OLEH : FRANS JOYOKO SIANTURI / MTE

Transkripsi

1 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 / MTE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

2 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 Oleh : FRANS JOYOKO SIANTURI /MTE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

3 Judul Tesis : SIMULASI PEMULIHAN KEDIP TEGANGAN AKIBAT GANGGUAN HUBUNG SINGKAT SATU FASA KE TANAH PADA SISTEM DISTRIBUSI TIGA FASA MENGGUNAKAN DVR BERBASIS PENGENDALI LOGIKA FUZZY Nama Mahasiswa : Frans Joyoko Sianturi Nomor Induk : Program Studi : 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

4 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

5 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.

6 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 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

7 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, 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 dan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Elektro, Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT selaku

8 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

9 DAFTAR ISI ABSTRAK... ABSTRACT... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... i ii iii v DAFTAR TABEL...vii DAFTAR GAMBAR...viii BAB 1. PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Pembatasan Masalah Tujuan Penelitian Metode Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA Sistem Distribusi Kualitas Daya Kedip Tegangan Standar kedip tegangan Penyebab kedip tegangan Pengaruh kedip tegangan terhadap beban sensitif Menentukan besar kedip tegangan Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah Dynamic Voltage Restorer (DVR) Struktur dasar DVR Metode kompensasi kedip tegangan pada DVR Teknik Deteksi Kedip Tegangan pada DVR Sistem Kendali Logika Fuzzy DVR Pengendali logika fuzzy... 44

10 2.7.2 Model sistem pengendalian Skema kendali fuzzy BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN Bahan-Bahan Penelitian Langkah-Langkah Pelaksanaan Penelitian Perancangan model penelitian Teknik analisa data Pengujian kualitas hasil penelitian Alat Penelitian Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian BAB 4. HASIL SIMULASI DAN PEMBAHASAN Paramater Model Pengujian Perancangan Model Simulasi Hasil Simulasi Sebelum Terjadi Gangguan Satu Fasa ke Tanah Hasil Simulasi Setelah Gangguan Satu Fasa ke Tanah Tanpa DVR Beban 2.5 kw Beban 5 kw Beban 7.5 kw Beban 10 kw Hasil Simulasi Setelah Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah Menggunakan DVR Tanpa Pengendali Logika Fuzzy Dengan beban 2.5 kw Dengan beban 5 kw Dengan beban 7.5 kw Dengan beban 10 kw Hasil Simulasi Setelah Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah Menggunakan DVR Dengan Pengendali Logika Fuzzy Dengan beban 2.5 kw Dengan beban 5 kw Dengan beban 7.5 kw Dengan beban 10 kw BAB 5. KESIMPULAN DAFTAR PUSTAKA...106

11 DAFTAR TABEL Nomor Judul Hal Perbandingan penelitian yang telah dilakukan dan yang akan dilakukan tentang Dynamic Voltage Restorer Karakteristik gangguan tegangan Himpunan aturan logika fuzzy Data hasil simulasi DVR tanpa pengendali logika fuzzy Data hasil simulasi DVR berbasis pengendali logika fuzzy

12 DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Hal 1.1. Model pengendali DVR yang digunakan oleh F Jurado Model sistem pengendali oleh P, Ajay et al Model sistem pengujian P. Ajay et at Skema diagram pengendali PI Adaptif FL Model sistem simulasi pemgemdali PI Adaptif FL Tipikal jaringan distribusi Kurva CBEMA dan 1TIC Bentuk gelombang kedip tegangan Tipikal hubungan beban satu fasa dan beban tiga fasa Kurva tingkat kepekaan peralatan terhadap kedip tegangan Model pembagi tegangan Diagram rangkaian gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah Jaringan yang mengalami gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah Struk - tur dasar sistem DVR Rangkaian ekivalen inverter satu fasa Pembangkitan tegangan keluaran sinusoidal inverter SPWM satu 29

