Desain Penggunaan Filter Aktif Seri Berbasis Fuzzy Polar Untuk Mengurangi Harmonisa Pada PT Tabang Coal Oleh : I Wayan Adi Harimbawa 2205.100.020
Dosen Pembimbing :
1. Prof. Dr. Ir. Mauridhi Hery P., M.Eng 2. Vita Lystianingrum B.P. ST., M.Sc
PENDAHULUAN
Latar Belakang Beban Non-linear
Peralatan Elektronika Daya
Harmonisa
Distorsi arus dan Tegangan
Permasalahan pada Peralatan Listrik
Efisiensi Dan Produktifitas
Latar Belakang Semiconductor Switch, Dioda, Thyristor, TRIAC
Perkembangan Berbasis Elektronika Daya Interferensi Gelombang Fundamental MASALAH Pemanasan Kawat Netral dan Trafo Kesalahan pada Sistem Proteksi Kerusakan pada Capacitor Bank Penyimpangan Penunjukan Alat Ukur Rugi-rugi pada Transmisi Pemasangan Filter
Efisiensi Lebih Tinggi dan Perancangan Sesuai Kebutuhan
Permasalahan Cara mengoptimalkan fungsi dari Filter Aktif untuk mengurangi harmonisa pada PT Tabang Coal
SUMBER AC TIGA FASA SEIMBANG Beban Non-linier
Filter Aktif Seri
Batasan Masalah Dalam tugas akhir ini desain dilakukan melalui permodelan dan simulasi sistem dengan menggunakan sofware yaitu Matlab 7.1.
Model sistem tenaga listrik yang digunakan untuk simulasi adalah sistem kelistrikan di PT Tabang Coal.
Analisis sistem pada tugas akhir ini adalah analisis sistem dalam kondisi tunak (steady-state).
Tujuan Filter aktif seri dapat mengurangi harmonisa pada beban PT Tabang Coal
Sumber AC 11 KV Trafo 11 / 0.69 KV
Beban Non-linier
Filter Aktif Seri
TEORI PENUNJANG
Filter Aktif Seri(1)
Sumber AC 11 KV Trafo 11 / 0.69 KV
Beban Non-linier
Filter Aktif Seri
Filter Aktif Seri (2) Filter Aktif Seri merupakan peralatan power elektronik yang dipasang seri dengan saluran sistem tenaga
Filter aktif seri sebagai kompensator harmonisa dengan menginjeksikan tegangan harmonisa yang terbalik fasa dengan harmonisa dari beban non linier.
Topologi Filter Aktif Seri
Series Transformer Main
is
vf
iL
VSI
Non Linear Load
Harmonisa (1) Istilah harmonisa sering dipakai untuk menjelaskan penyimpangan gelombang sinusoidal yang berhubungan dengan arus dan tegangan dari amplitudo dan frekuensi yang berbeda.
Dalam sistem tenaga listrik, definisi harmonisa dapat dijelaskan sebagai komponen sinusoidal dari gelombang periodik yang mempunyai frekuensi kelipatan bilangan bulat (integer) dari frekuensi dasar.
Harmonisa (2)
(a) Gelombang pada Frekuensi Fundamental (b.1) Gelombang Harmonisa ke-3 (b.2) Gelombang Harmonisa ke-5 (c) Gelombang Terdistorsi
Kontrol Logika Fuzzy
Cara Kerja Logika Fuzzy 1. Fuzzyfikasi 2. Penalaran (Inference Machine) 3. Aturan Dasar (Rule Based) 4. Defuzzyfikasi
Bentuk Polar Switching Line
As.Za(k) Sector A α/2
α/2
p(k) D(k)
O 45
Sector B
θ (k)
Zs(k)
Fuzzy Polar Fuzzy polar terdiri 3 parameter dasar yaitu pengali derivatif (As), irisan sudut dari fungsi keanggotaan sudut (α), dan tingkat panjang fuzzy untuk keanggotan radial (Dr). nilai operasi dari koordinat polar ditunjukkan pada persamaan 1 sampai dengan persamaan 3 p(k) = [Zs(k) As.Za(k)] (1) (2) D(k ) = Zs(k ) 2 + ( As.Za(k ))2 θ (k ) = tan −1 ( As ⋅ Za(k ) / Az(k )) (3)
Fungsi Keanggotaan Fuzzy Polar grade 1
-180 -13 5
N (θ d )
-45
0
45
θ d D eg ree
grade 1
0.01
P (θ d )
α = 90
G ( D d ( k ))
1
D d ( k ) M a g n etu d o
135 180
Defuzzyfikasi Aturan defuzzifikasi untuk sistem kontrol ditunjukkan dengan persamaan 4. Umax menunjukkan maksimum sinyal kontrol yang masih diijinkan
U(k) = G(D(k))[N (θ (k))-P(θ (k))].Umax (4)
FILTER AKTIF SERI UNTUK MENGURANGI HARMONISA
Konfigurasi Sistem Jaringan PT Tabang Coal
Sumber Utama Harmonisa
Desain Awal Filter Aktif Seri
Simulasi Sistem dengan Filter Aktif Seri
Kompensator Harmonisa
Diagram Blok Kompensator Harmonisa
abc_to_dq0 Transformation Pengubahan besaran a-b-c menjadi d-q-0 untuk memberi kemudahan pada sisi sistem kontrolnya dan diperoleh respon yang lebih lebih cepat. Perubahan tegangan dalam besaran a-b-c menjadi d-q-0 dari persamaan berikut 1 2 V 0 Vd = 2 sin θ 3 Vq cos θ
Va 2π 2π sin(θ − ) sin(θ + ) Vb 3 3 2π 2π Vc cos(θ − ) cos(θ + ) 3 3 1 2
1 2
HASIL DAN ANALISIS
Single Line Diagram Sumber AC Sinusoidal
Sumber Harmonisa
Filter Aktif Seri
Kondisi Sebelum Penambahan Filter Aktif Seri
Bus yang diukur harmonisa
Hasil Simulasi Kondisi Awal (1)
Nilai THDi dan THDv sistem secara keseluruhan adalah 41.5% dan 34%. Nilai THD didapatkan dengan menggunakan FFT Analysis Powergui pada scope yang terhubung dengan salah satu pengukur tegangan dan arus.
