DYNAMIC VOLTAGE RESTORER (DVR) UNBLOCKING ZERO SEQUENCE UNTUK PERBAIKAN KUALITAS TEGANGAN MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY POLAR
Oleh : Margo Pujiantara Promotor : Prof. Dr. Ir Mauridhi Hery Purnomo Co Promotor : Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng.
Jurusan Teknik Elektro – FTI ITS 3 Maret 2011
Permasalahan Umum Pada Kualitas Tegangan di Industri 92% permasalahan listrik pada proses operasi di industri adalah kedip tegangan dan daya hilang sesaat … [3]
Kedip Tegangan Kedip tegangan adalah drop tegangan 0.1 pu sampai 0.9 pu dalam interval pemulihan yang singkat . . . . . [IEC 61000-2-8, 2000]
Swell
Overvoltage
Normal operating voltage 90 %
Notch/transient
• Amplitudo • Durasi
Event magnitude
110%
Transient
Karakteristik Kedip Tegangan
10 %
Voltage Sag
Momentary Temporary 0.5 cycle
3 sec
Undervoltage
Sustianed interuption
1 min Event duration
. . . . . . Standar IEEE std 1159-1995
Fenomena Kedip Tegangan Remainder of system suffers voltage sag
Line suffers outage Fault occurs here
][
Circuit Breaker
Penyebab Kedip Tegangan • Gangguan hubungan singkat, baik terjadi di instalasi itu sendiri ataupun di penyulang lain. • Surja alih-hubung akibat operasi pemutus tenaga disaluran tegangan tinggi atau sistem distribusi. • Perubahan beban yang cukup besar secara tibatiba. • Karakteristik pembebanan konsumen
Kemampuan peralatan sensitif menahan kedip tegangan • Drop out kontaktor beradasarkan sensitivitas terhadap tegangan kedip
Kemampuan peralatan sensitif menahan kedip tegangan • Kurva toleransi voltage sag untuk 7 lampu gas discharge (Hg=mercury, HPS = Sodium bertekanan tinggi, MH = Metal Halide)
Kemampuan peralatan sensitif menahan kedip tegangan
Perbandingan Metoda Pemulihan Gangguan Power Quality …. [3] Type of Fault
% of Total PQ Faults
Voltage Regulator (CVT)
DVR
UPS Systems
Spikes
5%
Solves
Solves
Solves
Sag to 80%
35%
Solves
Solves
Solves
Sags from 50% - 80%
45%
No
Solves
Solves
Outage 0-0.15 sec
7%
No
Solves
Solves
Outage 0.15-500 sec
4%
No
No
Solves
>500 sec Outage
4%
No
No
Some
% Faults Solved
100%
40%
92%
96%
Konfigurasi Dasar DVR • Komponen Utama: Energy Storage DC VSI 3 fasa Booster Transformer Voltage Regulator Sensor Tegangan Diagram Segaris Sistem kelistrikan dengan DVR
Road-map penelitian Metode Kompensasi
Konfigurasi
Kontroler
Pre-Sag
Unblocking Zero Sequence
DVR
NN AI
In-Phase
In-Phase Advance
Fuzzy Logic Fuzzy Polar
Blocking Zero Sequence
PI/PID
Perkembangan metode kompensasi, konfigurasi dan kontroler DVR 2010 2009 2008
[14] [12] [11] [10]
[4]
TAHUN
2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1998 1997 1994 1992 KONTROLER KONFIGURASI METODE KOMPENSASI
[17]
[16] [15] [13]
FLC
FP
[19]
[9] [8] [7] [6] [18] [5] [28] [27] [20] [26] [24] [22]
[30]
[29] [25] PI/PID
NN
FLC
FP
PI/PID
NN
FLC
FP
Blocking Zero Sequence
Blocking Zero Sequence
In-Phase
In-Phase advance
PI/PID
NN
FLC
FP
Blocking Zero Sequence
PI/PID
NN
Unblocking Zero Sequence
Pre-Sag
Metode Yang Diusulkan Mengembangkan DVR berbasis Fuzzy Polar controller dengan unblocking zero sequence pada peralatan tiga fasa empat kawat
Kontribusi dan Originalitas
Kontribusi : - Blocking transformer tidak diperlukan lagi - Kontroler menggunakan fuzzy polar
Fuzzy Polar • Fuzzy polar pertama kali diperkenalkan oleh Takashi Hiyama pada tahun 1991. Fuzzy Polar merupakan sebuah metode optimal decision yang melakukan pemetaan sinyal dalam bidang polar. • Prinsip utama dari fuzzy polar yaitu menentukan besar pergeseran magnitude sinyal input yang akan dikontrol menuju kondisi equilibrium (kondisi yang dikehendaki).
