Aplikasi Active Power Filter Tiga Fasa Tipe Seri Berbasis Jaringan Syaraf Tiruan Untuk Mengatasi Sumber Tegangan Yang Terdistorsi

Transkripsi

1 PAPER ID : 096 Aplikasi Active Power Filter Tiga Fasa Tipe Seri Berbasis Jariga Syaraf Tirua Utuk Megatasi Sumber Tegaga Yag Terdistorsi Hay H. Tumbelaka 1), Thiag 2), Marseli 3) 1,2,3) Jurusa Tekik Elektro Uiversitas Kriste Petra, Surabaya ) tumbeh@petra.ac.id, 2) thiag@petra.ac.id, 3) sellydoak@hotmail.com Abstrak - Tegaga harmoisa pada sistem teaga listrik dapat meggaggu kerja peralata da meuruka kualitas daya listrik. Hal ii diatasi dega megguaka Series Active Power Filter yag merupaka Voltage Source Iverter (VSI) tiga fasa. Metode kompesasi jariga syaraf tirua diguaka sebagai ragkaia kotrol Series Active Power Filter utuk meghasilka tegaga referesi dari tegaga sumber yag terdistorsi harmoisa da tidak seimbag. Jariga syaraf tirua meetuka amplitudo dari kompoe sius da kosius tegaga referesi. Hasil simulasi komputer meujukka bahwa Series Active Power Filter tiga fasa dega metode kompesasi jariga syaraf tirua secara efektif mampu meghilagka harmoisa da meghasilka tegaga tiga fasa yag siusoidal da seimbag yag aka diterima oleh beba. Kata kuci: Series Active Power Filter, Harmoisa, Jariga Syaraf Tirua 1. PENDAHULUAN Secara ideal, betuk gelombag tegaga AC yag dibagkitka berbetuk gelombag siusoidal yag mulus. Aka tetapi, fakta di lapaga meujuka bahwa betuk gelombag tegaga tidak semulus yag diigika. Terdapat tegaga listrik tiga fasa yag terdistorsi oleh harmoisa da juga tidak seimbag. Hal ii aka meuruka kualitas daya listrik karea beba aka meerima tegaga yag tidak ideal. Operasi peralata juga aka tergaggu atau rusak. Salah satu cara utuk meguragi harmoisa dari sumber adalah dega megguaka filter. Utuk membuat filter dapat diguaka kompoe pasif (R, L, C) atau kompoe aktif (trasistor). Pegguaa Filter Pasif utuk megatasi masalah harmoisa memiliki bayak kelemaha atara lai haya dapat diguaka utuk memfilter satu frekuesi harmoisa (sigle tue). Hal ii berarti membutuhka sejumlah filter utuk megatasi sejumlah harmoisa. Filter ii tidak fleksible pada kodisi diamis da dapat meimbulka resoasi paralel pada sistem teaga, memiliki karakteristik filter L-C yag sagat dipegaruhi oleh impedasi sistem yag sulit diketahui secara pasti karea dapat berubah terhadap kofigurasi jariga. Utuk megatasi kelemaha yag ditimbulka Passive Power Filter [1][2], maka diguaka Active Power Filter (APF). Ada 2 tipe APF yaitu tipe seri da tipe parallel [3]. Tipe seri bekerja utuk megkompesasi tegaga sedagka tipe parallel utuk megkompesasi arus. Karea itu utuk megatasi masalah harmoisa tegaga dari sumber aka diteliti pegguaa Series Active Power Filter. Bayak sekali metode kompesasi yag diguaka utuk megotrol APF [4]. Diharapka bahwa metode yag diguaka dapat membatu meghasilka tegaga atau arus ati harmoisa yag sesuai utuk diijeksi ke sistem yag tergaggu. Perkembaga saat ii, tekik artificial itelligece khususya tekik jariga syaraf tirua (artificial eural etwork) [5][6] mulai diterapka utuk medeteksi harmoisa. Oleh karea itu dalam makalah ii aka dibahas tetag aplikasi Series APF tiga fasa yag bekerja dega cara megkompesasi tegaga harmoisa da juga ketidakseimbaga sumber tiga fasa pada sistem teaga listrik dega metoda jariga syaraf tirua (JST) agar beba meerima sumber tegaga yag siusoidal da seimbag. 