13 fasa Bentuk tegangan keluaran inverter SPWM satu fasa Rangkaian inverter tiga fasa Metode konduksi inverter o Bentuk gelombang keluaran inverter pada konduksi Switch by pass pada DVR Sistem daya dengan DVR Teknik kompensasi Pre-Sag Teknik kompensasi In-Phase Teknik kompensasi optimasi energi Aliran daya aktif dan reaktif pada sistem dengan DVR Blok diagram sederhana PLL teknik pengendalian DV - R herdasarkan transformasi Park Blok diagram sistem pengendali logika fuzzy Fungsi keanggotaan untuk masukan dan keluaran Teknik defuzzification memakai metode centroid Rangkaian ekivalen sistem daya satu fasa Blok diagram skema kendali DVR Rancangan simulasi kedip tegangan pada jaringan distribusi 56

14 3.3. Blok regulator tegangan DVR berbasis pengendali logika fuzzy Voltage loop control pada DVR Rancangan rangkaian filter LC tiga fasa pada Simulasi penelitian Skema hubungan inverter dengan transformator penyuntik Simulasi sebelum gangguan satu fasa ke tanah Hasil simulasi tegangan beban atau sumber tegangan sebelum terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah 4.3. Simulasi setelah terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah tanpa menggunakan DVR Hasil simulasi tegangan sumber dan beban sensitif setelah terjadi 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 singkat satu fasa ke tanah tanpa menggunakan DVR pada beban 5 kw 4.6. Hasil simulasi tegangan sumber pada saat terjadi gangguan hubung singkat satu tasa ke tanah tanpa menggunakan DVR pada beban 7,5 kw 4.7. Hasil simulasi tegangan sumber pada saat terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah tanpa menggunakan DVR pada beban 10 kw 70 71

15 4.8. Simlasi DVR setelah terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy Blok DVR tanpa pengendali logika fuzzy Tegangan sumber dan tegangan beban sensitif DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 2,5 kw Tegangan keluaran inverter menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 2,5 kw Hasil simulasi tegangan suntik dengan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 2,5 kw Analisa FFT gelombang keluaran transformator penyuntik Hasil simulasi tegangan sumber, tegangan beban sensitif dan setelah terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 5 kw Tegangan suntik menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 5 kw Tegangan keluaran inverter menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 5 kw Analisa FFT gelombang keluaran transfprmator penyuntik pada beban 5 kw Hasil simulasi tegangan sumber, tegangan beban sensitif dan setelah terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kw 78

16 4.19. Tegangan keluaran inverter menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kw dan Vdc = 160 Volt Hasil Simulasi tegangan suntik menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kw dan Vdc = 48 volt FFT Analisis gelombang keluaran transformator penyuntik Tegangan sumber dan tegangan beban sensitif menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 10 kw dan Vdc = 160 volt Tegangan keluaran inverter menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 10 kw dan Vdc = 160 Volt Tegangan suntik menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 10 kw Analisa FFT gelombang keluaran transfprmator penyuntik pada beban 10 kw Grafik hubungan tegangan keluaran inverter terhadap perubahan besar (daya) beban menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy Grafik hubungan tegangan suntik output filter terhadap perubahan besar (daya) beban menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy Blok regulator tegangan DVR berbasis pengendali logika fuzzy Simulasi DVR berbasis pengendali logika fuzzy Analisa FFT tegangan keluaran inverter sebelum filter pasif 87

17 4.31. Analisa FFT tegangan keluaran inverter setelah filter pasif Hasil simulasi tegangan sumber dan tegangan beban sensitif setelah gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah menggunakan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 2,5 kw Tegangan keluaran inverter setelah gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah menggunakan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 2,5 kw tegangan suntik setelah gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah menggunakan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 2,5 kw Analisa FFT gelombang keluaran transformator penyuntik Hasil simulasi tegangan sumber dan tegangan beban sensitif setelah gangguan dgn DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 5 kw Hasil simulasi tegangan keluaran inverter setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 5 kw Hasil simulasi tegangan suntik setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 5 kw Analisa FFT gelombang keluaran transformator penyuntik setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 5 kw Hasil simulasi tegangan sumber dan tegangan beban sensitif setelah gangguan dgn DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada

18 beban 7,5 kw Hasil simulasi tegangan keluaran inverter setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kw Hasil simulasi tegangan suntik setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kw Analisa FFT gelombang keluaran transformator penyuntik setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kw Hasil simulasi tegangan sumber dan tegangan beban sensitif setelah gangguan dgn DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 10 kw Hasil simulasi tegangan keluaran inverter setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 10 kw Hasil simulasi tegangan suntik setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 10 kw Analisa FFT gelombang keluaran transformator penyuntik setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 10 kw Grafik hubungan daya beban dan Vout inverter Waktu pemulihan terhadap terjadinya kedip tegangan Grafik hubungan daya beban dan tegangan suntik keluaran inverter 101

19 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.

