Tutorial Arduino Mengukur Tegangan Dengan Modul Sensor Tegangan

1. Modul Sensor Tegangan

Prinsip kerja modul sensor tegangan yaitu didasarkan pada prinsip penekanan resistansi, dan dapat membuat tegangan input berkurang hingga 5 kali dari tegangan asli. Bentuk modul sensor tegangan seperti ditunjukkan pada gambar 1 berikut :

Gambar 1  Modul sensor tegangan [1]

Fitur-fitur dan kelebihannya:

• Variasi Tegangan masukan: DC 0 - 25 V
• Deteksi tegangan dengan jangkauan: DC 0.02445 V - 25 V
• Tegangan resolusi analog: 0,00489 V
• Tegangan DC masukan antarmuka: terminal positif dengan VCC, negatif dengan GND
• Output Interface: "+" Koneksi 5 / 3.3V, "-" terhubung GND, "s" terhubung Arduino pin A0
• DC antarmuka masukan: red terminal positif dengan VCC, negatif dengan GND

2. Kalibrasi Modul Sensor Tegangan

Prinsip kerja modul sensor tegangan ini dapat membuat tegangan input mengurangi 5 kali dari tegangan asli. Sehingga, sensor hanya mampu membaca tegangan maksimal 25 V bila diinginkan Arduino analog input dengan tegangan 5 V, dan jika untuk tegangan 3,3 V, tegangan input harus tidak lebih dari 16.5 V. Pada dasarnya pembacaan sensor hanya dirubah dalam bentuk bilngan dari 0 sampai 1023, karena chip Arduino AVR memiliki 10 bit, jadi resolusi simulasi modul 0,00489 V yaitu dari (5 V / 1023), dan tegangan input dari modul ini harus lebih dari 0,00489 V x 5 = 0,02445 V. Sehingga dapat dirumuskan seperti persamaan (1.1) berikut :

Volt = ((Vout x 0.00489) x 5)       (1.1)

Modul tegangan ini disusun secara parallel terhadap beban. Pada gambar 2 menunjukan contoh cara mengukur tegangan beban pada panel surya (PV) dengan sensor tegangan yang dihubungkan secara paralel, seperti gambar berikut :

Gambar 2 Bentuk rangkaian sensor tegangan untuk mengukur tegangan beban pada Panel Surya[2]

3. Rangkaian koneksi Aduino dengan Sensor Tegangan

Cara merangkai modul sensor tegangan yang di koneksi dengan arduino yaitu kabel merah dihubungkan dengan sumber tegangan 5V, kabel hitam dihubungkan dengan ground (GND) dan kabel hijau dihungkan dengan analog read 0 (A0) pada arduino. Untuk lebih jelasnya seperti yang ditunjukkan pada gambar 3 berikut ini :

Gambar 3 Rangkaian koneksi arduino dengan modul sensor tegangan[2]

4. Source Code Sensor tegangan untuk Arduino

Contoh memprogram arduino untuk dapat menjalankan sensor tegangan dengan tegangan maksimum 25V. Memasukkan rumus kalibrasinya persamaan (1.1), kedalam program seperti berikut:

#include <Wire.h>
int Volt1;
int Volt;

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Voltage: ");
 }
void loop()
{
      Volt1=analogRead(0);
      Volt=((Volt1*0.00489)*5);
      Serial.print(Volt);
      Serial.println("V");
     
   delay(1000);
}

Referensi:
[1] Arduino, September 2016, “Voltage Sensor Module”, [Online]: http://www.emartee.com/product/42082/Voltage%20Sensor%20Module%20%20Arduino%20Compatible
[2] M. Rizal, F., "Rancangan dan Analisis Data Logger Multichannel untuk Menentukan Performansi Panel Surya," Tesis, Unsyiah, Banda Aceh, Indonesia, 2015.

Belajar Dasar Arduino dan Tutorial Pemograman arduino

A. Arduino

Arduino adalah sebuah kit elektronik open source yang dirancang khusus dengan kemampuan komputasi yang dapat berinteraksi secara lebih dekat dengan dunia nyata dibandingkan komputer biasa, untuk memudahkan bagi para seniman, desainer, dan siapapun yang tertarik dalam menciptakan objek atau mengembangkan perangkat elektronik yang dapat berinteraksi dengan bermacam-macam sensor dan pengendali [1-2].

B. Software Arduino

Arduino dapat di operasikan dengan cara menginstal terlebih dahulu software atau aplikasi pendukung untuk memprogram mikrokontroler arduino berupa program Sederhana, dengan programming environment turunan dari bahasa pemrograman C yang mudah dimengerti [3].

Software arduino untuk windows dapat di download langsung Di sini

Jika menginginkan Software Arduino untuk dijalankan pada Operasi Sistem (OS) lainnya, dapat diperoleh pada alamat situs web resminya, dimana tersedia untuk sistem operasi Windows, Mac dan Linux: Klik Disini

C. Tutorial Dasar Pemograman Arduino

Setelah proses penginstalan software arduino berhasil, maka untuk dasar tutorial pemrograman Arduino dapat diperhatikan gambar 1 dan berikut ini penjelasan beberapa function yang biasa digunakan pada program arduino. 

Gambar 1 Bentuk software arduino versi 1.6.2 [1]

Void setup( ) dimana Semua kode program yang berada dalamnya akan dibaca sekali oleh Arduino. Biasanya isinya berupa kode perintah untuk menentukan fungsi pada sebuah pin.

Void loop( ) dimana semua kode program yang berada didalammya akan dibaca setelah void setup dan akan dibaca secara berulang terus-menerus oleh arduino, hingga Arduino dimatikan atau di reset. Isinya berupa kode-kode perintah kepada pin INPUT dan OUTPUT pada Arduino.

pinMode( ) digunakan untuk melakukan konfigurasi secara spesifik fungsi dari sebuah pin, apakah digunakan sebagai input atau sebagai output. Contoh penggunaan function pinMode() ialah sebagai berikut.

