kawalan dan pengurusan optimum bagi penjana...

60
KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA TERAGIH BERASASKAN SEL FUEL MENGGUNAKAN TEKNIK LOGIK KABUR DAN RANGKAIAN NEURAL NOR AIRA ZAMBRI TESIS YANG DIKEMUKAKAN UNTUK MEMPEROLEH IJAZAH DOKTOR FALSAFAH FAKULTI KEJURUTERAAN DAN ALAM BINA UNIVERSITI KEBANGSAAN MALAYSIA BANGI 2014

Upload: others

Post on 01-Jan-2020

21 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA TERAGIH

BERASASKAN SEL FUEL MENGGUNAKAN TEKNIK LOGIK KABUR

DAN RANGKAIAN NEURAL

NOR AIRA ZAMBRI

TESIS YANG DIKEMUKAKAN UNTUK MEMPEROLEH IJAZAH

DOKTOR FALSAFAH

FAKULTI KEJURUTERAAN DAN ALAM BINA

UNIVERSITI KEBANGSAAN MALAYSIA

BANGI

2014

Page 2: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

v

ABSTRAK

Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap alam

sekitar telah menarik perhatian penggunaan sistem penjana teragih (PT) berasaskan

tenaga bolehbaharu. Antara pelbagai jenis PT berasaskan tenaga bolehbaharu,

teknologi sel fuel telah menunjukkan potensi yang besar dalam penjanaan tenaga

elektrik disebabkan oleh pembangunan teknologi yang cepat, kecekapan yang tinggi,

operasi yang bersih serta tidak dipengaruhi oleh keadaan cuaca. Di dalam tesis ini, dua

model dinamik sel fuel telah dibina, iaitu, model sel fuel ditambah baik jenis

membran penukaran proton dan model baru sel fuel oksida pepejal jenis satah. Bagi

mengatasi masalah kebuluran bahan api dalam sel fuel sewaktu perubahan beban yang

besar disebabkan oleh reaksi pemprosesan gas serta masalah dinamik sel fuel itu

sendiri, sistem penyimpanan tenaga seperti bateri telah ditambah kepada sistem PT sel

fuel. Fokus utama bagi tesis ini adalah untuk membangunkan strategi kawalan bagi

sistem PT hibrid menggunakan sel fuel bersama bateri jenis asid plumbum untuk

operasian tersambung ke grid dengan objektif untuk mengurangkan komponen

harmonik yang disuntik ke grid utiliti. Sel fuel menggunakan teknik pengesanan titik

kuasa maksima untuk menjana kitar tugas bagi penukar boost untuk memastikan

pengekstrakan kuasa maksimum dari sel fuel. Untuk memperbaiki pengaturan bas

AT, tenaga bateri disambung ke penukar dwiarah turun/naik bagi memastikan aliran

kuasa yang berterusan antara bas AT dan bateri. Untuk mengawal penyongsang

sumber voltan (PSV) bagi sistem sel fuel/bateri, kaedah konvensional kawalan mod-

voltan dan mod-arus dengan pengawal yang ditambah baik kamiran-perkadaran (KP)-

logik kabur bagi kedua-dua gelung kawalan arus dalaman dan voltan keluaran telah

dibina. Pengawal KP- logik kabur yang dicadangkan mempunyai kelebihan

berbanding pengawal logik kabur di samping mengekalkan kesederhanaan dan

keteguhan pengawal KP. Modulasi lebar denyut jenis vektor ruang telah digunakan

bagi pengawal PSV untuk menjana gelombang bentuk sinus. Model PT berasaskan

penyongsang yang dicadangkan diaplikasikan kepada sistem grid-mikro untuk

meninjau keberkesanannya sebagai model yang lengkap serta untuk menilai prestasi

penggunaannya dalam sistem rangkaian yang besar. Memandangkan model PSV

dibina berdasarkan skim kawalan P-Q yang membolehkan kawalan berasingan bagi

keluaran kuasa aktif dan reaktif, PT boleh beroperasi secara terus berdasarkan kepada

rujukan kuasa aktif dan reaktif pada penyongsang. Satu teknik pintar terbaru telah

dibangunkan untuk menguruskan rujukan kuasa aktif dan reaktif bagi PT dengan

menggunakan rangkaian neural tiruan untuk memastikan unit PT beroperasi pada nilai

kuasa yang optimum di samping mengurangkan jumlah kehilangan kuasa serta

mengekalkan profil voltan dalam had yang boleh diterima. Hasil keputusan

menunjukkan teknik rangkaian neural buatan yang dicadangkan dapat meramalkan

dengan tepat rujukan kuasa aktif dan reaktif bagi PT dengan ralat yang minima. Satu

perbandingan telah dilakukan antara pengawal KP-logik kabur dan pengawal KP bagi

PSV dari segi penjanaan jumlah herotan harmonik (JHH). Hasil kajian menunjukkan

bahawa dengan menggunakan pengawal KP-logik kabur, JHH bagi voltan dan arus

dikurangkan masing-masing kepada 0.40 % dan 3.77 % berbanding 0.43 % bagi JHH

voltan dan 14.08 % bagi JHH arus jika menggunakan pengawal KP yang

konvensional.

Page 3: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

vi

ABSTRACT

The depletion of fossil fuel, the rise in oil prices and environmental concerns has

attracted interest in employing renewable energy based distributed generation (DG)

system. Among the various types of renewable energy based DG, fuel cell technology

has shown great potential in electricity generation due to its fast technology

development, high efficiency, clean operation and immune to adverse effects of

weather condition. In this thesis, two fuel cell dynamic models have been developed,

namely, the improved proton exchange membrane fuel cell and a new planar solid

oxide fuel cell. To overcome the fuel starvation problem in fuel cells during variation

of large loads due to the gas processing reaction and fuel cell dynamics, an energy

storage system such as battery is added to the fuel cell DG system. The main focus of

the thesis is to develop control strategies for a hybrid DG system employing fuel cell

with lead-acid battery storage for grid-connected operation with the objectives of

minimizing the harmonics injected to the utility grid. The fuel cell utilizes a maximum

power point tracking technique to generate duty cycle for the boost converter so as to

ensure maximum power extraction from the fuel cell. To enhance DC bus regulation,

the battery storage is interfaced with a bidirectional buck/boost converter to ensure

continuity of power flow between the DC bus and the battery. To control the fuel

cell/battery grid-side voltage source inverter (VSI), the conventional voltage-mode

and current-mode control schemes with improved proportional-integral (PI)-fuzzy

controller for both inner current and outer voltage control loops have been developed.

The proposed PI-fuzzy controller has the advantage of fuzzy control while

maintaining the simplicity and robustness of the PI controller. The space-vector pulse

width modulation technique has been applied to the VSI control to generate a

sinusoidal waveform. The proposed DG-based inverter model is then applied to a

micro-grid system to see the effectiveness of the complete model and to evaluate its

application performance to a large network system. Since the VSI developed is based

on a P-Q control scheme that allows the execution of active and reactive power

outputs to be independently controlled, the DG can be directly operated based on the

active and reactive power references of the inverter. A new intelligent technique has

been developed for managing the active and reactive powers of DG references using

artificial neural networks to ensure that the DG units operate at its optimal value while

reducing total power losses and maintaining voltage profile within its acceptable limit.

The results showed that the proposed artificial neural network technique can correctly

predict the optimal DG active and reactive power references with minimal errors. A

comparison has been made between the PI-fuzzy controller and the PI controller in the

VSI in terms of the generated total harmonic distortion (THD). The results showed

that by applying PI-Fuzzy controller, the voltage and current THD are reduced to 0.40

% and 3.77 %, respectively compared to 0.43 % voltage THD and 14.08 % current

THD using the conventional PI controller.

