MTE

SIMULASI PEMULIHAN KEDIP TEGANGAN AKIBAT GANGGUAN HUBUNG SINGKAT SATU FASA KE TANAH PADA SISTEM DISTRIBUSI TIGA FASA MENGGUNAKAN DVR BERBASIS PENGENDALI LOGIKA FUZZY TESIS

OLEH : FRANS JOYOKO SIANTURI 087034008 / MTE

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

Universitas Sumatera Utara

Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan Akibat Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah Pada Sistem Distribusi Tiga Fasa Menggunakan DVR Berbasis Pengendali Logika Fuzzy TESIS

Untuk memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Oleh : FRANS JOYOKO SIANTURI 087034008/MTE

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015


Judul Tesis

Nama Mahasiswa Nomor Induk Program Studi

: SIMULASI PEMULIHAN KEDIP TEGANGAN AKIBAT GANGGUAN HUBUNG SINGKAT SATU FASA KE TANAH PADA SISTEM DISTRIBUSI TIGA FASA MENGGUNAKAN DVR BERBASIS PENGENDALI LOGIKA FUZZY : Frans Joyoko Sianturi : 087034008 : Magister Teknik Elektro

Menyetujui Komisi Pembimbing:

Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Ketua

Ir. Sinar Terang Sembiring, MT Anggota

A.n. Ketua Program Studi Sekretaris,

Dekan,

Drs. Hasdari Helmi, MT

Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME

Telah Lulus : 19 Januari 2012


Telah diuji pada Tanggal : 19 Januari 2012

PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Anggota : Ir. Sinar Terang Sembiring, MT Ir. Soeprapto, MT Ir. Ashuri, MT Ir. Refdinal Nazir, MS, Ph.D


ABSTRAK

Kedip tegangan pada saluran distribusi tenaga umumnya diakibatkan oleh gangguan hubung singkat pada saluran tenaga listrik yang dapat menurunkan kualitas daya. Permasalahan kualitas daya listrik adalah masalah yang sangat penting yang dihadapi oleh pengguna maupun penyedia tenaga listrik. Konsumen industri maupun komersil menginginkan kualitas daya yang diterimanya berada pada tingkat yang baik, untuk menghindari kerugian yang ditimbulkannya. Dynamic Voltage Restorer (DVR) adalah merupakan solusi yang fleksibel, efisien, dan cepat untuk mengatasi masalah kedip tegangan. DVR adalah perangkat daya berbasis elektronik yang terhubung seri pada saluran tenaga. Kedip tegangan pada saluran yang akan dideteksi oleh DVR menggunakan metode transformasi Park, dan besar tegangan yang disuntikkan oleh DVR ke saluran tenaga dikendalikan dengan pengendali logika fuzzy. Pada tesis ini akan disajikan dan disimulasikan pemulihan kedip tegangan yang terjadi akibat gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah pada saluran distribusi tiga fasa, dengan menggunakan DVR berbasis pengendali logika fuzzy. Besar tegangan yang disuntikkan oleh DVR akan sesuai dengan kebutuhan beban sensitif yang dilindungi. Nilai THD v dengan menggunakan DVR berbasis logika fuzzy akan diperbaiki dari 2,32% menjadi 1,06% dan waktu pemulihan relatif singkat yaitu 0,0167-0,0168 detik, sehingga mutu listrik menjadi lebih baik. Kata kunci : Kualitas Daya, Kedip Tegangan, Dynamic Voltage Restorer, logika fuzzy, Matlab/Simulink.


ABSTRACT

Voltage sag on distribution lines is generally caused by the interruption of short circuit on the power lines that can degrade the quality of power system. Electrical power quality issues is a very important problem faced by users and providers of electric power. Industrial and commercial consumers want to receive the power of good quality, to avoid the losses caused. Dynamic Voltage Restorer (DVR) is a flexible and efficient solution, and quick to fix the problem of flashing voltage. DVR is an electronic based power devices, connected in series to the power lines. DVR designed to protect sensitive loads from the effect of sagging on the line voltage feeders of a distribution systems. Voltage sags detection is using Park Transformation method and the amount of voltage injected by the DVR to the power lines is controlled by using fuzzy logic controllers. This thesis will present and simulate the recovery of voltage sag disturbances caused by single phase to ground short circuit on the three phase distribution line using fuzzy logic controllers-based DVR. The amount of power injected by the DVR will meet the protected sensitive load needed. The value of network THD by using fuzzy logical-based DVR will be improved from 2.32% to 1.06% and the recovery time is relatively short 0.0167 – 0.0168 second, that the power quality becomes better. The simulations employed the software of Matlab-Simulink program.