• pinMode(0, INPUT); //konfigurasi pin 0 Arduino sebagai pin input
• pinMode(13, OUTPUT); //konfigurasi pin 13 Arduino sebagai pin output

digitalRead() digunakan untuk membaca nilai pin digital yang spesifik, apakah bernilai HIGH atau LOW. Contoh penggunaan function digitalRead( ) seperti berikut ini :

• digitalRead(0); //membaca nilai digital dari pin 0 Arduino

digitalWrite( ) digunakan untuk membaca nilai digital, selain itu function ini juga untuk menuliskan atau memberikan nilai pada suatu pin digital secara spesifik. function digitalWrite() memberikan nilai pin digital yang spesifik apakah bernilai HIGH atau LOW, yang dapat dilakukan. Contoh penggunaan function digitalWrite() seperti berikut ini:

• digitalWrite(13, HIGH); //memberikan nilai digital HIGH pada pin 13 Arduino
• digitalWrite(13, LOW); //memberikan nilai digital LOW pada pin 13 Arduino

delay( ) dimana function delay() ini digunakan untuk memberikan waktu tundaan (dalam satuan millisecond) untuk mengerjakan satu baris program ke baris selanjutnya. Contoh penggunaan function delay() seperti berikut ini :

• delay(500); /*memberikan waktu tundaan 500 millisecond, atau setara dengan 0.5 detik sebelum melanjutkan mengerjakan perintah baris program selanjutnya, jiga diinginkan waktu tunda 1 detik maka ditulis delay(1000) dan seterusnya */

analogRead( ) digunakan untuk membaca nilai analog. Function analogRead(), digunakan untuk membaca nilai analog melalui pin analog. Untuk board Arduino Uno memiliki 6 channel analog, Arduino Mini dan Nano 8 channel, sedangkan Arduino Mega 10 channel, dengan resolusi 10 bit analog to digital converter. Dengan resolusi 10 bit memungkinkan pemetaan tegangan antara 0 volt hingga 5 volt dalam nilai integer dari 0 hingga 1023. Sehingga resolusi pembacaan nilai analog ialah 5 volt dibagi 1024 unit, atau sekitar 4,9 mV per unit. Dibutuhkan sekitar 100 microsecond untuk membaca suatu input analog, dengan kata lain tingkat pembacaan maximum nilai analog ialah 10000 kali dalam satu detik. Contoh dari function analogread() seperti berikut ini :

• analogRead(A0); //membaca nilai analog dari pin A0 Arduino

Serial.print( ) digunakann untuk menampilkan teks dan juga dapat menampilkan nilai pada sebuah sensor di Serial Monitor, contohnya penggunaan function Serial.print( ) seperti berikut ini :

• Serial.print (“Hello World”); //Untuk menampilkan kata Hello World
• Serial.print (nama sensor); //Untuk menampilkan nilai dari sensor yang telah di kenal kan

Serial Monitor pada Arduino sendiri dapat dibuka dengan dengan memilih menu Tools kemudian pilih Serial Monitor. Ataupun dengan menekan kombinasi CTRL+SHIFT+M di keyboard. Atau bisa juga dengan meng-klik ikon Kaca Pembesar di Arduino, seperti ditunjukan pada gambar 2 berikut ini:

Gambar 2 cara menampilkan serial Monitor [1]

D. Tutorial Blink LED

Blinking LED merupakan pelajaran pemrograman yang paling sederhana dari pelajaran pemrograman Arduino. Pada pemograman Arduino, kita akan menanamkan program tersebut kedalam board arduino yang akan mengeksekusi sebuah aksi yang real. Misalnya, menyalakan dan memadamkan lampu, memutar motor dc, dan aksi-aksi lainnya. Dalam praktikum ini, aksi yang akan dilakukan yaitu, membuat sebuah led berkedap-kedip, atau dalam bahasa Inggrisnya sering disebut Blinking [4].

Blink LED sebenarnya sudah ada contoh program yang telah disediakan oleh software arduino. Cara mengambilnya yaitu File kemudian Example lalu 01.Basic dan terus Bink, seperti yang ditujukan pada gambar 3 berikut ini :

Gambar 3 menggambil contoh program Blink LED yang telah tersedia pada software arduino[1]

Berikut ini merupakan salah satu contoh bentuk program untuk blink LED :

void setup() {

pinMode(13, OUTPUT); //initialize digital pin 13 as an output.

}

// the loop function runs over and over again forever

void loop() {

digitalWrite(13, HIGH); //turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(1000); //wait for a second

digitalWrite(13, LOW); //turn the LED off by making the voltage LOW

delay(1000); //wait for a second

}

Setelah program selesai dibuat dan kemudian di upload/ditanamkan ke board arduino maka bentuk rangkain yang perlu di instalasi seperti dicontohkan pada gambar 4 berikut :

Gambar 4 Contoh rangkaian yang di instalasi untuk Blink LED [4]

Maka nanti akan menghasilkan LED tersebut menyala dalam waktu 1 detik dan padam juga dalam 1 detik. Proses nyala dan padam LED dapat diatur menurut delay yang diberikan saat di program. Bisa divariasikan padam dan nyala LED menurut kebutuhan yang diinginkan. 

Selamat mencoba, dan semoga bermanfaat.

Referensi:

[1] Arduino, September 2016, “Arduino”, [Online]: Arduino Website

[2] M. Rizal, F., "Rancangan dan Analisis Data Logger Multichannel untuk Menentukan Performansi Panel Surya," Tesis, Unsyiah., Banda Aceh, Indonesia, 2015.

