## PEMODELAN FULL SISTEM KENDALI MENGGUNAKAN APLIKASI
PSIM PADA TURBIN ANGIN SKALA MIKRO THE SKY DANCER 500

## DI PT LENTERA BUMI NUSANTARA
1 Irfan Alwanahda
Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang Jl. HS Ronggo Waluyo, Puserjaya. Kec Telukjambe Tim., Kabupaten Karawang, Jawa Barat 41361
1810631160053@student.unsika.ac.id

## ABSTRAK
Abstrak − Upaya dalam pengembangan menggunakan energi baru terbarukan telah di lakukan, salah satunya di LBN ( Lentera Bumi Nusantara ) bertempatkan di desa Ciheras dengan skala mikro. LBN sendiri menggunakan generator The Sky Dancer dengan spesifikasi daya keluaranya 500 W, arus 3A dan  tegangan  180V  AC  tiga  fasa.  Sistem  turbin  angin  ini  terdiri  dari  beberapa  komponen  penyusun, diantaranya: bilah, generator, kontroller, data loger, baterai, inverter dan beban. Cara kerja dari sistem turbin  angin  mikro  ini  yaitu,  energi  angin  memutar  bilah,  lalu  bilah  memutar  generator.  Dimana keluaran daya dari generator ini berupa gelombang tegangan AC yang kemudian masuk kedalam bagian kontroller  yang  berfungsi  untuk  meng-konversikan  tegangan  AC  menjadi  gelombang  tegangan  DC sebelum masuk ke baterai 24V dan 25V. Proses untuk mengalirkan listrik dari baterai ke beban atau ke rumah-rumah  yaitu  melalui  inverter  terlebih  dahulu  untuk  diubah  kembali  kedalam  gelombang tegangan AC 220v dan 50hz.
Kata kunci: Controller , Tegangan, Generator.

## PENDAHULUAN
Dalam era globalisasi dan modernisasi saat ini tidak dapat dipungkiri kembali bahwa listrik merupakan salah satu kebutuhan utama dalam segala bidang di hidup kita, mulai dari bidang pekerjaan,  rumah  tangga,  maupun  sekolah  sekalipun  tak  luput  dari  penggunaan  listrik  dan dengan itu melihat penggunaannya yang sangatlah luas maka Indonesia sendiri membutuhkan sumber  energi  listrik  yang  mempuni  untuk  memenuhi  setiap  kebutuhan  dalam  penggunaan listrik.[1]
Dalam  memenuhi  kebutuhan  akan  listrik,  Indonesia  memiliki  banyak  pembangkit  listrik sebagai  sumber  daya  yang  dapat  digunakan  untuk  menghasilkan  listrik  salah  satunya  yaitu Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dengan menggunakan sumber daya batu bara untuk dapat  mengasilkan  uap,  lalu  uap  digunakan  untuk  menggerakan  turbin  untuk  menggerakan generator dan lalu dapat menghasilkan listrik. Namun dengan penggunaan dari PLTU sendiri bukanlah langkah yang tepat dikarenakan terbatasnya jumlah dari fosil dan batu bara dan juga PLTU  sendiri  dapat  merusak  ekosistem  dan  merugikan  banyak  pihak,  dan  dengan  banyak pertimbangan  mengenai  dampak  dari  PLTU,  pemerintah  mulai  mengusung  agenda net-zero emission untuk mengantisipasi dampak dari pembangkit listrik tersebut.[2]
Melihat kondisi tersebut Indonesia membutuhkan sumber energi baru terbarukan yang dapat ditransformasikan kedalam energi listrik. Melihat potensi dan juga kondisi iklim yang ber sub- tropis, energi yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan litrik yaitu panas bumi, air, angin, sinar matahari, dan masih banyak lagi. Selain itu sumber energi ini dapat kita jumpai di segala pelosok daerah di Indonnesia. Dan ini bisa menjadi salah satu usaha untuk menjangkau daerah- daerah pelosok agar dapat mendapatkan listrik, dengan menggunakan pembangkit listrik sekala mikro untuk memenuhi kebutuhan listrik pada suatu daerah atau desa.
Melihat potensi dari setiap daerah dapat menghasilkan angin dengan kisaran 3m/s hingga 12m/s yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber daya untuk menghasilkan listrik. Maka Pembangkit Listrik  Tenaga  Bayu  (PLTB)  Dapat  digunakan  untuk  memenuhi  kebutuhan  akan  listrik. Dengan  menggunakan  turbin  angin  kita  dapat  mengahsilkan  listrik  dari  mulai  skala  mikro maupun makro.[3]
Lalu pada jurnal kali ini penulis dapat berkesempatan untuk mempelajari tentang turbin angin skala mikro dengan menganalisis potensi angin di daerah Tasikmalaya, menggunakan aplikasi PSIM untuk melakukan perhitungan 2 dan simulasi sederhana. Sehingga nantinya, dalam peng- implementasian dari turbin angin ini bisa mendapatkan hasil yang masksimal dan diharapkan dapat sesuai dengan analisa pada simulasi yang dilakukan. Maka dari itu dalam jurnal ini akan membahas  tentang  ”PEMODELAN FULL SISTEM  KENDALI  MENGGUNAKAN APLIKASI PSIM PADA TURBIN ANGIN SKALA MIKRO THE SKY DANCE 500 DI PT. LENTERA BUMI NUSANTARA”

