tegangan maksimum PV String, V Dcmax,str 993 V Tegangan minimum PV String, V Dcmin,str 672,26 V Tegangan nominal DC, V dc(nom) 1131,37 V Arus DC masukkan Inverter , I dc(nom) 72,17 A Arus maksimum Inverter , I dc(max) 102,06 A Duty Cycle MOSFET pada konverter DC-DC 0,406 Induktansi Induktor konverter, L dc/dc 11,23 μH Kapasitansi kapasitor konverter, C dc/dc 57,69 μF
Filter LCL Arus ripple maksimum, ∆𝐼 𝑙,𝑚𝑎𝑥 10,21 A Kapasitansi kapasitor, C f,LCL 2,98 μF Induktansi induktor sisi jaringan, L 2 154 mH
Induktansi induktor sisi inverter , L 1 25,30 mH
Tabel  1  menunjukkan  parameter-parameter  hasil  perhitungan  untuk  komponen-komponen pada inverter, terkecuali pada bagian modul PV yang merupakan data spesifikasi modul PV yang  dikeluarkan  oleh  pembuat  modul  PV.  Komponen-komponen  yang  telah  dipilih  dan dirancang masing-masing kemudian dimodelkan pada MATLAB Simulink untuk menjadi satu kesatuan sistem. Gambar 6 menunjukkan diagram dari sistem PLTS yang diusulkan.
Gambar 6. Diagram Sistem PLTS yang Diusulkan

## 3.2 Pemodelan Pada MATLAB Simulink
Pada MATLAB Simulink, semua komponen dimodelkan termasuk di dalamnya PV array, DC-DC boost converter, H-bridge inverter, filter LCL dan beban resistif. Selain itu terdapat pula alat- alat  ukur  tegangan,  arus,  daya  dan  THD  keluaran.  Model  sistem  pada  MATLAB Simulink ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7. Model Rangkaian Sistem PLTS dengan Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter pada MATLAB Simulink
Inverter setiap level
a. PV Array
Pada tahun 2015, Sumathi dkk dalam (Sumathi, Kumar, & Surekha, 2015) menjelaskan bahwa model PV array dapat dibuat dengan mengimplementasikan Persamaan (31) s.d (35) pada Simulink. Blok Simulink model PV array yang telah dibuat ditunjukkan pada Gambar 8 .
𝐼 𝑃𝑉 =   𝐼 𝐿 − 𝑛 𝑝 𝐼 2 (31)
𝐼 2 =   𝐼 𝑜 × [𝑒𝑥𝑝 ( 𝑞 𝐴 𝐾 𝑇 𝑝𝑣 𝑛 𝑠 𝑛 𝑝𝑣,𝑠𝑡𝑟 (𝑉 𝑃𝑉 + 𝐼 𝑃𝑉 𝑅 𝑠 )) − 1] (32)
𝐼 𝐿 =   [𝐼 𝑆𝐶 . 𝑛 𝑠𝑡𝑟 + 𝐾 𝐼 𝑆𝐶 (𝑇 𝑝𝑣 − 𝑇 𝑝𝑣𝑟𝑒𝑓 )] 𝑥 𝜙 𝜙 𝑟𝑒𝑓 (33)
𝐼 𝑜 =   𝐼 𝑜𝑟 ( 𝑇 𝑝𝑣 𝑇 𝑝𝑣𝑟𝑒𝑓 ) 3 𝑒𝑥𝑝 [ 𝑞 𝐸 𝐺𝑂 A . 𝐾 ( 1 𝑇 𝑝𝑣𝑟𝑒𝑓 − 1 𝑇 𝑝𝑣 )] (34)
𝐼 𝑜𝑟 = 𝐼 𝑠𝑐 . 𝑛 𝑠𝑡𝑟
[𝑒𝑥𝑝 ( 𝑞 . 𝑉 𝑜𝑐 . 𝑛 𝑝𝑣,𝑠𝑡𝑟 𝐴 𝐾 𝑇 𝑝𝑣 . 𝑛 𝑠 . 𝑛 𝑝𝑣,𝑠𝑡𝑟 ) − 1] (35)
Dimana:
𝐼 𝑃𝑉 = Arus keluaran PV (A) 𝐼 𝐿 = Arus yang dibangkitkan cahaya (A) 𝑛 𝑝 = Jumlah sel PV yang terhubung paralel 𝐼 𝑜 = Arus saturasi PV (A) 𝑞 = Muatan elektron: 1,60217646e-19 (C) 𝐾 = Konstanta Boltzmann: 1,3806503e-19 (J/K) 𝑉 𝑝𝑣 = Tegangan keluaran PV (V) 𝑅 𝑠 = Tahanan seri dalam PV ( Ω ) 𝐼 𝑠𝑐 = Arus hubung singkat pada temperatur dan iradiasi referensi (A) 𝐾 𝐼𝑠𝑐 = Koefisien temperatur untuk arus hubung singkat PV (A/ o C) 𝑇 𝑝𝑣 = Temperatur PV (K) 𝑇 𝑝𝑣𝑟𝑒𝑓 = Temperatur referensi PV (K)
𝜙
= Intensitas radiasi matahari (W/m 2 ) 𝜙 𝑟𝑒𝑓 = Intensitas radiasi matahari referensi (W/m 2 )
𝐼 𝑜𝑟 = Arus balik saturasi ( reverse saturation current ) pada temperatur referensi (A)
𝐴 = Faktor idealitas PV ( ideality factor ) = 1,3 𝐸 𝐺𝑂 = Band gap untuk silikon pada temperatur 25 o C = 1,12 (eV) 𝑉 𝑜𝑐 = Tegangan rangkaian terbuka PV (V)