Keywords : Power quality, voltage sag, Dynamic Voltage Restorer, Fuzzy Logic Controller, Matlab/Simulink


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, atas berkat dan karuniaNya sehingga penulisan tesis ini dapat diselesaikan. Penulisan tesis ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat kurikulum Program Studi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan. Tesis ini berjudul “Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan Akibat Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah Pada Sistem Distribusi Tiga Fasa Menggunakan DVR Berbasis Pengendali Logika Fuzzy”, dimana penulis merasa tertarik dengan masalah peningkatan kualitas daya listrik dengan menjaga tidak terjadinya kedip tegangan pada sisi beban yang akan dilindungi. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai dan Bapak Ir. Sinar Terang Sembiring, MT, sebagai pembimbing atas segala saran, bimbingan dan nasehatnya selama penelitian berlangsung dan selama penulisan tesis ini juga kepada Bapak Ir. Ashuri, MT, Bapak Ir, Soeprapto, MT

dan Bapak

Ir. Refdinal Nazir, MS, Ph.D sebagai penguji atas segala saran dan arahannya penulisan tesis ini dapat diselesaikan. Terima kasih juga disampaikan kepada Bapak Rektor Universitas Sumatera Utara dan Bapak Prof. Dr.Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Elektro, Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT selaku


Sekretaris Program Studi Magister Teknik Elektro dan seluruf staff pada Program Studi Magister Teknik Elektro. Penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya atas dukungan istri tercinta, anakku tersayang beserta seluruh keluarga yang telah banyak memberikan dorongan semangat dan telah sudi mengorbankan waktunya. Harapan penulis kiranya tesis ini dapat menghasilkan tesis yang akan memberikan kontribusi pada dunia pendidikan secara umum dan disiplin ilmu Teknik Elektro secara khusus. Medan,

Januari 2012

Penulis,

Frans Joyoko Sianturi


DAFTAR ISI

ABSTRAK ...............................................................................................................

i

ABSTRACT...............................................................................................................

ii

KATA PENGANTAR..............................................................................................

iii

DAFTAR ISI ...........................................................................................................

v

DAFTAR TABEL ..................................................................................................vii DAFTAR GAMBAR .............................................................................................viii BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7

...................................................................................

Latar Belakang..................................................................................... Perumusan Masalah.............................................................................. Pembatasan Masalah ........................................................................... Tujuan Penelitian ................................................................................ Metode Penelitian ............................................................................... Manfaat Penelitian .............................................................................. Sistematika Penulisan .........................................................................

1 1 8 8 9 9 10 10

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 12 2.1 Sistem Distribusi................................................................................... 2.2 Kualitas Daya ...................................................................................... 2.3 Kedip Tegangan .................................................................................. 2.3.1 Standar kedip tegangan ......................................................... 2.3.2 Penyebab kedip tegangan ...................................................... 2.3.3 Pengaruh kedip tegangan terhadap beban sensitif ................ 2.3.4 Menentukan besar kedip tegangan ........................................ 2.4 Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah ...................... 22 2.5 Dynamic Voltage Restorer (DVR) ..................................................... 2.5.1 Struktur dasar DVR ............................................................... 2.5.2 Metode kompensasi kedip tegangan pada DVR .................... 2.6 Teknik Deteksi Kedip Tegangan pada DVR ..................................... 2.7 Sistem Kendali Logika Fuzzy DVR ................................................... 2.7.1 Pengendali logika fuzzy ..........................................................

12 13 16 16 18 19 21 24 26 35 41 44 44


2.7.2 Model sistem pengendalian ..................................................... 2.7.3 Skema kendali fuzzy ...............................................................

49 51

BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN............................................................ 53 3.1 Bahan-Bahan Penelitian ..................................................................... 3.2 Langkah-Langkah Pelaksanaan Penelitian ......................................... 3.2.1 Perancangan model penelitian ................................................. 3.2.2 Teknik analisa data .................................................................. 3.2.3 Pengujian kualitas hasil penelitian ........................................... 3.3. Alat Penelitian ................................................................................... 61

53 53 55 60 60

3.4. Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian ................................................

62

BAB 4. HASIL SIMULASI DAN PEMBAHASAN .......................................... 63 4.1. 4.2. 4.3. 4.4.

Paramater Model Pengujian .............................................................. Perancangan Model Simulasi ............................................................ Hasil Simulasi Sebelum Terjadi Gangguan Satu Fasa ke Tanah .....66 Hasil Simulasi Setelah Gangguan Satu Fasa ke Tanah Tanpa DVR 4.4.1. Beban 2.5 kW .......................................................................... 4.4.2. Beban 5 kW ............................................................................. 4.4.3. Beban 7.5 kW .......................................................................... 4.4.4. Beban 10 kW ........................................................................... 4.5. Hasil Simulasi Setelah Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah Menggunakan DVR Tanpa Pengendali Logika Fuzzy ....... 4.5.1. Dengan beban 2.5 kW ............................................................. 4.5.2. Dengan beban 5 kW ............................................................... 4.5.3. Dengan beban 7.5 kW ............................................................. 4.5.4. Dengan beban 10 kW ............................................................. 4.6. Hasil Simulasi Setelah Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah Menggunakan DVR Dengan Pengendali Logika Fuzzy ... 4.6.1. Dengan beban 2.5 kW ............................................................. 4.6.2. Dengan beban 5 kW ................................................................ 4.6.3. Dengan beban 7.5 kW ............................................................. 4.6.4. Dengan beban 10 kW ..............................................................