20 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 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

21 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Sistem Distribusi daya listrik idealnya harus dapat memberikan kepada pelanggan mereka aliran energi yang tidak terganggu, dalam bentuk gelombang tegangan sinusoidal yang mulus dan pada tingkat besaran dan frekuensi yang baik. Masalah kedip tegangan adalah penyebab utama (80%) dari masalah kualitas daya. Kedip tegangan biasanya disebabkan oleh sumber gangguan, seperti gangguan hubung singkat satu-fasa ke tanah [1,2]. Kualitas daya merupakan isu yang semakin penting bagi konsumen listrik pada semua tingkat penggunaan. Peralatan yang sensitif sekarang lebih umum ditempatkan dalam kedua sektor, yaitu industri maupun rumah tangga. Sekarang ini kesadaran di kalangan pengguna daya listrik mengenai kualitas daya yang diterimanya semakin meningkat. Gangguan hubung singkat, baik pada saluran transmissi maupun pada saluran distribusi dapat menyebabkan transient, kedip tegangan (sag voltage) ataupun tegangan membengkak (swell voltage) di seluruh sistem atau sebagian besar sistem. Juga di bawah kondisi beban yang berat, drop tegangan yang berarti dapat terjadi dalam sistem. Kedip tegangan dapat terjadi setiap waktu, dengan amplitudo mulai 10% - 90% dan durasi berlangsung dari 0,5 siklus sampai 1 menit. Selanjutnya, kedip tegangan bisa seimbang atau tidak seimbang, tergantung pada jenis gangguan, dan 1

22 mereka bisa memiliki besaran yang tak terduga, tergantung pada faktor-faktor seperti jarak dari titik gangguan dan hubungan belitan transformatornya [3]. Kedip tegangan dan tegangan membengkak dapat menyebabkan peralatan yang sensitif (seperti dijumpai dalam semi konduktor atau pabrik bahan kimia) gagal atau shut down serta menciptakan ketidak-seimbangan arus yang besar yang bisa memutuskan sekering atau trip circuit breaker. Efek ini bisa sangat mahal untuk pelanggan, mulai dari tingkat kualitas daya yang kecil sampai tingkat yang dapat mematikan produksi dan merusak peralatan [4,5]. Ada banyak metode yang berbeda untuk mengurangi kedip tegangan, tetapi penggunaan perangkat daya yang bisa dianggap metode yang paling effisien adalah menggunakan Dynamic Voltage Restorer (DVR). Selajutnya mengenai perangkat dan prinsip kerja DVR untuk memperbaiki dan memperkecil pegaruh kedip tegangan pada saluran distribusi yang mengalami gangguan hubung singkat akan dibahas pada tesis ini [6,7]. Pada penelitian yang dilakukan oleh Fransisco Jurado dan Manuel Valverde [8] dilakukan pengujian terhadap DVR pada sistem tiga fasa dengan menggunakan Fuzzy Logic Controller untuk mengendalikan besar tegangan yang disuntikkan oleh DVR ke sistem beban yang dilindungi. Model sistem pengendali logika fuzzy yang digunakan di DVR oleh Fransisco Jurado adalah seperti Gambar 1.1

23 Gambar 1.1 Model pengendali DVR yang digunakan oleh F. Jurado [8]. Pada penelitian ini Jurado memakai inverter SPWM yang terbuat dari Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) dan dikendalikan dengan sistem logika fuzzy. Keluaran dari pengendali inverter ini kemudian disuntikkan ke terminal beban yang dilindungi agar tegangan beban dipulihkan ke nilai nominalnya. Namun pada penelitian ini hanya terhadap kedip tegangan seimbang yang disebabkan oleh gangguan hubung singkat tiga fasa. Pada penelitian yang dilakukan oleh P. Ajay et. al [9], juga dilakukan pemodelan dan pegujian terhadap DVR dengan menggunakan pengendali Proportional Integral (PI) dan Fuzzy Logic (FL) seperti Gambar 1.2 dan 1.3