[3] Feri D., Juli 2011, “Pengenalan Arduino”, [Online]: Download
[4] Bbrobot Indonesia, September 2016, “Panduan Praktikum Dasar Arduino”, [Online]: Download

Pengertian, Rangkaian Ekivalen, kurva karakteristik dan Parameter Panel Surya (Photofoltaic)

Pengertian dan Parameter Panel Surya (Photofoltaic)

Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya menjadi listrik. Surya atau Matahari merupakan sumber cahaya terkuat yang dapat dimanfaatkan. Panel surya sering kali disebut sel photovoltaic, photovoltaic dapat diartikan sebagai “cahaya-listrik”.

Pada umumnya panel surya atau photofoltaic(PV) memiliki rangkaian ekivalen seperti ditunjukkan pada gambar 1 dan pemodelan matematis sangat diperlukan untuk mengetahui parameter panel surya yang digunakan.

Gambar 1 Rangkaian ekivalen PV [1 - 2]

Sebuah sel panel surya dapat dimodelkan oleh sebuah sumber arus secara paralel dengan dioda. Sebuah resistor shunt dan sebuah resistor paralel ditambahkan untuk model mekanisme kerugian dalam sel panel surya. Dari rangkaian ekivalen pada Gambar 1, yang dihasilkan oleh sel panel surya adalah sumber arus dikurangi arus yang mengalir melalui dioda dan yang mengalir melalui resistor paralel, sehingga dapat dituliskan persamaan (1.1) seperti berikut [3] :

                                                                              (1.1)

Dimana I_L arus yang dibangkitkan cahaya (A), I₀ arus saturasi dioda p-n (A), R_S merupakan resistor seri pada sel PV (W), R_sh resistor paralel sel panel surya (W), a adalah parameter diaoda 1 £ a £ 2 dan V_ttegangan terminal (V) yang dinyatakan seperti persamaan (1.2) berikut :

                                                                                                                    (1.2)

Dimana, T merupakan temperatur (K), k konstanta Boltzmann (1.3806 x 10^-23 J/K) dan q muatan elektron (1.6021 x 10^-19C). R_p resistor shunt atau resistor paralel menunjukan arus yang bocor (leakage) pada sambungan p-n dioda, dimana nilainya untuk panel surya modul silikon sekitar 0.1 – 10 m2 [2, 4].

Intensitas radiasi matahari tergantung pada posisi geografis, waktu, hari tahun, kondisi iklim, komposisi atmosfer, ketinggian, dan berbagai faktor lainnya. Pada umumnya data informasi tentang karakteristik dan kinerja perangkat panel surya sehubungan dengan apa yang disebut Standard Test Condition(STC), yang berarti intensitas radiasi matahari 1000 W / m² dengan kondisi suhu pada 25 ^oC [4]. Pada Gambar 2 menunjukan kurva karakteristik I dan V pada panel surya seperti berikut:

 Gambar 2 Kurva karakteristik I dan V panel surya [4]

            Pada kurva di atas V_mpmerupakan tegangan maksimum dan I_mp adalah arus maksimum. Jumlah daya (watt) pada batas maksimum ditentukan dengan perkalian dari V_mp dan I_mp. Output berkurang sebagaimana tegangan menurun. Arus dan daya output dari kebanyakan panel surya menurun sebagaimana tegangan meningkat melebih maximum power point.

Open Circuit VoltageVoc, adalah kapasitas tegangan maksimum yang dapat dicapai pada saat tidak adanya arus (current), sehingga daya yang dihasilkan adalah 0 (nol). Short Circuit Current Isc, adalah maksimum keluaran arus dari panel surya yang dapat dikeluarkan di bawah kondisi dengan tidak ada resistansi atau short circuit. Daya pada Isc adalah 0 watt.

Efisiensi energi panel surya dinyatakan sebagai rasio energi total (termal dan elektrik) terhadap energi matahari yang jatuh pada permukaan panel surya dirumuskan pada persamaan (1.3) berikut [2, 4] :

                                                                                                         (1.3)

Dimana V_OC(V) menyatakan tegangan open circuit, I_SC arus short circuit (A), S_T radiasi global Matahari (W/m²), dan A luas permukaan modul PV (m²).

Daftar Pustaka :

  [1]   Agus Purwadi, Yanuarsyah Haroen., dkk., " Prototype Development of a Low Cost Data Logger for  PV Based LED Street Lighting System," in International Conference on Electrical Engineering and  Informatics, IEEE., 2011.

  [2] Hamdani, Dadan., Subagiada, Kadek., Subagio, Lambang., "Analisis Kinerja SolarPhotovoltaic System (Sps) Berdasarkan Tinjauan Efisiensi Energi dan Eksergi," Jurnal Material dan Energi  Indonesia, Vol. 01, No. 02 (2011), pp : 84 – 92.

  [3]  Di pizza, Carmela, Maria., Ragusa, Antonella., Vitale, Gianpaolo., " Identification of Photovoltaic  Array Model Parameters by Robust Linear Regression Methods," International Conference on      Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ’09), Valencia (Spain), 15th to 17th April, 2009.

 [4]  Marcelo G.V., “Comprehensive Approach to Modelling and Simulation of Photovoltaic Arrays”.    IEEE Transaction on power Electronics Vol. 24 No. 5, pp : 1198-1208, 2009.

Listrik Menuju Smart Grid (Jaringan Listrik Pintar)

     A. Pendahuluan

Smart grid adalah jaringan listrik yang secara cerdas mengintegrasikan aksi-aksi dari seluruh pengguna yang tersambung di dalamnya mulai dari pembangkit, perangkat transmisi, dan konsumen untuk mengantarkan listrik dengan efisien, berkelanjutan, ekonomis dan aman.