## METODE PENELITIAN

## Jenis Penelitian
Penelitian  ini  menggunakan  metode  penelitian  terapan  dan  eksploratif,  yaitu  menganalisis rangkaian full system pada controller turbin angin The Sky Dancer 500 W, dan rangkaian ini di simulasikan menggunakam aplikasi PSIM.

## Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan Juni 2021 sampai dengan Juli 2021. Simulasi rangkaian ini disusun di PT Lentera Bumi Nusantara, Tasikmalaya, Jawa Barat.
Gambar 1 Peta Wilayah PT Lentera Bumi Nusantara, Tasikmalaya, Jawa Barat.

## Target/Subjek Penelitian
Wilayah PT Lentera Bumi Nusantara yang akan dijadikan target atau subyek penelitian. Wilayah ini merupakan wilayah pesisir pantai yang memiliki Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB). Terdapat sepuluh unit generator, lima dari generator tersebut dinamakan dengan sebutan E-wing dan lima lainnya dinamakan dengan sebutan The Sky Dancer . Masing-masing generator tersebut dapat menghasilkan energi listik sebesar 500 WattPeak .

## Prosedur Penelitian
Gambar 2 menunjukkan tahapan prosedur penelitian. Penelitian ini di mulai dari pengumpulan data. Dalam pengumpulan data, peneliti melakukan beberapa simulasi melalui aplikasi PSIM tentang full system controller turbin angin. Setelah pengumpulan data dilakukan, data akan di kelola untuk memenuhi kebutuhan sistem. Setelah itu, tahapan dilanjutkan dengan pemodelan rangkaian pada aplikasi PSIM hingga simulasi sesuai. Jika belum sesuai maka simulasi diulang ke tahap pemodelan rangkaian pada PSIM. Jika sudah sesuai lalu data di analisis dan  dibuat kesimpulan
Gambar 2 Flowchart Metode Penelitian

## HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
1. Pemodelan Bilah

## 1.1 Simulasi Pada Aplikasi PSIM

## Gambar 3 Simulasi Pemodelan Bilah Pada Aplikasi PSIM
Pada pemodelan bilah pada aplikasi PSIM terdapat beberapa komponen, diantaranya:
• Constant
• Constant mechanical load (constant speed)
• Speed sensor
• Torque sensor
• Voltage probe
• Multiplier
• Propotional Block
• Wind turbine
Pada  simulasi  ini,  diketahui  bahwa  data-data  mengenai  bilah  diantaranya  :  Cp  (koefisien performa) : 53% TSR ( tip speed ratio ) : 6.5 lalu data tersebut merupakan input pada komponen wind  turbine ,  dan  setelah  itu  kita  memberikan  variasi  inputan  berupa  kecepatan  angin  pada komponen constant setelah itu simulasikan setiap variabelnya lalu amatilah hasilnya.

## 1.2 Hasil dan Analisis
Data perhitungan

## Tabel  1 Hasil dari Perhitungan Data Pemodelan Bilah
Data  perhitungan  didapatkan  dengan  menghitung  menggunakan  rumus  pada  setiap  kondisi kecepatan  angin.  Dan  data  perhitungan  digunakan  untuk  perbandingan  data  ketika  akan melakukan simulasi agar dapat menghasilkan output yang sesuai.

