Kendali optimal nonlinear pembangkit listrik tenaga surya berbasis wavelet

WARINDI, Dr. Ir. Sasongko Pramono Hadi, DEA

2008 | Tesis | S2 Teknik Elektro

Sistem pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) dengan photo-voltaic merupakan salah satu persoalan sistem kendali nonlinear dengan fungsi tujuan maksimalisasi daya terserap. Beberapa persoalan kendali serupa bisa diselesaikan dalam skema kendali optimal untuk mendapatkan beberapa keuntungan, misalnya keakuratan hasil optimal, minimisasi tenaga, atau waktu. Kendali optimal sendiri merupakan kendali nonlinear yang sengaja dibuat dengan mempertimbangkan suatu fungsi tujuan. Dalam penelitian ini tujuan utamanya adalah menyelesaikan permasalahan maksimalisasi daya PLTS melalui skema kendali optimal. Penyelesaian sistem nonlinear tersebut pada umumnya diselesaikan melalui suatu komputasi numeris. Komputasi numeris seringkali memerlukan waktu yang lama. Oleh karena itu perlu dicari cara agar waktu komputasi lebih singkat, sehingga bisa diterapkan dalam sistem yang sesungguhnya. Cara tersebut menjadi tujuan sekunder dalam penelitian dan dilakukan melalui pendekatan berbasis wavelet. Penyelesaian kendali optimal dilakukan melalui analisis model keadaan tiap komponen sistem. Skema kendali optimal diperoleh melalui penurunan persamaan Hamiltonian yang sesuai. Hasil penurunan tersebut, ditambah kondisi batas akan mengubah persoalan menjadi suatu persoalan syarat batas (boundary value problems, BVP). Metode klasik, yang berbasis collocation kemudian digunakan untuk menyelesaikan BVP tersebut. Metode collocation termasuk penyelesaian persamaan diferensial dengan diskretisasi waktu, yang bisa dimanfaatkan sebagai dasar untuk mempercepat waktu komputasi. Caranya adalah melalui adaptasi titik-titik diskretisasi (collocation). Untuk adaptasi tersebut digunakan metode berbasis analisis wavelet. Peran wavelet adalah memberikan analisis pada setiap tingkat diskretisasi, dimulai dari diskretisasi kasar sampai diskretisasi lebih halus. Hasil analisis wavelet sementara tersebut digunakan untuk menentukan diskretisasi pada tingkat selanjutnya. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa skema kendali optimal nonlinear bisa diterapkan pada persoalan kendali PLTS hanya pada rentang waktu yang sempit, yaitu dari 0 hingga 0,001 detik. Percobaan dengan metode klasik sudah bisa memaksimalkan daya PLTS, namun waktu komputasi masih lama. Oleh sebab itu dilakukan adaptasi berbasis wavelet pada metode klasik tersebut. Hasil simulasi memperlihatkan bahwa komputasi menjadi lebih cepat, ditunjukkan oleh kompleksitas waktu yang lebih kecil dibanding nilai saat menggunakan metode klasik. Bila kompleksitas waktu dinyatakan sebagai fungsi masukan n, maka diperlihatkan kompleksitas waktu metode klasik adalah n1,4854 , Haarlet: n1,2617 , wavelet Daubechies: n1,2390 dan Coiflet: n1,2606 . Perbaikan waktu komputasi dapat tercapai karena perhitungan dilakukan pada titik-titik diskretisasi yang perlu saja sesuai hasil adaptasi.

Solar power generation with photo-voltaic is an example of nonlinear control system problems with objective function is maximization of absorbed power from the sun. Some similar control system problems can be solved using optimal control scheme approach for benefit of better optimal result, power minimization, or less time. The optimal control is an intentional nonlinear control approach with certain objective function. The main objective of the research is then to solve power maximization of photo-voltaic solar power generation using optimal control approach. Such nonlinear problem is usually solved through numerical computation. The computational time of numerical computation is often required a long time. Therefore it is necessary to speed up the computation in order to apply the method in real-time situation. This speed-up method is become secondary objective of the research and done using wavelet based method. The solving of optimal control is conducted through state space model analysis of each system components. The optimal control scheme is then obtained from Hamiltonian equation derivation. The derivations, system state, and boundary condition are all formed a boundary value problem (BVP). A classical method based on collocation is then used to solve the BVP. Collocation method is a differential equations solver using time discretization basis that can be employed to speed up the computation through time discretization adaptation of collocation points. To adapt the points, a wavelet analysis is used. The contribution of wavelet is as analysis tool at each discretization level, start from coarse to finer discretization. The temporary result at each level is then used for determining the next level discretization. The research results show that optimal control scheme can be established to solve control problem of solar power generation in small time span from 0 to 0,001 seconds. Although a classical method can maximize power of the photovoltaic power generation, but it requires relatively long computational time. Therefore wavelet based adaptation is applied to the classical method. Simulation results show that computation speed considerably increases as shown by smaller time complexity. This computation speed shows in time complexity unit as a function of input size n, that decrease from n1,4854 in classical method to n1,2617 in Haarlet, n1,2390 in Daubechies wavelet, and n1,2606 in Coiflet. This time decrease can be realized since the computation is only conducted at necessary discretization points as wavelet adaptation result

Kata Kunci : Kendali optimal,Nonlinear,Analisis wavelet,Tenaga surya, optimal control, nonlinear, wavelet analysis, photo-voltaic generation x