Hasil Simulasi Kondisi Awal (2) THD=34%
Gelombang Tegangan Terdistorsi
Gelombang tegangan dan arus sebelum pemasangan filter aktif seri
THD=41.5% Gelombang Arus Terdistorsi
Hasil Simulasi Kondisi Awal Bus MCC1
THD=15.62%
Gelombang Tegangan Terdistorsi
Gelombang tegangan dan arus sebelum pemasangan filter aktif seri
THD=26.8% Gelombang Arus Terdistorsi
Hasil Simulasi Kondisi Awal Bus MCC2
THD=21.59%
Gelombang Tegangan Terdistorsi
Gelombang tegangan dan arus sebelum pemasangan filter aktif seri
THD=47.18% Gelombang Arus Terdistorsi
Hasil Simulasi Kondisi Awal Bus MCC3
THD=45.53%
Gelombang Tegangan Terdistorsi
Gelombang tegangan dan arus sebelum pemasangan filter aktif seri
THD=77.09% Gelombang Arus Terdistorsi
Kondisi Sesudah Penambahan Filter Aktif Seri
Bus yang akan diukur
Hasil Simulasi Tugas Akhir(1)
Nilai THDi dan THDv sistem secara keseluruhan adalah 6.5% dan 0.05%. Nilai THD didapatkan dengan menggunakan FFT Analysis Powergui pada scope yang terhubung dengan Bus diantara filter aktif seri dan sumber tegangan.
Hasil Simulasi Tugas Akhir(2) THD=0.05%
Gelombang Tegangan
Gelombang tegangan dan arus setelah pemasangan filter aktif seri
THD=6.5% Gelombang Arus
Hasil Simulasi pada MCC1 THD=0.05%
Gelombang Tegangan
Gelombang tegangan dan arus setelah pemasangan filter aktif seri
THD=3.76% Gelombang Arus
Hasil Simulasi pada MCC2 THD=0.05%
Gelombang Tegangan
Gelombang tegangan dan arus setelah pemasangan filter aktif seri
THD=6.17% Gelombang Arus
Hasil Simulasi pada MCC3 THD=0.05%
Gelombang Tegangan Terdistorsi
Gelombang tegangan dan arus setelah pemasangan filter aktif seri
THD=9.71% Gelombang Arus
Perbandingan Hasil Simulasi Penggunaan Filter Aktif Seri dengan Kontroller Berbasis Fuzzy Polar
Sebelum Pemasangan Filter Aktif Seri
Sesudah Pemasangan Filter Aktif Seri
THDv
34%
0.05%
THDi
41.5%
6.5%
Sebelum Pemasangan Filter Aktif Seri
Sesudah Pemasangan Filter Aktif Seri
MCC1
15.62%
0.05%
MCC2
21.59%
0.05%
MCC3
45.53%
0.05%
Sebelum Pemasangan Filter Aktif Seri
Sesudah Pemasangan Filter Aktif Seri
MCC1
26.8%
3.76%
MCC2
47.18%
6.17%
MCC3
77.09%
9.17%
THDV
THDI
KESIMPULAN
Kesimpulan 1. Pemasangan filter aktif seri pada beban PT Tabang Coal dapat mengurangi besar Total Harmonic Distortion (THD) tegangan yang pada awalnya adalah 34% sekarang menjadi 0.05%. 2. Pemasangan filter aktif seri ini juga dapat mengurangi THD arus dari 41.5% menjadi 6.5%. 3. THDv yang didapatkan setelah pemasangan filter aktif seri memperlihatkan performa kontroller fuzzy polar yang cukup bagus untuk mengurangi harmonisa tegangan.
Saran Dari hasil simulasi terlihat, bahwa dengan pemasangan filter aktif seri, sistem mengalami perbaikan kualitas daya listrik yakni dalam hal harmonisa sistem. Sangat diharapkan dengan adanya studi awal ini di kemudian hari ada yang melakukan penelitian lebih lanjut yang lebih aplikatif serta diikuti dengan mengimplementasikan dalam sistem tenaga listrik.
TERIMA KASIH
Kondisi Pada ETAP
Simulation Time Stop = 1
Filter Aktif Seri berbasis PI
THD=12.83%
THD=6.5%
Beban dengan Dioda, R, dan C
THD=30.09%
THD=2.85%