## Tabel  2 Data Hasil Simulasi Pemodelan Bilah pada Aplikasi PSIM
Data simulasi didapatkan dengan mensimulasikan pemodelan menunakan aplikasi PSIM lalu
memberikan  variasi input kecepatan  angin.  Lalu  dapat  dilihat  pada  kedua  tabel  diatas  ada
perbandingan antara hasil perhitungan dan simulasi namun selisih tidak jauh berbeda. Dengan itu dapat dikatakan bahwa simulasi ini berhasil, karena selisih antara data perhitungan dengan data simulasi tidak terlalu jauh. Terlihat bahwa seiring dengan naiknya kecepatan angin dari atas  ke  bawah  yaitu  1-12  m/s,  daya  yang  dihasilkan  pun  semakin  bertambah.  Daya  yang dihasilkan inilah yang nantinya akan berguna untuk memutar generator.

## 2. Pemodelan Generator

## 1.1 Simulasi Pada PSIM

## Gambar 4 Simulasi Pemodelan Generator Pada Aplikasi PSIM
Pada pemodelan generator pada aplikasi PSIM terdapat beberapa komponen, diantaranya:
 Constant mechanical load ( constant speed )
 Speed sensor
 Torque sensor
 Voltage probe
 Permanent Magnet Sync. Machine (PMSM)
 Rectifier
 Resistor
 Ampere meter
 Volt meter
Sebelum melakukan simulasi, didapatkan data generator untuk parameter generator dengan melakukan pengukuran dan juga mencari referensi dari spesifikasi generator tersebut sebagai berikut:
Tabel  3 Data Input Parameter Generator
Pada simulasi generator ini, kita menggunakan masukkan dari data perhitungan dan simulasi dari pemodelan bilah agar mendapatkan keluaran yang sesuai:

## 2.1 Hasil dan Analisis

## Tabel  4 Data Hasil Simulasi Pemodelan Generator pada Aplikasi PSIM
Dapat dilihat pada tabel diatas bahwa hasil perhitungan dan simulasi terdapat perbedaan yang cukup signifikan. Hal ini disebabkan karena adanya perubahan parameter pada saat pengukuran dan percobaan langsung sehingga data yang dihasilkan pun sedikit berbeda.
3. Pemodelan Controller

## 3.1 Simulasi Relay Pada Aplikasi PSIM

## Gambar 5 Pemodelan Relay Pada Aplikasi PSIM
Didalam membuat  pemodelan relay pada  aplikasi  PSIM  menggunakan  beberapa  komponen yaitu:
 DC Voltage Source
 Voltage probe
 Voltage sensor
 Ground
 Comparator
 AND
 On off switch controller
 Resistance
Pada komponen gerbang AND diberi tegangan cutt in sebesar 70V dan tegangan cutt off sebesar 370V. Karena bertujuan sebagai pelindung komponen lainnya dari kelebihan tegangan aliran arus listrik ataupun sebagai pengaman arus listrik dari hubung singkat (konsleting) atau short dan untuk mengendalikan sebuah sirkuit tegangan tinggi dengan bantuan dari signal tegangan rendah.

## 3.2 Hasil dan Analisis

## Gambar 6  Gelombang Sinusoidal Percobaan Input 200 V
Pada percobaan gambar 4 menunjukkan bahwa bila input diberi tegangan 200V maka output nya akan 200V juga. Hal ini dikarenakan tegangan 200V berada diantara tegangan 70V-370V.

## Gambar 7 Gelombang Sinusoidal Percobaan Input 60V
Pada percobaan gambar 5 menunjukkan bahwa bila input diberi tegangan  60V maka output nya akan 0V. Hal ini dikarenakan tegangan 60V tidak berada (dibawah) diantara tegangan 70V – 370V.

## Gambar 8 Gelombang Sinusoidal Percobaan Input 380V
Pada percobaan gambar 6 menunjukkan bahwa bila input diberi tegangan 380V maka output nya akan 0V. Hal ini dikarenakan tegangan 380V tidak berada (diatas) diantara tegangan 70V – 370V.
Dari semua percobaan diatas kita dapat disimpulkan bahwa pada pemodelan relay memiliki gerbang AND yaitu bila salah satu input 0 maka output nya akan 0 dan bila input nya 1 semua maka output nya akan 1, bisa dilihat pada gambar bahwa relay ini memiliki batas atas sebesar 270V  dan  batas  bawah  70V.  Sehingga  tegangan  yang  keluar  dari  generator  tiga  fasa  akan melalui relay terlebih dahulu sebelum masuk kedalam rectifier . Tegangan yang akan melewati relay hanyalah tegangan yang berbeda diantara batas atas dan batas bawah. Sehingga, apabila ada tegangan yang melebihi batas atas ataupun bawah, maka relay akan memutuskan tegangan kedalam rectifier .
4. Pemodelan Rectifier dan Filter pada Aplikasi PSIM

