TESIS PENGURANGAN HARMONISA PADA KONVERTER 12 PULSA TIGA FASA MENGGUNAKAN DIAGONAL RECURRENT NEURAL NETWORK (DRNN) Oleh : Moh. Marhaendra Ali 2207 201 201
DOSEN PEMBIMBING Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng Prof. Dr. Ir. Mauridhi Hery Purnomo, M.Eng
Konsumsi energi listrik didominasi oleh pemakaian beban nonlinear yang terhubung oleh jala-jala listrik dengan tingkat harmonisa tinggi terutama pada sistem konverter 12 pulsa yang banyak digunakan pada sistem aplikasi daya besar seperti High Voltage Direct Current (HVDC) Sistem CSC HVDC dengan konverter 12 pulsa
q THDV dan THDI rendah q DC Ripple kecil
Rangkaian penyearah 6 pulsa terhubung seri membentuk penyearah 12 pulsa
Untuk masing – masing jembatan penyearah 6 pulsa hubungan Y dan ∆ dapat dirumuskan :
Untuk menghitung faktor ripple (RF) dari penyearah adalah : RF =
Vac Vdc
Vac = Vrms − Vdc 2
2
Vac = nilai efektif (rms) kom ponen AC Vrms = nilai rms tegangan keluaran penyearah Vdc = nilai rata – rata tegangan penyearah
v an = vm sin ω t 2π vbn = vm sin ωt − 3 2π vcn = v m sin ω t + 3
Vdc =
3 3Vm
π
π vab = van − vbn = 3Vm sin ωt + 6 π vbc = vbn − vcn = 3Vm sin ωt − 2 π vca = vcn − van = 3Vm sin ωt + 2 1/ 2
cosα
1 3 3 Vrms = 3Vm + cos2α 2 4π
Skema rangkaian CSC
Rangkaian reinjeksi
Maksud dan Tujuan PENCACAHAN PULSA
Skema pencacahan pulsa
§ 0 < V0 < V1 Thyristor T1 dan T2 off. Thyristor T3 dan T4 bekerja sebagai pengontrol tegangan satu fasa 1 sin 2α v0 = V1 π − α + 2 π
1/ 2
§ 0 < V 0 < ( V1 + V 2 ) Thyristor T3 dan T4 di off kan. Thyristor T1 dan T2 bekerja sebagai pengontrol tegangan satu fasa 1 sin 2α v0 = (V1 + V 2 ) π − α + 2 π
v p = 2V s sin ωt = 2V p sin ωt v1 = 2V1 sin ωt
v 2 = 2V 2 sin ωt
1/ 2
§ V1 < V0 < ( V1 + V2 ) Thyristor T3 di on kan pada ωt = 0 dan tegangan sekunder v1 muncul melalui beban. Bila thyristor T1 di on kan pada ωt = α, thyristor T3 mengalami bias mundur karena tegangan sekunder v2 dan T3 off. Tegangan yang timbul pada beban adalah (V1 +V1 )
Struktur Diagonal Reccurent Neural Network (DRNN) W
o ij
W
o j
§ Struktur DRNN merupakan ANN dua layer dengan umpan balik dari keluaran layer pertama ke masukan layer pertama. Layer pertama adalah hidden (recurrent) layer yang tersusun atas neuron-neuron dengan fungsi alih nonlinier. Layer kedua adalah outputlayer yang tersusun atas neuron-neuron dengan fungsi alih linier. § Delay dalam koneksi recurrent menyimpan nilai-nilai (informasi) dari step waktu sebelumnya, yang dapat digunakan pada step waktu sekarang. Hal ini menyebabkan DRNN mampu untuk mempelajari pola temporal
Tahap Penelitian :
• Membuat model sistem dalam simulink MATLAB • Melakukan simulasi sistem tanpa rangkaian reinjeksi • Melakukan simulasi dengan rangkaian reinjeksi yang terdiri dari trafo dan saklar reinjeksi untuk proses pencacahan dan penggandaan pulsa pada sisi beban DC. • Membuat model kontrol penyalaan pasangan thyristor pada rangkaian reinjeksi dengan kontrol DRNN berdasarkan data dari simulasi dengan rangkaian reinjeksi • Membuat analisa hasil simulasi Parameter pembanding : § THDV § THDI § Vdc § Idc § RF (Ripple factor) DC
Kapasitor blok DC : Mengambil ripple DC
Model Sistem
vZ
+ v aY Vabc
I jp
v bY
vX
Ibeban
vdcY
vcY
Y Beban vdc
vM
Y
va
vb
vc
+ -
vdc I jn
Rang kaia n Reinjeksi
Trafo dan saklar reinjeksi : Pencacahan pulsa DRNN
Vz
Jembatan konverter : Pengubah AC ke DC dengan output 12 pulsa
Kontrol Trigger
Rangkaian reinjeksi
saklar reinjeksi
Triger sinyal saklar reinjeksi
§ Pada sisi DC jembatan tersebut, dengan adanya kapasitor dapat mengambil harmonisa (tegangan ripple) yang selanjutnya dicacah oleh rangkaian reinjeksi. § Penggandaan pulsa pada trafo nantinya dicacah oleh saklar reinjeksi. Proses tersebut bertujuan untuk memperbaiki bentuk gelombang tegangan dan arus beban DC dengan ripple factor (RF) yang kecil