Fuzzy Polar Switching Line
As.Za(k) Sector A α/2 α/2
p(k) D(k)
O 45
Sector B
θ (k)
Zs(k)
Zs merupakan representasi dari sinyal input Za merupakan representasi penurunan sinyal input As merupakan faktor pengali derivatif α merupakan sudut membership function p merupakan representasi sinyal input dalam bidang polar D merupakan representasi magnitude sinyal input dalam bidang polar θ merupakan representasi sudut sinyal input dalam bidang polar
Fuzzy Polar Switching Line
As.Za(k) Sector A α/2
p(k) =[Zs(k), AsZa(k)]
α/2
p(k) D(k)
O 45
Sector B
Operating Point :
θ (k)
Zs(k)
D(k ) = Zs (k ) 2 + ( As.Za (k )) 2
θ(k) = tan-1(As.Za(k)/Zs(k))
Fuzzy Polar grade 1
- 180 - 135
N (θ d )
α = 90 0 45 θd Degree
- 45
grade
P (θ d )
135
G(D(k)) 1
180
Membership function N(θ)
merupakan membership function pertama dari sudut P(θ) merupakan membership function kedua dari sudut Dr merupakan pemulihan maksimum yang diinginkan Umax merupakan nilai maksimum sinyal kontrol
0
Dr
Distance
D(k)
Defuzzyfikasi U (k ) = G ( D(k ))[ N (θ (k )) − P(θ (k ))].U max
Fuzzy Polar Input Signal
d dt
Za Zs
Rule Fuzzy Polar
• Signal Conditioning.
U
PEMODELAN
Pemodelan Kontroler
Konversi ke Bentuk Polar
Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar • Pada metode Fuzzy polar perlu ditentukan beberapa parameter antara lain Umax dan As. Nilai Umax dapat diketahui dari persamaan : U max =
1 G ( D(k ))[ N (θ (k ) − P (θ (k ))]
• Untuk mendapatkan Umax, sistem distribusi diberikan gangguan 3 fasa dengan impedansi yang sangat kecil sehingga diperoleh tegangan kedip mendekati 0%. Ini akan mewakili kontrol maksimum yang diperlukan.
Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar (abc ke dq0)
Gangguan 3 fasa Sinyal galat maksimum d = 1 Dipilih As = 0.19
Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar (d ke polar d) D(k ) = Zs (k ) 2 + ( As.Za (k )) 2
θ(k) = tan-1(As.Za(k)/Zs(k))
Sinyal galat sumbu d yang diubah menjadi Magnitude D(k)d dan Sudut θ (k)d pada bidang polar
Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar (amplitudo d ke nilai membership function d) grade G(D(k)) 1
0
Dr
Distance
D(k)
Sinyal output dari rule base fuzzy G(D(k)d)
Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar (sudut d ke nilai membership function N) grade 1
- 180 - 135
N (θ d )
α = 90 0 45 θd Degree
- 45
P (θ d )
135
180
Sinyal output dari rule base fuzzy N(θ(k)d)
Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar (sudut d ke nilai membership function P) grade 1
- 180 - 135
N (θ d )
α = 90 0 45 θd Degree
- 45
P (θ d )
135
180
Sinyal output dari rule base fuzzy P(θ(k)d)
Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar Parameter-parameter sumbu d
Parameter
Nilai
G(D(k)d)
1
N( (k)d)
0,6196
P( (k)d)
0,3804
U max =
1 G ( D ( k ))[ N (θ ( k )) − P (θ ( k ))]
U max =
1 1.[0.6196 − 0.3804]
U max = 4,18
Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar
Sinyal galat pada sistem tenaga listrik yang mengalami gangguan 1 fasa ketanah dalam koordinat dq0
Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar Fuzzy Polar Parameter Direct Quadrature input d input q
No
Zero input 0
1.