Smart grid merupakan konsep grid modern yang menggunakan teknologi digital sebagai dasarnya. Teknologi digital memungkinkan produsen untuk mentransmisikan listrik dan berkomunikasi dengan konsumen secara dua arah. Hal ini mengubah dasar-dasar pemikiran distribusi listrik secara radikal dalam hal paradigma pola berpikir para insinyur ketenagalistrikan. Dalam paradigma tradisional sistem ketenaga listrikan, listrik hanya dapat dihantarkan secara satu arah dari perusahaan penyedia listrik kepada konsumennya, pembangkit-pembangkit besar dibangun di suatu daerah yang biasanya jauh dari daerah konsumennya, dan setelah itu listrik ditransmisikan melalu jaringan transmisi yang akhirnya didistribusikan kepada konsumen melalui gardu-gardu distribusi yang biasanya dibangun dekat atau di dalam kota-kota yang dipenuhi konsumen. Sedangkan dalam paradigma sistem ketenaga listrikan modern yang menggunakan konsep Smart Grid, jaringan listrik dapat secara cerdas mengintegrasikan aksi-aksi dari seluruh komponen yang tersambung di dalamnya mulai dari pembangkit, perangkat transmisi, distribusi, serta konsumennya sehingga dapat menghantarkan listrik dengan lebih efisien, berkelanjutan, ekonomis, aman dan dengan keandalan yang tinggi [1-2].

     B. Sistem tenaga listrik modern

         Pada sistem tenaga modern, beberapa hal baru harus bisa dipenuhi lebih dari sistem tenaga yang ada saat ini.

• Sistem tenaga modern harus lebih mengakomodasi partisipasi dari para konsumen, terutama dengan mulai berkembangnya sumber-sumber energi alternatif terdistribusi, partisipasi aktif dari para konsumen juga harus diperhatikan sekaligus sistem tenaga lebih mengakomodasi bentuk-bentuk sumber energi yang tersedia dan tersebar di jaringannya. 
• Teknologi digital yang berkembang pesat, memaksa semua aspek kehidupan bergantung pada TIK akibatnya sistem tenaga yang modern juga dituntut untuk bisa memberikan suplai energi dengan kualitas daya yang baik untuk mendukung kondisi digital ini. 
• Investasi yang dibuat di bidang sistem tenaga mendatang akan menuntut utilisasi aset yang lebih baik dengan efisiensi yang tinggi, sehingga investasi yang besar tidak akan terbuang sia-sia akibat terlalu over-capacity untuk mengantisipasi beban dan menjamin kelangsungan pelayanan. 
• Berhentinya suplai kepada konsumen merupakan sesuatu yang sebisa mungkin harus dihindari, sehingga sistem tenaga yang modern semaksimal mungkin harus bisa melakukan tindakan preventif dan kuratif terhadap gangguan yang terjadi pada dirinya. 
• Terakhir, sistem tenaga modern haruslah sesuatu yang “kokoh” dalam artian bisa bertahan terhadap force majeur, bisa bencana, serangan fisik maupun serangan cyber.

   C. Penyusun sistem tenaga modern

     Untuk dapat mewujudkan smartgrid sebagai sistem tenaga modern sehingga dapat memenuhi syarat-syarat yang disebutkan sebelumnya, diperlukan peran dari 2 aspek utama yaitu infrastruktur kelistrikan dan infrastruktur telekomunikasi. Perbedaan mendasar dengan sistem tenaga konvensional yang hanya terdapat 1 arah aliran dari penyedia sumber ke konsumen, pada sistem ini terdapat 2 arah aliran dari penyedia ke konsumen dan sebaliknya dengan dukungan infrastruktur telekomunikasi. Akibat langsung dari adanya aliran 2 arah ini adalah akan muncul hubungan antara penyedia dengan konsumen yang jumlahnya banyak sekali, yang tidak akan mungkin bisa ditangani sendiri oleh perusahaan penyedia energi, karena itulah menurut National Institute of Standard and Technology (NIST), US pada sistem tenaga modern dimunculkan satu lagi blok penyusun baru yang disebut sebagai “penyedia layanan” (Gambar 1). Penyedia layanan ini yang akan berhubungan secara langsung dengan konsumen di tingkat paling bawah dan berhubungan ke atas dengan perusahaan penyedia energi, perusahaan penyedia energi sendiri hanya akan berkoordinasi dengan beberapa perusahaan penyedia layanan yang bertugas.

Gambar 1. Diagram penyusun smart grid [3]

     D. Operasi sistem tenaga modern

     Suatu sistem tenaga yang sudah mengaplikasikan secara penuh konsep smart grid, seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Dengan adanya dukungan infrastruktur komunikasi, dan juga dukungan dari peralatan rumah tangga yang juga “cerdas” maka setiap saat perusahaan penyedia akan dapat memonitor beban-beban listrik apa yang tersambung kepadanya. Hal ini dapat dimungkinkan karena konsep ini mencita-citakan setiap sambungan beban dapat dimonitor bahkan sampai ke setiap titik sambungan beban, misalnya dengan IP-address untuk setiap colokkan listrik, ditambah dengan peralatan rumah tangga itu sendiri yang dapat mengirim informasi diri kepada perusahaan penyedia, apakah dia adalah mesin cuci, penyejuk udara, televisi, bahkan sampai ke mobil listrik. Dengan adanya komunikasi 2 arah ini, maka apabila ada suatu saat penyedia listrik mengalami defisit suplai listrik, dia bisa menentukan beban-beban mana saja yang dia bisa “tunda” pemakaiannya untuk waktu yang singkat, misal selama 5 menit ternyata mobil listrik kita dihentikan pengisian baterainya akibat saat itu defisit sedang terjadi. Pengisian dilanjutkan kembali setelah 5 menit selesai, bisa karena defisit telah terlewati atau bergiliran ke beban yang lain yang “ditunda” operasinya yang juga tersambung ke sistem tenaga tersebut. Dengan pola ini, penyedia energi bisa memaksimalkan semua aset kelistrikannya pada rating yang sesuai tanpa harus melakukan over-rating supaya aman. Dengan pengaturan beban yang sangat fleksibel, penyedia dapat menjaga peralatannya untuk bekerja pada tingkat utilisasi yang terbaik.

