Pengembangan Sistem Kontrol Turbin Angin Sumbu Vertikal menggunakan Variable Swept Area berbasis Artificial Intelligence

Jazuli, Fadil (2020) Pengembangan Sistem Kontrol Turbin Angin Sumbu Vertikal menggunakan Variable Swept Area berbasis Artificial Intelligence. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 07111660010002-Dissertasion.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 April 2023. Download (8MB)

Abstract

Energi angin merupakan salah satu energi terbarukan yang dapat digunakan sebagai pembangkit listrik melalui proses konversi, untuk pemenuhan tenaga listrik yang ramah lingkungan dan menurunkan tingkat emisi karbondiosida. Pembangkit listrik ini juga bermanfaat untuk meningkatkan elektrifikasi daerah-daerah tertinggal dan pulau pulau terluar di Indonesia, dengan turbin angin sumbu vertikal tipe standalone bisa dilakukan percepatan elektrifikasi pada remote area, karena instalasi lebih cepat, investasi lebih murah, dan mampu beroperasi pada skala kecepatan angin yang rendah. Keunggulan lainnya dari turbin angin sumbu vertikal adalah tidak membutuhkan arah angin yang spesifik, tidak menimbulkan suara bising dan perawatan lebih mudah. Permasalahan turbin vertikal ini adalah proses starting yang lambat, kemudian untuk pengendalian secara elektronik memiliki keterbatasan saat menghadapi variasi kecepatan angin dinamis. Sehingga diperlukan kendali untuk mempertahankan daya tetap konstan ketika angin terus berubah, yaitu melalui mekanisme perubahan dimensi swept area menjadi smart rotor.
Fokus penelitian ini membahas tentang pengembangan sistem kontrol turbin angin sumbu vertikal tipe stand alone, menggunakan variable swept area (VSA) berbasis artificial intelligence, yang bertujuan untuk mempertahankan daya konstan dan mempercepat starting turbin. VSA merupakan smart rotor, yang terdiri dari tinggi dan diameter yang bisa diatur dimensinya menggunakan aktuator, tinggi dan diameter ini membentuk swept area, sehingga bisa diatur luas dimensinya pada kecepatan angin tertentu. Luas dimensi swept area bisa dikendalikan dengan range 0.75 m2 ke 1.87 m2, dan diujikan pada skala kecepatan angin antara 1 m/s ke12 m/s. Dimana perubahan dimensi swept area diatur menggunakan Fuzzy Logic Controller (FLC). VSA hub tersambung ke PMSG dan DC-DC konverter. FLC bekerja pada sisi rotor dan PID pada sisi konverter. Sementara itu Jaring Saraf Tiruan (JST) digunakan pada Variable Diameter Rotor, dimana JST ini untuk memprediksi kecepatan angin dan menjadi masukan fuzzy, sehingga sistem bisa merespon perubahan kecepatan angin lebih awal. Hasil simulasi memperlihatkan bahwa metode ini mampu meningkatkan efisiensi turbin sebesar 41% dan mampu mempertahan daya konstan saat terjadi disturbance kecepatan angin, sehingga mampu beroperasi pada kecepatan angin yang lebih lebar.
Pengembangan sistem kontrol pada turbin angin sumbu vertikal ini memberikan dua kontribusi sebagai luaran penelitian. Kontribusi pertama adalah mempercepat starting turbin sehingga turbin bisa start pada kecepatan angin yang sangat rendah. Yaitu dengan inovasi smart rotor, dengan merubah dimensi swept area menjadi variable pada sisi tinggi dan diameter turbin. Kontribusi kedua adalah meningkatkan kinerja turbin angin karena mampu bekerja pada kecepatan angin yang lebih lebar, dan mempertahankan keluaran daya konstan pada semua kecepatan angin.
=====================================================================================================
Wind energy is one of the renewable energies which can be used as electricity
generation through a conversion process to meet the electricity needs that is
environmentally friendly and to reduce the level of carbon dioxide emissions, especially
to increase the electrification of underdeveloped areas and outer islands in Indonesia, with
a standalone type vertical axis wind turbine, accelerated electrification in remote areas
can be carried out because the installation is faster, the investment is cheaper, and is able
to operate at a low wind speed scale. Another advantage of the vertical axis wind turbine
is that it does not require a specific wind direction, does not generate noises, and is easier
to maintain. The issue of this vertical turbine is the slow cut-in process and the electronic
control has limitations when dealing with dynamic wind speed variations, so that control
is needed to maintain a constant power when the wind constantly changes, namely
through the mechanisms of changing the dimensions of the swept area into a smart rotor.
This study focuses on discussing the development of a standalone vertical axis
wind turbine control system using artificial intelligence-based variable swept area (VSA)
which aims to maintain constant power and accelerate starting turbine. VSA is a smart
rotor which consists of height and diameter of which dimension is adjustable using an
actuator to form a swept area, so that the dimensions can be adjusted at a certain wind
speed. The swept area dimensions can be controlled in the range of 0.75 m2
to 1.87 m2,
and tested on a wind speed scale between 1 m/s to 12 m/s. The appropriate change in
swept area dimensions is set using the Fuzzy Logic Controller (FLC). The VSA hub is
connected to the PMSG and DC-DC converters. FLC works on the rotor side and PID on
the converter side. Furthermore, Artificial Neural Network (ANN) is used in Variable
Diameter Rotor, where this ANN works to predict wind speed and become a fuzzy input,
so that the system can respond to changes in wind speed earlier to be able to improve cutin speed.
The simulation result shows that this method can increase system efficiency by
41%. It can be concluded that this method is able to maintain a constant power during a
wind speed disturbance, and is able to operate at a wider wind speed.
The development of a control system on this vertical axis wind turbine provides
two advantages as a research outcome. The first advantage is to speed up turbine starting
so that the turbine can start at very low wind speeds. Namely with the smart rotor
innovation, by making the swept area variable for the height and diameter of the turbine.
The second advantage is to improve the performance of the wind turbine because it is able
to run at a wider wind speed range, and maintains a constant power output at all wind
speeds.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	Turbin Angin, VAWT, Robust Control, Kecerdasan Buatan, Swept Area, Wind Turbine, VAWT, Robust Control, Artificial Intelligence, Swept Area
Subjects:	Q Science > QA Mathematics > QA336 Artificial Intelligence T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ217.2 Robust control T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ828 Wind turbines T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK1001 Production of electric energy or power T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK7872 Electric current converters, Electric inverters.
Divisions:	Faculty of Intelligent Electrical and Informatics Technology (ELECTICS) > Electrical Engineering > 20001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Jazuli Fadil
Date Deposited:	05 Mar 2021 01:06
Last Modified:	05 Mar 2021 01:09
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/83475

Actions (login required)

View Item