Page 4: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

vii

KANDUNGAN

Halaman

PENGAKUAN iii

PENGHARGAAN iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

KANDUNGAN vii

SENARAI JADUAL xii

SENARAI RAJAH xiv

SENARAI SIMBOL xx

SENARAI SINGKATAN xxvi

BAB I PENGENALAN 1

1.1 Latar Belakang Kajian 1

1.2 Penyataan Masalah Kajian 4

1.3 Objektif Kajian dan Skop Kerja 7

BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN 9

2.1 Pengenalan 9

2.2 Jenis dan Ciri Sel Fuel 9

2.3 Model Dinamik Sel Fuel 12

2.3.1 Model Simulasi SFMPP

2.3.2 Model Simulasi SFOP

13

16

2.4 Sistem Penjana Teragih Berasaskan Sel Fuel Hibrid 19

2.4.1 Jenis Bateri

2.4.2 Kaedah Kawalan Sistem Penyimpanan Tenaga

2.4.3 Konfigurasi Sistem Penjana Teragih Hibrid

20

21

22

2.5 Komponen Sistem Penjana Teragih Berasaskan Sel Fuel 24

2.5.1 Unit Pemproses Bahan Api

2.5.2 Unit Tindanan Sel Fuel

2.5.3 Unit Penyesuai Kuasa

2.5.4 Pengawal Unit Penyesuai Kuasa

25

25

26

27

Page 5: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

viii

2.6 Kesan Penjana Teragih Terhadap Kualiti Kuasa 29

2.7 Pengurusan Kuasa Aktif Dan Reaktif Bagi Penjana Teragih

Dalam Grid Mikro

31

2.8 Ringkasan Bab 32

BAB III PEMODELAN DINAMIK SEL FUEL 33

3.1 Pengenalan 33

3.2 Asas Pengoperasian Sel Fuel 33

3.2.1 Asas Operasi Sel Fuel Membran Penukaran Proton

3.2.2 Asas Operasi Sel Fuel Oksida Pepejal Jenis Satah

34

35

3.3 Pemodelan Dinamik Bagi Sel Fuel Membran Penukaran Proton 36

3.3.1 Unit Pemproses Bahan Api

3.3.2 Model Unit Sel Fuel Membran Penukaran Proton

37

39

3.4 Pemodelan Dinamik Sel Fuel Oksida Pepejal Jenis Satah 46

3.5 Pembangunan Model Simulasi Sel Fuel Menggunakan Perisian

MATLAB/Simulink

49

3.5.1 Model Simulasi SFMPP

3.5.2 Model Simulasi SFOP Jenis Satah

50

52

3.6 Pengesahan Model Sel Fuel 54

3.7 Ringkasan Bab 54

BAB IV PEMBANGUNAN MODEL HIBRID SEL FUEL DAN

BATERI SEBAGAI PENJANA TERAGIH

55

4.1 Pengenalan 55

4.2 Pembangunan Model Hibrid Sel Fuel Dan Bateri Sebagai PT

Beroperasi Secara Kendiri

55

4.2.1 Model Hibrid Sel Fuel dan Bateri Sebagai PT Tanpa

Pengesanan Titik Kuasa Maksima

4.2.2 Model Hibrid Sel Fuel dan Bateri Sebagai PT Dengan

Pengesanan Titik Kuasa Maksima

4.2.2.1 Penukar Naik AT/AT

4.2.2.2 Penukar Dwiarah AT/AT

56

58

59

62

4.3 Pembangunan Model Hibrid Sel Fuel Dan Bateri Sebagai PT

Beroperasi Secara Tersambung Ke Grid Dengan Pengawal KP-

Logik Kabur Baru

64

4.3.1 Pemodelan Unit Penyongsang 68

Page 6: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

ix

4.3.1.1 Konfigurasi Bagi Pengawal KP-Logik Kabur

4.3.1.2 Teknik Modulasi Lebar Denyut Jenis Vektor

Ruang

4.3.2 Pengurusan Sumber Kuasa

73

83

86

4.4 Pembinaan Model PT Hibrid Sel Fuel Dan Bateri

Menggunakan Perisian MATLAB/Simulink

87

4.4.1 Model Simulasi PT Hibrid Bagi Operasian Kendiri

4.4.2 Model Simulasi PT Hibrid Bagi Operasian Tersambung

ke Grid

87

91

4.5 Ringkasan Bab 93

BAB V PENGURUSAN KUASA AKTIF DAN REAKTIF BAGI

PENJANA TERAGIH DALAM GRID MIKRO

94

5.1 Pengenalan 94

5.2 Sistem Grid Mikro 94

5.3 Penyelarasan Kuasa Aktif dan Reaktif Bagi Penjana Teragih

Dalam Sistem Grid Mikro

96

5.4 Pengoptimuman Kuasa Aktif dan Reaktif Bagi Penjana Teragih

Dalam Sistem Grid Mikro

99

5.5 Teori Rangkaian Neural Tiruan 100

5.5.1 Rangkaian Neural Perseptron Berbilang Lapisan

5.5.2 Rangkaian Neural Fungsi Asas Jejari

5.5.3 Algoritma Levenberg-Marquardt

5.5.4 Fungsi Pengaktifan dalam RNT

100

101

103

103

5.6 Penggunaan RNT Bagi Pengurusan Kuasa Rujukan Penjana

Teragih Dalam Sistem Grid Mikro

105

5.6.1 Penjana Teragih Berasaskan Penyongsang

5.6.2 Perihal Sistem Ujian

5.6.3 Ramalan Kuasa Rujukan bagi Penjana Teragih

Menggunakan RNPBL dan RNFAJ

5.6.4 Penjanaan Set Data Latihan dan Ujian

5.6.5 Penormalan Data

5.6.6 Penilaian Prestasi RNT

5.6.7 Perlaksanaan RNPBL dan RNFAJ Untuk Ramalan

Kuasa Rujukan PT

106

107

108

110

113

113

114

5.7 Penggunaan RNT dalam sistem grid mikro 115

5.8 Ringkasan Bab 115

Page 7: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

x

BAB VI KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN 117

6.1 Pengenalan 117

6.2 Keputusan simulasi bagi model dinamik sel fuel 117

6.2.1 Pengesahan Model SFMPP

6.2.2 Pengesahan Model SFOP jenis satah

6.2.3 Perbandingan Model SFMPP dan SFOP Jenis Satah

118

122

123

6.3 Keputusan simulasi model hibrid bagi penjana teragih 127

6.3.1 Keberkesanan PT Hibrid Beroperasi Secara Kendiri

6.3.1.1 PT Hibrid Tanpa PTKM

6.3.1.2 PT Hibrid Dengan PTKM

6.3.2 Keberkesanan PT Hibrid Tersambung Ke Grid Dengan

Strategi Kawalan KP-Logik Kabur Yang Baru

6.3.2.1 Mod operasi I: Tersambung ke grid

6.3.2.2 Mod operasi II: Terasing dari grid

6.3.2.3 Analisis Jumlah Herotan Harmonik

127

127

131

134

135

141

144

6.4 Keputusan pengurusan kuasa aktif dan reaktif bagi penjana

teragih dalam grid mikro

146

6.4.1 Keputusan Latihan RNT

6.4.2 Keputusan Ujian RNT

6.4.3 Perbandingan Kehilangan Kuasa dan Kos dalam Sistem

6.4.4 Penilaian Profil Voltan Sistem

146

148

153

156

6.5 Ringkasan bab 158

BAB VII KESIMPULAN DAN CADANGAN 159

7.1 Kesimpulan 159

7.2 Sumbangan utama kajian 161

7.3 Cadangan kajian lanjutan 162

RUJUKAN 163

Page 8: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xi

LAMPIRAN

A Model Simulasi Bagi Penukar Naik dan Penukar Bateri 173

B Model Simulasi Bagi Penyongsang 175

C Data Bagi Sistem Ujian 8 Bas 178

D Set Data Latihan dan Ujian Bagi RNT 184

E Jumlah Herotan Harmonik 188

Senarai Penerbitan 194

Page 9: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xii

SENARAI JADUAL

Nombor Jadual Halaman

2.1 Perbandingan jenis-jenis sel fuel 11

2.2 Model simulasi SFMPP 13

2.3 Ciri bateri dan kapasitor ultra 19

2.4 Perbandingan jenis-jenis bateri 21

3.1 Parameter bagi model SFMPP 52

3.2 Parameter bagi model SFOP jenis satah 53

4.1 Peraturan logik kabur bagi pengawal voltan luaran penyongsang 77

4.2 Peraturan logik kabur bagi menentukan α 77

4.3 Peraturan logik kabur bagi menentukan β 77

4.4 Peraturan logik kabur bagi pengawal arus dalaman penyongsang

bagi koordinat-d

81

4.5 Peraturan logik kabur bagi pengawal arus dalaman penyongsang

bagi koordinat-q

81

4.6 Peraturan logik kabur bagi menentukan α dan β bagi koordinat-

d

81

4.7 Peraturan logik kabur bagi menentukan α dan β bagi koordinat-

q

81

4.8 Masa pensuisan tiga fasa bagi MLDVR 86

4.9 Data bagi model sel fuel dan bateri 88

4.10 Data sel fuel, bateri dan penukar 90

4.11 Data bagi sel fuel, bateri, penukar dan grid 93

Page 10: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xiii

5.1 Persamaan fungsi pengaktifan 105

5.2 Penerangan komponen dalam sistem ujian 108

5.3 Jumlah taburan data bagi aplikasi RNT 111

5.4 Parameter bagi RNPBL dan RNFAJ 111

6.1 Perbandingan prestasi herotan harmonik bagi pengawal KP-

logik kabur dan KP

145

6.2 Perbandingan prestasi JHH bagi pengawal KP-logik kabur dan

MLDVR menggunakan indeks modulasi yang berlainan

146

6.3 Prestasi bagi ujian RNPBL dan RNFAJ 150

6.4 Perbandingan kehilangan kuasa 154

6.5 Perbandingan kos 156

Page 11: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

194

SENARAI PENERBITAN YANG DIHASILKAN DARI TESIS

(2011-2014)

JURNAL

Zambri, N. A., Mohamed, A. & Shareef, H. 2011. Performance comparison of

dynamic models of proton exchange membrane and planar solid oxide fuel

cells subjected to load change. IREMOS. 4(6): 3402-3409

Zambri, N. A.; Mohamed, A. ; Shareef, H. & Wanik, M. Z. C. 2013. Design of a

Hybrid Fuel Cell with Battery Energy Storage for Stand-Alone Distributed

Generation Applications, World Academy of Science, Engineering and

Technology, International Science Index 78. 7(6): 1588 - 1593.

Zambri, N. A., Mohamed, A., Shareef, H. & Wanik, M. Z. C. 2013. Hybrid Proton

Exchange Membrane Fuel Cell with Battery Energy Storage for Stand-Alone

Distributed Generation Applications. Przegląd Elektrotechniczny. 89(5): 161-

166.

Zambri, N. A. & Mohamed, A. 2014. Utilization of fuel cell energy source for

distribution power generation: theory, modeling and review of research work.

Przegląd Elektrotechniczny. 90(5): 189-200.

Zambri, N. A., Mohamed, A. & Wanik, M. Z. C. 2014. Performance Comparison of

Neural Networks for Intelligent Management of Distributed Generators in a

Distribution System. International Journal of Electrical Power & Energy

Systems. (Under review).

Zambri, N. A., Mohamed, A. & Wanik, M. Z. C. 2014. Performance of Grid-

Connected Fuel Cell System with Battery Energy Storage. International

Journal of Electrical Power & Energy Systems. (Under review).

KERTAS PERSIDANGAN

Zambri, N. A., Mohamed, A. & Shareef, H. 2011. Dynamic Modeling of a Proton

Exchange Membrane Fuel Cell in MATLAB/Simulink. Regional Engineering

Postgraduate Conference (EPC), hlm. 1-7.

Wanik, M. Z. C., Zambri, N. A., Mohamed, A. & Shareef, H. 2011. Dynamic

modelling of a pemfc generation system for grid connection studies.

International Conference of Fuel Cell & Hydrogen Technology, hlm. 1-8.

Page 12: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

195

Zambri, N. A.; Mohamed, A. ; Shareef, H. & Wanik, M. Z. C. 2013. Design of a

Hybrid Fuel Cell with Battery Energy Storage for Stand-Alone Distributed

Generation Applications, International Conference of Electtrical Engineering

2013, hlm. 2419-2424.

Zambri, N. A., Mohamed, A. & Wanik, M. Z. C. 2014. Coordinated Control of Green

Energy-Based Distributed Generation in Distribution Networks Using

Artificial Neural Networks. Annual Conference of Engineering and

Information Technology 2014, hlm. 342-352.

Zambri, N. A., Mohamed, A. & Wanik, M. Z. C. 2014. Intelligent Power Management

Strategy of Hybrid Distributed Generation System Using Artificial Neural

Networks. 2014 IEEE Innovative Smart Grid Technologies Conference, hlm.

1-6.

Page 13: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xiv

SENARAI RAJAH

Nombor Rajah Halaman

2.1 Kesan pengecasan dua lapisan 16

2.2 SFOP konfigurasi tiub 17

2.3 SFOP konfigurasi satah 17

2.4 Struktur selari bagi sistem sel fuel hibrid 20

2.5 Struktur penyambungan-AT bagi sistem PT hibrid 23

2.6 Struktur penyambungan-AU bagi sistem PT hibrid 24

3.1 Sel tunggal bagi SFMPP 34

3.2 Sel tunggal bagi SFOP jenis satah 36

3.3 Sistem penjanaan SFMPP 37

3.4 Model unit pemproses bahan api bagi SFMPP yang

dibangunkan

39

3.5 Litar setara bagi SFMPP 42

3.6 Model unit SFMPP yang dicadangkan 45

3.7 Model unit SFOP jenis satah yang dicadangkan 49

3.8 Model unit pemproses bahan api yang dibangunkan

menggunakan MATLAB/Simulink

50

3.9 Model simulasi SFMPP yang dibangunkan menggunakan

MATLAB/Simulink

51

3.10 Model simulasi SFOP jenis satah yang dibangunkan

menggunakan MATLAB/Simulink

53

Page 14: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xv

4.1 Tindak balas yang perlahan terhadap kuasa keluaran sel fuel 56

4.2 Konfigurasi PT berasaskan hibrid sel fuel dan bateri tanpa

PTKM

57

4.3 Model bateri jenis asid-plumbum 58

4.4 Konfigurasi PT berasaskan hibrid sel fuel dan bateri dengan

PTKM yang dibangunkan

59

4.5 Penukar naik AT/AT dengan pengawal PTKM yang

dibangunkan

60

4.6 Carta alir bagi algoritma U&C 61

4.7 Pengawal PTKM 62

4.8 Litar penukar dwiarah naik/turun AT/AT yang dibangunkan 63

4.9 Pengawal bagi penukar bateri yang dibangunkan 63

4.10 Konfigurasi sistem PT hibrid sel fuel/bateri tersambung ke grid

yang dicadangkan

64

4.11 Carta alir algoritma kawalan bagi sistem PT hibrid tersambung

ke grid

67

4.12 Pengawal bagi penukar bateri bagi model PT hibrid tersambung

ke grid

68

4.13 Konfigurasi dq-GTF pada PSV yang dibangunkan 69

4.14 Konfigurasi PSV yang dibangunkan beserta strategi kawalannya 69

4.15 Pengawal KP-logik kabur untuk gelung kawalan arus dalaman

bagi penyongsang yang dibangunkan

72

4.16 Gelung kawalan arus dalaman bagi penyongsang 72

4.17 Gelung kawalan voltan luaran bagi penyongsang 73

4.18 Pengawal KP-logik kabur untuk gelung voltan luaran PSV yang 74

Page 15: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xvi

dibangunkan

4.19 Fungsi keahlian bagi E dan EC 75

4.20 Fungsi keahlian bagi U 75

4.21 Fungsi keahlian bagi U (a) untuk menentukan α (b) untuk

menentukan β

76

4.22 Fungsi keahlian bagi E dan EC dalam gelung kawalan arus

dalaman

80

4.23 Fungsi keahlian bagi U dalam gelung kawalan arus dalaman 80

4.24 Gambarajah sektor dan asas bagi vektor pensuisan 84

4.25 Corak pensuisan MLDVR tak-simetri 85

4.26 Carta alir bagi pengurusan sumber kuasa 87

4.27 Model PT hibrid tanpa PTKM 88

4.28 Carta alir pengawal pengecasan bagi bateri 89

4.29 Model PT hibrid dengan unit PTKM 90

4.30 Model lengkap bagi sistem PT hibrid berasaskan sel fuel dan

bateri

92

4.31 Sistem PT hibrid sel fuel dan bateri beserta beban AT dan blok

pengurusan sumber kuasa

92

5.1 Kaedah pengurusan PT dalam sistem grid mikro 96

5.2 Sistem kuasa pengagihan menggambarkan kejatuhan voltan 97

5.3 Sistem grid mikro ringkas dengan dua unit PT 98

5.4 Seni bina bagi tiga lapisan RNPBL dengan fungsi pengaktifan

yang berbeza

101

5.5 Seni bina bagi tiga lapisan RNFAJ 102

Page 16: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xvii

5.6 Fungsi pengaktifan di dalam RNT 104

5.7 Fungsi pengaktifan (a) lelurus, (b) sigmoid, (c) tangen hiperbola

dan (d) Gaussian di dalam RNT

105

5.8 Penyongsang sumber voltan 106

5.9 Gambarajah bagi sistem ujian 107

5.10 Proses pengoptimuman untuk menentukan kuasa rujukan

optima PT

109

5.11 Pelaksanaan RNPBL dan RNFAJ untuk meramal kuasa rujukan

PT

110

5.12 Kuasa aktif beban untuk set data ujian RNT 112

5.13 Kuasa reaktif beban untuk set data ujian RNT 112

5.14 Kuasa aktif bagi fotovolta (PT1) untuk set data ujian RNT 112

5.15 Carta alir pelaksanaan latihan RNT 114

5.16 Model simulasi sistem grid mikro dalam MATLAB/Simulink 116

6.1 Perbandingan lengkung pengutuban dan lengkung kuasa

SFMPP (a) lengkung pengutuban model simulasi (b) lengkung

kuasa model simulasi (c) data pengilang

119

6.2 Voltan keluaran SFMPP dengan model termodinamik dan tanpa

model termodinamik

120

6.3 Beban yang dikenakan ke atas SFMPP 120

6.4 Perubahan suhu di dalam tindanan SFMPP 120

6.5 Kadar aliran hidrogen menggunakan pengawal KP dan KPT 121

6.6 Perbandingan lengkung pengutuban dan lengkung kuasa bagi

SFOP jenis satah (a) lengkung pengutuban model imulasi (b)

lengkung kuasa model simulasi (c) lengkung pengutuban dan

kuasa dari Bum et al. (2006)

123

6.7 Voltan keluaran AT bagi unit tunggal sel fuel 124

Page 17: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xviii

6.8 Arus beban masukan 126

6.9 Voltan keluaran SFMPP 126

6.10 Voltan keluaran SFOP jenis satah 126

6.11 Permintaan perubahan beban 128

6.12 Kuasa keluaran sel fuel dan bateri 128

6.13 Keadaan SOC bagi bateri asid-plumbum 129

6.14 Perbandingan prestasi tiga jenis bateri (a) ketika permulaan (b)

pada 2.5 s sehingga 3 s

130

6.15 Keputusan simulasi bagi kuasa beban serta kuasa keluaran sel

fuel dan bateri asid-plumbum

131

6.16 Keputusan simulasi PT hibrid dengan PTKM (a) SOC bagi

bateri (b) arus pengkalan bateri

133

6.17 Pensuisan bagi penukar dwiarah AT/AT (a) IGBT1 (b) IGBT2 133

6.18 Voltan bas AT 134

6.19 Kuasa beban (a) beban AT dan (b) beban AU 135

6.20 Keputusan simulasi bagi kuasa keluaran sel fuel, bateri dan

beban AT

136

6.21 Keputusan simulasi PT hibrid (a) SOC bagi bateri (b) arus

pengkalan bateri

137

6.22 Pensuisan bagi penukar (a) IGBT1 (b) IGBT2 137

6.23 Voltan bas AT dengan pengurusan sumber kuasa 138

6.24 Kuasa keluaran bagi grid dan PT hibrid bersama beban AU 139

6.25 Voltan dan arus pada TGS 139

6.26 Jumlah herotan harmonik bagi voltan pada TGS 140

Page 18: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xix

6.27 Jumlah herotan harmonik bagi arus pada TGS 140

6.28 Voltan grid ketika kerosakan berlaku 141

6.29 Kuasa keluaran PT hibrid dan grid ketika kerosakan 142

6.30 Keputusan simulasi SOC bagi bateri asid-plumbum (a) tiada

kerosakan berlaku pada talian (b) terdapat kerosakan berlaku

pada talian

142

6.31 Voltan pada TGS (a) ketika kerosakan (b) ketika

penyambungan semula ke grid

144

6.32 Analisis regresi antara keluaran RNT dan sasaran bagi RNPBL

dan RNFAJ dengan berlainan fungsi pengaktifan (a) Sigmoid

(b) Tangen hiperbola (c) Lelurus (d) Gaussian

148

6.33 Rujukan kuasa aktif bagi PT2 151

6.34 Rujukan kuasa aktif bagi PT3 151

6.35 Rujukan kuasa reaktif bagi PT1 152

6.36 Rujukan kuasa reaktif bagi PT2 152

6.37 Rujukan kuasa reaktif bagi PT3 153

6.38 Profil voltan pada bas 400V bagi talian 1, 2 dan 3 157

Page 19: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xx

SENARAI SIMBOL

2kcx Jarak Euclidean antara vektor masukan dan pusat

% Peratus

α Faktor terbaharu bagi αKp bagi pengawal KP-logik kabur

β Faktor terbaharu bagi βKi bagi pengawal KP-logik kabur

∆G Perubahan tenaga Gibbs bebas

∆H Perubahan entalpi bagi reaksi kimia

∆S Perubahan entropi

a Pemalar empirik

A Ampere

A Kawasan aliran saluran

Ah Ampere-Hour

atm Atmosfera

b Pemalar empirik

b1, b

2 Vektor bias

bi Keluaran bagi peraturan i

C Jumlah kapasitans

C Kapasitor

CH4 Gas metana

CO Gas karbon monoksida

CO2 Gas karbon dioksida

Ct Kemuatan haba bagi sel fuel

CV Faktor penukaran

eff

aD Pekali resapan berkesan bagi anod

eff

kD Pekali resapan berkesan bagi katod

d Kitar tugas

e Isyarat ralat

Page 20: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xxi

e- Elektron negatif

E Pemboleh ubah linguistik yang merujuk kepada e(t)