Gambar 8. Blok Model dari PV Array
PLTS Transformerless Tegangan 20 kV Menggunakan Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter
b. Maximum Power Point Tracker (MPPT)
Pada  penelitian  ini,  MOSFET  pada  DC-DC boost  converter  dioperasikan  dengan  MPPT menggunakan  algoritma Incremental  Conductance  (InC)  karena  kinerjanya  cukup  baik  dan cukup mudah untuk diimplementasikan. Model blok MPPT dan generator sinyal pulse width modulation  PWM  ditunjukkan  pada  Gambar  9.  Berikut  adalah  kode  algoritma  MPPT  yang digunakan pada MATLAB Simulink.
function d = InC(Vpv,Ipv,dd) dmin = 0.05; %duty cycle minimal dmax = 0.935; %duty cycle maksimal dinit = dmin; %duty cycle awalan ketika sistem pertama kali berjalan, persistent Vpv0 Ipv0 G dG d0 if isempty (Vpv0) Vpv0 = 0; Ipv0 = 0; G = 0; dG = 0; d0 = dinit; end dV = Vpv - Vpv0; dI = Ipv - Ipv0; G = Ipv/Vpv; dG = dI/dV;
if ((G+dG)>0) d = d0 - dd; else d = d0 + dd; end
if (d > dmax) d = dmax; end if (d < dmin) d = dmin; end
d0 = d; Vpv0 = Vpv; Ipv0 = Ipv; end
Gambar 9. Model MPPT dan generator PWM
c. SPWM Generator untuk IGBT
Dengan  jumlah  level  sebanyak  27,  maka  dibutuhkan  156  buah  IGBT  untuk inverter.  IGBT tersebut membutuhkan sinyal Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) untuk dapat bekerja bersama-sama  untuk  menghasilkan  gelombang  sinusoidal.  SPWM  bekerja  dengan  cara membandingkan gelombang sinusoidal referensi (50 Hz) dengan gelombang segi tiga dengan frekuensi  tinggi  atau  disebut  dengan  gelombang carrier  (1500  Hz).  Perbandingan  antara amplitude gelombang referensi dengan carrier disebut dengan indeks modulasi (modulatoin index, M i ).
𝑀 𝑖 = 𝐴 𝑟𝑒𝑓 𝐴 𝑐 (36)
Dimana: 𝑀 𝑖 = Modulation index SPWM generator inverter
𝐴 𝑟𝑒𝑓 = Amplitudo gelombang referensi 𝐴 𝑐 = Amplitudo gelombang carrier
Untuk inverter dengan topologi multilevel, Jumlah gelombang carrier bergantung dari jumlah level dari inverter, hubungannya adalah:
𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑖𝑒𝑟 = 𝑚 − 1
2 = 27 − 1 2 = 13 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑖𝑒𝑟
Setiap carrier memiliki nilai amplitudo sebesar:
𝐴 𝑐 (𝑐𝑎𝑟𝑟𝑖𝑒𝑟 𝑠𝑒𝑡𝑖𝑎𝑝 𝑙𝑒𝑣𝑒𝑙) = 𝐴𝑐 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑖𝑒𝑟 (37)
Blok model generator sinyal SPWM untuk 156 buah IGBT ditunjukkan pada Gambar 10.