## 4.1 Simulasi pada Aplikasi PSIM

## Gambar 9 Pemodelan Rectifier dan Filter pada Aplikasi PSIM
Didalam membuat pemodelan rectifier dan filter pada aplikasi PSIM kita akan memakai komponen sebagai berikut:
 Input 380V
 Ground
 3 Phase sinusoidal voltage source
 Inductor
 Diode
 Capasitor
 Resistor
 Voltage probe
4.2 Hasil dan Analisis
Pada  tabel  diatas  dapat  dilihat  bahwa  seiring  dengan  naiknya  kapasitor  induktor,  meskipun hanya sedikit, namun perbedaan pada V out nya cukup berpengaruh dan semakin turun. Hal ini disebabkan  karena  semakin  besarnya  induktor,  maka  daya  untuk  melakukan  pengisian  pada induktor semakin besar sehingga V out nya mengecil.

## Tabel  6  Hasil Percobaan Rectifier dan Filter Variasi Parameter Kapasitor
Sementara gambar diatas, semakin bertambahnya kapasitas kapasitor, maka tegangan output nya akan naik. Hal ini disebabkan karena daya yang diteruskan dari kapasitor menjadi semakin besar, namun waktu untuk melakukan pengusian kapasitor pun lebih lama dan tentu saja akan berpengaruh kepada troubleshoot nya.
5. Pemodelan Buck Converter pada Aplikasi PSIM

## 5.1 Simulasi pada Aplikasi PSIM

## Gambar 10 Pemodelan Buck Converter pada Aplikasi PSIM
Didalam membuat pemodelan Buck Converter pada aplikasi PSIM kita menggunakan beberapa komponen, diantaranya:
 DC Voltage Source
 MOSFET Switch
 Dioda
 Inductor
 Capasitor
 Resistor
 Triangular-wave voltage source
 Comparator
 On-Off switch controller
 Voltage probe
 Ground

## 5.2 Hasil dan Analisis

## Gambar 11 Gelombong Sinusoidal Hasil Simulasi Buck Converter
Pada  arus input terlihat  bahwa  gelombang  yang  dihasilkan  menyerupai  sinyal-sinyal  PWM. Hal ini dikarenakan pengarus dari saklar MOSFET yang mendapat input -an sinyal PWM. Pada tegangan dan arus output gelombang yang dihasilkan sudah stabil dan steady pada 0,004s.
Pada gambar 9 tegangan input diberi nilai 48V yang ditunjukkan pada sinyal yang berwarna merah. Nilai duty cycle yaitu 0,5 atau 50% sehingga output yang dihasilkan steady pada nilai yang mendekati 24V, yaitu pada sinyal berwarna biru.
Perubahan duty cycle sangat  berpengaruh  besar  terhadap  tegangan  keluaran buck  converter . Dilihat pada Tabel 7, bahwa perubahan tegangan keluaran berbanding lurus dengan perubahan duty cycle . Pada saat duty cycle diatur 10% maka tegangan output yang dihasilkan 4,78V dan pada saat duty cycle 90% dihasilkan tegangan output 43.11V.
Tegangan keluaran dari generator tidak tetap dan selalu berubah-ubah, sehingga harus adanya pengontrol  untuk  mengatur duty  cycle secara  otomatis  agar  tegangan output  buck  converter dipertahankan pada nilai 24V.
6. Pemodelan Controller pada Aplikasi PSIM

## 6.1 Simulasi pada Aplikasi PSIM

## Gambar 12 Pemodelan Controller pada Aplikasi PSIM
Pada pemodelan controller menggunakan aplikasi PSIM kita akan memakai rangkaian- rangkaian yang sudah dibahas diatas, adapun rangkaian sebagai berikut:
 Relay
 Rectifier dan Filter
 Buck Converter
Selain juga 3 rangkaian diatas pada rangkaian ditambahkan rangkaian open loop yang bertujuan untuk memaksimalkan daya baterai dan juga sebagai monitoring dengan menggunakan sensor tegangan.