2. KONFIGURASI SERIES ACTIVE POWER FILTER Series APF adalah sebuah iverter yag terhubug seri atara sumber listrik da beba dega batua matchig trasformer sehigga dapat megkompesasi distorsi tegaga harmoik (Gambar 1). Iverter yag diguaka adalah Voltage Source Iverter (VSI) yag terdiri atas 6 buah IGBT dega Dioda ati-paralel. Pada sisi DC dipasag kapasitor da pada sisi AC terpasag kofigurasi L-C sebagai high-pass filter [6]. Gambar 1: Ragkaia Series APF

2 VSI dioperasika dega megotrol tegaga output sedemikia rupa sehigga sesuai dega tegaga referesi yag dikehedaki. Utuk melihat apakah output tegaga iverter sama dega tegaga referesi dipasag sesor tegaga pada sisi output (AC) dari VSI. Output dari sesor tegaga dibadigka dega tegaga referesi. Jika tegaga iverter sama dega tegaga referesi maka error-ya ol. Siyal error dijumlahka dega tegaga referesi utuk kemudia dibadigka dega siyal carrier segitiga sehigga meghasilka siyal Pulse Width Modulatio (PWM) utuk terus memicu IGBT. Tegaga referesi yag adalah kompoe harmoisa diperoleh dari selisih atara tegaga sumber yag terdistorsi dega tegaga fudametal yag dihasilka oleh JST. Prosesya dimulai dari medeteksi tegaga sumber tiga fasa yag megadug harmoisa da juga tidak seimbag megguaka sesor tegaga. Tegaga ii kemudia diproses utuk memisahka kompoe fudametal da kompoe harmoisa megguaka metoda JST. Output dari JST berupa tegaga fudametal. Kompoe harmoisa ii diguaka utuk megotrol tegaga output VSI. Dega demikia VSI meghasilka tegaga ati harmoisa yag melawa tegaga harmoisa yag dihasilka oleh sumber sehigga tegaga yag di-supply ke beba mejadi siusoidal. Kofigurasi diagram Series APF dapat dilihat pada gambar KOMPENSASI HARMONISA DENGAN METODE JARINGAN SYARAF TIRUAN 3.1. Prisip Dasar Kotrol Jariga Saraf Tirua Beberapa siyal periodik dapat digambarka sebagai pejumlaha kompoe sius da kosius. Kosep ii mejadi dasar dari peracaga arsitektur JST dalam megestimasi kompoe harmoisa da ketidakseimbaga pada sumber tegaga tiga fasa. Sumber yag membagkitka tegaga harmoisa dapat digambarka sebagai: N V ( t) ( a si( t) b cos( t)) (1) 1,2,... dimaa a da b merupaka amplitudo dari kompoe sius da kosius dari sumber tegaga harmoisa. Tegaga sumber harmoisa dapat diyataka dega persamaa: V( t) W X ( t) (2) dimaa matriks bobot: W a1, b1, a2, b2... a, b (3) da vektor iput sius/kosius: X ( t) si( t),cos( t)...si( t),cos( t) (4) Berdasarka persamaa (4) maka arsitektur dari kompesasi jariga syaraf tirua dapat digambarka sebagai berikut: Gambar 2: Kofigurasi Series Active Power Filter Agar ragkaia dapat bekerja dega stabil da kompesasi berjala baik, maka tegaga sisi DC VSI harus lebih besar daripada tegaga peak-to-peak pada sisi AC. Tegaga pada sisi DC harus dipertahaka kosta dega megguaka kotrol PI (Proportioal Itegral). Jika tidak, maka rugi-rugi pada ragkaia aka meyebabka tegaga DC-bus meuru [6]. Gambar 3: Arsitektur Jariga Syaraf Tirua Pada dasarya arsitektur JST seperti pada gambar 2 adalah jariga saraf tirua ADALINE (Adaptive Liear Neuro) yag dikembagka oleh Widrow da Marcia Hoff dega megguaka Sigle Layer Network yag terdiri dari satu layer iput da satu layer output.