24 Gambar 1.2 Model sistem pengendali oleh P. Ajay et al [9]. Gambar 1.3 Model sistem pengujian P. Ajay et al [9].

25 Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan perangkat inverter cascade 11 tingkat yang memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan inverter tipe yang lain. Dalam sistem DVR dipakai sistem kendali loop terbuka, dan tegangan pada sisi sumber DVR V abc dibandingkan dengan tegangan referensi V ref di sisi beban dan kesalahan (error) diumpankan ke pengendali logika fuzzy untuk melakukan perhitungan guna mendapatkan keluaran (output). Pada penelitian ini juga dilakukan perbandingan hasil kompensasi yang dihasilkan DVR yang menerapkan sistem kendali PI dengan sistem kendali logika fuzzy. Kesimpulan yang diperoleh menyatakan bahwa sistem kendali logika fuzzy menunjukkan kinerja yang lebih baik. Pada penelitian yang dilakukan oleh B. Ferdi et al [10], sistem pengendali yang diusulkan terdiri dari pengendali logika fuzzy dan pengendali PI. Pengendali PI tidak dapat memberikan kinerja pengendalian yang dibutuhkan, ketika ada variasi dalam parameter-parameter sistem atau kondisi operasi. Pengendali fuzzy secara on line dapat disesuaikan dengan dua parameter pengendali PI di berbagai kondisi operasi yang berbeda. Kerugian pengendali PI adalah ketidak-mampuannya untuk bereaksi bila ada perubahan yang tiba-tiba dari sinyal kesalahan ε, karena pengendali PI hanya mampu menentukan nilai sesaat dari sinyal kesalahan tanpa mempertimbangkan perubahan naik turunnya kesalahan. Dengan aturan dasar, nilai-nilai konstanta KP dan KI berubah sesuai dengan nilai sinyal kesalahan ε, dan tingkat kesalahan ε. Struktur

26 dan aturan dasar penentuan dilakukan dengan menggunakan metode trial and error atau melalui coba-coba. Adapun skema pengendali PI adaptif logika fuzzy dan model simulasi pengendali ini pada DVR adalah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.4 dan Gambar 1.5 Gambar 1.4 Skema Diagram Pengendali PI Adaptif FL [10]. Gambar 1.5 Model Sistem Simulasi Pengendali PI Adaptif FL [10]. Tabel 1.1 di bawah ini memuat daftar penelitian yang pernah dilakukan dan yang akan dilakukan tentang Dynamic Voltage Restorer (DVR).

27 Tabel 1.1. Perbandingan penelitian yang telah dilakukan dan yang akan dilakukan No. Nama Peneliti Sistem Fasa Metode Kontrol Program Simulasi Kondisi Tahun Penelitian 1 Fransio Jurado dan Manuel Valverado Tiga Fasa Fuzzy Logic Controller Matlab Beban Konstan Gangguan hubung singkat tiga fasa P. Ajay et al Tiga fasa Fuzzy Logic Controller Matlab Beban konstan, dan Multi Level Inverter B.Ferdi et al Tiga fasa Adaptive PI Control dan Fuzzy Logic Matlab Beban Konstan Gangguan Variabel Penulis Tiga Fasa Fuzzy Logic Controller Matlab Beban variabel, Gangguan satu fasa ke tanah 2012 Pada penelitian ini akan dibuat pemodelan sistem distribusi tiga fasa yang mengalami gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah dan memasok beban sensitif yang dilindungi bervariasi. Pada jaringan distribusi sekunder 380 volt dipasangkan DVR berbasis pengendali logika fuzzy untuk melindungi variasi beban sensitif terhadap pengaruh kedip tegangan yang timbul akibat gangguan satu fasa ke tanah pada jaringan sistem distribusi. Dari hasil pemodelan ini selanjutnya akan dianalisa pemulihan kedip tegangan yang terjadi pada beban sensitif yang dayanya bervariasi,