64 64 68 70 71 71 72 72 75 77 79 81 85 91 95 97 99

BAB 5. KESIMPULAN..........................................................................................104

DAFTAR PUSTAKA.............................................................................................106


DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Hal

1.1.

Perbandingan penelitian yang telah dilakukan dan yang akan •

7

dilakukan tentang Dynamic Voltage Restorer 2.1. 2.2. 4.1. 4.2.

Karakteristik gangguan tegangan

15

Himpunan aturan logika fuzzy

47

Data hasil simulasi DVR tanpa pengendali logika fuzzy Data hasil simulasi DVR berbasis pengendali logika fuzzy

84 102


DAFTAR GAMBAR Nomor

Judul

Hal

1.1.

Model pengendali DVR yang digunakan oleh F Jurado

3

1.2.

Model sistem pengendali oleh P, Ajay et al

4

1.3.

Model sistem pengujian P. Ajay et at

4

1.4.

Skema diagram pengendali PI Adaptif FL

6

1.5.

Model sistem simulasi pemgemdali PI Adaptif FL

6

2.1.

Tipikal jaringan distribusi

12

2.2.

Kurva CBEMA dan 1TIC

15

2.3.

Bentuk gelombang kedip tegangan

17

2.4.

Tipikal hubungan beban satu fasa dan beban tiga fasa

19

2.5.

Kurva tingkat kepekaan peralatan terhadap kedip tegangan

21

2.6.

Model pembagi tegangan

21

2.7.

Diagram rangkaian gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah

22

2.8.

Jaringan yang mengalami gangguan hubung singkat satu fasa ke

24

tanah 2.9.

Struk-tur dasar sistem DVR

27

2.10.

Rangkaian ekivalen inverter satu fasa

27

2.11.

Pembangkitan tegangan keluaran sinusoidal inverter SPWM satu

29


fasa 2.12.

Bentuk tegangan keluaran inverter SPWM satu fasa

30

2.13.

Rangkaian inverter tiga fasa

31

2.14.

Metode konduksi inverter 180°

31

2.15.

Bentuk gelombang keluaran inverter pada konduksi 180o

32

2.16.

Switch by pass pada DVR

33

2.17.

Sistem daya dengan DVR

34

2.18.

Teknik kompensasi Pre-Sag

36

2.19.

Teknik kompensasi In-Phase

37

2.20.

Teknik kompensasi optimasi energi

39

2.21.

Aliran daya aktif dan reaktif pada sistem dengan DVR

40

2.22.

Blok diagram sederhana PLL

41

2.23.

teknik pengendalian DV-R herdasarkan transformasi Park

42

2.24.

Blok diagram sistem pengendali logika fuzzy

44

2.25.

Fungsi keanggotaan untuk masukan dan keluaran

46

2.26.

Teknik defuzzification memakai metode centroid

48

2.27.

Rangkaian ekivalen sistem daya satu fasa

49

3.1.

Blok diagram skema kendali DVR

55

3.2.

Rancangan simulasi kedip tegangan pada jaringan distribusi

56


3.3.

Blok regulator tegangan DVR berbasis pengendali logika fuzzy

57

3.4.

Voltage loop control pada DVR

57

3.5.

Rancangan rangkaian filter LC tiga fasa pada Simulasi penelitian

58

3.6.

Skema hubungan inverter dengan transformator penyuntik

59

4.1.

Simulasi sebelum gangguan satu fasa ke tanah

67

4.2.

Hasil simulasi tegangan beban atau sumber tegangan sebelum

67

terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah 4.3.

Simulasi setelah terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke

69

tanah tanpa menggunakan DVR 4.4.

Hasil simulasi tegangan sumber dan beban sensitif setelah terjadi

69

gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah tanpa menggunakan DVR pada beban 2,5 kW 4.5.

Hasil simulasi tegangan sumber pada saat terjadi gangguan hubung

70

singkat satu fasa ke tanah tanpa menggunakan DVR pada beban 5 kW 4.6.

Hasil simulasi tegangan sumber pada saat terjadi gangguan

70

hubung singkat satu tasa ke tanah tanpa menggunakan DVR pada beban 7,5 kW 4.7.

