i

INTEGRASI FLOW CONTROL VALVE (FCV) BERBASIS

FUZZY-PI DAN ELECTRONIC LOAD CONTROLLER (ELC)

BERBASIS ANFIS-PID SEBAGAI SISTEM KENDALI PLTMH

UNTUK BEBAN BERVARIASI

SKRIPSI

Sebagai Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Oleh :

ALWAN ZANUAR ROSYIDI

201310130311068

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2018

vii

LEMBAR PERSEMBAHAN

i. LEMBAR PERSEMBAHAN

Sembah sujud serta syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta'ala. Taburan

cinta dan kasih sayang-Mu telah memberikanku kekuatan dan membekaliku dengan

ilmu. Atas karunia serta kemudahan yang Engkau berikan kepadaku akhirnya

skripsi yang sederhana ini dapat terselesaikan. Sholawat dan salam selalu

terlimpahkan kepada Rasulallah Muhammad Shalallaahu 'Alayhi Wasallam.

Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Orang tua, nenek, kakak yang telah banyak memberikan do’a dan dukungan

yang tiada henti.

2. Dekan Fakultas Teknik dan keluarga (FT) Bapak Ir. Sudarman, MT.serta para

Pembantu Dekan Fakultas Teknik dan keluarga besar Universitas

Muhammadiyah Malang.

3. Ketua Jurusan Teknik Elektro Ibu Ir. Nur Alif M., MT. dan Sekretaris Jurusan

Teknik Elektro Bapak Widianto, MT. beserta seluruh stafnya.

4. Bapak Dr. Zulfatman, ST., M.Eng. dan ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT. yang

telah meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan

skripsi ini.

5. Seluruh civitas akademika (dosen, asisten, dan karyawan) Universitas

Muhammadiyah Malang yang telah membekali ilmu dan membantu penulis

selama proses studi.

6. Sahabatku Andi, Aang, Badra, Annas, Deni, Desi, Dino, Frans, Izzul, Isa,

Kahfi, Pavel, Yusuf, Zahra dan teman-teman Elektro 2013 B yang berjuang

mencari ilmu di UMM.

7. Dan yang terakhir, semuanya yang telah membantu penulis yang tidak bisa

disebutkan satu persatu.

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas segala Nikmat-Nya,

Rahmat-Nya, serta Hidayahnya-Nya. Sholawat serta salam semoga senantiasa

tercurah kepada Rasulullah Muhammad Shalallaahu 'Alayhi Wasallam. Atas

kehendak dan karunia Allah penulis dapat menyeleseikan tugas akhir yang

berjudul:

“INTEGRASI FLOW CONTROL VALVE (FCV) BERBASIS FUZZY-PI

DAN ELECTRONIC LOAD CONTROLLER (ELC) BERBASIS ANFIS-PID

SEBAGAI SISTEM KENDALI PLTMH UNTUK BEBAN BERVARIASI”

Penulisan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh

gelar sarjana teknik di Universitas Muhammadiyah Malang. Selain itu penulis

berharap tugas akhir ini dapat memperluas pustaka dan pengetahuan utamanya

dalam bidang energi terbaharukan.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak

terdapat kekurangan. Oleh karena itu Penulis berharap saran yang membangun,

agar kedepannya menjadi lebih baik dan bermanfaat. Penulis mohon maaf apabila

terdapat kesalahan dalam penulisan baik yang sengaja maupun yang tidak

disengaja.

Malang,

Penulis

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i

LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................ ii

LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iii

LEMBAR PERNYATAAN ............................................................................. iv

ABSTRAKSI ...................................................................................................... v

LEMBAR PERSEMBAHAN .......................................................................... vii

KATA PENGANTAR ...................................................................................... viii

DAFTAR ISI ..................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xii

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xv

DAFTAR ISTILAH ......................................................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................ 1