Gambar 2. Smart grid pada level konsumen [4]

Arah yang sebaliknya juga bisa terjadi, konsumen dapat berpartisipasi aktif dalam menyuplai energi ke sistem tenaga yang dimiliki oleh penyedia. Contoh kasus apabila konsumen memiliki mobil listrik yang baterainya masih memiliki simpanan energi, maka dengan kesepakatan yang bisa diatur, si konsumen dapat memberikan energi yang tersimpan di baterainya pada waktu-waktu tertentu dan berganti mengisi baterai mobilnya pada waktu yang lain. Hal yang sama bisa juga untuk kasus konsumen yang memiliki sumber energi sendiri, seperti panel surya, turbin angin, dsb.

     E. Implementasi Sistem Smart grid

Ide Smart Grid sebenarnya bukan barang baru di dunia ketenaga listrikan. Komunikasi dua arah antara produsen listrik serta konsumennya telah diimplementasikan menggunakan teknologi analog bertahun-tahun lamanya. Namun dengan meningkat dan semakin canggihnya komunikasi digital yang menggunakan internet telah membuka jalan untuk mengembangkan konsep Smart Grid yang lebih canggih dan modern. Meningkatnya kapasitas transmisi data digital, memungkinkan kita untuk melakukan sensing, pengukuran dan kontrol dua arah terhadap devais-devais yang berhubungan dengan pembangkitan, transmisi dan distribusi dalam level partisi data yang lebih real. Hal ini memungkinkan devais-devais tersebut untuk memberikan informasi tentang keadaan sistem tenaga listrik kepada seluruh konsumen yang ada secara realtime. Dari sini diharapkan seluruh pelanggan dapat diajak secara dinamis untuk mengatur penggunaan listriknya sendiri agar lebih efisien. Tidak hanya terbatas kepada pelanggan-pelanggan daya besar, namun juga pelanggan-pelanggan rumah tangga yang menggunakan daya kecil. Tidak hanya itu smart grid memberikan kesempatan untuk menghubungkan masyarakat, keuangan, teknologi dan regulasi dan tujuan kebijakan seperti yang ditunjukan pada gambar 3.

Gambar 3 smart grid dapat menghubungkan masyarakat, keuangan, teknologi dan regulasi dan tujuan kebijakan [6]

Contoh pengaturan penggunaan listrik yang dapat dilakukan konsumen rumah tangga adalah pada saat musim panas berlangsung dan beban sistem berada pada puncaknya pada siang hari akibat pendingin ruangan yang dinyalakan di hampir seluruh konsumen rumah tangga. Secara realtime konsumen dapat melihat berapa harga listrik dan pemakaian listrik mereka, sehingga memungkinkan mereka untuk memilih prioritas penggunaan peralatan elektronik mereka agar lebih efisien dan tagihan biaya penggunaan listrik mereka tidak membludak di akhir bulan.

     F. Keuntungan

Secara umum, keuntungan dari pengembangan Smart Grid adalah sebagai berikut

1. Self healing                 

Istilah self healing, sebenarnya hanya mengacu pada kemampuan Smart Grid untuk mengantisipasi, mendeteksi dan merespon terhadap masalah atau gangguan yang terjadi pada sistem. Menggunakan informasi yang dikirim secara realtime oleh sensor-sensor yang dipasang di seluruh sistem, Smart Grid dapat secara cepat bereaksi untuk mengatasi gangguan yang terjadi. Contohnya bila terjadi gangguan pada suatu sistem distribusi di suatu daerah yang mengakibatkan padamnya listrik di daerah tersebut, maka alat-alat proteksi yang dipasang di daerah tersebut akan mengisolasi gangguan sumber gangguan sehingga tidak mengakibatkan pemadaman yang lebih luas ke daerah yang jauh dari sumber gangguan.

2. Consumer participation

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, Smart Grid memungkinkan pelanggan untuk mengatur pemakaian listriknya sendiri dengan pertimbangan informasi real time tentang keadaan sistem. Lebih jauh lagi, bila pelanggan memiliki panel surya atau turbin angin, mereka dapat menggunakan sendiri, menyimpan, atau menjual listrik yang dihasilkan kepada produsen. Hal ini dimungkinkan karena tiap-tiap rumah sudah terkoneksi ke dalam sistem secara dua arah, sehingga listrik tidak hanya mengalir dari sistem ke rumah, tapi juga dari rumah ke sistem.

3. High quality power

Dengan konsep Smart Grid, diharapkan dapat diperoleh sistem yang lebih stabil dimana losses atau rugi-rugi yang terjadi di dalam sistem bisa diminimalisir.

4. Accommodate generation option

Dalam Smart Grid Sistem, sumber-sumber listrik yang menggunakan energi terbarukan seperti angin, sinar matahari, dan microhydro dapat masuk ke dalam sistem sehingga pilihan pembangkitan dan sumber-sumbernya lebih beragam. Hal ini menyebabkan sistem menjadi lebih andal karena diversifikasi sumber energi listrik yang digunakan lebih banyak karena dengan konsep ini, memungkinkan konsumen-konsumen membangkitkan listriknya sendiri dan membayar serta dibayar sesuai dengan marjin yang terjadi antara pembangkitan dan pemakaian listriknya sendiri.