## 6.2 Hasil dan Analisis
Rangkaian controller mengolah masukkan tegangan AC yang berubah gelombang sinusoidal kemudian masuk ke sensor tegangan dan lalu masuk ke relay sebagai pengaman rangkaian agar tidak  menimbulkan  kerusakkan  pada  rangkaian  dengan  cara  meng cutt-off jika  tegangan berlebih  tidak  diantara  batas  atas  dan  batas  bawah relay ,  kemudian  setelah  itu  masuk  ke rangkaian rectifier ,  rangkaian rectifier sendiri  sebagai  penyearah  dari  masukkan  tadi  yang masih berupa gelombang sinusoidal tadi lalu disearahkan menggunakan komponen diode lalu setelah  itu  di filter kembali  menggunakan  komponen  induktor  kapasitor  dan  juga  resistor setelah itu maka akan menghasilkan gelombang DC yang konstan lalu setelah itu masukkan ke bagian buck converter di bagian buck converter itu sendiri untuk menurunkan tegangan sesuai dengan  kapasitas  baterai  yaitu  berkisar  diantara  24-28V.  Jadi,  dari  rangkaian  converter  itu sendiri dapat dilihat bahwa mengalami penurunan hanyalah tegangannya sedangkan arusnya sendiri kita mengambil arus maksimalnya.

## 7. Pemodelan Full System

## 7.1 Simulasi pada Aplikasi PSIM

## Gambar 13 Simulasi Full System pada Aplikasi PSIM
Didalam membuat pemodelan full system pada aplikasi PSIM kita menggunakan beberapa komponen, diantaranya:
 Bilah
 Generator
 Controller (relay, rectifier, buck converter)

## 7.2 Hasil dan Analisis
Pada simulasi rangkaian full system tersebut kita memberi masukan menggunakan data bilah berupa  nilai  kecepatan  dalam  rpm  lalu  daya  keluaran  dan  juga  kecepatan  angin.  Setelah  itu pada  generator  akan  mendapatkan  keluaran back  EMF  AC kemudian  di  searahkan menggunakan rectifier ,  dari rectifier didapatkan  keluaran  DC  lalu  masuk  ke relay sebagai pengaman tegangan berlebih agar menimalisir kerusakan pada rangkaian, setelah itu masuk ke
rangkaian buck  converter sebagai  penurun  tegangan  agar  sesuai  dengan  kapabilitas  baterai yaitu 24-28V, setelah itu di rangkaian buck converter sendiri terdapat system close loop yang betujuan  untuk  memastikan  keluaran  sesuai  dengan  kapabilitas  baterai  dengan  cara membandingkan tegangan keluaran dengan tegangan referensi, setelah itu jika keluaran telah dipastikan  diantara  24-28V  maka  akan  disimpan  kedalam  baterai,  setelah  itu  agar  bisa  di transmisikan maka kita menggunakan rangkaian inverter sebagai pengkonversi tegangan DC menjadi tegangan AC dan lalu ke beban dengan system on grid .

## KESIMPULAN DAN IMPLIKASI
1. Controller  The  Sky  Dancer 500  digunakan  untuk  menyimpan  tegangan  yang  dihasilkan oleh generator ke dalam baterai dengan cara memotong tegangan diluar parameter relay , lalu di searahkan menggunakan rectifier dan filter , setelah itu masuk kedalam rangkaian buck converter untuk menurunkan tegangan agar keluaran sesuai dengan spesifikasi beterai yang digunakan.
2. Ada beberapa pemodelan yang dicoba diantaranya :
• Pemodelan Bilah
• Pemodelan Generator
• Pemodelan Controller
 Relay
 Rectifier dan filter
 Buck converter
 Pemodelan full controller
• Pemodelan full  sytem dari  semua  pemodelan  dilakukanlah  variasi input pada  setiap pemodelan dan didapatkan hasil adanya selisih data, dari  data perhitungan dan juga data simulasi namun selisih data yang terjadi tidak terlalu signifikan dan masih bisa di toleransi, maka simulasi dianggap berhasil atau sesuai.

## DAFTAR PUSTAKA

## [1] R. Wicaksono, “ANALISIS TURBIN ANGIN HORIZONTAL TIPE TSD 500 DENGAN DAYA 500 WATT UNTUK KEBUTUHAN RUMAH TANGGA DI PT
LENTERA BUMI NUSANTARA,” Inst. Sains Teknol. AKPRIND Yograkarta , hal. 1, 2020.
[2] Y. Daryanto, “Kajian Potensi Angin Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu,” BALAI
PPTAGG – UPT-LAGG , hal. 1, 2007.
[3] R. S. Hanif, Khairul Amri, “RANCANG BANGUN MICRO TURBIN ANGIN

## PEMBANGKIT LISTRIK UNTUK RUMAH TINGGAL DI DAERAH
KECEPATAN ANGIN RENDAH,” Fak. Tek. Univ. Muhammad Jakarta , hal. 1, 2015