As
0.19
0.19
0.19
2.
Dr
1
1
1
PARAMETER KONTROL HARMONISA TEGANGAN
3.
α
90º
90º
90º
4.
Umax
4.18
4.18
4.18
Fuzzy Polar Parameter Direct Quadrature input d input q
No
PARAMETER KONTROL KEDIP TEGANGAN
Zero input 0
1.
As
0.19
0.19
0.19
2.
Dr
1
1
1
3.
α
90º
90º
90º
4.
Umax
41.841
57.799
82.706
Pemulihan Profil Tegangan Akibat Harmonisa
Kondisi sistem distribusi dengan beban harmonisa dan THD = 8,31%
Kondisi pemulihan THD menjadi 1,76%
Pemulihan Profil Tegangan Akibat Harmonisa Pemulihan profil tegangan akibat harmonisa
Kondisi Awal THD (%)
Setelah Pemulihan THD (%)
Persentase Pemulihan (%)
13,80
3,60
73,91
10,78
2,42
77,55
8,31
1,76
78,82
Pemulihan kedip tegangan
Pemulihan kedip tegangan 50% untuk gangguan 3 fasa
Pemulihan kedip tegangan
Pemulihan kedip tegangan 50% untuk gangguan 2 fasa
Pemulihan kedip tegangan
Pemulihan kedip tegangan 50% untuk gangguan 2 fasa ketanah
Pemulihan kedip tegangan
Pemulihan kedip tegangan 50% untuk gangguan 1 fasa ketanah
Hasil simulasi pemulihan profil tegangan Kedip Tegangan
Tanpa beban Harmonisa Pemulihan (%)
70%3F
100
99
7,23
100
5,79
100
4,71
50%3F
100
98
8,53
98
6,70
98
5,02
30%3F
100
97
8,05
97
6,45
97
4,79
70%2F
100
100
5,90
100
5,23
100
4,72
50%2F
99
99
6,47
99
5,46
99
4,66
30%2F
100
97
8,04
98
6,12
98
4,90
70%2FG
100
100
6,06
100
5,31
100
4,76
50%2FG
100
99
8,37
100
6,63
99
5,20
30%2FG
100
97
11,53
97
8,80
97
6,58
70%1FG
99
100
7,40
100
5,92
99
5,87
50%1FG
100
98
9,07
99
6,91
98
7,01
30%1FG
100
96
8,72
97
6,55
97
5,41
Rata-rata
99,83%
98,33
7,94
98,75
6,32
98,58
5,30
Studi Kasus
Dengan Beban Harmonisa THD 13,08% Pemulihan THD (%) (%)
Dengan Beban Harmonisa THD 10,78% Pemulihan THD (%) (%)
Dengan Beban Harmonisa THD = 8,31% Pemulihan THD (%) (%)
KESIMPULAN Dari hasil penelitian, pemulihan profil tegangan akibat gangguan kedip tegangan dan distorsi harmonisa menggunakan Dynamic Voltage Restorer (DVR) unblocking zero sequence menggunakan kontrol Fuzzy polar dapat dilakukan dengan lebih mudah karena tidak membutuhkan expert system untuk menentukan rule base seperti pada metode Fuzzy umumnya. Pada metode Fuzzy Polar hanya perlu dilakukan penentuan beberapa parameter yaitu α, Dr, As dan Umax. Parameter α ditentukan berdasarkan besar pergesaran sudut maksimum fasa sinyal tegangan yaitu 900. Parameter Dr menentukan tingkat pemulihan yang diinginkan. Tingkat pemulihan 100% direpresentasikan nilai Dr sebesar 1 Dari hasil penelitian diketahui bahwa DVR menggunakan metode kontrol Fuzzy Polar mampu memulihkan gangguan kedip tegangan hingga ratarata 99,83%. Pada gangguan akibat distorsi harmonisa mampu memulihkan profil tegangan hingga rata-rata diperoleh THD = 2.59 %. Sedangkan pada saat sistem diberikan gangguan kedip tegangan dengan berbagai kedalaman dan harmonisa dengan berbagai tingkat distorsi, DVR dengan metode kontrol Fuzzy Polar dapat memulihkan profil tegangan hingga rata-rata 98,89% dan THD = 6,52%.