     G. Kebijakan yang harus diterapkan

Dari pola operasi yang dipaparkan diatas, tidak akan bisa berjalan tanpa kebijakan yang dibuat oleh pengatur regulasi. Masyarakat cenderung tidak akan berpartisipasi pada pola operasi seperti itu apabila harga listrik masih sangat murah. Dengan harga listrik yang murah, kesadaran untuk berhemat akan sangat kecil, akibatnya partisipasi pada program seperti itu akan mustahil. Contoh, apabila dibuat regulasi dimana harga listrik pada jam-jam produktif relatif jauh lebih mahal daripada harga listrik pada jam tidak sibuk maka partisipasi konsumen dalam pola operasi seperti diatas dapat diharapkan besar. Dengan harga yang cukup mahal, maka konsumen cenderung untuk memanfaatkan listrik dengan sebaik-baiknya, hal ini bisa dilakukan jika bergabung dengan smartgrid yang disediakan oleh penyedia energi. Solusi menang-menang untuk dua pihak akan dapat tercapai, penyedia dapat menyediakan listrik dengan segala syarat dan kondisi yang diinginkan, konsumen dapat menggunakan listrik dengan lebih baik tanpa harus mengurangi kualitas hidup. Contoh kebijakan harga tadi juga bisa mendorong konsumen untuk berpartisipasi dengan cara “menjual” energi lebihnya pada jam-jam produktif; seperti pada kasus mobil listrik diatas; dan mengisi kembali pada jam-jam tidak produktif yang harga listriknya lebih murah.


Baca juga: Spesialis Tukang Listrik Makassar

Privacy menjadi isu utama dari operasi ini, bagaimana mungkin perusahaan penyedia energi bisa masuk kapan saja ke penggunaan listrik konsumen? konsumen akan merasa di intervensi kehidupannya. Diatas segalanya, konsumen tetap merupakan ujung dari pelayanan sehingga keputusan akhir tetap ada di tangan konsumen. Harus diciptakan mekanisme dimana konsumen setiap saat dapat memilih apakah dia akan “bergabung” atau “tidak bergabung” dengan pola operasi smartgrid seperti yang disebut diatas. Tentu saja dengan segala konsekuensi yang harus ditanggung oleh konsumen tersebut, misalnya dengan harga yang berbeda yang harus di tanggung [5]. 

     H. Menuju ke smart grid

Semua konsep yang dipaparkan diatas, masih sangat jauh untuk tercapai dari sistem yang beroperasi saat ini. Namun mulai saat ini bisa dimulai dari hal yang terdekat dahulu, misalnya penggunaan meter pembaca yang bisa diakses jarak jauh sekaligus untuk mengaktifkan dan mematikan sambungan listrik untuk rumah-rumah dan seterusnya. Dari sisi teknologi dibutuhkan pengembangan di 2 bidang utama, bidang kelistrikan harus menyediakan platform penyaluran energi dan kelangsungan energi listrik; di bidang telekomunikasi, komputer, dan cyber harus menyediakan sistem komunikasi 2 arah yang tepat, cepat, akurat, serta aman. Keamanan menjadi aspek penting dalam konsep ini, mengingat semua sudah dilakukan secara digital dan cyber, serangan dan gangguan di sisi telekomunikasi dan cyber juga tidak boleh ditoleransi karena energi merupakan aset nasional sehingga diperlukan sistem teknologi informasi yang kokoh dan canggih untuk mendukung sistem ini. Peran pengatur regulasi juga diharapkan untuk menentukan standar teknologi sehingga semua bisa berperan bersama di konsep sistem tenaga modern ini. Pengatur regulasi juga harus menciptakan iklim dan kebijakan yang akan mendukung sistem operasi yang diinginkan bisa berlangsung, misalnya tentang batasan-batasan dan pengaturan harga. Terakhir peran dari para engineer untuk memahami ilmu yang multi disiplin untuk menjalankan konsep ini.

Referensi.

[1]   Varian, Smart grid. maret 2011.

[2]  Prof. Saifur Rahman, The Smart Grid: How to Engineer its Deployment. visiting lecture at Waseda University, Tokyo, 2009

[3]   National Institute of Standards and Technology (NIST), US

[4]   Electric Power Research Institute (EPRI)

[5]   Department of Energy, US

[6]   Technology Roadmap Smart Grids., International Energy Agency (IEA), 2011.

Smart Grid - Sistem Kontrol Tegangan (Volt) dan Daya Reaktif (Var)

A. Pendahuluan

Penyedia layanan Distribusi berada di bawah tekanan dalam meningkatkan dan menjaga kualitas daya yang dikirim sampai ke pelanggan penggunaan akhir.  Era modern ini permintaan akan energi listrik meningkat dari hari ke hari. Integrasi energi terbarukan sebagai sumber pembangkit alternatif juga membutuhkan kontrol untuk dapat ditingkatkan pada setiap sistem distribusi. Teknik otomatisasi pintar pada jaringan distribusi harus dikembangkan untuk mencapai efisiensi, kehandalan, dan keamanan untuk jaringan listrik. Maka, kontrol tegangan (Volt) dan daya reaktif (Var) dalam sistem distribusi merupakan salah satu konsep dapat meningkatkan kualitas tegangan untuk semua pelanggan pengguna akhir jaringan distribusi. Cara mengurangi kerugian daya nyata yang konvensional melibatkan dalam pengaturan load tap changer (LTC) dari trafo gardu, dan penggunaan kapasitor bank switchableyang dipasang pada setiap gardu dan sepanjang feeder distribusi[1,2].