28 yang dilindungi oleh DVR berbasis logika fuzzy terhadap pengaruh kedip tegangan akibat gangguan hubung singkat satu fasa pada sistem. 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah maka dirumuskan permasalahan adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana Dynamic Voltage Restorer berbasis pengendali logika fuzzy dapat mengatasi masalah kedip tegangan yang diakibatkan oleh terjadinya gangguan hubung singkat satu-fasa ke tanah pada saluran distribusi arus bolak balik tiga fasa. 2. Bagaimana memodelkan Dynamic Voltage Restorer berbasis pengendali logika fuzzy untuk melindungi peralatan sensitif terhadap gangguan hubung singkat satu-fasa ke tanah. 3. Bagaimana hubungan besar tegangan yang disuntikkan DVR dengan besar beban sensitif yang dilindungi bervariasi Pembatasan Masalah Karena luasnya masalah yang berkaitan dengan kualiatas daya, maka pada penelitian ini hanya akan membahas pemulihan kedip tegangan yang diakibatkan oleh gangguan hubung singkat satu-fasa ke tanah pada jaringan distribusi, dimana beban sensitif terhubung.

29 1.4 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui sejauh mana DVR yang dikendalikan dengan pengendali logika fuzzy dapat memulihkan kedip tegangan (sag voltage) akibat gangguan hubung singkat satu-fasa ke tanah pada sistem distribusi tiga fasa, sehingga beban sensitif yang dilindungi tetap memperoleh pasokan tegangan sebesar 1 pu atau mendekati. 1.5 Metode Penelitian Metodologi penelitian yang digunakan pada tesis ini adalah sebagai berikut : a. Studi Literatur Langkah awal yang dikerjakan pada tugas akhir ini adalah studi literatur, yaitu mencari informasi atau data mengenai sebagian atau keseluruhan sistem dari buku teks, jurnal, internet dan lain-lain. b. Pemodelan Dalam tesis ini simulasi menggunakan perangkat lunak Matlab 7, pemodelan dalam bentuk M-file dan Simulink. c. Analisis Data yang akan dianalisa adalah perubahan tegangan yang dihasilkan oleh pengoperasian DVR, sebelum dan sesudah penambahan kendali logika fuzzy.

30 1.6 Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah : a. Dapat memberikan kontribusi terhadap perkembangan sistem distribusi daya listrik khususnya permasalahan kedip tegangan yang terdapat pada sistem distribusi arus bolak balik tiga fasa, yang disebabkan oleh gangguan hubung singkat satu-fasa ke tanah. b. Dapat memberikan masukan yang bermanfaat pada industri ataupun produsen listrik untuk melindungi peralatan sensitif terhadap kedip tegangan.

31 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sistem Distribusi Jaringan transmisi dan jaringan distribusi pada sistem daya listrik berfungsi sebagai sarana untuk menyalurkan energi listrik yang dihasilkan dari pusat pembangkit ke pusat-pusat beban. Sistem jaringan distribusi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu sistem jaringan distribusi primer dan jaringan distribusi sekunder. Kedua sistem dibedakan berdasarkan tegangan kerjanya. Pada umumnya tegangan kerja pada sistem jaringan distribusi primer adalah 20 kv, sedangkan tegangan kerja pada sistem jaringan distribusi sekunder adalah 220/380 volt, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1 [11]. Saluran Distribusi Primer 20 kv Saluran Distribusi Sekunder 20 kv 220/380 v Gambar.2.l. Tipikal jaringan distribusi [11] Untuk menyalurkan daya listrik yang dibutuhkan oleh konsumen (tegangan rendah 220/380 volt) dipasok dari gardu-gardu distribusi yang bersumber 11

32 dari jaringan primer (penyulang 20 kv) dan jaringan sekunder (gardu-gardu hubung 20 kv/380 volt). Semua jaringan distribusi terdiri dari 4 (empat) tipe, yakni sebagai berikut: 1. Jaringan distribusi sistem radial 2. Jaringan distribusi sistem loop/ring 3. Jaringan distribusi sistem interkoneksi 4. Jaringan distribusi sistem spindle 2.2. Kualitas Daya Operator sistem distribusi daya listrik berkomitmen untuk menjamin para pelanggannya untuk memperoleh tingkat keamanan sistem, keandalan sistem dan kualitas daya yang diterima dalam kondisi yang baik. Dengan meningkatnya bebanbeban elektronik yang sensitif terhadap level tegangan yang diterimanya (misalnya; adjustable speed drive dan micro-processor), kualitas daya telah menjadi perhatian yang meningkat untuk fasilitas produsen, konsumen dan perusahaan listrik dua dekade terakhir ini [1,2]. Tujuan utama untuk menangani isu kualitas daya adalah tidak hanya untuk mengidentifikasi karakteristik gangguan dari peristiwa kualitas daya, tetapi juga untuk memberikan solusi yang sesuai untuk utilitas dan pengguna. Untuk mengatasi masalah kualitas daya, sumber dan penyebab yang berkaitan dengan gangguan listrik harus ditentukan berdasarkan teori sebelum diambil tindakan. Proses ini meliputi pemantauan gangguan daya, menganalisa karakteristiknya, dan menentukan solusi