1.2 Rumusan Masalah ....................................................................... 3

1.3 Tujuan ......................................................................................... 3

1.4 Batasan Masalah ......................................................................... 3

1.5 Sistematika Penulisan ................................................................. 4

BAB II DASAR TEORI ............................................................................... 5

2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) .................. 5

2.2 Governor ..................................................................................... 5

2.3 Peralatan Kontrol ........................................................................ 6

2.3.1 Flow Control Valve (FCV) ................................................ 6

x

2.3.2 Electronic Load Controller (ELC) .................................... 10

2.3.3 Kontroler PID .................................................................... 14

2.3.4 Kontroler PI ....................................................................... 15

2.3.5 Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS) ............ 16

2.3.5.1 Fuzzy Inference System ......................................... 17

2.3.5.2 Arsitektur ANFIS .................................................. 18

2.3.6 Fuzzy Logic Controller ...................................................... 20

2.3.7 Generator Sinkron ............................................................. 20

2.3.8 Eksitasi .............................................................................. 21

2.3.8.1 Amplifier ................................................................ 22

2.3.8.2 Voltage Regulator ................................................. 22

2.3.8.3 Exciter ................................................................... 22

2.3.8.4 Sensor .................................................................... 23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..................................................... 24

3.1 Model Turbin Hidrolik ............................................................... 24

3.2 Model hydro-electric servo system ............................................. 25

3.3 Model Hydraulic Turbine Governor .......................................... 26

3.4 Model Perancangan Kontroler PI da .......................................... 26

3.5 Moel Perencangan Fuzzy-PI ........................................................ 27

3.6 Model Beban .............................................................................. 30

3.7 Model Ballast Load .................................................................... 30

3.8 Model Electronic Load Controller (ELC) .................................. 31

3.9 Model Generator Sinkron ............................................................ 32

3.10 Model Perancangan kontroler ANFIS-PID .............................. 33

xi

3.11 Pemodelan Eksitasi ................................................................... 35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 37

4.1 Pengujian Model PLTMH dengan Sistem FCV ......................... 37

4.1.1 Pengujian Sistem FCV dengan Adanya Perubahan Beban

Konsumen ............................................................................. 38

4.2 Pengujian Model PLTMH dengan Sistem ELC ......................... 43

4.2.1 Pengujian Sistem ELC dengan Adanya Perubahan Beban 43

4.3 Pengujian Model PLTMH dengan Sistem Integrasi FCV dan ELC

.............................................................................................................. 48

4.3.1 Pengujian Sistem Integrasi dengan Perubahan Beban

Konsumen .............................................................................. 49

4.4 Perbandingan antara Fuzzy-PI dan PI Kontroler Pada Sistem FCV

.............................................................................................................. 55

4.5 Perbandingan antara ANFIS-PID dan PID Kontroler pada Sistem

ELC ................................................................................................... 56

4.6 Perbandingan Kontroler Sistem Integrasi pada PLTMH ............ 57

BAB V PENUTUP ......................................................................................... 59

5.1 Kesimpulan ................................................................................. 59

5.2 Saran ........................................................................................... 60

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 61

LAMPIRAN ...................................................................................................... 63

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses Alur Kerja Energi Pada PLTMH ........................................ 5

Gambar 2.2 Rangkaian Rectifier Tiga Fasa ....................................................... 12

Gambar 2.3 Bentuk Gelombang Rectifier .......................................................... 13

Gambar 2.4 Blok Diagram Kontroler PID .......................................................... 14

Gambar 2.5 Fuzzy Inference System ................................................................... 17

Gambar 2.6 (a)Sugeno Fuzzy inference system (b) ANFIS Arsitektur ............... 18

Gambar 2.7 Pembangkit tegangan 3 phasa ......................................................... 21

Gambar 2.8 Model Eksitasi ................................................................................. 22

Gambar 3.1 Diagram Blok Secara Umum Sistem Integrasi FCV dan ELC ...... 24

Gambar 3.2 Model Turbin Hidrolik ................................................................... 25

Gambar 3.3 Model hydro-electric servo system ................................................. 25

Gambar 3.4 Desain Hydraulic Turbine Governor pada PLTMH ...................... 26

Gambar 3.5 (a) Blok Kontroler PI dan (b) Blok Kontroler PID ........................ 27

Gambar 3.6 Blok Inferensi Fuzzy ....................................................................... 28

Gambar 3.7 Keanggotaan dari e(t) ..................................................................... 28

Gambar 3.8 Keanggotaan dari de(t) ................................................................... 28

Gambar 3.9 Keanggotaan dari K’p dan K’i ....................................................... 29