e(t) Ralat nisbah lengah

E0 Voltan tetap bateri

EC Pemboleh ubah linguistik yang merujuk kepada ev(t)

emax Ralat maksima

Eo

Keupayaan piawai elektrod

EOCV Voltan litar terbuka

erms Ralat punca min kuasa dua

ev(t) Masukan bagi kadar ralat

Exp(s) Zon dinamik eksponen

F Pemalar Faraday

H Jumlah kemuatan terma bagi semua jisim SFMPP

H+ Ion hidrogen

H2 Gas hidrogen

H2O Air

I Arus

i(t) Isyarat kawalan

ias Ketumpatan arus pada elektrod

Ib Arus terminal bateri

Id_ruj Arus rujukan pada kerangka-d

Ig Aliran arus melalui pearuh

Igd Arus nyata bagi grid

Igq Arus khayalan bagi grid

iks Ketumpatan arus pada permukaan elektrolit

Ilimit Had bagi arus tindan sel fuel

io,a Penukaran ketumpatan arus bagi anod

io,k Penukaran ketumpatan arus bagi katod

Iq_ruj Arus rujukan pada kerangka-q

it Kapasiti tersari

K Nilai pengutuban yang tetap

Page 21: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xxii

kd Gandaan terbitan

kHz Kilo-Hertz

ki Gandaan perkadaran

Ki Gandaan bagi kamiran

kmol Kilo mol

kp Gandaan kamiran

Kp Gandaan bagi perkadaran

kVA Kilo Volt-Amperes

kVar Kilovolt ampere reactive

kW Kilo Watt

kWh KiloWatt-hour

L Pearuh

Lg Kearuhan setara bagi penapis

m Indeks modulasi

max Maksima

mH Mili-Henry

min Minima

MVAr Megavolt ampere reactive

MW Megawatt

mW MiliWatt

n Jumlah elektron yang terhasil dari tindakbalas kimia

o Pemalar empirik

concη Kehilangan kepekatan

ohm Kehilangan ohm

actη Kehilangan pengaktifan

N Negatif

N0 Bilangan sel fuel yang disambung secara sesiri di dalam tindanan

N0 Jumlah sel bagi sel fuel

NS Negatif sifar

O2 Gas oksigen

Page 22: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xxiii

ºC Darjah celcius

ºF Darjah ferenheit

Oq Vektor keluaran

aOHP ,2 Tekanan separa bagi air di anod

aHP ,2 Tekanan separa bagi gas hidrogen di anod

kOP

,2 Tekanan separa bagi gas oksigen di katod

P Positif

p.u Per-unit

PH2 Tekanan separa bagi gas hidrogen

PL Kuasa aktif beban

Ploss Kehilangan kuasa dalam talian

Pmax Kuasa aktif maksima

Pmin Kuasa aktif minima

PO2 Tekanan separa bagi gas oksigen

ppm Parts per million

PPT Kuasa aktif yang disuntik oleh unit PT

Pruj Kuasa rujukan bagi kuasa aktif

PS Positif sifar

req

Hq2

Amaun aliran hidrogen yang diperlukan untuk memenuhi

perubahan beban

refameq

_tan Rujukan masukan bagi metana

in

Hq2 Aliran masukan hidrogen

2Hq Aliran molar hidrogen

q Kadar aliran molar masukan bagi gas hidrogen dan oksigen

Q Kapasiti maksima bagi bateri

QL Kuasa reaktif beban

Qmax Kuasa reaktif maksima

qmetana Kadar aliran bahan api

Qmin Kuasa reaktif minima

Page 23: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xxiv

QPT Kuasa reaktif yang disuntik oleh unit PT

Qruj Kuasa rujukan bagi kuasa reaktif

R Pemalar semesta bagi gas

Rconc Rintangan kepekatan

rh-o Nisbah aliran hidrogen dan oksigen

RM Ringgit Malaysia

Rohm Rintangan ohm

s Saat

S Sektor

Sel(s) Mod operasian bateri

T Suhu

T1, T2, T0 Tempoh masa pensuisan

Tcm1,Tcm2 Tempoh pensuisan tiga fasa

Tcm3 Tempoh pensuisan tiga fasa

Tq Vektor sasaran

Tref Suhu rujukan

Tx Pengubah

U Kadar penggunaan

U Pemboleh ubah linguistik yang merujuk kepada keluaran

umax Voltan maksima

umin Voltan minima

Uref Vektor rujukan

V Volt

Va Isipadu bagi anod

Vact Kehilangan pengaktifan

Vat Voltan bas AT

Vb Voltan pengkalan bateri

Vc Kesan pengecasan dua lapisan

Vconc Kehilangan kepekatan

vd_ruj Voltan rujukan pada kerangka-d

Page 24: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xxv

vg Voltan grid

vgd Voltan nyata bagi grid

vgq Voltan khayalan bagi grid

vi Voltan keluaran penyongsang

vid Voltan keluaran nyata bagi penyongsang

viq Voltan keluaran khayalan bagi penyongsang

Vk Isipadu bagi katod

Voc Voltan litar terbuka bagi bateri

Vohm Kehilangan ohm

vq_ruj Voltan rujukan pada kerangka-q

Vsel Voltan operasi bagi SFOP

VSF Voltan keluaran sel fuel

w1

Pemberat antara neuron di dalam lapisan tersembunyi dan masukan

w1k Pemberat pada lapisan keluaran

w2

Pemberat sinaps antara neuron di dalam lapisan tersembunyi dan

keluaran

X Regangan talian

z Jumlah elektron yang terlibat semasa tindakbalas

Z Sifar

δ Sudut fasa

μ Pekali gabungan

μF Mikro-Farad

μi Nilai keahlian bagi peraturan i

ρ Kepadatan molar

σ Kekonduksian

τ Ketebalan

τ1,τ2 Pemalar masa

Φ Fungsi pengaktifan

φ0 Fungsi pengaktifan bagi neuron pada lapisan keluaran

φh Fungsi pengaktifan bagi neuron pada lapisan tersembunyi

ω Kelajuan terkadar

Page 25: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xxvi

SENARAI SINGKATAN

AT Arus terus

AU Arus ulang alik

GTF Gelung terkunci fasa

JHH Jumlah herotan harmonik

KP Kamiran-perkadaran

KPT Kamiran-perkadaran-terbitan

LM Levenberg-Marquardt

MLDS Modulasi lebar denyut sinus

MLDVR Modulasi lebar denyut jenis vektor ruang

PSV Penyongsang sumber voltan

PT Penjana teragih

PTKM Pengesanan titik kuasa maksima

RNFAJ Rangkaian neural fungsi asas jejari

RNPBL Rangkaian neural perseptron berbilang lapis

RNT Rangkaian neural tiruan

SFA Sel fuel alkali

SFAF Sel fuel asid fosforik

SFKL Sel fuel karbonat lebur

SFMPP Sel fuel membran penukaran proton

SFOP Sel fuel oksida pepejal

SOC State of charge

SPT Sistem penyimpanan tenaga

TGS Titik gandingan sepunya

Page 26: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

xxvii

TKM Titik kuasa maksima

U&C Usik dan cerap

UPK Unit penyesuai kuasa

Page 27: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

1

BAB I

PENGENALAN

1.1 LATAR BELAKANG KAJIAN

Semenjak tahun 1990, penggunaan tenaga elektrik dunia bertambah dua kali ganda

ekoran dari pertambahan penduduk dunia dan nilai ini dijangka akan bertambah kira-

kira 56% antara tahun 2010 sehingga tahun 2040 (EIA 2014). Pertambahan

penggunaan tenaga elektrik menyumbang kepada pertambahan penggunaan sumber

bahan api bagi penjanaan tenaga elektrik. Walaubagaimanapun, sumber bahan api

dunia semakin berkurangan dan arang batu dijangka akan habis digunakan dalam

masa 125 tahun akan datang (Nasar 1994). Selain itu, dengan pertambahan kepadatan

penduduk, pembinaan talian penghantaran di kawasan bandar juga menjadi semakin

rumit. Malah, kesedaran yang semakin meningkat di kalangan pengguna terhadap

kualiti alam sekitar serta kesihatan penduduk telah menyumbang kepada pencarian

penjanaan tenaga alternatif yang baru di kalangan pembekal tenaga elektrik serta

penyelidik. Bagi mengatasi krisis tenaga yang berlarutan ini, penggabungan antara

tenaga bolehbaharu dengan sistem tenaga nyahpusat yang lebih dikenali dengan

penjana teragih (PT) telah diperkenalkan.

Sistem PT biasanya ditempatkan di lokasi strategik, iaitu, berhampiran pusat

beban yang bekembang dengan pesat dan mempunyai beberapa kelebihan seperti

kecekapan operasi yang tinggi, kehilangan kuasa yang rendah serta keboleharapan

yang tinggi (Guerrero et al. 2010). Selain itu, kos pembinaan penjana teragih (PT) ini

adalah lebih rendah berbanding kos pembinaan loji penjanaan hidro atau terma kerana

saiznya lebih kecil dan lebih mudah untuk diselenggara. Kaedah pemasangan PT juga

tidak memerlukan pembinaan talian penghantaran jarak jauh yang mengambil masa

lama untuk dibina dan memerlukan peruntukan kos yang tinggi. Julat tenaga yang

Page 28: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

2

biasanya dihasilkan oleh PT adalah dari 10 kW hingga hampir 100 kW bergantung

kepada keperluan aplikasi yang berbeza seperti kediaman, komersial dan industri

ringan. Pemilihan sumber tenaga bagi penjanaan elektrik oleh PT bergantung kepada

tiga faktor, iaitu, sumber tenaga yang sedia ada, kestabilan keluaran penjana dan

keupayaan sumber tenaga menampung keperluan beban. Tenaga bolehbaharu

merupakan sumber tenaga yang paling sesuai untuk PT dan tenaga bolehbaharu ini

boleh dibahagikan kepada dua jenis, iaitu, sumber yang boleh dikawal seperti sel fuel

dan turbin mikro manakala sumber tenaga yang tidak boleh dikawal adalah seperti

fotovolta, angin dan ombak. Sumber tenaga yang tidak boleh dikawal ini biasanya

bergantung kepada keadaan cuaca serta persekitaran yang sukar diramal. Oleh itu, jika

dibandingkan dengan sumber tenaga bolehbaharu yang lain, sel fuel dianggap sebagai

tenaga yang paling sesuai untuk PT kerana kelebihan sel fuel seperti kecekapan yang

tinggi, tiada pembebasan kepulan asap yang mengandungi gas beracun serta

strukturnya yang mudah alih.

Sel fuel adalah peralatan elektrokimia yang menukar tenaga kimia kepada

tenaga elektrik hasil daripada satu tindak balas dan tidak melibatkan bahagian yang

bergerak (Nehrir et al. 2006). Ciri utama ini menjadikan sel fuel sebagai teknologi

yang senyap yang sesuai digunakan sebagai penjanaan kuasa yang berhampiran

dengan pengguna. Malah, sisa haba dan air yang dihasilkan daripada tidak balas

dalaman sel fuel boleh disalurkan untuk kegunaan pembekalan air panas bagi kawasan

perumahan berhampiran yang seterusnya dapat meningkatkan kecekapan sistem sel

fuel. Walau bagaimanapun, berikutan dari tindak balas elektrokimia dalaman serta

tindak balas unit pemprosesan bahan api yang perlahan dan ciri termodinamiknya, sel

fuel tidak dapat menghasilkan tenaga secepat yang dikehendaki oleh beban (Fadali

2008). Permasalahan ini boleh di atasi dengan memasang sistem penstoran tenaga

kepada PT berasaskan sel fuel bagi melaksanakan sistem PT hibrid (Davat 2009).

Dengan penggabungan ini, tenaga storan dapat membantu sel fuel membekalkan

kuasa dalam keadaan beban tinggi dan seterusnya meningkatkan kecekapan bagi

keseluruhan sistem.

Terdapat dua jenis sel fuel yang sesuai digunakan untuk PT, iaitu, sel fuel

membran penukaran proton (SFMPP) dan sel fuel oksida pepejal (SFOP). Sel fuel

Page 29: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

3

jenis membran penukaran proton sesuai digunakan untuk keperluan perumahan kerana

suhu operasinya rendah, mempunyai ketumpatan kuasa yang tinggi, permulaan

operasian yang cepat dan beroperasi dalam keadaan yang selamat (Nehrir et al. 2006).

SFOP juga sesuai diaplikasi sebagai PT kerana kecekapannya, kepelbagaian dalam

pemilihan bahan api serta kebolehannya untuk memproses bahan api sendiri tanpa

memerlukan unit pemproses bahan api. Untuk menganalisa prestasi dan tindak balas

dinamik sel fuel sebelum di aplikasikan di dalam sistem kuasa sebagai PT, adalah

penting untuk membangunkan model simulasi dinamik bagi kedua-dua sel fuel ini.

Untuk membolehkan PT berasaskan sel fuel membekalkan voltan, arus dan

kuasa yang sesuai serta memenuhi permintaan beban, peranti elektronik kuasa yang

terdiri daripada penukar AT/AT dan penyongsang AT/AU memainkan peranan

penting. Cabaran utama bagi peranti elektronik kuasa dan kawalannya adalah untuk

memaksimumkan prestasi sel fuel serta memastikan kecekapan yang tinggi bagi sel

fuel yang mempunyai voltan rendah dan tindak balas yang perlahan (Fadali 2008).

Dengan membangunkan pengawal penukar dan penyongsang yang baik, dapat

mengurangkan kehilangan tenaga bagi sistem sel fuel serta merendahkan jumlah

komponen harmonik yang disuntik ke grid utiliti. Jumlah herotan harmonik (JHH) di

dalam sistem PT perlu dikawal supaya berada di dalam julat yang dibenarkan kerana

JHH yang besar boleh mengakibatkan pelbagai masalah seperti pemanasan berlebihan

pada konduktor neutral dan pengubah serta kerosakan pada peranti perlindungan

(Bollen 2003). Oleh itu, strategi kawalan yang sesuai perlulah dibangunkan untuk

sistem PT berasaskan sel fuel supaya dapat mengurangkan komponen harmonik

dalam keseluruhan sistem.