## 3.3 Pembahasan
Pada simulasi, dilakukan perubahan resistansi beban untuk mengetahui daya maksimum yang dapat  dihasilkan  oleh  sistem.  Tabel  2  menunjukkan  data  pengamatan  yang  berisi  nilai resistansi, tegangan fasa - fasa, tegangan fasa - netral dan daya 3 fasa yang dihasilkan pada jeda waktu tertentu (dalam milidetik). Simulasi dilakukan dalam orde ms (milidetik) karena simulasi keseluruhan sistem sendiri memerlukan waktu yang cukup lama.
T abel 2. Data Hasil Simulasi Sistem Dengan Beban Resistif Variabel
awal akhir dT Ra Rb Rc
Maks RMS THD (%) Maks RMS Maks RMS THD (%)
1 0 50 50 310 310 310 31850 22670
2,806 19420 13100 62,66 42,25 2,885 1,655 2 50 60 10 300 300 300 31550 22690
3,186 19380 13110 64,6 42,85 3,326 1,676
3 60 70 10 290 290 290 31060 22470 3,577
19090 12980 65,98 43,7 3,578 1,691
4 70 80 10 280 280 280 30570 22150 3,87 18840
12780 67,31 44,52 3,777 1,7
5 80 90 10 270 270 270 29990 21800
4,098 18600 12580 68,81 45,4 3,941 1,709
6 90 100 10 260 260 260 29290 21410 4,331
18320 12360 70,47 46,28 4,077 1,712
7 100 110 10 250 250 250 28830 21000 4,387
18000 12130 72 47,2 4,099 1,711
8 110 120 10 240 240 240 28260 20610 4,382
17660 11910 73,3 48,19 4,132 1,715 9 120 130 10 230 230 230 27630 20200
4,439 17200 11660 75,01 49,17 4,139 1,715
10 130 140 10 220 220 220 27000 19760 4,37 16800
11400 76,49 50,23 4,049 1,713
11 140 150 10 210 210 210 26180 19290 4,449 16390 11120 77,92 51,25 4,006 1,707
Arus (V)
Daya 3 fasa (MW) No Waktu (ms) Resistansi (ohm) Tegangan Fasa-fasa (V) Tegangan Fasa-netral (V)
Gambar 10. Model Level - Shifted SPWM Generator untuk 156 IGBT
Beban resistif 3 fasa yang diberikan pada sistem merupakan resistor yang dihubung bintang / wye  dan  memiliki  nilai  resistansi  yang  seimbang  di  ketiga  fasa.  Kemudian,  nilai  resistansi diubah pada waktu yang berbeda untuk jeda waktu tertentu namun tetap memiliki nilai yang seimbang  pada  semua  fasa.  Pola  umum  yang  didapatkan  ketika  resistansi  turun  adalah tegangan turun (fasa-fasa dan fasa-netral) dan arus naik. THD untuk tegangan dan arus naik ketika resistansi turun. Sementara daya memiliki pola membentuk bukit/ hill dengan slope yang cukup landai dan memiliki nilai maksimum pada waktu dan nilai resistansi tertentu seperti pada Gambar 11. Variasi resistansi yang diberikan memiliki rentang 100 Ω dengan penurunan 10 Ω. Penurunan resistansi sebesar 100 Ω menyebabkan:
1) Penurunan tegangan fasa-fasa RMS sebesar 3.380 V
2) Kenaikan THD tegangan sebesar 1,643 %
3) Penurunan tegangan fasa-netral RMS sebesar 1.980 V
4) Kenaikan Arus fasa RMS sebesar 9 A
5) Kenaikan THD arus sebesar 1,121 %
6) Fluktuasi daya keluaran dari 1,655 MW naik menjadi daya maksimum sebesar 1,716 MW lalu turun menjadi 1,707 MW pada akhir simulasi.
Dari  poin  1-6  tersebut,  jelas  bahwa  perubahan  resistansi  beban  menyebabkan  perubahan tegangan  yang  cukup  signifikan.  Perubahan  amplitudo  tegangan  serta  tegangan  RMS ditunjukkan pada Gambar 12 dan Gambar 13. Gambar-gambar tersebut menunjukkan kurva- kurva dari parameter hasil pengukuran terhadap waktu simulasi.
Berdasarkan spesifikasi jaringan yang telah dipilih pada perancangan inverter, sistem harus beroperasi  pada  batas  tegangan  atas  110%  dan  bawah  88%  dari  tegangan  nominal  atau antara  22  kV  dan  17,6 kV.  Simulasi tidak  mencapai tegangan  88%  dari  nominal,  sehingga
diambil  data  tegangan  paling  rendah  pada  resistansi  paling  rendah.  Tabel  3  menunjukkan tegangan, arus, THD, daya dan resistansi ketika tegangan berada pada batas atas, nominal dan pada titik terendah. Hasilnya, daya tertinggi didapatkan ketika tegangan bernilai nominal, dibandingkan dengan batas atas dan bawah.
Gambar 11. Daya 3 Fasa Keluaran
Gambar 12. Bentuk Gelombang Tegangan Fasa-
Fasa Keluaran
Gambar 13. Bentuk Gelombang Arus Fasa Keluaran
Tabel 3. Data Pengamatan Berdasarkan Kriteria Tegangan Fasa-Fasa Keluaran Vrms,f-f Vrms,f-n THD (%) Irms (A) THD (%) 1 Batas atas 81,958 22000 12660 3,847 44,98 4,006 1,707 270 2 Nominal 131,909 20000 11500 4,239 49,66 4,207 1,712 220 3 Terendah 150 19180 11060 3,981
51,44 4,041 1,703 210 No Daya (MW) Waktu (ms) Tegangan RMS terukur Tegangan (V) R (ohm) Arus