Strategi optimal untuk feeder distribusi  adalah membentuk kondisi tegangan yang dapat diterima untuk semua pelanggan dengan seefisien mungkin. Kualitas tegangan sepanjang feeder distribusi dan aliran daya reaktif (VAR) pada feeder yang biasanya digunakan dengan kombinasi pengatur tegangan dan peralihan ke kapasitor bank yang dipasang pada feeder dan gardu distribusi. Regulator tegangan yaitu dengan mengontrol naik atau turun tap regulator tegangan yang sesuai dengan berdasarkan pengukuran arus  beban dan tegangan. Demikian pula, kapasitor bank dengan mengkontol switch  atau menonaktifkan dalam menanggapi pengukuran jumlah beban pada jaringan distribusi [3,4].

B. Kontrol tegangan (Volt) dan daya reaktif (Var) pada jaringan distribusi pintar

Kontrol tegangan pada Distribusi pintar menyediakan peningkatan secara signifikan serta fleksibilitas dalam operasi kontrol tegangan. Sedangkan kontrol tegangan konvensional terutama ditujukan untuk mempertahankan tegangan diterima sepanjang feeder, Smart kontrol tegangan distribusi memungkinkan pengguna untuk mencapai tujuan operasi lain selain fungsi utama menjaga tegangan diterima. Yang paling umum fungsi smart kontrol tegangan distribusi yaitu Conservation Voltage Reduction (CVR). Dengan CVR, sistem sengaja menurunkan tegangan pada feeder distribusi dengan nilai tegangan terendah diterima untuk mencapai manfaat berharga untuk utilitas listrik dan konsumen, seperti berkurangnya permintaan dan konsumsi energi. Selama tegangan penyulang tetap di atas nilai minimum yang dapat diterima, tidak ada dampak negatif pada pelanggan.

Kontrol tegangan pintar menggunakan banyak komponen yang sama sebagai kontrol tegangan konvensional, seperti mengubah tap transformator dan pengendali tegangan mengatur. Kontrol tegangan pintar juga termasuk prosesor utama atau pengendali cerdas lainnya yang mengeksekusi tambahan kontrol logika menggunakan tersedia pengukuran arus dan tegangan untuk mencapai fungsi tujuan yang ditentukan. CVR, prosesor utama menggunakan pengukuran yang tersedia untuk menentukan kapan memungkinkan untuk menurunkan tegangan penyulang (dalam batasan limit rendah) untuk mencapai manfaat berharga seperti peningkatan efisiensi, mengurangi permintaan listrik, dan konsumsi energi yang lebih rendah. Kontrol tegangan dalam bentuk yang paling sederhana terdiri dari serangkaian aturan yang menentukan apa tindakan kontrol (jika ada) harus dilakukan untuk real-timesaat ini dan pengukuran tegangan.

Smart Kontrol VAR menyediakan cara yang lebih efektif untuk menjaga tingkat tegangan di sepanjang feeder dan meminimalkan kerugian listrik di bawah semua kondisi beban. Seperti pendekatan konvensional, Smart VAR menggunakan kontrol yang mengalihkan kapasitor untuk mengontrol aliran VAR dan tegangan feeder ketika kondisi feeder bervariasi pada siang hari. Namun, bukan mendasarkan tindakan kontrol hanya pada pengukuran lokal, dasar fungsi kontrol VAR memeberi keputusan pengukuran yang dilakukan pada akhir gardu hubung, di mana aliran VAR total feeder yang mudah diamati. Ketika DSCADA mendeteksi bahwa aliran VAR untuk feeder berlebihan, menggunakan fasilitas remote control untuk mengoperasikan bank kapasitor diaktifkan sesuai kebutuhan.

Keuntungan dari kontrol VAR pintar dibandingkan dengan metode konvensional meliputi:

• Kemampuan untuk menentukan bahwa sistem beroperasi dengan benar dengan mengamati perubahan yang diharapkan dalam aliran daya reaktif setelah permintaan switching. Jika tidak ada perubahan setelah permintaan switching maka segera diamati, ini menunjukkan kerusakan yang mungkin yang harus diselidiki. 
• Kemampuan untuk mengesampingkan kontrol normal selama bila diperlukan. Sebagai contoh, selama sistem darurat, operator sistem dapat diperintah untuk semua beralih ke kapasitor bank untuk memberikan bantuan ke jaringan listrik sebagian besar.

      C.      Tipe – tipe kontrol Volt dan Var

Kontrol tegangan (Volt) dan daya reaktif (Var) dapat dibagi atas beberapa tipe seperti berikut:

            1.      Kontrol Volt dan Var Tipe 1 - Stand alone controllers

Tipe ini Biasanya regulator tegangan feeder dan switch kapasitor bank dioperasikan dengan perangkat independen (berdiri sendiri), dengan tidak ada koordinasi langsung antara kedua perangkat pengontrol tesebut. Pendekatan waktu lebih efektif untuk menjaga tegangan dapat diterima dan aliran daya reaktif dalam pengawasan, tetapi biasanya tidak menghasilkan hasil yang optimal untuk seluruh feeder.

Gambar 1. Volt and Var control Type 1 - Stand alone controllers

Secara umum Pendekatan konvensional berhasil mencapai tujuan utama untuk peralatan ini. Namun, pendekatan ini memiliki beberapa keterbatasan :

·         Sistem ini tidak terus-menerus dipantau, sehingga kegagalan controller dan malfungsi tidak secara otomatis terdeteksi. Jaringan Kapasitor sangat rawan kegagalan. Tanpa pemantauan terus menerus, perangkat ini dapat menyalakan dan mematikan pada waktu yang salah, atau mungkin benar-benar tidak beroperasi karena sekering meledak. Kondisi ini bisa tidak terdeteksi sampai masalah memburuk menjadi masalah yang lebih serius dan berpotensi tidak aman.

·         Sistem ini tidak memiliki fleksibilitas untuk merespon perubahan kondisi pada jaringan tegangan. Setelan pengontrol bekerja dengan baik dalam keadaan normal. Namun, jika feeder yang ulang untuk alasan apapun (misalnya, sementara sebagian menyalahkan feeder sedang diperbaiki), pengaturan kontroler mungkin tidak menghasilkan hasil yang diinginkan.