33 untuk mengatasi masalah tersebut [12]. Ada berbagai jenis gangguan yang berpengaruh terhadap keandalan daya utilitas dan fasilitas, tetapi kedip tegangan adalah penyebab utama (80%) dari masalah kualitas daya. Kedip tegangan biasanya disebabkan oleh sumber gangguan, seperti beroperasinya motor-motor, dan atau transformator, gangguan hubung singkat pada saluran daya akibat induksi langsung sambaran petir dan sebagainya. Dalam pasar global yang kompetitif saat ini, kualitas dari catu daya yang baik dan dapat diandalkan sangat penting untuk menghindari kerugian pada semua jenis industri. Hasil survey yang dilakukan di berbagai negara berguna bagi pelanggan untuk mengetahui tingkat kualitas daya agar meningkatkan imunitas peralatannya disamping untuk memberikan biaya yang effektif untuk produsen peralatan elektronik dan listrik yang kompatibel untuk lingkungan listrik. Standard IEEE [13] dan IEEE [13] mendeskripsikan tingkat kesesuaian peralatan terhadap koneksi jaringan. Tabel 2.1 menunjukkan karakteristik dari gangguan pada sistem daya. Tabel 2.1. Karakteristik Gangguan Tegangan [14] Jenis Gangguan Besaran Tegangan Lama Terjadi Gangguan Sag (Kedip) 10 % 90% cycle Swell 110 % 180 % cycle Flicker 0 1% Steady state Pemutusan < 10 % 0.5 cycle 3 detik Ketidakseimbangan 0.5 3% Steady state Harmonisa THD V 5% Steady state

34 Pada tahun 1970-an Assosiasi pembuat komputer (Computer Business Equipment Manufacturers Association = CBEMA) telah mengeluarkan suatu batasan kesensitifan peralatan proses industri terhadap besar kedip tegangan dan lamanya kedip tegangan yang terjadi, dimana peralatan tetap bekerja. Misalnya kedip tegangan terjadi dengan besar 0,1 % waktu kejadian berlangsung selama 0,5 siklus dan bila kedip tegangan yang terjadi 87% berlansung selama 30 siklus. Kurva CBEMA dapat dilihat pada Gambar 2.2a. Gambar 2.2a Kurva CBEMA [14] Pad tahun 1990-an kurva CBEMA ini disempurnakan dan digantikan oleh kurva yang dikeluarkan oleh Information Technology Industry Council (ITIC), seperti yang di tunjukkan Gambar 2.2b.

35 Gambar 2.2b Kurva ITIC [14] 2.3 Kedip Tegangan Kedip tegangan atau sag voltage adalah penurunan nilai rms tegangan nominal sistem daya listrik yang tiba-tiba, sedangkan beban tetap terhubung ke sumber daya listrik. Kedip tegangan dapat menyebabkan kesalahan operasi atau kegagalan fasilitas pelanggan yang sangat sensitif terhadap perubahan besaran yang kecil [4,5,15,16]. Penurunan tegangan dalam saluran daya juga terjadi akibat pengoperasian beban yang berat, atau oleh gangguan pada saluran sistem transmissi maupun pada saluran sistem distribusi daya listrik, dapat mengubah karakteristik beban seperti motor induksi dan mesin las Standar dan karakteristik Kedip Tegangan Menurut Standar IEEE , kedip tegangan didefinisikan sebagai penurunan nilai rms tegangan nominal sistem antara 0,1 pu sampai 0,9 pu, dengan