## Tabel 4. Daya Maksimum Keluaran Sistem
Hasil  simulasi  menunjukkan  bahwa  daya  maksimum  dapat  dicapai  ketika  resistansi  beban sekitar 240 Ω dengan tegangan fasa-fasa 20,54 kV dan arus fasa 48,25 A. Daya maksimum yang dapat dicapai ketika iradiasi matahari dan temperatur PV sistem masing-masing 1000 W/m 2 dan 25 o C adalah 1,716 MW. Nilai daya tersebut jauh dibandingkan dengan daya target yaitu 2,5 MW. Secara kasar, efisiensi sistem ( 𝜂 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 ) pada keadaan nominal adalah:
𝜂 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 = 𝐷𝑎𝑦𝑎 3 𝑓𝑎𝑠𝑎 𝑚𝑎𝑘𝑠 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝐷𝐶 𝑚𝑎𝑘𝑠 = 1,716 𝑥 10 6 39 . 𝑃 𝑚𝑝,𝑎𝑟𝑟𝑎𝑦 = 1,716 𝑥 10 6
2,5038 𝑥 10 6 ≈ 68,54 %
Nilai  efisiensi  tersebut  cukup  kecil  karena  daya  DC  yang  di  estimasi  sebagai  hasil  dari pemberian iradiasi 1000 W/m 2 dan temperatur PV 25 o C adalah 2,5038 MW. Sementara daya keluaran  hanya  mencapai  17,16  MW  dengan  beban  resistif.  Penyebab  rendahnya  efisiensi sistem dapat dijelaskan dengan melihat Gambar 14, Tabel 5, Gambar 15, dan Tabel 6. Pada grafik daya keluaran PV array, terlihat bahwa terjadi ripple yang sangat besar. Nilai maksimum dari kurva tersebut adalah 64,2 kW yang setara dengan daya maksimum dari PV array pada kondisi nominal. Namun, nilai efektif atau RMS dari daya tersebut hanya berkisar antara 52,18 kW hingga 55,51 kW, jauh di bawah nilai maksimum. Daya dari PV tersebut kemudian menjadi masukan bagi konverter DC-DC dengan gelombang keluaran dan besar daya yang ditunjukkan pada  Gambar  15  dan  Tabel 6.  Daya  keluaran  konverter  DC-DC  tersebut  kemudian  diubah menjadi AC oleh inverter.
Gambar 14. Daya Keluaran PV Array 1-13 pada Fasa A
Vrms,f-f Vrms,f-n THD (%) Irms (A) THD (%) 1,716 117,406 240 20540
11900 3,987 48,25 4,226 R (ohm) Waktu (ms) Daya (MW) Tegangan (V) Arus