Gambar 3.10 Pemodelan Fuzzy-PI ..................................................................... 30

Gambar 3.11 Pemodelan Beban yang Digunakan .............................................. 30

Gambar 3.12 Pemodelan Ballast Load ............................................................... 30

Gambar 3.13 Model rectifier pada Simulasi MATLAB .................................... 31

Gambar 3.14 Model Pensaklaran rectifier ......................................................... 32

xiii

Gambar 3.15 Pemodelan Generator Sinkron ..................................................... 32

Gambar 3.16 Model Kontroler ANFIS-PID ....................................................... 33

Gambar 3.17 Algoritma Proses Training ANFIS Kp, Ki, dan Kd ..................... 33

Gambar 3.18 Tampilan GUI ANFIS .................................................................. 34

Gambar 3.19 Surface ANFIS-PID ..................................................................... 35

Gambar 3.20 Blok Eksitasi ................................................................................ 35

Gambar 3.21 Model Eksitasi tipe AC4A ........................................................... 35

Gambar 4.1 Pengujian Model PLTMH dengan Sistem FCV ............................. 37

Gambar 4.2 (a) Vrms, dan (b) Irms sistem FCV ................................................ 38

Gambar 4.3 Daya Beban Konsumen Sistem FCV ............................................. 39

Gambar 4.4 Power Mechanic Sistem FCV ........................................................ 39

Gambar 4.5 Frekuensi Sistem FCV ................................................................... 40

Gambar 4.6 THD-I Sistem FCV ......................................................................... 42

Gambar 4.7 Model PLTMH dengan Sistem ELC .............................................. 43

Gambar 4.8 (a) Vrms dan (b) Irms pada Sistem ELC ........................................ 44

Gambar 4.9 (a) Daya Beban Konsumen, (b) Daya Ballast Load, (c) Daya Total

Sistem ................................................................................................. 45

Gambar 4.10 Power Mechanic Sistem ELC ....................................................... 46

Gambar 4.11 Frekuensi Sistem ELC ................................................................... 46

Gambar 4.12 THD-I Sistem ELC........................................................................ 47

Gambar 4.13 Pengujian Sistem PLTMH dengan Sistem Integrasi ..................... 48

Gambar 4.14 (a) Vrms dan (b) Irms Sistem Integrasi ......................................... 49

Gambar 4.15 (a) Daya Beban Konsumen, (b) Daya Ballast Load, (c) Daya Total

Sistem Integrasi .................................................................................. 50

xiv

Gambar 4.16 Power Mechanic Sistem Integrasi ................................................. 51

Gambar 4.17 Frekuensi Sistem Integrasi ............................................................ 51

Gambar 4.18 THD-I pada Sistem Integrasi ........................................................ 53

Gambar 4.19 Perbandingan Respon Frekuensi pada Sistem FCV Menggunakan

Fuzzy-PI dan PI ................................................................................... 55

Gambar 4.20 Perbandingan Respon Frekuensi pada Sistem ELC Menggunakan

ANFIS-PID dan PID ........................................................................... 56

Gambar 4.21 Perbandingan Respon Frekuensi Sistem Integrasi pada PLTMH . 57

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Urutan Mode Penyalaan Rectifier 3 Fasa ............................................ 14

Tabel 3.1 Parameter Turbin Hidrolik ................................................................. 25

Tabel 3.2 Parameter hydro-electric servo system .............................................. 26

Tabel 3.3 Nilai Parameter PI .............................................................................. 27

Tabel 3.4 Nilai Parameter PID ........................................................................... 27

Tabel 3.5 Aturan Fuzzy ...................................................................................... 29

Tabel 3.6 Nilai Parameter Beban Ballast ........................................................... 31

Tabel 3.7 Nilai Parameter Mosfet ...................................................................... 31

Tabel 3.8 Parameter Generator Sinkron ............................................................. 32

Tabel 3.9 Parameter Sistem Eksitasi .................................................................. 36

Tabel 4.1 Peforma Frekuensi pada Sistem FCV Saat Start Awal ...................... 40

Tabel 4.2 Hasil Pengujian FCV ......................................................................... 42

Tabel 4.3 Peforma Frekuensi Sistem ELC ......................................................... 46

Tabel 4.4 Nilai THD-I pada Sistem ELC ........................................................... 48