·         Sistem ini tidak dapat digunakan untuk merespon keadaan sistem darurat. Kadang-kadang, utilitas distribusi dihimbau untuk menempatkan semua kapasitor diaktifkan dalam layanan secepat mungkin untuk merespon keadaan darurat jaringan listrik. Karena pengendali yang berdiri sendiri tidak memiliki kemampuan remote control, tidak mungkin untuk beralih cepat ke semua permintaan bank kapasitor.

 2.      Kontrol Volt and Var Tipe 2 - Integrated Volt and Var Control (IVVC)

Tegangan feeder dan aliran daya reaktif pada feeder merupakan variabel saling berkaitan dan ketergantungan. Tindakan  Kontrol untuk mengubah salah satu variabel dapat mengakibatkan menentang tindakan kontrol untuk mengubah variabel lain. Misalnya, menaikkan tegangan menggunakan transformator gardu LTC dapat menghasilkan kenaikan tegangan yang dapat menyebabkan kontrol capacitor bank untuk melepaskan layanan kapasitor bank nya, sehingga menurunkan tegangan. Demikian pula, menempatkan bank kapasitor dalam pelayanan dapat menyebabkan LTC untuk menurunkan tegangan di gardu tersebut. Sementara tindakan pengendalian konflik tersebut umumnya tidak menghasilkan kondisi listrik tidak dapat diterima pada feeder, mereka menghasilkan kondisi yang kurang efisien dan tidak optimal. Kontrol mengkoordinasikan tegangan dan daya reaktif yang diperlukan untuk menentukan dan melaksanakan tindakan pengendalian Volt-VAR yang benar-benar optimal[1].

Gambar 2. Integrated Volt / VAR Control (IVVC)

Integrated Volt VAR Control (IVVC) adalah fungsi Smart Distribusi lebih maju yang menentukan set terbaik dari tindakan kontrol untuk semua perangkat tegangan mengatur dan perangkat kontrol VAR untuk mencapai satu atau lebih tujuan operasi tertentu tanpa melanggar salah satu kendala operasi fundamental (tinggi / rendah batas tegangan, batas beban, dll). Tujuan operasi IVVC mungkin termasuk:

• Minimal Kerugian listrik
• Minimal Permintaan listrik
• Mengurangi konsumsi energi

Hal ini juga memungkinkan untuk menganjurkan merekomendasikan tindakan kontrol untuk meminimalkan jumlah operasi untuk load tap changer tertentu, regulator atau bank kapasitor yang mendekati batas akhir usia atau batas akhir siklus pemeliharaan.

IVVC menggunakan fungsi on-line power flow (OLPF) dan pengukuran real time untuk menghitung kondisi yang ada pada setiap titik pada feeder, kerugian total listrik, dan parameter lain yang tidak praktis untuk memantau secara langsung. Hasil OLPF dikirim ke sebuah "mengoptimalkan mesin", yang dimana software dirancang untuk menentukan set yang benar dari tindakan kontrol untuk mencapai "optimal" kondisi yang dibutuhkan oleh utilitas listrik. Tindakan kontrol ini kemudian dikirim ke pengendali perangkat yang tepat melalui SCADA.

3.      Kontrol Volt and Var Tipe 3 - Integrated VVO

Volt-VAR Control and Optimization (VVC & O) merupakan aplikasi Distribusi pintar yang menawarkan kemampuan baru yang melampaui tipe lainya yang pengendali konvensional berdiri sendiri, memberikan manfaat yang signifikan untuk penyedia layanan distribusi listrik[4].

Gambar 3. Integrated Volt dan Var Optimisation

Di masa depan integrated VVO harus mengintegrasikan semua informasi tegangan untuk memasukkan dalam simulasi waktu real time. Informasi ini diharapkan dari Sensor Distribusi, alat pengendali distribusi utama, AMI-Smart meter atau perangkat lain yang dapat memberikan informasi tegangan.

Gambar 4. Volt dan Var Optimisation yang terintegrasi Lanjutan

 4.      Kontrol Volt and Var Tipe 4 - Adaptative VVC

Sistem AVVC "belajar" dari tindakan kontrol Volt-Var sebelumnya, seperti yang ditunjukan pada gambar 4, dimana sistem kontrol selalu bertanya "Apa yang terjadi pada sistem di waktu lampau dimana dalam keadaan tertentu dan perubahan posisi tap LTC?" dan mencatat kejadian untuk tindakan masa depan.

Daftar Pustaka :

[1] Daliparthi, mathi., Jakub-Wood, marsela., Bose, anjan., “Analysis of the Volt/VAr Control Scheme for Smart Distribution Feeders,” The School of Electrical Engineering and Computer Science, Pullman, WA., 978-1-4673-2308-6/12/$31.00 ©2012, IEEE.

[2] Zhabelova, Gulnara., Vyatkin, Valeriy., “Multiagent Smart Grid Automation Architecture Based on IEC 61850/61499 Intelligent Logical Nodes,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 59, no. 5, pp. 2351–2362, May 2012.

[3] Z. Shen, Z. Wang, M. E. Baran, “Optimal Volt/Var Control Strategy for Distribution System with Multiple Voltage Regulating Devices,” North Carolina State University, 978-1-4673-1935-5/12/$31.00 ©2012, IEEE.

[4] L. Yutian, Z. Peng, Q. Xizhao, “Optimal volt/var control in distribution systems,”Electrical Power and Energy Systems 24, pp. 271-276, 2012.

[5] M. Pipattanasomporn., “Multi-Agent Systems in a Distributed Smart Grid: Design and Implementation,” Proc. IEEE PES 2009 (PSCE’09), Mar 2009.