## Tabel 5. Daya Keluaran PV Array
Gambar 15. Daya DC Keluaran Konverter DC-DC Hasil Simulasi Tabel 6. Daya Keluaran Konverter DC-DC (Sumber PV Array )
Tabel 7 menunjukkan daya-daya total hasil pengukuran pada fasa A. P pv max merupakan daya maksimum  yang  dihasilkan  PV, P pv,out merupakan  daya  RMS  keluaran  PV array,  P DC-DC merupakan  daya  RMS  keluaran  konverter  DC-DC,  dan P phase-A merupakan  daya  keluaran inverter fasa A. Tabel tersebut menunjukkan bahwa konversi daya yang paling tidak efisien adalah pada keluaran PV dan pada konversi DC menjadi AC oleh inverter. Daya keluaran PV (RMS) hanya bernilai 83,5% dari daya PV maksimum sementara daya fasa A (AC) RMS hanya 84,08% dari daya DC masukan inverter. Sementara daya keluaran konverter DC-DC adalah 94,2% dari daya RMS masukan.
Max RMS Max RMS Max RMS Max RMS 1 64,2 52,18 5 64,2 53 9 64,2 54,79 13 64,2 55,51 2 64,2 52,33 6 64,2 53,5 10 64,2 55,01 3 64,2 52,47 7 64,2 53,89 11 64,2 55,46 4 64,2 52,53 8 64,2 54,46 12 64,2 54,92 PV array PV Power (kWp) PV array PV Power (kWp) PV array PV Power (kWp) PV array PV Power (kWp) Max RMS Max RMS
Max RMS Max RMS 1 91,8 50,18 5 106,8 54,96 9 161,3 66,84 13 0,887 0,5137 2 94,89 51,17 6 120,7 58,36 10 198,9 72,79 3 96,63 51,83 7 125,9 60,05 11 239,5 78,4 4 103,4 53,71 8 152,3 64,79 12 403,3 75,54
Converter output power (kWp)
Level Converter output power (kWp) Level Converter output power (kWp) Level Level Converter output power (kWp)

## Tabel 7.Konversi Daya Pada Fasa A
Rendahnya efisiensi ini disebabkan karena kinerja MPPT yang kurang optimal dan kurang stabil dalam mengondisikan daya keluaran PV. Penambahan dan pengurangan duty cycle yang tidak optimal menyebabkan ripple yang besar pada sisi keluaran PV array. Pada saat konversi daya DC oleh konverter DC-DC, resistansi seri pada komponen-komponen konverter serta switching losses juga dapat berkontribusi dalam menurunkan daya keluaran yang idealnya sama dengan daya masukan konverter. Switching losses tersebut juga dapat terjadi pada proses konversi DC menjadi AC pada IGBT.

## 4. KESIMPULAN DAN SARAN

## 4.1 Kesimpulan
Berdasarkan perancangan, pemodelan dan simulasi yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:
1. Perancangan menghasilkan sistem dengan Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter 3 fasa 27- level.
2. Sub-sistem inverter terdiri dari DC-DC boost converter dan H-Bridge Inverter pada setiap level tegangan.
3. Setiap level PV array dihubungkan secara bertingkat (cascaded) agar keluaran sistem dapat mencapai tegangan 20 kV.
4. Keluaran cascaded  H-Bridge  multilevel  inverter  dihubungkan  dengan  LCL  filter  untuk memperbaiki  kualitas  gelombang  tegangan  dan  arus  keluaran  sistem.  MPPT diimplementasikan pada DC-DC boost converter agar daya keluaran modul PV tetap berada pada titik maksimum pada level iradiasi dan temperatur PV yang berubah.
5. Setiap  komponen  utama  dari  sistem,  mulai  dari  PV array,  Cascaded  H-Bridge  Multilevel Inverter,  dan  LCL  filter  dimodelkan  pada  MATLAB  Simulink  untuk  kemudian  dilakukan simulasi  operasi  sistem  pada  kondisi  STC  (level  iradiasi  matahari  1000  W/m 2 dan Temperatur PV 25 o C).
6. Simulasi  sistem  pada  kondisi  STC  menghasilkan  daya  keluaran  1,716  MW  (3  fasa)  atau 68,54% dari daya DC maksimum 2,5 MWp.
7. Efisiensi sistem cukup kecil karena kinerja MPPT, konverter DC-DC, serta switching IGBT yang kurang optimal diindikasikan dengan ripple yang cukup besar gelombang tegangan dan arus DC dan AC.
8. Tegangan  keluaran  sistem  dapat  mencapai  20  kV,  dan  masih  dalam  standar  rentang tegangan ketika diberi beban hingga 1,716 MW.
9. Nilai THD sudah memenuhi standar karena memiliki nilai di bawah 5%.