36 durasi 0,5 siklus sampai 1 menit, ditunjukkan pada Gambar 2.3 [7]. Gambar 2.3 Bentuk Gelombang Kedip Tegangan [7] Kedip tegangan dapat dikarakteristikkan dalam parameter sebagai berikut [3]: 1. Besar kedip tegangan 2. Keseimbangan sistem tiga fasa 3. Lama (Durasi) kedip 4. Lompatan sudut fasa, karena perbedaan dalam rasio X/R antara sumber dan penyulang (feeder). Kedip tegangan digabungkan dengan waktu membebaskan atau menghilangkan gangguan (clearing) menunjukkan karakteristik yang berbeda, dan mungkin memprediksi besaran untuk gangguan individu dengan menghitung penurunan tegangan pada beban sensitif. Masalah kedip tegangan dapat dikarakteristikkan melalui dua komponennya, yaitu besar (magnitude) dan lama (durasi), namun sudut fasanya dimasukkan ke dalam perhitungan dalam rangka mengidentifikasi fenomena untuk menemukan solusinya.

37 2.3.2 Penyebab Kedip Tegangan Kedip tegangan dapat terjadi akibat adanya gangguan pada saluran sistem transmisi atau sistem distribusi sistem daya atau dapat juga diakibatkan oleh switching pada beban dengan daya yang cukup besar yang berakibat terjadinya inrush current, seperti pada motor, transformator dan sumber daya DC yang cukup besar. Karakteristik kedip tegangan durasi pendek akibat gangguan hubung singkat pada sistem daya diantara penyebab utamanya. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi karakteristik kedip tegangan, yaitu [3]: a. Jenis gangguan Jenis gangguan merupakan faktor utama yang mempengaruhi karakteristik kedip tegangan. Besar dan sudut fasa tergantung pada jenis gangguan yang terjadi. b. Lokasi terjadinya gangguan Sebagaimana halnya dengan jenis gangguan, lokasi terjadinya gangguan mempunyai dampak yang cukup besar pada besar tegangan. Beban-beban sensitif pada level distribusi akan dapat merasakan gangguan yang terjadi meskipun gangguan tersebut terjadi dalam jarak yang cukup jauh pada sistem distribusi. c. Ratio X/R pada jaringan Dengan mengganti ratio X/R pada jaringan, maka akan mengganti ratio X/R pada sumber gangguan, karena impedansi sumber akan mempengaruhi besaran kedip tegangan.

38 2.3.3 Pengaruh Kedip Tegangan Terhadap Beban Sensitif. Pada industri biasanya dihubungkan dengan jaringan distribusi sekunder 380 Volt, beban dapat dikategorikan terhadap jenis dan hubungan terhadap sistem daya, seperti pada Gambar 2.4 berikut : Beban tiga fasa Beban satu fasa Beban tiga fasa Gambar 2.4 Tipikal Beban Satu Fasa dan Beban Tiga Fasa [5] Kesensitifan peralatan terhadap kedip tegangan sangat tergantung pada jenis beban, setting pengaturan dan aplikasi. Karakteristik kedip tegangan yang paling berpengaruh pada peralatan-peralatan sensitif tersebut adalah waktu dan besar kedip tegangan, meskipun untuk beberapa peralatan, karakteristik seperti pergeseran fasa dan ketidakseimbangan juga mempengaruhi pada saat terjadi kedip tegangan. Secara umum kesensitifan peralatan terhadap kedip tegangan dapat dibagi menjadi 3 kategori yaitu:

39 a. Peralatan yang sensitif hanya terhadap besaran kedip tegangan. Peralatan yang termasuk kategori ini seperti relay undervoltage, peralatan kendali proses, pengaturan motor dan mesin-mesin otomatis. b. Peralatan yang peka terhadap besaran dan lama kedip tegangan. Peralatan yang termasuk pada kategori ini adalah peralatan-peralatan yang menggunakan komponen elektronika daya. c. Peralatan yang peka terhadap karakteristik lain Beberapa peralatan dapat dipengaruhi oleh karakteristik kedip tegangan selain daripada besar dan lama terjadinya kedip tegangan, seperti ketidakseimbangan fasa selama terjadinya kedip tegangan dan osilasi transient akibat gangguan hubung singkat tidak seimbang. Pada kurva CBEMA dan ITIC (Gambar 2.5), ditunjukkan perangkat Adjustable Speed Drive (ASD) merupakan beban yang sangat peka terhadap kedip tegangan. ASD tersebut akan trip apabila terjadi kedip tegangan dibawah 0,9 pu selama 4 siklus dan kurva kontaktor akan mengalami trip apabila terjadi kedip tegangan di bawah 0,5 pu dengan lama lebih dari 1 siklus.