Hasil simulasi tegangan sumber pada saat terjadi gangguan

71

hubung singkat satu fasa ke tanah tanpa menggunakan DVR pada beban 10 kW


4.8.

Simlasi DVR setelah terjadi gangguan hubung singkat satu fasa

72

ke tanah menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy 4.9.

Blok DVR tanpa pengendali logika fuzzy

73

4.10.

Tegangan sumber dan tegangan beban sensitif DVR tanpa

74

pengendali logika fuzzy pada beban 2,5 kW 4.11.

Tegangan

keluaran

inverter

menggunakan

DVR

tanpa

74

Hasil simulasi tegangan suntik dengan DVR tanpa pengendali

75

pengendali logika fuzzy pada beban 2,5 kW 4.12.

logika fuzzy pada beban 2,5 kW 4.13.

Analisa FFT gelombang keluaran transformator penyuntik

75

4.14.

Hasil simulasi tegangan sumber, tegangan beban sensitif dan setelah

76

terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 5 kW 4.15.

Tegangan suntik menggunakan DVR tanpa pengendali logika

76

fuzzy pada beban 5 kW 4.16.

Tegangan

keluaran

inverter

menggunakan

DVR

tanpa

77

pengendali logika fuzzy pada beban 5 kW 4.17.

Analisa FFT gelombang keluaran transfprmator penyuntik pada

77

beban 5 kW 4.18.

Hasil simulasi tegangan sumber, tegangan beban sensitif dan setelah

78

terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah menggunakan D V R tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kW


4.19.

Tegangan

keluaran

inverter

menggunakan

DVR

tanpa

78

pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kW dan Vdc = 160 Volt 4.20.

Hasil Simulasi tegangan suntik menggunakan DVR tanpa

79

pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kW dan Vdc = 48 volt 4.21.

FFT Analisis gelombang keluaran transformator penyuntik

79

4.22.

Tegangan sumber dan tegangan beban sensitif menggunakan

80

DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 10 kW dan Vdc = 160 volt 4.23.

Tegangan

keluaran

inverter

menggunakan

DVR

tanpa

80

pengendali logika fuzzy pada beban 10 kW dan Vdc = 160 Volt 4.24.

Tegangan suntik menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy

81

pada beban 10 kW 4.25.

Analisa FFT gelombang keluaran transfprmator penyuntik pada

81

beban 10 kW 4.26.

Grafik hubungan tegangan keluaran inverter terhadap perubahan

83

besar (daya) beban menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy 4.27.

Grafik hubungan tegangan suntik output filter terhadap perubahan besar

83

(daya) beban menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy 4.28.

Blok regulator tegangan DVR berbasis pengendali logika fuzzy

84

4.29.

Simulasi DVR berbasis pengendali logika fuzzy

85

4.30.

Analisa FFT tegangan keluaran inverter sebelum filter pasif

87


4.31.

Analisa FFT tegangan keluaran inverter setelah filter pasif

88

4.32.

Hasil simulasi tegangan sumber dan tegangan beban sensitif setelah

89

gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah menggunakan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 2,5 kW 4.33.

Tegangan keluaran inverter setelah gangguan hubung singkat satu

90

fasa ke tanah menggunakan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 2,5 kW 4.34.

tegangan suntik setelah gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah

90

menggunakan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 2,5 kW 4.35.


91

4.36.

Hasil simulasi tegangan sumber dan tegangan beban sensitif setelah

92

gangguan dgn DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 5 kW 4.37.

Hasil simulasi tegangan keluaran inverter setelah gangguan dengan

93

DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 5 kW 4.38.

Hasil simulasi tegangan suntik setelah gangguan dengan DVR berbasis

93

pengendali logika fuzzy pada beban 5 kW 4.39.


94

setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 5 kW 4.40.

Hasil simulasi tegangan sumber dan tegangan beban sensitif

95

setelah gangguan dgn DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada


beban 7,5 kW

4.41.

Hasil simulasi tegangan keluaran inverter setelah gangguan

95

dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kW 4.42.

Hasil simulasi tegangan suntik setelah gangguan dengan DVR

96

berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kW 4.43.


96

setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kW 4.44.

Hasil simulasi tegangan sumber dan tegangan beban sensitif

97

setelah gangguan dgn DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 10 kW

4.45.

Hasil simulasi tegangan keluaran inverter setelah gangguan

97

dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 10 kW 4.46.

Hasil simulasi tegangan suntik setelah gangguan dengan DVR

98

berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 10 kW 4.47.


98

setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 10 kW 4.48.

Grafik hubungan daya beban dan Vout inverter

99

4.49.

Waktu pemulihan terhadap terjadinya kedip tegangan

100

4.50.

Grafik hubungan daya beban dan tegangan suntik keluaran

101

inverter


MTE

Recommend Documents