PT berasaskan sel fuel biasanya disambung ke sistem pengagihan kuasa yang

berhampiran dengan beban dan kajian juga dilakukan untuk menilai kesan

penyambungan PT terhadap keseluruhan sistem. Bagi sistem yang mempunyai

bilangan PT yang banyak, kehilangan kuasa pada sistem akan meningkat serta

magnitud voltan pada bas tertentu akan melebihi had yang dibenarkan. Bagi

mengurangkan kehilangan kuasa serta memperbaiki profil voltan di dalam sistem

agihan, penyelarasan kuasa bagi setiap unit PT perlu dilakukan untuk memastikan

setiap unit PT yang disambung ke grid utiliti beroperasi pada nilai yang optimum.

Page 30: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

4

Pengoperasian PT pada nilai yang tidak optimum akan menyebabkan kehilangan

kuasa yang tinggi serta meningkatkan kos pengoperasian malah menyebabkan

ketakstabilan voltan dalam sistem (Toma et al. 2008: Rau & Wan 1994). Oleh itu,

teknik pengoptimuman biasanya diaplikasikan terhadap unit PT untuk menentukan

penjanaan kuasa yang optimum dalam sistem pengagihan.

1.2 PENYATAAN MASALAH KAJIAN

Pada masa kini, usaha membangunkan teknologi PT berasaskan sel fuel telah

mendapat perhatian yang meluas di kalangan penyelidik. Penyelidikan telah dilakukan

dalam membina model simulasi sel fuel sebagai sistem PT dan pelbagai perisian telah

digunakan. Model simulasi SFMPP telah diperkenalkan oleh El-Sharkh et al. (2004)

untuk penjana kuasa yang tidak disambung ke grid. Model ini telah ditambahbaik oleh

Pathapati et al. (2005) dengan mengkaji fenomena fana ke atas sistem SFMPP.

Pasricha & Shaw (2006) telah membina model simulasi SFMPP yang mengambil kira

kesan penumpuan di dalam model ini. Dalam pembinaan model simulasi SFMPP,

pelbagai andaian telah dibuat yang mana penumpuan oksida serta perubahan suhu

dianggap tetap. Walau bagaimanapun, faktor perubahan suhu adalah penting kerana ia

akan mempengaruhi prestasi sel fuel. Justeru, perubahan suhu tidak boleh diabaikan

kerana tindak balas kimia dalam tindanan sel fuel akan menghasilkan haba. Oleh itu,

model simulasi bagi SFMPP yang lebih terperinci yang mengambil kira kesan suhu di

dalam tindanan perlu dibangunkan. Bagi SFOP, terdapat dua jenis konfigurasi, iaitu,

tiub dan satah. Model simulasi SFOP jenis tiub telah banyak dimodelkan dengan

mengambil kira tindakbalas elektrokimia di dalam tindanan SFOP (Sedghisigarchi &

Feliachi 2004; Padulles et al. 2000; Wang & Nehrir 2007). Walau bagaimanapun,

model simulasi SFOP jenis satah untuk kegunaan sebagai PT masih belum

dibangunkan. SFOP jenis satah merupakan sel fuel yang boleh mengurangkan jumlah

tindanan dan kos.

Satu cabaran dalam penggunaan PT berasaskan sel fuel adalah masalah

kebuluran bahan api yang berpunca daripada tindakbalas dinamik yang lambat di

dalam tindanan sel fuel serta reaksi unit pemprosesan gas yang perlahan. Untuk

memperolehi prestasi sel fuel yang baik apabila pertambahan beban berlaku, sistem

Page 31: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

5

penyimpanan tenaga seperti bateri atau ultra kapasitor perlu disambung kepada sistem

sel fuel untuk dijadikan konfigurasi PT hibrid (Uzunoglu & Alam 2006; Zambri et al.

2013). Walau bagaimanapun, cabaran utama dalam pembinaan sistem PT hibrid

adalah pembangunan pengawal bagi peranti elektronik kuasa. Kebanyakan penyelidik

menggunakan pengawal kamiran-perkadaran (KP) kerana ianya mudah dibina serta

aplikasinya ringkas (Sedghisigarchi & Feliachi 2004; Tanrioven & Alam 2006;

Ghareeb et al. 2010). Namun, proses penalaan bagi pengawal KP adalah sangat sukar

untuk memperolehi JHH yang kurang dan tambahan pula, pengawal KP memberikan

hasil simulasi yang kurang memuaskan bagi pengawalan sistem tak lelurus. Untuk

meningkatkan prestasi sistem PT hibrid, pengawal pintar berasaskan logik kabur telah

dibangunkan (Kwi-Seong et al. 2005). Pengawal logik kabur menentukan kuasa

keluaran sel fuel bergantung pada status pengecasan bateri untuk meningkatkan

kecekapan sistem. Malah, pengawal logik kabur juga digunakan untuk mengendalikan

aliran kuasa antara sel fuel dan ultra kapasitor pada bas AT (Hajizadeh & Golkar

2010). Walau bagaimanapun, pengawal logik kabur memerlukan algoritma pengawal

yang kompleks dan terdapat banyak parameter yang perlu ditala dengan tepat dan

keperluan ini menimbulkan kesukaran untuk membina keseluruhan sistem. Oleh itu,

diperlukan pengawal yang lebih berkesan untuk mengawal peranti elektronik kuasa

dalam pembinaan PT hibrid dengan mempertimbangkan pengurangan jumlah

komponen harmonik dalam sistem.

Dengan penambahan jumlah PT dalam rangkaian pengagihan kuasa, sistem

akan beroperasi sebagai sistem aktif. Isu penting dalam sistem aktif adalah untuk

mengekalkan tahap voltan pada aras yang dibenarkan dan mengawal kehilangan

kuasa. Operasian keluaran PT yang tidak sesuai boleh menjejaskan profil voltan dan

meningkatkan kehilangan kuasa dalam sistem pengagihan. Masalah ini boleh diatasi

dengan mengurus kuasa reaktif bagi setiap PT dalam sistem pengagihan untuk

meningkatkan kebolehpercayaan sistem serta mengurangkan kehilangan kuasa dalam

sistem (Toma et al. 2008). Namun, kuasa reaktif yang tidak dikawal secara berpusat

akan menyebabkan nilai keluarannya jauh dari nilai optimum. Untuk memastikan

keluaran PT yang optimum, unit PT haruslah di selaraskan dengan mengguna

pengawal voltan dan teknik pengoptimuman untuk menentukan nilai voltan dan kuasa

keluaran PT yang optimum (Hatta & Kobayashi 2007; Marcela-Rojas 2011). Bagi

Page 32: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

6

setiap perubahan beban, nilai voltan serta kuasa rujukan akan berubah dan proses

pengoptimuman perlu diulang dan dilaksanakan semula. Proses pengoptimuman ini

adalah tidak praktikal dan tidak sesuai bagi aplikasi secara atas talian. Oleh itu, satu

teknik kepintaran buatan perlu dibangunkan untuk menentukan dengan cepat kuasa

rujukan serta profil voltan supaya penyelarasan setiap unit PT dapat dilakukan dengan

pantas.

Pemasalahan kajian bagi penyelidikan ini boleh dirumuskan seperti berikut:

i. Dalam pembinaan sistem PT berasaskan sel fuel, pemodelan dinamik yang jitu

bagi sel fuel adalah penting. Kesan suhu perlu diambil kira kerana apabila

suhu dianggap malar, voltan keluaran bagi model sel fuel yang dibangunkan

akan berkurang. Oleh itu, model dinamik bagi SFMPP yang mengambil kira

tindakbalas terma atau kesan suhu dalam tindanannya dibangunkan dalam

kajian ini. Model dinamik SFOP jenis satah turut dibangunkan

memandangkan masih tidak terdapat dalam kajian literatur model simulasi

SFOP jenis satah.

ii. Masalah utama bagi sel fuel adalah masalah kebuluran bahan api disebabkan

oleh tindakbalas dalamannya yang perlahan serta masalah kelembapan unit

pemprosesan bahan api. Oleh itu, masalah ini perlu diatasi dengan baik dan

kaedahnya adalah dengan menambah unit pengstoran tenaga seperti bateri di

dalam sistem PT berasaskan sel fuel ini.

iii. Pada masa kini, kebanyakan penyongsang mengaplikasikan pengawal KP

masih memberikan nilai JHH bagi arus yang tinggi. Oleh itu, pembinaan

pengawal baru bagi peranti elektronik kuasa adalah sangat penting untuk

memastikan operasian lancar bagi keseluruhan sistem dan mengurangkan

komponen harmonik dalam sistem. Oleh itu, satu kaedah pengawal perlu

dibangunkan untuk memastikan JHH dalam sistem tidak melebihi hadnya.

iv. Kuasa rujukan yang tidak optimum bagi PT akan mengakibatkan kehilangan

kuasa yang besar dalam sistem pengagihan serta profil voltan yang jauh dari

julat yang dibenarkan. Maka, terdapat keperluan untuk meneroka teknik

kepintaran buatan untuk menyelaraskan kuasa rujukan bagi setiap unit PT

dalam rangkaian pengagihan dengan objektif meminimumkan kehilangan

kuasa serta memperbaiki profil voltan.

Page 33: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

7

1.3 OBJEKTIF KAJIAN DAN SKOP KERJA

Tujuan utama kajian adalah untuk mengkaji keberkesanan sistem PT hibrid

berasaskan sel fuel dan bateri yang disambungkan ke rangkaian pengagihan kuasa

dengan mempertimbangkan JHH dan kehilangan kuasa yang rendah dalam sistem.

Objektif terpeinci bagi penyelidikan ini dijelaskan seperti berikutnya:

i. Untuk membina model dinamik yang jitu bagi SFMPP dan SFOP jenis

satah untuk digunakan sebagai PT.

ii. Untuk mengkaji keberkesanan sistem PT hibrid berasaskan sel fuel dan

bateri bagi mengatasi masalah pada sel fuel apabila beroperasi sebagai

sistem kendiri.

iii. Untuk membangunkan strategi kawalan yang cekap bagi sistem PT hibrid

berasaskan sel fuel dan bateri apabila beroperasi sebagai sistem

tersambung ke grid.

iv. Untuk membangunkan kaedah kepintaran buatan untuk menyelaras kuasa

optimum bagi setiap unit PT yang disambung dalam sistem grid-mikro.

Kerja awal yang dijalankan dalam kajian ini melibatkan pembangunan model

dinamik bagi sel fuel model SFMPP dan SFOP jenis satah. Persamaan setara bagi

setiap model sel fuel diterbitkan dan digunakan dalam pembinaan model dinamik

yang dibangunkan dalam perisian MATLAB/Simulink. Seterusnya, model sel fuel

yang dibina disambung kepada bateri untuk beroperasi sebagai sistem kendiri. Kajian

ke atas sistem PT hibrid ini turut dilakukan dengan menggunakan teknik penjejakan

titik kuasa maksimum bagi sistem sel fuel dan membangunkan model simulasi bateri

yang tepat dan sesuai untuk digunakan dalam sistem ini.

Sistem hibrid PT yang dibangunkan sebagai sistem kendiri kemudian

digunakan untuk beroperasi sebagai sistem tersambung ke grid dengan menambahkan

unit penyongsang sebagai antaramuka sistem PT hibrid dengan grid utiliti. Kaedah

pengawal penyongsang yang baru telah dibangunkan berasaskan KP-logik kabur

untuk diaplikasikan dalam kedua-dua gelung kawalan arus dalaman dan voltan

keluaran. Kaedah pengawal yang dibangunkan perlu memastikan JHH yang disuntik

ke grid adalah kecil dan proses aliran kuasa antara PT, grid dan beban adalah lancar.

Page 34: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

8

Untuk bahagian terakhir dalam kajian ini, sistem PT berasaskan penyongsang

yang telah dibina diaplikasikan sebagai sistem grid-mikro untuk meninjau

keberkesanan PT sel fuel sebagai model yang lengkap. Model PT yang dibina akan

beroperasi pada nilai rujukan kuasa aktif dan reaktif yang telah ditetapkan pada

penyongsang. Satu teknik kepintaran buatan berasaskan rangkaian neural telah

dibangunkan untuk menguruskan rujukan kuasa aktif dan reaktif bagi setiap unit PT

dengan memastikan PT beroperasi pada nilai kuasa yang optimum di samping

mengurangkan jumlah kehilangan kuasa serta mengekalkan profil voltan dalam had

yang boleh diterima. Perbandingan antara beberapa jenis rangkaian neural turut

dilakukan untuk menentukan jenis rangkaian neural yang paling tepat digunakan

dalam aplikasi ini.

Page 35: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

9

BAB II

TINJAUAN KEPUSTAKAAN

2.1 PENGENALAN

Penjana teragih (PT) merupakan tenaga alternatif untuk menyokong keperluan tenaga

dan mengatasi masalah penjanaan tenaga yang dihadapi sebelum ini. Penjana teragih

merujuk kepada penjanaan yang bersambung kepada grid dan ditempatkan

berhampiran pengguna berdasarkan kapasiti kuasa keluaran dan jenis PT itu sendiri.

Sistem PT menggunakan sel fuel sebagai sumber kuasa merupakan satu kaedah

penjanaan yang berkesan dengan faedah yang telah dibincangkan sebelum ini. Dalam

bab ini, tinjauan kepustakaan telah dilakukan untuk memperihalkan pemodelan PT

berasaskan sel fuel dan sistem penyimpanan tenaga untuk membantu sel fuel

memenuhi keperluan beban. Pemodelan dinamik bagi unit sel fuel, unit penyesuaian

kuasa, serta isu-isu terkini berkaitan dengan sel fuel turut dibincangkan di dalam bab

ini.

2.2 JENIS DAN CIRI SEL FUEL

Sel fuel adalah satu alat elektrokimia statik yang menukar tenaga kimia secara terus

kepada tenaga elektrik. Ia boleh dikategorikan sebagai sumber elektrik yang baik

kerana kebolehannya menghasilkan kuasa yang tetap pada muatan penuh. Operasi sel

fuel boleh dianggap hampir sama dengan sistem bateri. Namun demikian, sel fuel

boleh terus membekalkan kuasa elektrik AT ke dalam sesuatu sistem selagi gas

hidrogen dibekalkan, dan ini merupakan satu ciri yang mana bateri tidak mampu

melakukannya. Sistem penjanaan sel fuel memerlukan gas oksigen dan hidrogen

untuk menghasilkan satu tindak balas kimia dan menjana tenaga elektrik dalam bentuk

AT. Gas oksigen yang diperlukan untuk masukan sel fuel boleh diperolehi daripada

Page 36: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

10

udara yang dipam masuk pada katod. Gas hidrogen pula boleh dibekalkan secara

langsung atau juga boleh dihasilkan oleh unit pemproses bahan api dari bahan api

yang sedia ada, seperti metana, gas asli, gasolin, dan alkohol. Produk utama dari

tindakbalas kimia ini adalah tenaga elektrik, air dan haba. Tindakbalas keseluruhan

yang berlaku di dalam timbunan sel fuel boleh dihuraikan melalui persamaan

(Wingelaar et al. 2005):

haba kuasa OH gasO gasH 222 22 (2.1)

dengan H2, O2 dan H2O adalah masing-masing gas hidrogen, gas oksigen dan air.