## 4.2 Saran
Dari  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan,  dapat  dikatakan  bahwa  sistem  yang  dirancang belum bekerja dengan maksimum, terutama dilihat dari daya keluaran yang hanya 68,54% dari daya DC maksimum. Agar daya keluaran lebih baik, dapat dilakukan: 1. Optimalisasi pengaturan duty cycle atau PWM pada DC-DC converter dan inverter untuk mengurangi ripple serta switching losses pada komponen-komponen tersebut.
2. Menggunakan alternatif algoritma MPPT yang lebih stabil.
3. Menggunakan alat penyimpan energi sementara agar daya sistem lebih stabil.
P pv Max (kW) P pv out (kW) P DC-DC (kW) P phase-A (kW) 831,4 694,5 654,2 550,03

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis menyampaikan terima kasih sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Drs. Djafar Sodiq, S.T., M.Eng., dan Ibu Sri Utami, SST., M.T. selaku Pembimbing I dan Pembimbing II dalam penelitian ini,
2. Bapak Ir. Teguh Sasono, M.T. selaku koordinator Tugas Akhir dari Program Studi Teknologi Pembangkit Tenaga Listrik sekaligus untuk penelitian ini,
3. Bapak Ir. Achmad Mudawari, M.T. dan Bapak Aceng Daud, S.T., M.Eng, selaku Evaluator dari penelitian ini,
4. Bapak Arsyad Ramadhan Darlis dan Tim Redaksi Jurnal Elkomika Institut Teknologi Nasional (ITENAS) Bandung,
5. Dan pihak-pihak lain yang telah membantu Penulis yang tidak dapat Penulis sebutkan satu per satu.

## DAFTAR RUJUKAN
Advanced-Energy. (2014). www.solarenergy.advanced-energy.com. Dipetik 03 16, 2017, dari http://solarenergy.advanced-energy.com/upload/File/Application%20Notes/ENG- 600vor1000V-260-02.pdf
BPS. (2017). Suhu Minimum, Rata-Rata, dan Maksimum di Stasiun Pengamatan BMKG (oC) 2011-2015. Dipetik April 18, 2017, dari
https://www.bps.go.id/website/tabelExcelIndo/Indo_151_17952722.xls
Garcia,  M.  C.,  &  Balenzategui,  J.  L.  (2004).  Estimation  of  photovoltaic  module  yearly temperature and performance based on Nominal Operation Cell Temperature calculations . Elsevier Renewable Energy 1997-2010(29).
Hauke, B. (2014). Application Report : Basic Calculation of a Boost Converter's Power Stage. Dallas: Texas Instruments.
Islam,  M.  R.,  Guo,  Y.,  &  Zhu,  J.  (2014). Power  Converters  for  Medium  Voltage  Networks. Heidelberg: Springer.
Pandey,  R.,  Tripathi,  R.  N.,  &  Hanamoto,  T.  (2017). Comprehensive  Analysis  of  LCL  Filter Interfaced  Cascaded  H-Bridge  Multilevel  Inverter-Based  DSTATCOM.  Fukuoka: Multidisciplinary Digital Publishing Institute .
Reznik,  A.,  Simoes,  M.  G.,  Al-Durra,  A.,  &  Muyeen,  S.  M.  (2014). LCL  Filter  Design  and Performance Analysis for Grid Interconnected Systems. Abu Dhabi: Petroleum Institute.
SMA. (2013). Central Inverter Planning of a PV Generator Planning Guidlines. Niestetal: SMA Solar Technology AG.
Sumathi,  S.,  Kumar,  L.  A.,  &  Surekha,  P.  (2015). Solar  PV  and  Wind  Energy  Conversion Systems. Cham: Springer.