3 Gambar 2 meujuka JST yag memiliki pasag iput tegaga yag terdiri dari iput sius da iput kosius da dibagi dalam kompoe fudametal da kompoe harmoisa. Bobot (W) dari setiap iput diatur sedemikia rupa sehigga meyerupai amplitudo tegaga fudametal da tegaga harmoisa. Dega peyesuaia ilai bobot yag berulag-ulag meyebabka JST megalami proses learig (belajar). Pada setiap pembelajara, iput tegaga (V S ) aka diproses da dihasilka output tegaga estimasi (V est ). Selisih atara output jariga (V est ) dega target (V s ) merupaka error e (k) yag terjadi. Jariga aka memodifikasi bobot sesuai dega error (kesalaha) tersebut. Dega demikia bila e (k) telah mejadi ol, maka tegaga estimasi meyerupai iput tegaga. Output dari JST adalah tegaga fudametal (V P ). Dari output JST dapat ditetuka tegaga referesi V c utuk diijeksi ke Series Active Power Filter yag diperoleh dari peguraga tegaga sumber harmoisa V s dega tegaga fudametal hasil estimasi V P Algoritma Traiig Widrow-Hoff utuk Jariga Saraf Tirua pada Series Active Power Filter Proses learig dilakuka dega megguaka algoritma Widrow-Hoff bertujua utuk memiimalka besarya error e (k) atara tegaga sumber V s (t) da tegaga estimasi V est, dimaa e (k) dapat diyataka dega persamaa di bawah ii: e k) V s V est ( (5) Tegaga referesi V c (t) dari Active Power Filter aka diperoleh berdasarka hasil dari perhituga bobot. Prisip dasar dari perhituga bobot dega algoritma JST dapat digambarka sebagai berikut: V( 1) = perubaha tegaga V cr η = learig rate, 0 1 V cr ( ) = V ( ) W( ) V ( ) s Proses pembelaja dari jariga JST dega metode Widrow-Hoff diguaka utuk memperoleh ilai dari bobot dega ilai learig rate tertetu. Pada akhirya tegaga referesi dari filter dapat dihitug dega megguaka persamaa (7) : Vc ( t) Vs ( t) WV ( t) (7) Berdasarka persamaa (6) da persamaa (7) maka pemodela ragkaia kotrol pada Matlab Simulik utuk memperoleh ilai bobot W dega algoritma Widrow-Hoff dapat digambarka pada gambar 5. Gambar 5: Ragkaia Kompesasi V C (t) 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Utuk membuktika kerja Series Active Power Filter dega metode kompesasi JST, maka ragkaia disimulasi megguaka gabuga software PSIM da Matlab Simulik. Ragkaia sumber, beba da iverter dimodelka pada PSIM sedagka kotrol kompesasiya megguaka Matlab Simulik. Sumber yag megadug harmoisa da tidak seimbag dapat dilihat pada gambar 6 da gambar 7. s Gambar 4: Perhituga Bobot Jariga Syaraf Tirua Jariga syaraf tirua pada gambar 4 terdiri atas sebuah euro, dimaa bobot euro diyataka sebagai W. Yag mejadi iput dari sistem adalah tegaga sumber V s (t) yag dibagkitka, semetara output-ya adalah tegaga fudametal V P (t) da output dari sistem adalah tegaga referesi V c (t). Berdasarka algoritma Widrow-Hoff, persamaa (6) diguaka utuk memperbaharui bobot. W( ) W( 1) VcrV ( 1) (6) dimaa : Gambar 6: Sumber tiga fasa tak seimbag da membagkitka harmoisa

4 state da meyerupai iput tegaga sumber harmoisa (V s ). Dega melihat gambar 6 da gambar 7 maka gambar 10 meujukka error yag dihasilka dari perbadiga V s da V est : Gambar 7: Spektrum harmoisa sumber tiga fasa Gambar 8 meujuka pembacaa siyal oleh Matlab Simulik utuk iput sumber tegaga harmoisa (V S ) fasa A yag masuk ke sistem JST: Gambar 10: Error e (k) Pada simulasi dihasilka error dega ripple yag cukup tiggi dari t = 0 detik higga t = 0.04 detik, amu setelahya error semaki medekati ol karea proses learig