Pada masa kini, terdapat kira-kira enam jenis sel fuel yang maju dan antara sel

fuel yang menunjukkan potensi yang baik untuk aplikasi sebagai PT adalah sel fuel

membran penukaran proton (SFMPP), sel fuel oksida pepejal (SFOP), sel fuel asid

fosforik (SFAF), dan sel fuel karbonat lebur (SFKL). Sel fuel jenis alkali didapati

tidak sesuai untuk kegunaan penjanaan tenaga elektrik kerana ia memerlukan hidrogen

dan oksigen dengan keaslian yang tinggi untuk menghasilkan tindakbalas dalaman.

Sel fuel metana secara terus pula hanya boleh membekalkan voltan antara 0.3 V

sehingga 0.5 V dalam keadaan beban, maka ia bukanlah satu pilihan yang baik untuk

sistem PT. Sel fuel metana biasanya digunakan sebagai bateri kamera, komputer riba,

serta alat elektronik mudah alih yang lain. Secara am, sel fuel boleh dikelaskan kepada

dua bahagian, iaitu, sel fuel dengan suhu operasi yang rendah dan tinggi. SFMPP dan

SFAF adalah antara sel fuel yang beroperasi pada suhu rendah, manakala SFKL dan

SFOP pula beroperasi pada suhu yang tinggi. Jadual 2.1 menunjukkan perbandingan

ciri bagi empat jenis sel fuel ini.

Page 37: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

11

Jadual 2.1 Perbandingan jenis-jenis sel fuel

Ciri SFMPP SFAF SFKL SFOP

Suhu operasi ~ 75 ºC

(~ 180 ºF)

~ 200 ºC

(~ 400 ºF)

~ 650 ºC

(~ 1,200 ºF)

~ 1,000 ºC

(~ 1,800 ºF)

Tekanan 1 – 5 atm 1 – 8 atm 1 – 3 atm 1 – 15 atm

Kecekapan 40 – 50 % > 40 % > 50 % > 50 %

Voltan sel 1.1 V 1.1 V 0.7 – 1.0 V 0.8 – 1.0 V

Kos ($/kW) 4000 3000-3500 800-2000 1300-2000

Pemprosesan

bahan api

sendiri

Tidak Tidak Ya Ya

Penjanaan

bersama

Tidak sesuai Sesuai Sesuai Sesuai

Elektrolit Membran

polimer pepejal

Asid fosforik Logam alkali

berkabonat

Oksida

seramik

Anod Gas hidrogen Gas hidrogen Gas hidrogen,

metana

Gas

hidrogen,

metana

Katod Oksigen asli,

udara

Oksigen, Udara Oksigen, udara Oksigen,

udara

Masa

permulaan

< 0.1 jam 1 – 4 jam

>10 jam 5 – 10jam

Aplikasi Kediaman,

hospital,

komersial,

pengangkutan

Pengangkutan,

alat mudah alih,

komersial,

penjanaan

elektrik

Pengangkutan,

industri, loji

kuasa

Kediaman,

loji kuasa,

komersial,

alat mudah

alih

Kelebihan Ketumpatan

kuasa tinggi,

masa permulaan

pantas, pepejal

elektrolit tidak

terhakis,

keselamatan

tinggi, operasi

ringkas,

Menghasilkan

sisa haba gred

tinggi, ciri

elektrolit stabil,

pemprosesan

bahan api

kurang peka

terhadap CO

Kecekapan

tinggi, tidak

memerlukan

pemangkin

logam,

kebolehan

memproses

bahan api

sendiri

Kecekapan

tinggi,

hasilkan

sisa haba

gred tinggi,

mudah

memproses

bahan api

Kelemahan Pemangkin

platinum mahal,

peka terhadap

ketidakaslian

bahan api, tidak

boleh

memproses

bahan api

sendiri

Elektrolit cecair

menghakis,

peka terhadap

ketidakaslian

bahan api, tidak

boleh

memproses

bahan api

sendiri, kos

tinggi

Kos tinggi,

elektrolit

cecair

menghakis,

masa

permulaan

lambat, tidak

bertoleransi

terhadap

sulfur

Kos tinggi,

masa

permulaan

lambat,

tidak

bertoleransi

terhadap

sulfur, ciri

dinamik

lemah

Sumber : Jung 2005; Fadali 2008

Page 38: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

12

Dari Jadual 2.1, didapati SFMPP adalah sesuai digunakan ditempat kediaman dan

komersial kerana ia mempunyai suhu operasi yang rendah dan permulaan operasi

yang pantas. Penjanaan SFMPP juga sesuai dilakukan di lokasi yang mempunyai gas

hidrogen dengan kos rendah, seperti loji kimia, yang mana hidrogen biasanya sedia

ada di lokasi tersebut. Sel fuel jenis SFOP, SFKL, dan SFAF merupakan pilihan yang

lebih baik untuk penjanaan kuasa sederhana dan tinggi. Walau bagaimanapun,

kecekapan SFAF agak rendah dan tidak mampu untuk memproses bahan api dengan

sendiri lalu menjadikannya kurang popular berbanding SFKL dan SFOP. Didapati

pembangunan SFAF semakin berkurang dari tahun 2002 sehingga 2004 disebabkan

tiga factor utama (Carlson et al. 2007), iaitu, i) kos permulaan jauh lebih tinggi

berbanding dengan jenis sel fuel lain; ii) potensi untuk meningkatkan keberkesanan

penjanaan elektrik kepada aras yang diperlukan adalah terhad; dan iii) SFAF

mempunyai aras kebolehpercayaan dan jangka hayat yang rendah.

SFOP merupakan jenis sel fuel yang beroperasi pada suhu yang paling tinggi

dan mempunyai beberapa kelebihan, seperti keberkesanannya untuk mencecah

sehingga 80% dari kecekapan keseluruhan sistem apabila haba yang terjana boleh

digunakan untuk pemanasan. Selain itu, masa permulaan bagi setiap operasi SFOP

adalah lebih pendek berbanding SFKL. Namun begitu, kakisan pada suhu tinggi yang

berlaku dalam tindanan memerlukan penggunaan bahan yang mahal, dan seterusnya

meningkatkan lagi kos pembinaan SFOP. Kajian semasa lebih menjurus kepada

rekabentuk sistem SFOP jenis satah kerana ia berpotensi tinggi untuk mencapai

tindanan yang lebih rendah serta mengurangkan kos pembinaan awal bagi SFOP. Oleh

itu, kajian pemodelan dinamik bagi sel fuel seterusnya lebih menumpu kepada SFMPP

dan SFOP jenis satah berdasarkan kelebihannya berbanding dengan sel fuel lain.

2.3 MODEL DINAMIK SEL FUEL

Pembangunan model simulasi bagi sistem sel fuel adalah penting untuk menganalisa

perubahan langkah dalam keadaan pengoperasian. Model simulasi sel fuel yang telah

dibangunkan boleh dibahagikan kepada model matematik dan model separa-empirik.

Model simulasi matematik adalah berdasarkan tindakbalas kimia yang digunakan

untuk menilai operasi sel fuel, manakala model semi-empirik pula menggabungkan

Page 39: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

13

data eksperimen dengan persamaan parametrik yang diselaraskan melalui

perbandingan pembolehubah fizikal bagi sel fuel (Kristina 2005).

2.3.1 Model Simulasi SFMPP

SFMPP adalah salah satu jenis sel fuel yang beroperasi pada suhu rendah selain SFA

dan SFAF. Ciri operasi sel fuel pada suhu rendah membolehkan permulaan operasi

yang pendek dan mengurangkan kakisan pada tindanan. Oleh itu, SFMPP dianggap

jenis sel fuel yang paling sesuai untuk penjanaan kuasa teragih dan aplikasi kenderaan

elektrik. Model simulasi SFMPP yang telah dibangunkan oleh beberapa penyelidik

telah diringkaskan seperti dalam Jadual 2.2. Dari Jadual 2.2, beberapa andaian telah

dibuat dalam beberapa model yang dibangunkan, iaitu, suhu dan kepekatan oksigen

dianggap malar. Kriteria perubahan suhu adalah penting kerana ia boleh menjejaskan

prestasi SFMPP. Dalam kes sebenar, ciri suhu tidak boleh diandaikan sebagai malar

kerana tindakbalas kimia dalam tindanan telah menghasilkan jumlah penjanaan haba

bersih (Vielstich et al. 2003).

Jadual 2.2 Model simulasi SFMPP

Penyelidik Kaedah Hasil Masalah

El-Shark et

al. (2004)

Membangunkan model

simulasi elektrokimia

dinamik SFMPP 5 kW

yang terdiri dari unit

pemproses bahan api

dengan menggunakan

Matlab/Simulink.

Keputusan

menunjukkan

sambutan sel fuel

yang cepat terhadap

perubahan beban.

- Konsentrasi suhu

dan oksigen

dianggap malar

maka kehilangan

kepekatan telah

diabaikan.

- Mengabaikan

kesan pengecasan

dwi-lapisan

Pathapati et

al. (2005)

Membangunkan

model matematik

untuk simulasi

fenomena fana bagi

SFMPP yang

mengambil kira kesan

pengecasan dwi-

lapisan.

Model mampu

meramal kesan fana

dalam profil kadar

aliran molar, voltan,

suhu dan tekanan.

- Sistem kendiri

- Kehilangan

kepekatan

diabaikan

- Tidak

mengambilkira

perubahan beban

yang pantas

Georgakis et

al. (2005)

Membangunkan satu

tindanan sel fuel 1kW

yang di sambung ke

grid, bersama unit

Reaksi keluaran

UPK adalah pantas

tetapi sistem

memerlukan hampir

- Kesan pengecasan

dwi-lapisan

diabaikan.

- Simulasi untuk

bersambung…

Page 40: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

14

penyesuai kuasa

(UPK) dan sistem

kawalannya.

20 saat untuk

mencapai nilai baru

disebabkan

kelambatan

semulajadi

sambutan sel fuel.

satu langkah

peningkatan beban

dan bukan dari

pelbagai

perubahan beban.

Uzunoglu &

Alam (2006)

Membangunkan

model SFMPP untuk

kegunaan kediaman

dengan

menggabungkan

kapasitor ultra bagi

tujuan meningkatkan

kuasa dengan

menggunakan

MATLAB/Simulink.

Kombinasi selari sel

fuel dan kapasitor

ultra memberikan

prestasi yang baik

untuk aplikasi

kediaman pada

keadaan mantap dan

pertambahan beban.

- Tidak disambung

ke grid

- Suhu dan

kepekatan oksigen

dianggap malar

- Kehilangan

kepekatan

diabaikan

- Tidak

mengambilkira

perubahan beban.

Younis et al.

(2008)

Membangunkan satu

model simulasi

dinamik PEMFC

menggunakan

Matlab/Simulink

dengan

mempertimbangkan

ketiga-tiga jenis

kehilangan

Voltan keluaran

adalah berkadar

langsung dengan

perubahan arus sel

fuel.

- Model

mengabaikan kesan

pengecasan dwi-

lapisan.

- Unit pemproses

bahan api tidak

diambil kira.

- Perubahan suhu

tidak diambil kira.

Bibin et al.

(2009)

Mengkaji rintangan

sentuhan pada SFMPP.

- Model jangka pendek

: tekanan dan suhu

dianggap malar dan

hanya mengambilkira

kesan pengecasan dwi-

lapisan.

- Model jangka

sederhana: kesan

tekanan separa

dipertimbangkan, suhu

dianggap malar dan

kesan pengecasan dwi-

lapisan diabaikan.

- Model jangka

panjang: hanya kesan

suhu dipertimbangkan,

sementara tekanan dan

kesan pengecasan dwi-

lapisan diabaikan.

Keputusan

menunjukkan model

dinamik SFMPP

jangka pendek

boleh mewakili ciri-

ciri statik dan

dinamik bagi sistem

sel fuel dengan

tepat.

- Validasi hanya

dibuat untuk model

dinamik jangka

pendek.

- Tiada analisis

bagi model jangka

sederhana dan

panjang.

- Simulasi tidak

mempertimbangkan

perubahan beban.

- Model tidak

mempertimbangkan

kombinasi tekanan

dan perubahan suhu

serta kesan

pengecasan dwi-

lapisan.

Jia et al.

(2009)

Membentangkan satu

model dinamik SFMPP

Kawalan tak lelurus

memberi sambutan

- Tidak menimbang

unit pemproses

bersambung…

sambungan…

Page 41: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

15

dengan pendekatan

kawalan tak lelurus

untuk memastikan

tekanan keseluruhan

bagi gas di katod dan

anod adalah sama

dengan nilai yang

dikehendaki.

fana yang baik

terhadap perubahan

beban dan ia

mungkin boleh

mengelakkan

kerosakan pada

selaput dengan

meminimakan

perbezaan tekanan

antara gas-gas di

elektrod.

bahan api, aspek

pengurusan air dan

haba.

– Untuk kegunaan

sistem kendiri.

- Tidak

mempertimbangkan

kesan pengecasan

dwi-lapisan.

Tesfahunegn

et al. (2010)

Mencadangkan

gabungan model

keadaan mantap dan

dinamik bagi SFMPP

untuk kegunaan

penjana teragih.

Keputusan

menunjukkan

model tidak dapat

mengikuti

perubahan beban

yang pantas.

- Hidrogen

dibekalkan secara

terus dan bukan

melalui unit

pemproses bahan

api.

- Model

mengabaikan kesan

cas dwi-lapisan

Kesan pengecasan dua lapisan seperti Rajah 2.1 juga penting dalam pemodelan

dinamik sel fuel kerana pengumpulan cas pada permukaan kedua-dua elektrod akan

menghasilkan voltan elektrik yang tidak boleh diabaikan. Lapisan yang berdekatan

dengan permukaan elektrod ini menyimpan cas elektrik dan bertindak seperti satu

kapasitor yang besar (Nehrir & Wang 2009). Jadual 2.2 juga menunjukkan bahawa

kebanyakan model yang dibangunkan adalah untuk kegunaan kendiri dan tidak

disambung ke grid. Selain itu, beberapa model sel fuel dalam Jadual 2.2

menggunakan hidrogen sedia ada yang dibekalkan secara terus ke sel fuel. Namun

demikian, hidrogen yang sedia ada adalah sukar untuk disimpan dan secara kasarnya,

ia adalah lebih mahal daripada harga bahan api itu sendiri. Oleh itu, unit pemproses

bahan api adalah salah satu bahagian yang penting dalam pemodelan SFMPP kerana

ia diperlukan untuk menukar bahan api sedia ada seperti metana kepada gas hidrogen

asli. Di dalam tesis ini, satu model SFMPP yang ditambah baik telah dibangunkan

dengan menimbang kesemua kesan penting seperti kesan pengecasan dua lapisan, dan

kesan suhu di dalam tindanan apabila berlaku tindak balas. Model SFMPP yang dibina

disambung ke model unit pemproses bahan api yang menggunakan pengawal KPT

untuk mengawal aliran hidrogen pada masukan tindanan SFMPP. Model yang

dibangunkan sebelum ini tidak mengambilkira kesan perubahan suhu di dalam

tindanan dan menganggap suhu adalah malar sepanjang tindakbalas kimia berlaku.

sambungan…

Page 42: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

16

Namun, suhu akan berubah mengikut keperluan beban yang mana suhu akan

meningkat apabila arus beban meningkat dan suhu akan jatuh apabila arus permintaan

beban berkurang.