JURNAL INTERNASIONAL •
Margo P, Mauridhi Hery P, Mochamad Ashari, Zaenal PA, T Hiyama, “Compensation of Balanced and Unbalanced Voltage Sags using Dynamic Voltage Restorer Based on Fuzzy Polar Controller”, IJAER- RESEARCH INDIA PUBLICATIONS, Vol.3 No.3 – 2008, pp. 879-890
•
Margo P, Rio Indralaksono, Mauridhi Hery P, Mochamad Ashari, T. Hiyama, ”DVR Control Using Fuzzy Polar for Voltage Sag Restoration on 4 Wire System”, International Journal of Engineering Science and Technology (IJEST), Vol. 2(8), 2010, 3909-3917
NASIONAL •
“Fuzzy Polar Dynamic Voltage Restorer as Voltage Sag Restorer and Active Filter Without Zero Sequence Blocking”, Gelagar, September 2008
•
“Advanced DVR with Zero-Sequence Voltage Component And Voltage Harmonic Elimination for Three-Phase Three-Wire Distribution Systems”, Iptek, November 2009
SEMINAR SEMINAR NASIONAL Margo P, M Heri P, M Ashari, Imanda, “Dynamic Voltage Restorer Menggunakan Boost Transformer Terhubung Bintang Dengan Kontrol Backpropagation Neural Network Untuk Pemulihan Tegangan Kedip”, SMED – Malang, 9-10 Desember 2005 Margo P, M Heri P, M Ashari, Zaenal P A,”Pemodelan Dynamic Voltage Restorer (DVR) berbasis fuzzy logic controller dengan blocking urutan nol untuk mengatasi tegangan kedip akibat gangguan balance dan unbalance”, IES – Surabaya, 7 – 9 Nopember 2006 Margo P, M Heri P, M Ashari, “ DVR modeling based on fuzzy polar controller to restore balanced and unbalanced sag voltage”, SITIA – Surabaya, 9 Mei 2007. Margo P, M Heri P, M Ashari, Zaenal PA, T Hiyama, “ Filter aktif seri berbasis fuzzy polar untuk kompensasi harmonisa tegangan dan arus”, SITIA-Surabaya, 14 Oktober 2009.
SEMINAR SEMINAR INTERNASIONAL Margo P, Mauridhi Hery P, Mochamad Ashari, Hendrik, T. Hiyama, “Balanced Voltage Sag Correction using Dynamic Voltage Restorer Based on Fuzzy Polar Controller”, ICICIC - Kumamoto Jepang, 5-7 September 2007. Margo P, Mauridhi Hery P, MAshari, Zaenal PA, T. Hiyama, “Dynamic Voltage Restorer Based on Fuzzy Polar as Voltage Restorer and Voltage Distortion Compensator”, ICA – Bandung, 20-22 Oktober 2009.
Terima Kasih Semoga Bermanfaat