yag dilakuka. Karea tegaga estimasi sudah meyerupai iput tegaga harmoisa fasa A maka output tegaga fudametal yag merupaka output JST dapat ditetuka seperti pada gambar 11: Gambar 8: Iput sumber tegaga harmoisa fasa A Tegaga estimasi adalah total tegaga siyal sius da kosius yag dihasilka oleh ragkaia JST yag diharapka meghasilka tegaga yag sama dega iput sumber tegaga harmoisa dega gai (learig rate) 0.2 (Gambar 9). Gambar 11: Tegaga fudametal (V P ) Tegaga fudametal tersebut idetik dega tegaga fudametal fasa A yag dibagkitka pada sistem jariga listrik dega V rms = Volt da V peak = Volt. Proses selajutya adalah meetuka tegaga referesi bagi VSI yag merupaka tegaga harmoisa melalui perbadiga atara sumber tegaga tiga fasa yag megadug harmoisa da tidak seimbag dega tegaga fudametal yag dihasilka oleh JST dapat dilihat pada gambar 12. Gambar 9: Tegaga estimasi (V est ) yag dihasilka jariga syaraf tirua Gambar 9 meujuka output dari proses learig JST. Dibutuhka waktu sekitar 0.05 detik utuk meghasilka tegaga estimasi yag steady

5 Gambar 12: Tegaga referesi (V c ) tiga fasa Tegaga referesi ii dibadigka dega siyal segitiga utuk meghasilka PWM sebagai pemicu IGBT. Proses ii berlagsug higga tegaga output VSI semaki meyerupai tegaga referesi. Tegaga output iilah yag kemudia diijeksi ke sistem melaui trafo yag dihubugka seri dega sistem. Gambar 13 meujukka tegaga output VSI. Gelombag tegaga hasil kompesasi Series APF da spektrum harmoisaya tampak pada gambar 14 da 15. Terlihat bahwa tegaga beba berbetuk siusoidal da seimbag dega V rms = Volt. Gambar 13: Tegaga output VSI yag diijeksi ke sistem Gambar 14: Tegaga sistem setelah kompesasi Gambar 15: Spektrum harmoisa setelah dikompesasi 5. KESIMPULAN Kompoe ragkaia Jariga Syaraf Tirua (JST) baik dari iput sumber sius kosius maupu learig rate, parameterya ditetuka secara maual, da ketika tegaga sumber harmoisa diijeksi ke jariga syaraf tirua sebagai pembadig maka secara fleksible Jariga syaraf tirua beradaptasi dega perubaha yag ada, melalui proses learig pada bobot W. Selai itu, dega megatur gai (learig rate), time delay, da amplitudo sius kosius iput V(t) mempegaruhi tegaga estimasi, dega pegatura yag tepat dihasilka tegaga estimasi yag meyerupai tegaga sumber harmoisa. Semaki meyerupai tegaga sumber harmoisa, semaki kecil error yag dihasilka da diharapka sama dega ol. Ketika error sama dega ol didapat arus referesi (arus harmoisa muri) yag dikehedaki yag aka diijeksi ke VSI. Hasil simulasi meujukka bahwa ragkaia Series Active Power Filter tiga fasa dega metode kompesasi Jariga Syaraf Tirua secara efektif mampu megatasi sumber tegaga tiga fasa yag terdistorsi harmoisa da tidak seimbag. Referesi [1] C. Sakara, Power quality, CRC Press, [2] H. Kawahira, T. Nakamura, S. Nakazawa, ad M. Nomura, Active power filters, i Proc. JIEE-IPEC, Mar. 1983, pp [3] Peg F. Z, Harmoic sources ad filterig approaches, Idustry Applicatios Magazie, IEEE, (4): p [4] Gree, T.C. ad J.H, Marks, Cotrol techiques for active power filters, Electric Power applicatios, IEEE Proceedigs, 2005, 152(2):pp [5] Temurtas, F., et al., Harmoic detectio usig feed forward ad recurret eural etworks for active filte, Electric Power Systems Research, 2004, 72(1): pp [6] Hay H. Tumbelaka, Thiag, Sorati, Aplikasi Jariga Saraf Tirua pada Shut Active Power Filter Tiga Fasa, Proceedig of the 11th Idustrial Electroics Semiar 2009, ITS, Surabaya.