2.3.2 Model Simulasi SFOP

Sel fuel jenis SFOP terbahagi kepada dua jenis, iaitu, SFOP konfigurasi tiub dan

SFOP konfigurasi satah. SFOP konfigurasi tiub berbentuk tindanan dengan

menggunakan satu lapisan tiub untuk menyokong tiub-tiub yang lain, manakala SFOP

konfigurasi satah berbentuk sel-sel plat nipis yang disusun antara plat-plat yang

bersambung (Zogg et al. 2006) dan masing-masing ditunjukkan dalam Rajah 2.2 dan

Rajah 2.3. Kedua-dua jenis konfigurasi ini mempunyai kelebihannya tersendiri,

bergantung kepada konfigurasi fizikalnya. Konfigurasi tiub menjanjikan kekuatan,

daya rintangan terhadap kerosakan mekanikal, dan proses pengedapan yang mudah,

sementara konfigurasi satah pula adalah lebih padat dan mempunyai ketumpatan

kuasa yang tinggi, yang mana ia dapat mengurangkan isi kandungan bahan dan

seterusnya mengurangkan kos pemodelan awal. Model dinamik SFOP telah

dibangunkan untuk mengkaji ciri SFOP serta tindak balasnya bagi tujuan kajian

simulasi sistem kuasa.

Rajah 2.1 (a) Kesan pengecasan dua lapisan pada permukaan elektrod sel fuel (b) litar

elektrik setara bagi kesan pengecasan dua lapisan

Sumber: Nehrir & Wang 2009

Page 43: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

17

Rajah 2.2 SFOP konfigurasi tiub

Sumber: Georgis 2013

Rajah 2.3 SFOP konfigurasi satah

Sumber: Georgis 2013

Pemodelan SFOP bermula dengan model fana dan statik bagi SFOP

konfigurasi tiub dengan kuasa keluaran 3 kW, dan mempertimbangkan kesan aliran

elektrokimia, terma dan jisim (Hall & Colclaser 1999). Bahagian-bahagian

Page 44: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

18

elektrokimia dan terma telah ditentusahkan secara berasingan terlebih dahulu sebelum

digabungkan kedua-duanya untuk membentuk satu model fana (Hall & Colclaser

1999). Model ini telah digunakan untuk mengkaji kesan fana apabila kegagalan,

pusuan dan pengsuisan berlaku ke atas sistem. Walau bagaimanapun, model ini tidak

mengambilkira tindakbalas kimia dinamik di dalam tindanan. Tambahan pula,

masukan bahan api ke tindanan sel fuel dianggap malar. Padulles et al. (2000)

membangunkan satu model dinamik SFOP dengan mengambilkira kejatuhan daya

gerak elektrik teraruh dari kehilangan ohm tetapi mengabaikan dinamik suhu serta

kehilangan kepekatan, dan pengaktifan. Perilaku fana bagi model sel fuel dalam

sistem PT dikaji oleh Sedghisigarchi & Feliachi (2004), yang mana satu model

dinamik SFOP tak lelurus yang komprehensif telah dibangunkan. Model tersebut

mempertimbangkan aspek haba bagi tindak balas kimia dalam tindanan sel fuel. Li et

al. (2005) juga membentangkan model dinamik SFOP tak lelurus berdasarkan

persamaan elektrik dan terma bagi tujuan kajian dinamik sistem sel fuel kendiri dan

sambungan ke grid. Kajian seterusnya melihat pada isu pengoperasian yang berkaitan

dengan faktor kuasa sel fuel (Li et al. 2007). Model SFOP yang dibina oleh Wang &

Nehrir (2007) dan Liu et al. (2011) mengambilkira semua kehilangan dalam sel fuel.

Wang & Nehrir (2007) membangunkan model SFOP jenis tiub berdasarkan ciri

elektrokimia dan termodinamik yang menimbangkan resapan, pemuliharaan bahan

dan kesan pengecasan dwi-lapisan yang berlaku di dalam tindanan. Liu et al. (2011)

pula membangunkan model SFOP dengan mengambilkira semua kehilangan voltan

dalam kedua-dua elektrod dan proses penggunaan bahan api.

Untuk membangunkan model-model SFOP yang dibincangkan tadi, beberapa

andaian telah dibuat. Beberapa bahagian di dalam unit SFOP telah dianggap malar

yang mana ia boleh menjejaskan prestasi SFOP sebenar dan tidak menunjukkan tindak

balas sebenar yang berlaku dalam tindanan. Model SFOP yang dibincangkan ini juga

hanya tertumpu kepada rekabentuk SFOP jenis tiub. Model dinamik bagi SFOP jenis

satah adalah terhad, dan kebanyakan kajian yang dilakukan ke atas SFOP jenis satah

hanya menjurus pada analisis kimia dalam tindanan. SFOP jenis satah merupakan

fokus baru dalam rekabentuk sistem SFOP, yang mana sistem ini berpotensi untuk

mencapai tindanan yang lebih rendah, dan dengan itu dapat menangani masalah kos

Page 45: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

19

yang tinggi. Oleh itu, dalam kajian ini, model dinamik SFOP jenis satah telah

dibangunkan untuk tujuan kajian sistem PT sel fuel tersambung ke grid.

2.4 SISTEM PENJANA TERAGIH BERASASKAN SEL FUEL HIBRID

Dalam keadaan perubahan beban yang mendadak, sel fuel akan mengalami masalah

aliran bahan api yang seterusnya menyebabkan kebuluran bahan api (Fadali 2008).

Untuk mengatasi masalah ini, sistem sel fuel hibrid diperlukan untuk memenuhi

keperluan permintaan beban terutamanya sewaktu beban puncak. Sistem sel fuel

hibrid ini menggabungkan sel fuel dengan sistem penyimpanan tenaga (SPT) untuk

mengurangkan tekanan pada sel fuel disamping memperbaiki kebolehpercayaan,

integriti, dan kecekapan keseluruhan sistem (Yalcinoz & Alam 2008). SPT digunakan

dalam pelbagai aplikasi sistem kuasa dengan kewujudan pelbagai jenis teknologi,

seperti kapasitor ultra, bateri, pam hidro, penyimpanan tenaga udara termampat dan

roda tenaga. Kapasitor ultra dan bateri merupakan jenis SPT yang paling kerap

digunakan dalam sistem sel fuel hibrid kerana keupayaannya membekalkan kuasa

elektrik dengan pantas. Dengan mengaplikasi bateri dan kapasitor ultra dalam sistem

kuasa, kecekapan, kestabilan dan kebolehpercayaan sistem dapat dipertingkatkan.

Jadual 2.3 memperihalkan ciri-ciri kapasitor ultra dan bateri sebagai SPT.

Jadual 2.3 Ciri bateri dan kapasitor ultra

Ciri-ciri Kapasitor Ultra Bateri

Kelebihan Kapasiti kuasa

yang tinggi

Ketumpatan tenaga yang

tinggi

Ketumpatan kuasa Ketumpatan kuasa

yang tinggi

Ketumpatan kuasa yang

rendah

Jangka hayat Jangka hayat yang

panjang

Jangka hayat yang pendek

Jenis Kapasitor jenis

rintangan siri setara

Asid-plumbum, natrium-

sulfur, litium-ion, nikel-

kadmium dan lain-lain

Saiz Saiz yang mampat Saiz (0.14 - 2100 kVA)

Rajah 2.4 menunjukkan struktur selari bagi sistem sel fuel hibrid yang

disambungkan ke grid kuasa. Konfigurasi ini adalah struktur yang paling mudah dan

ringkas untuk dilaksanakan sistem PT sel fuel hibrid. Tambahan pula, ia memberikan

beberapa kelebihan, seperti, penggunaan komponen elektronik yang kurang,

Page 46: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

20

kebolehpercayaan yang baik, dan pengurusan tenaga yang lebih mudah berbanding

sistem yang mempunyai binaan secara bersiri atau berjujukan. Walau bagaimanapun,

satu masalah utama binaan selari adalah kehilangan kuasa yang tidak boleh dielak

disebabkan penggunaan penukar statik, dan seterusnya mengurangkan kuasa keluaran

sel fuel (Davat et al. 2009).

Rajah 2.4 Struktur selari bagi sistem sel fuel hibrid

2.4.1 Jenis Bateri

Jadual 2.4 menunjukkan jenis bateri yang sering digunakan sebagai sistem

penyimpanan tenaga (Divya & Østergaard 2009). Dari Jadual 2.4, kecekapan, jangka

hayat, kos, suhu operasi dan kedalaman nyahcas merupakan antara faktor yang

penting bagi sesebuah bateri. Di antara empat jenis bateri yang ditunjukkan dalam

Jadual 2.4, tiga daripadanya didapati sesuai untuk aplikasi tenaga berkuasa besar,

iaitu, bateri jenis asid plumbum, nikel-kadmium dan natrium-sulfur. Bateri jenis asid

plumbum merupakan bateri tertua, paling murah, paling popular, mempunyai

teknologi yang paling matang dan telah digunakan dalam aplikasi kuasa besar

(Coppez et al. 2010). Begitu juga dengan bateri jenis nikel-kadmium yang telah

mencapai teknologi matang, jangka hayat panjang serta kos sederhana jika

dibandingkan dengan bateri jenis natrium-sulfur yang memerlukan kos pembinaan

tinggi dan mempunyai kecekapan yang kurang apabila beroperasi pada suhu yang

tinggi. Bateri jenis litium-ion pula merupakan teknologi baru yang memerlukan

penyelidikan yang lebih mendalam disamping memerlukan kos pembinaan yang

Page 47: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

21

tinggi dan lebih sesuai untuk aplikasi kuasa yang kecil seperti telefon bimbit dan

komputer riba.

2.4.2 Kaedah Kawalan Sistem Penyimpanan Tenaga

Pengawal bagi SPT adalah penting kerana ia menghubungkan SPT ke beban pengguna

atau grid dan mengawal proses penyimpanan tenaga sewaktu pengecasan dan

penyahcasan. Selain itu, strategi kawalan yang sesuai boleh membantu meningkatkan

jangka hayat SPT dan juga mengurangkan kos keseluruhan bagi kitar hayat tenaga

yang mana kesilapan dalam proses kawalan SPT akan merendahkan keseluruhan

kecekapan. Untuk mengawal penukar elektronik kuasa bagi SPT, kaedah penukaran

dwi-arah diperlukan untuk menyerap tenaga ketika berlakunya pengecasan dan

membekalkan tenaga ke grid utiliti semasa proses penyahcasan. Oleh itu, pengawal

bagi SPT perlu direkabentuk dengan baik supaya dapat memanjangkan jangka hayat

SPT dan memastikan aliran kuasa lancar antara SPT dan bas AT.

Jadual 2.4 Perbandingan jenis-jenis bateri

Ciri-ciri Asid-

plumbum

Nikel-

kadmium Litium-ion Natrium-sulfur

Kos () Rendah Sederhana Tinggi Tinggi

Kedalaman

Penyahcasa

n (%)

75 100 80 90

Jangka

hayat

(kitaran)

1000-2000 3000 3000 4500

Kecekapan

(%)

72 - 78 72 - 78 ≈ 100 89

Suhu

Operasi

(°C)

- 5 to 40 - 40 to 50 - 30 to 60 325

Kelebihan Selamat,

teknologi

matang,

ekonomik

Cepat dan

mudah dicas,

ekonomik,

teknologi

matang,

jangka hayat

panjang

Kecekapan

tinggi, jangka

hayat panjang,

kurang

penyelenggaraan

Kecekapan tinggi,

teknologi matang

Kelemahan Besar dan

berat,

kecekapan

Kecekapan

rendah,

beracun,

Teknologi tidak

matang, mahal

Beroperasi pada suhu

tinggi, perlu

dipanaskan dalam

bersambung…

Page 48: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

22

rendah,

ketumpatan

tenaga rendah

ketumpatan

tenaga

rendah

mod siap sedia lalu

mengurangkan

keseluruhan

kecekapan

Aplikasi Aplikasi kuasa

besar, sistem

bekalan kuasa

tanpa

gangguan

Peralatan

bioperubatan,

kamera

video,

peralatan

kuasa

Komputer riba,

telefon bimbit

Kapal, kereta

elektrik, tenaga

pengstoran bagi grid

Sumber : Divya & Østergaard 2009

Jin et al. (2008) telah membangunkan model hibrid sel fuel dan bateri bagi

aplikasi PT dengan pengurusan kuasa yang teratur antara kedua-dua sumber tenaga.

Satu sistem hibrid SFOP-bateri turut dibangunkan oleh Hajizadeh dan Golkar (2009)

sebagai satu PT yang disambung ke grid. Sistem ini menggunakan strategi kawalan

neural kabur untuk memperolehi kecekapan sistem yang lebih baik dan memastikan

jangka hayat bateri yang lebih lama. Hajizadeh dan Golkar (2010) telah menggantikan

bateri dengan kapasitor ultra untuk merealisasikan sistem hibrid SFOP/kapasitor ultra

bagi aplikasi PT. Sistem ini juga menggunakan kawalan logik kabur untuk mengawal

aliran kuasa pada bas AT, iaitu, bas di antara sel fuel dan SPT. Hasil simulasi

menunjukkan bahawa sistem hibrid SFOP/kapasitor ultra dapat meningkatkan jangka

hayat sel fuel dan meningkatkan prestasi sistem ketika gangguan voltan berlaku. Satu

model hibrid sel fuel bersama bateri dan kapasitor ultra bagi aplikasi PT telah dibina

oleh Mendis et al. (2010) yang mana bateri digunakan untuk memenuhi keperluan

beban manakala kapasitor ultra pula hanya berfungsi apabila terdapat perubahan kuasa

yang mendadak pada sistem. Strategi kawalan adalah berasaskan pegawal KP yang

mana operasi bateri dihadkan pada satu tahap penyahcasan yang ditetapkan.