Blok kontroller DRNN
Diagram layer DRNN
Model simulasi sistem Parameter sistem Parameter Sumber 3 fasa Trafo 3 fasa
Trafo 1 fasa (pada rangkaian reinjeksi)
Beban
Model rangkaian : 1) Sistem tanpa rangkaian reinjeksi 2) Sistem menggunakan rangkaian reinjeksi 3) Sistem menggunakan rangkaian reinjeksi dengan kontrol DRNN pada penyalaan saklar reinjeksi
Rangkaian reinjeksi Penyalaan saklar reinjeksi
VL-L Frekuensi Daya Total Frekuensi V1 V2 V3 Daya Total
Nilai 500 kV 50 Hz 80 M VA 50 Hz 500 kV 200 kV 200 kV 0,15 kVA
Frekuensi V1 V2 V3 Kapasitor Daya Total
50 Hz 300 V 200 V 200 V 0,5 mF 70 M W
Simulasi tanpa rangkaian reinjeksi
Sudut penyalaan pada jembatan konverter 12 pulsa (α) sebesar 30 0 Vabc dan Iabc THDV
THDI
Idc dan Vdc
Hasil simulasi tanpa rangkaian reinjeksi α (0)
Idc (A)
Vdc (kV)
Vdc rms (Kv)
THD I
THD V
DC Ripple
5 15 30 45 60 75 90
137,54 154,27 137,54 112,42 76,02 41,24 21,83
491,20 491,20 550,98 394,59 276,07 154,13 48,95
489,02 551,95 489,02 401,51 271,5 147,30 77,97
6,22 9,91 16,93 25,81 42,95 81,50 134,72
0,86 1,33 1,98 2,45 2,63 2,50 2,57
0.057 0.104 0.124 0.082 0.181 0.308 1.23
Simulasi rangkaian reinjeksi
Sudut penyalaan pada jembatan konverter 12 pulsa (α) sebesar 30 0
Vabc dan Iabc
THDV
THDI
Idc dan Vdc
Hasil simulasi dengan rangkaian reinjeksi α ( 0)
Idc (A)
Vdc (kV)
Vdc rms (Kv)
THD I
THD V
DC Ripple
5 15 30 45 60 75 90
145,28 141,19 128,82 103,60 73,11 40,06 13,90
518,85 504,26 460,05 369,98 261,11 143,07 49,65
518,28 503,50 459,54 369,79 260,78 143,11 49,63
3,79 3,39 3,68 9,00 16,61 32,73 117,95
1,06 0,91 0,98 1,89 2,39 2,32 1,94
0.018 0.021 0.041 0.032 0.050 0.023 0.028
Simulasi rangkaian reinjeksi menggunakan kontrol DRNN
Sudut penyalaan pada jembatan konverter 12 pulsa (α) sebesar 60 0
Vabc dan Iabc
THDV
THDI
Idc dan Vdc
Tanpa DRNN Dengan DRNN
Idc (A) 73,11
Vdc (kV) 261,11
Vdc rms (Kv) 260,78
THD I 16,61
THD V 2,39
DC Ripple 0.050
92,45
330,18
330,15
11,59
2,14
0.013
Grafik perbandingan nilai Idc dengan berbagai sudut α
Grafik perbandingan nilai THDI dengan berbagai sudut α
180
160
160
140
140
120
120
100
100
80
80
60
60 40
40
20
20
0
0 0
20
40
60
80
100
Grafik perbandingan nilai Vdc dengan berbagai sudut α
0
20
40
60
80
100
Grafik perbandingan nilai THDv dengan berbagai sudut α
600
3
500
2.5
400
2
300
1.5
200
1 0.5
100
0
0 0
20
40
---- : tanpa rangkaian reinjeksi ---- : rangkaian reinjeksi
60
80
100
0
20
40
60
80
100
Grafik perbandingan nilai ripple factor (RF) dengan berbagai sudut α 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
---- : tanpa rangkaian reinjeksi ---- : rangkaian reinjeksi
§ Dari grafik menunjukkan bahwa kenaikan sudut penyalaan konverter 12 pulsa dapat menurunkan keluaran arus dan tegangan output DC ( I dc dan Vdc ) tetapi menambah kandungan harmonisa sisi input (THD I dan THD V). § Untuk faktor ripple pada rangkaian tanpa reinjeksi cenderung naik dan pada rangkaian injeksi cenderung stabil.
PENUTUP Ke simpulan • •
Adanya rangkaian reinjeksi pada sistem konverter 12 pulsa dapat mengurangi kandungan harmonisa pada sisi input, besaran I dc dan Vdc. Adanya kontrol penyalaan saklar reinjeksi dengan menggunakan Diagonal Recurrent Neural Network (DRNN) dapat mengurangi besaran ripple pada sisi output beban DC tetapi menambah besaran Vdc dan I dc.
Saran Adanya perbaikan model rangkaian reinjeksi untuk proses pencacahan pulsa disisi output DC. Perbaikan tersebut untuk mendapatkan ripple faktor kecil terutama terhadap sudut penyalaan thyristor jembatan konverter 12 pulsa yang tinggi.
TERIMA KASIH