Tabel 4.5 Peforma Frekuensi Sistem Integrasi .................................................. 52

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Sistem Integrasi ....................................................... 54

Tabel 4.7 Perbandingan Peforma Respon Frekuensi pada Sistem FCV ............ 55

Tabel 4.8 Perbandingan Peforma Sistem ELC Menggunakan ANFIS-PID dan PID

............................................................................................................ 57

Tabel 4.9 Perbandingan Sistem Integrasi Menggunakan Fuzzy-PI dan ANFIS-PID

pada Sistem Integrasi .......................................................................... 58

xvi

DAFTAR ISTILAH

FCV : Flow Control Valve

ELC : Electronic Load Controller

FLC : Fuzzy Logic Controller

ANFIS : Adaptive Neuro Fuzzy Inference System

RMS : Root Mean Square

61

DAFTAR PUSTAKA

Ningsih, A., Oyas Wahyunggoro, dan M Isnaeni BS. “Kendali Penstabil Frekuensi

dan Tegangan Untuk Pembangkit Listrik Mikro Hidro Menggunakan Beban

Komplemen dengan Pengendali PID dan PWM”. Seminar Nasional ke-9

Teknologi Industri dan Informasi.

Singh, Amit Kumar, 2013.“Modelling and Simulation of Micro Hydro-Diesel

Hybrid Power System for Localized Power Requirement Using

MATLAB/Simulink”. Jadavpur University Kolkata-700098 .

Usman, Auwal Abubakar, dan Rabiu Aliyu Abdulkadir, 2015. “Modeling and

Simulation of Micro Hydro Power Plant Using MATLAB Simulink”.

International Journal of Advanced Technology in Engineering and Science.

Vol. No.3, Spesial Issue No.01, September 2015.

Zhang, Zhixue, Zhihong Huo, dan Zhihuai Xiao. 2002. “ PID Control with Fuzzy

Compentation for Hydroelectric Generating Unit”. IEEE.

Abdolmelki, M, P Ansarimehr, dan A M Ranjbar. 2007. “A Robust Fuzzy Logic

Adaptive PI Controller for Hydro Power Plants”, SICE Annual Conference

2007. Sept. 17-20,2007, Kagawa University, Japan.

Mashar, Ali, dan Dja’far Sodiq, “Analisis Harmonisa Electronic Load Control

(ELC) Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)”, Politeknik

Negeri Bandung.

Blooming, Thomas M, dan Daniel J. Carnovale.”Application of IEEE STD 519-

1992 Harmonic Limit”, IEEE.

Wu, Ting, Jian-Feng Yang dan Qing Miao. 2015. “DC Side Ripple Voltage Analysis

and Fuzzy PI Control Strategy Reseach fo APF”. The open electrical &

Electronic Engineering Journal, 2015, 9,263-272.

Alifia, Fatimah Avtur, Aris Triwiyatno, dan Wahyudi. “Desain Sistem Kontrol

Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS) Studi Kasus : Pengontrolan

Ketinggian Air dan Temperatur Uap Steam Drum Boiler”, Kampus UNDIP

Tembalang, Semarang.

Vedrana, Jerkovic, Miklosevic, dan Spoljaric Zeljko. “Excitation System Models of

Synchronous Generator”. Faculty of Electrical Engineering Osijek, Croatia.

62

Hafid, A, dan Riza Widia. “Analisis Pengontrolan Frekuensi Generator PLTMH

dengan Governor Sederhana”, ISSN:2085-6989.

Suparta, W, dan Alhasa, K.M. 2016. “Modelling of Troposperic Delays Using

ANFIS”. Springer. ISBN: 978-3-319-28435-4.

Shrestha, Dipesh, AnKit Babu Rajbanshi, Khusal Shrestha, dan Indraman

Tamrakar, 2014. “Advanced Electronic Load Controller for Micro Hydro

Power Plant”, Journal of Energy and Power Engineering 8 (2014) 1802-1810.

Xiao-Ying, Zhang dan Ming-Guang Zhang, 2006. “An Adaptive Fuzzy PID Control

of Hydro-Turbine Governor”. Proceedings of Fifth International Conference

on Machine Learning and Cybernetics, Dalian 13-16 August 2006.