2.4.3 Konfigurasi Sistem Penjana Teragih Hibrid

Sistem PT hibrid menggabungkan dua atau lebih sumber kuasa bolehbaharu, seperti

fotovolta, sel fuel, turbin mikro dan angin yang mana gabungan ini boleh membentuk

satu sistem grid mikro yang kecil. Banyak kajian telah dilakukan berkaitan dengan

sistem PT hibrid yang melibatkan penggunaan sel fuel bertujuan untuk meningkatkan

operasi PT. Gabungan dua jenis sel fuel dengan sumber tenaga bolehbaharu yang lain

sambungan…

Page 49: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

23

telah dicadangkan oleh Rajashekara (2004) melalui empat konfigurasi, iaitu, sistem

SFOP/turbin gas, SFOP/terma/fotovolta, fotovolta/SFMPP, dan SFMPP/angin.

Konfigurasi ini dikelaskan berdasarkan keperluan samada untuk meningkatkan

kecekapan atau melanjutkan tempoh membekalkan kuasa sokongan ke beban. Salah

satu konfigurasi sistem PT hibrid yang paling terkenal adalah gabungan sel fuel

dengan turbin mikro yang mana sistem hibrid ini berkeupayaan menyokong keperluan

beban dalam sistem pengagihan (Zhu & Tomsovic 2001). Ghasemi et al. (2008) turut

menggunakan sistem hibrid turbin mikro/SFMPP yang mana sel fuel mengawal

magnitud voltan dan memampas kuasa reaktif manakala turbin mikro memenuhi

sebahagian besar keperluan beban.

Terdapat dua struktur utama dalam sistem PT hibrid, iaitu, struktur

penyambungan-AT dan struktur penyambungan-AU (Davat et al. 2009). Rajah 2.5

menunjukkan struktur penyambungan-AT yang mana sumber tenaga bolehbaharu

yang berbeza disambungkan ke bas AT utama melalui peranti elektronik kuasa.

Sistem ini seterusnya disambungkan ke grid utiliti melalui penyongsang AT/AU

(Zhou et al. 2008). Rajah 2.6 pula menunjukkan struktur penyambungan-AU yang

mana kesemua sumber tenaga bolehbaharu yang berbeza disambungkan ke bas AU

utama melalui litar pengantaramuka elektronik kuasa yang sesuai. Di dalam sistem ini,

semua sumber disambung terus ke beban AU atau grid utiliti dan juga boleh

disambung ke beban AT dengan menggunakan penukar AU/AT.

Rajah 2.5 Struktur penyambungan-AT bagi sistem PT hibrid

Page 50: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

24

Rajah 2.6 Struktur penyambungan-AU bagi sistem PT hibrid

Kedua-dua struktur penyambungan-AT dan penyambungan-AU bagi PT hibrid

mempunyai beberapa kelebihan dan kelemahan. Penyambungan-AT mempunyai

konfigurasi yang ringkas, tidak memerlukan penyelarasan antara grid dan sumber,

mempunyai kecekapan yang tinggi kerana pengurangan kehilangan kuasa pengaliran

pada penyongsang dan tiada kesan pada bas AT jika gangguan timbul pada grid utiliti.

Walau bagaimanapun, jika penyongsang gagal berfungsi, keseluruhan sistem tidak

berupaya untuk membekalkan kuasa AU ke beban dan menimbulkan masalah dalam

sistem perlindungan kerana tiada titik persilangan sifar bagi voltan pada sistem AT.

Ini merupakan kelemahan utama bagi jenis penyambungan-AT.

Kelebihan bagi sistem penyambungan-AU adalah jika salah satu sumber

tenaga gagal berfungsi, sistem masih boleh terus beroperasi dengan kewujudan grid

utiliti. Antara kelemahan utama penyambungan-AU adalah keperluan penyelarasan

antara grid dan sumber dan pembetulan faktor kuasa dan herotan harmonik.

2.5 KOMPONEN SISTEM PENJANA TERAGIH BERASASKAN SEL

FUEL

Terdapat beberapa komponen dalam sistem PT berasaskan sel fuel, iaitu, unit

pemproses bahan api, unit tindanan sel fuel, dan unit penyesuai kuasa (UPK). Setiap

komponen mempunyai kriterianya tersendiri yang perlu diambilkira dalam pemodelan

sel fuel.

Page 51: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

163

RUJUKAN

Amphlett, J. C., Mann, R. F., Peppley, B. A., Roberge, P. R., Rodrigues, A. &

Salvador, J. P. 1996. A model predicting transient responses of proton

exchange membrane fuel cells. Journal of Power Sources 61(1–2):183–188.

Asnawi, M. B., Mau, T. A. & Malik, M. 2011. End user load profile analysis for

distribution system planning. 21st International Conference on Electricity

Distribution, hlm. 1-4.

Atif, I., Adoum, L., Imtiaz, A., & Mohibullah. 2006. MATLAB/SIMULINK model of

space vector pwm for threephase voltage source inverter. Proc UPEC, hlm.

1096-1100.

Azmy, A. M. & Erlich, I. 2004. Intelligent operation management of fuel cells and

micro-turbine using genetic algorithm and neural network. International

Conference on New and Renewable Energy Technologies for Sustainable

Development, hlm. 1-15.

Benghanem, M. & Mellit, A. 2010. Radial Basis Function Network-based prediction

of global solar radiation data: Application for sizing of a standalone

photovoltaic system at Al-Madinah, Saudi Arabia. Energy 35(9): 3751-3762.

Bibin, H., Peng, L., Dan, W., Fei, D. & Chengshan, W. 2009. Modeling and analysis

of PEMFC in distributed generation system in sustainable power generation

and supply. SUPERGEN '09. International Conference, hlm. 1-5.

Blaabjerg, F., Chen, Z. & Kjaer, S. B. Power electronics as efficient interface in

dispersed power generation systems. IEEE Transaction on Power Electronics

19(5): 1184–1194.

Bollen, M. H. J. 2003. What is power quality? Electric Power Systems Research

66(1): 5-14.

Borbely, A. M. & Kreidel, J. F. 2001. Distributed generation: The power paradigm

for the new millennium: CRC Press.

Bosman, A. J. A., Cobben, J. F. G., Myrzik, J. M. A. & Kling, W. L. 2006. Harmonic

Modelling of Solar Inverters and Their Interaction with the Distribution Grid.

Proceedings of the 41st International Universities Power Engineering

Conference (UPEC '06), hlm.991-995.

Brabandere, D. K., Bruno, B., Van den Keybus, J., Woyte, A., Driesen, J. & Belmans,

R. 2007. A voltage and frequency droop control method for parallel inverters.

IEEE Transactions on Power Electronics 22(4): 1107-1115.

Page 52: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

164

Brady, P., Dai, C., & Baghzouz, Y. 2003. Need to revise switched capacitor controls

on feeders with distributed generation. IEEE PES Transmission and

Distribution Conference and Exposition, hlm. 590-594.

Bum, K. Y., Jin, A. S., Jooho, M., Joosun, K. & Weon L. H. 2006. Direct-write

fabrication of integrated planar solid oxide fuel cells. Journal of

Electroceramics 17(2-4): 683-687.

Carlson, E., Zogg, R., Sriramulu, S., Roth, K. & Brodrick, J. 2007. Emerging

technologies: using phosphoric-acid fuel cells. ASHRAE Journal 1(1): 50-51.

Cecati, C., Mokryani, G., Piccolo, A. & Siano, P. 2010. An overview on the smart

grid concept. 36th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society,

hlm. 3322-3327.

Chaisantikulwat, A., Diaz-Goano, C. & Meadows, E. S. 2008. Dynamic Modelling

and Control of Planar Anode-Supported Solid Oxide Fuel Cell, Computers and

Chemical Enginerring 32 (10): 2365-2381.

Chandorkar, M. C., Divan, D. M. & Adapa, R. 1993. Control of parallel connected

inverters in standalone AC supply systems. IEEE Transaction on Industry

Appications 29(1): 136–143.

Chinda, P., Chanchaona, S., Brault, P. & Wishsanuruk, W. 2011. A Planar Anode-

Supported Solid Oxide Fuel Cell Model with Internal Reforming of Natural

Gas. European Physical Journal Applied Physics 54 (2): 1-16.

Coppez, G., Chowdhury, S. & Chowdhury, S.P. 2010. Review of battery storage

optimisation in distributed generation. Power Electronics, Drives and Energy

Systems & 2010 Power India, 2010 Joint International Conference, hlm. 1-6.

Davat, B., et al. 2009. Fuel cell-based hybrid systems, Advanced Electromechanical

Motion Systems & Electric Drives Joint Symposium, ELECTROMOTION

2009, hlm. 1-11.

Demuth, H., Beale, M. & Hagan, M. 2006. Neural network toolbox v5 for use with

Matlab. USA: The Math works Inc.

Divya, K. C. & Østergaard, J. 2009. Battery energy storage technology for power

systems - an overview. Electric Power Systems Research 79(4): 511-520.

El-Sharkh, M.Y., Rahman, A., Alam, M. S., Byrne, P. C., Sakla, A. A. & Thomas, T.

2004. A dynamic model for a stand-alone PEM fuel cell power plant for

residential applications, J. Power Sources 138 (1-2): 199-204.

Energy Information Administration (EIA), International Energy Outlook 2013,

http://www.eia.doe.gov/iea [20 Februari 2014].

Page 53: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

165

Enslin, J. H. R., Hulshorst, W. T. J., Atmadji, A. M. S., Heskes, P. J. M., Kotsopoulos,

A., Cobben, J. F. G. & Van der Sluijs, P. 2003. Harmonic interaction between

large numbers of photovoltaic inverters and the distribution network. IEEE

Bologna Power Tech Conference Proceedings, hlm.1-6.

European Technology Platform Smart Grids. 2008. Strategic Deplomen Document for

European´s Electricity Networks of the Future. Draft for 3rd

General Assembly

Belgium.

Fadali, H. 2008. Fuel Cell Distributed Generation: Power Conditioning, Control and

Energy Management, Master thesis, University of Waterloo.

Femia, N., Petrone, G., Spagnuolo, G., & Vitelli, M. 2005. Optimization of perturb

and observe maximum power point tracking method IEEE Transaction on

Power Electronics 20(4): 963-973.

Femia, N., Petrone, G., Spagnuolo, G. & Vitelli, M. 2012. Power Electronics and

Control Techniques for Maximum Energy Harvesting in Photovoltaic Systems.

CRC Press

Fronius international. 2011. Retrieved from database of solar energy. 2013. [Online]

http://www.fronius.com/cps/rde/xchg/SID-BB96B05BB96FC168/

fronius_international/hs.xsl/1001_ENG_HTML.htm [20 May 2013]

Gavin, H. P. 2013. The levenberg-marquardt method for nonlinear least squares

curve-fitting problems. Technical Report Department of Civil and

Environmental Engineering Duke University.

Gemmen, R. S. 2001. Analysis for the effect of inverter ripple current on fuel cell

operating conditions. Journal of Fluids Engineering 125(3): 576-585.

Georgakis, D., Papathanassiou, S. & Manias, S. 2005. Modeling and control of a small

scale grid-connected PEM fuel cell system. Power Electronics Specialists

Conference, hlm. 1614-1620.

Georgis, D. 2013. Design and Control of Integrated Systems for Hydrogen Production

and Power Generation. PhD Thesis. University of Minnesota.

Gharedaghi, F., Deysi, M., Jamali, H. & Kalili, A. 2011. Investigation of power

quality in presence of fuel cell based distributed generation. Australian Journal

of Basic and Applied Sciences 5(10): 1106-1111.

Ghareeb, W. T., Bendary, F. M., Saied, E. M. & Hegazy, Y. G. 2010. Investigating the

performance of a fuel cell based distributed generation system. Energy

Conference and Exhibition, hlm. 1-5.

Ghasemi, N., Abedi, M., Rastegar, H. & Gharepetian, G. 2008. Hybrid distributed

generation units PEM fuel cell and microturbine in industrial technology, IEEE

International Conference, hlm. 1-6.

Page 54: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

166

Golbabai, A., Mammadov, M. & Seifollahi, S. 2009. Solving a system of nonlinear

integral equations by an RBF network. Computers & Mathematics with

Applications 57(10): 1651-1658.

Guerrero, J. M., Blaabjerg, F., Zhelev, T., Hemmes, K., Monmasson, E., Jemei, S.,

Comech, M. P., Granadino, R. & Frau, J. I. 2010. Distributed generation:

toward a new energy paradigm. Industrial Electronics Magazine IEEE, 4(1):

52-64.

Hajizadeh, A. & Golkar, M. A. 2009. Fuzzy neural control of a hybrid fuel cell/battery

distributed power generation system. IET Renewable Power Generation, 3(4):

402–414.

Hajizadeh, A. & Golkar, M. A. 2010. Control of hybrid fuel cell/energy storage

distributed generation system against voltage sag. International Journal of

Electric Power and Energy Systems 32(5): 488-497.

Hall, D. J. & Colclaser, R. G., Transient modeling and simulation of a tubular solid

oxide fuel cell. IEEE Transactions on Energy Conversion 14(3): 749-753.

Hatta, H., & Kobayashi, H. 2007. A study of centralized voltage control method for

distribution system with distributed generation. CIRED 19th International

Conference on Electricity Distribution, hlm. 1-4.

Heydt, G. T., Jewell, W. T. 1998. Pitfalls of electric power quality indices. IEEE

Transactions on Power Delivery 13(2): 570 – 578.

Horizon Fuel Cell Technologies. 2013. H-500XP Fuel Cell Stack User Manual.

IEC Std. 61727. 2004. Photovoltaic (PV) Systems - Characteristics of the Utility

Interface, International Electrotechnical Commision.

IEEE Std. 1547. 2004. IEEE Recommended practice for interconnecting distributed

resources with electric power systems, Institution of Electrical and Electronics

Engineers.

IEEE Std. 421.5-1992, 1992, IEEE Recommended Practice for Excitation System

Models for Power System Stability Studies. Institution of Electrical and

Electronics Engineers.

Isa, I. S., Saad, Z., Omar, S., Osman, M. K., Ahmad, K. A. & Sakim, H. A. M. 2010.

Suitable MLP Network Activation Functions for Breast Cancer and Thyroid

Disease Detection. Second International Conference on Computational

Intelligence, Modelling and Simulation, hlm. 39-44.

Jia, J., Yang, S., Wang, Y. & Cham, Y. T. 2009. Matlab/Simulink based-study on

PEM fuel cell and nonlinear control. IEEE International Conference, hlm.

1657-1662

Page 55: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

167

Jin, K., Xinbo, R., Mengxiong, Y. & Min, X. 2008. Power management for hybrid

fuel cell system. Power Electronics Specialists Conference, hlm.504-509.

Jung, J. W. 2005. Modeling and control of fuel cell based distributed generation

systems, PhD thesis, The Ohio State University.

Jung, J. W. Project#2 space vector pwm inverter, February 2005. [Online]

http://www2.ece.ohiostate.edu/ems/PowerConverterISpaceVectocPWM_Invert

er.pdf [10 November 2013]

Jurado, F., Ortega, M. & Carpio, J. 2006. Power quality enhancement in fuel cells

using genetic algorithms and ANFIS architecture. Industrial Electronics, IEEE

International Symposium, hlm. 757–762.

Kirubakaran, A., Jain, S. & Nema, R. K. 2009. A review on fuel cell technologies and

power electronic interface. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13(9):

2430-2440.

Kristina, H. 2005. On direct hydrogen fuel cell vehicles-modelling and demonstration,

PhD Thesis, KTH- Royal Institute of Technology.

Kwi-Seong, J., Won-Yong, L. & Chang-Soo, K. 2005. Energy management strategies

of a fuel cell/battery hybrid system using fuzzy logics. Journal of Power

Sources 145(2): 319-326.

Lasseter, R. H., Akhil, A., Marnay, C., Stephens, J., Dagle, J., Guttromson, R.,

Meliopoulous, A., Yinger, R. & Eto, J. 2002. The CERTS microgrid concept,

white paper for transmission reliability program, Office of Power Technologies

U.S. Department of Energy.

Lesaja, G. 2009. Introducing interior-point methods for introductory operations

research courses and/or linear programming courses. The open operational

research journal 3(1): 1-12.

Li, Y. H., Rajakaruna, S. & Choi S. S. 2005. An analysis of the control and operation

of a solid oxide fuel-cell power plant in an isolated system. IEEE Transactions

on Energy Conversion 20(2): 381-387.

Li, Y. H., Rajakaruna, S. & Choi S. S. 2007. Control of a solid oxide fuel cell power

plant in a grid-connected system. IEEE Transactions on Energy Conversion

22(2): 405-413.

Liu, Y. H., Wu, Z. Q. & Brandon, N. P. 2011. Application of SOFCs to electric power

system. Power and Energy Engineering Conference (APPEEC 2011), hlm. 1-

4.

Louie, K. W., Wilson, P., Rivas, R. A., Wang, A. & Buchanan, P. 2006. Discussion on

power system harmonic analysis in the frequency domain. IEEE/PES

Page 56: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

168

Transmission & Distribution Conference and Exposition: Latin America (TDC

'06), hlm.1-6.

Luning, X., Li, H. & Zuomin, D. 2010. Modeling and simulation of anode-supported

planar intermediate temperature solid oxide fuel cell for integrated gasification

fuel cell application. International Conference on Power System Technology

(POWERCON), hlm.1-7.

Mahmoud, A. M. A., Mashaly, H. M., Kandil, S. A., El-Khashab, H. & Nashed, M.

N. F. 2000. Fuzzy logic implementation for photovoltaic maximum power

tracking. Proceeding of the 26th Annual Conference of the IEEE International

Workshop on Robot and Human Interactive Communication, hlm. 735-740.

Manry, M. T., Guan, X., Apollo, S. J., Allen, L. S., Lyle, W. D. & Gong, W. 1992.

Output weight optimization for the multi-layer perceptron. The Twenty-Sixth

Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, hlm.502-506.

Marcela-Rojas, M., Sumper, A., Gomis-Bellmunt, O., & Sudrià-Andreu, A. 2011.

Reactive power dispatch in wind farms using particle swarm optimization

technique and feasible solutions search. Applied Energy 88(12): 4678-4686.

Marquardt, D. W. 1963. An Algorithm for the Least-Squares Estimation of Nonlinear

Parameters, SIAM Journal of Applied Mathematics 11(2): 431–441.

Masters, C. L. 2002. Voltage rise: the big issue when connecting embedded generation

to long 11 kV overhead line. Power Engineering Journal 16(1): 5-12.

Mendis, N., Muttaqi, K. M., Sayeef, S. & Perera, S. 2010. Application of a hybrid

energy storage in a remote area power supply system. IEEE International

Energy Conference and Exhibition, hlm. 576-581.

Nehrir, M. H. & Wang, C. 2009. Modeling and control of fuel cells-distributed

generation applications: John Wiley & Sons.

Nehrir, M. H., Wang, C. & Gao, H. 2006. Control of PEM fuel cell distributed

generation systems. IEEE Transactions on Energy Conversion 21(2): 586-

595.

Nehrir, M. H., Wang, C. & Shaw, S. R. 2006. Fuel cells: promising devices for

distributed generation. IEEE Power and Energy Magazine, 4(1): 47-53

Nikooyeh, K., Ayodeji, A. J. & Josephine, M. H., 3D modeling of anode-supported

planar SOFC with internal reforming of methane. Journal of Power Sources

171(2):601-609.

O’Hayre, R., Suk-Won, C., Whitney, C. & Prinz, F. B. 2008. Fuel Cell Fundamental:

John Wiley & Sons.

Page 57: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

169

Padullés, J., Ault, G. W. & McDonald J. R. 2000. An integrated SOFC plant dynamic

model for power systems simulation. Journal of Power Sources 86(1-2): 495-

500.

Panov, Y. & Jovanoiv, M. M. 2002. Stability and dynamic performance of

current­sharing control for paralleled voltage regulator modules. IEEE

Transactions on Power Electronics 17(1): 172-179.

Papadopoulos, P. N., Marinopoulos, A. G. & Papagiannis, G. K. 2009. Dynamic

modelling of a grid-connected PEM fuel cell in a distributed generation

network. 2009 IEEE Bucharest PowerTechnology, hlm.1-8.

Paska, J., Biczel, P. & Klos, M. 2009. Hybrid power systems – an effective way of

utilising primary energy sources. Journal of Renewable Energy, 34(11): 2414–

2421.

Pathapati, P. R., Xue, X. & Tang, J. 2005. A new dynamic model for predicting

transient phenomena in a PEM fuel cell system. Science Direct journal

Renewable energy 30(1): 1-22

Paulillo, G., Impinnisi, P. R., Cantao, M. P. & Garcia, F. R. (2004)Power quality in

distributed generation system based on fuel cell technology - a case study.

Harmonics and Quality of Power, 2004. 11th International Conference,

hlm. 608,612.

Ponjavic, M. & Djuric, R. 2005. Current sharing for synchronized DC/DC operating

in discontinuous condition mode. IEEE Proceedings on Electric Power

Applications, hlm. 119-127.

Pramuanjaroenkij, A. , Kakac, S. & Zhou, X. Y. 2008. Mathematical Analysis of

Planar Solid Oxide Fuel Cells. International Journal of Hydrogen Energy 33

(10): 2547-2565.

Priddy, K. L. & Keller, P. E. 2007. Artificial neural networks – An introduction. India:

Prentice Hall.

Rajashekara, K. 2004. Hybrid fuel cell strategies for clean power generation. Industry

Applications Conference, hlm. 682–689.

Rani, D. S. & Appaprao, A. 2011. A Space Vector PWM Scheme for Three level

Inverters Based on Two-Level Space Vector PWM. International Journal Of

Power System Operation and Energy Management 1(1): 6 – 10.

Rau, N. S. & Wan, Y. 1994. Optimum location of resources in distributed planning.

Power Systems, IEEE Transactions on 9(4): 2014-2020.

Rumelhart, D.E., Hinton, G.E., & Williams, R.J. (1986). Learning internal

representations by backpropagating errors. Nature 323(1): 533–536.

Page 58: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

170

Salogni, A. & Colonna, P. 2010. Modeling of solid oxide fuel cells for dynamic

simulations of integrated systems, Applied Thermal Engineering 30(5): 464-

477.

Sedghisigarchi, K. & Feliachi, A. 2004. Dynamic and transient analysis of power

distribution systems with fuel Cells-part I: fuel-cell dynamic model. IEEE

Transactions on Energy Conversion 19(2): 423-428.

Sedghisigarchi, K. & Feliachi, A. 2004. Dynamic and transient analysis of power

distribution systems with fuel Cells-part II: control and stability enhancement.

IEEE Transactions on Energy Conversion 19(2): 429-434.

Seyezhai, R. & Mathur, B. L. 2011. Mathematical Modeling of Proton Exchange

Membrane Fuel Cell, International Journal of Computer Applications 20(5):

1-6.

Shenouda, E. A. M. A. 2006. A Quantitative Comparison of Different MLP Activation

Functions in Classification, Third International Symposium on Neural

Networks, hlm. 849-857.

Shepherd, C. M. 1965. Design of Primary and Secondary Cells - Part 2. An equation

describing battery discharge. Journal of Electrochemical Society 112(1): 657-

664.

Sidrach-de-Cardona, M. & Carretero, J. 2005. Analysis of the current total harmonic

distortion for different single-phase inverters for grid-connected PV-systems.

Solar Energy Materials and Solar Cells 87(1-4): 529-540.

Tanrioven, M. & Alam, M. S. 2006. Modeling, control, and power quality evaluation

of a pem fuel cell-based power supply system for residential use. IEEE

Transactions on Industry Applications, 42(6): 1582-1589.

Tesfahunegn, S. G., Vie, P. J. S. & Undeland, T. M. 2010. A combined steady state

and dynamic model of a proton exchange membrane fuel cell for use in DG

system simulation. Power Electronics Conference (IPEC 2010), hlm. 2457-

2464.

Thinh, X. H.,Pawel, K., Alex, C. H. & Arild V. 2009. Numerical analysis of a planar

anode-supported SOFC with composite electrodes. International Journal of

Hydrogen Energy 34 (8): 3488–3499.

Thottuvelil, V. J. & Verghese, G. E. 1998. Analysis and control design of paralleled

DC/DC converters with current sharing. IEEE Transactions on Power

Electronics 13(4): 635-644.

Toma, S., Senjyu, T., Miyazato, Y. & Yona, A. 2008. Decentralized voltage control

in distribution system using neural network. 2nd

IEEE International

Conference on Power and Energy, hlm. 1557-1562.

Page 59: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

171

U.S. Department of Energy. Summary Maps. Retrieved from database of state

incentives for renewables and efficiency. 2013. [Online]

http://www.dsireusa.org/summarymaps/

index.cfm?ee=0&RE=0 [10 Febuary 2013]

Umar N. K. (2009) Distributed generation and power quality. Proc. 8th

EEEIC

International Conference on Environment and Electrical Engineering, hlm.

232-235.

Uzunoglu, M. & Alam, M. S. 2006. Dynamic modeling, design, and simulation of a

combined PEM fuel cell/ultracapacitor hybrid system for stand-alone

applications. IEEE Transactions on Energy Conversion 21(3): 767-775.

Viawan, F.A. 2008. Voltage Control and Voltage Stability of Power Distribution

Systems in the Presence of Distributed Generation. PhD Thesis, Chalmers

University of Technology.

Vielstich, W., Lamm, A. & Gasteiger, H. A. 2003. Handbook of fuel cells:

Fundamentals, Technology, Applications: John Wiley & Sons.

Wang, C. & Nehrir, M.H. 2007. A physically-based dynamic model for solid oxide

fuel cells. IEEE Transactions on Energy Conversion 22(4): 887-897.

Wang, C., Nehrir, M. H. & Shaw, S. R. 2005. Dynamic models and model validation

for PEM fuel cells using electrical circuits. IEEE Transactions on Energy

Conversion 20(2): 442-451.

Wanik, M. Z. C. 2011. Dynamic Simulation and Intelligent management of

Distributed Generation. Ph.D thesis, Duisburg-Essen University.

Wingelaar, P. J . H., Duarte, J. L. & Hendrix, M. A. M. 2005. Dynamic Characteristics

of PEM Fuel Cells. IEEE Power Electronics Specialists Conference,

hlm.1635-1641.

Xiang, S. & Hhao, K. Y. 2007. Research on a Novel SVPWM Algorithm . IEEE

Conference on Industrial Electronics and Applications, hlm.1869-1870.

Xinhong, H., Zhihao, Z. & Jin, J. 2006. Fuel cell technology for distributed

generation: an overview. Industrial Electronics, IEEE International

Symposium, hlm. 1613-1618.

Yalcinoz, T. & Alam, M. S. 2008. Improved dynamic performance of hybrid PEM

fuel cells and ultracapacitors for portable applications. International Journal of

Hydrogen Energy 33(7): 1932-1940.

Yancheng, X. & Agbossou, K. 2009. Interface Design and Software Development for

PEM Fuel Cell Modeling Based on Matlab/Simulink Environment. Software

Engineering WRI World Congress, hlm. 318-322.

Page 60: KAWALAN DAN PENGURUSAN OPTIMUM BAGI PENJANA …eprints.uthm.edu.my/id/eprint/7803/1/NOR_AIRA_ZAMBRI.pdf · Pengurangan bahan api fosil, kenaikan harga minyak serta kesedaran terhadap

172

Ying, J. Y., Xudong, W., Liang, M. L., ShuCai, Y. & HaiXing, Z. 2011. Application

and Simulation of SVPWM in three phase inverter. International Forum on

Strategic Technology, hlm. 541-544.

Younis, M. A. A., Rahim, N. A. & Mekhilef, S. 2008. Dynamic and control of fuel

cell system. Industrial electronics and applications, ICIEA 2008, pp. 2063-

2067.

Yu, H. & Wilamowski, B. M. 2011. Levenberg-Marquardt Training. CRC Press;

Boca Raton.

Zambri, N. A., Mohamed, A., Shareef, H. & Wanik, M. Z. C. 2013. Design of a

Hybrid Fuel Cell with Battery Energy Storage for Stand-Alone Distributed

Generation Applications, World Academy of Science, Engineering and

Technology, International Science 78(1): 1588 – 1594.

Zambri, N. A., Mohamed, A., Shareef, H. 2011. Performance comparison of dynamic

models of proton exchange membrane and planar solid oxide fuel cells

subjected to load change. IREMOS 4(6): 3402-3409.

Zhang, W. F. & Yu, Y. H. 2007. Comparison of Three SVPWM Schemes. Journal of

Electronic Science and Technology of China 5(3):283-287.

Zhang, Z., Jiang, J., Huang, X. & Wu, B. 2006. Dynamic characteristics of a micro-

grid involving a PEM fuel cell power module. IEEE International Symposium

on Industrial Electronics (ISIE06), hlm. 2030-2034.

Zheglov, V., Wenzhong, G., Muljadi, E. & Wang, G. 2009. A new control strategy

for stand-alone fuel cell-battery hybrid power supply system. Power & Energy

Society General Meeting, hlm. 1-6.

Zhou, T., Lu, D., Fakham, H. & François, B. 2008. Power flow control in different

time scales for a wind/hydrogen/supercapacitors based active hybrid power

system. Proc. 13th International Power Electronics and Motion Control

Conference, hlm. 2205-2210

Zhu, Y. & Tomsovic, K. 2001. Development of models for analyzing the load-

following performance of micro-turbines and fuel cells. Electric Power

Systems Research 62(1): 1-11.

Zogg, R., Sriramulu, S., Carlson, E., Roth, K. & Brodrick, J. 2006. Emerging

technologies: using solid-oxide fuel cells for distributed generation. ASHRAE

Journal 1(1): 116-118.