40 Gambar 2.5 Kurva Tingkat Kepekaan Peralatan Terhadap Kedip Tegangan [1] Menentukan Besar Kedip Tegangan Untuk menghitung besar kedip tegangan pada sistem radial, pembagi tegangan ditunjukkan model pada Gambar 2.6. Vs Beban Sensitif yang dilindungi Gambar 2.6. Model pembagi tegangan [3]

41 Pada Gambar 2.6 Zs adalah impedansi sumber dan Z F adalah impedansi diantara PCC dengan lokasi terjadinya gangguan. Point of common coupling (PCC) adalah titik dimana gangguan dan beban yang dicatu. Pada model tersebut, tegangan pada PCC dirumuskan oleh Persamaan (2.1) [11]: V sag = Z F Z F + Z S V S... (2.1) dengan anggapan tegangan sebelum terjadi gangguan adalah 1 pu. Dari persamaan tersebut dapat dilihat apabila jarak terjadinya gangguan semakin dekat terhadap PCC, maka Z F akan semakin kecil yang mengakibatkan kedip tegangan semakin kecil, atau dapat saja terjadi apabila impedansi sistem mempunyai nilai yang cukup besar Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah Diagram rangkaian untuk gangguan tunggal dari fasa ke tanah pada generator yang terhubung Y dengan netralnya ditanahkan melalui reaktansi ditunjukkan pada Gambar 2.7. berikut ini : Ia a Ia = In + Ea Zn Ec Eb c b Ib Ic Gambar 2.7. Diagram rangkaian gangguan tunggal fasa ke tanah

42 Pada Gambar 2.7 diperlihatkan fasa a adalah posisi terjadinya gangguan fasa ke tanah. Persamaan akan dikembangkan pada keadaan gangguan sebagai berikut : I b = 0; I c = 0; V a = 0 Dengan I b = 0 dan I c = 0 komponen simetris akan diberikan oleh Persamaan (2.2) I a a0 I a1 = 1 1 a a 2 I...(2.2) 3 I a2 1 a 2 a 0 Sehingga I a0, I a1 dan I a2 masing-masing akan sama dengan I a 3 dan akan diperoleh bahwa I a1 = I a2 = I a0, dan dengan menggantikan I a0, I a1 dan I a2 pada Persamaan (2.3) V a0 V a1 = V a2 0 Z Z 1 0 I a1. (2.3) Z 2 I a2 E a I a0 Maka akan diperoleh Persamaan (2.16): V a0 V a1 = V a2 0 E a 0 Z Z Z 2 I a1 I a1 I a1.(2.4) Dengan mengerjakan perkalian dan pengurangan matriks dihasilkan suatu kesamaan matriks dan akan diperoleh suatu Persamaan (2.5) : V a0 + V a1 + V a2 = I a1 Z 0 + E a I a1 Z 1 I a1 Z 2.(2.5) Karena V a = V a0 + V a1 + V a2 = 0, maka akan diperoleh Persamaan (2.6) untuk I a1

43 sebagai berikut : I a1 = E a Z 1 + Z 2 +Z 0...(2.6) Dari Persamaan dapat disimpulkan bahwa apabila terjadi gangguan pada salah satu fasa, maka akan berakibat pada fasa yang lain. Seperti pada Gambar 2.8 berikut ditunjukkan bahwa apabila pada fasa B terjadi gangguan fasa ke tanah, maka pada fasa A dan fasa C akan terjadi kedip tegangan. A V = Vsag Xs B V = 1 p.u. V = 0 p.u. V = Vsag Gambar 2.8. Jaringan yang mengalami gangguan C 2.5. Dynamic Voltage Restorer (DVR) Peralatan-peralatan listrik berteknologi tinggi yang digunakan dalam industri terus meningkat dalam upaya mendukung peningkatan kualitas dan jumlah produksinya. Seiring dengan upaya tersebut, pihak konsumen makin membutuhkan dan menuntut tersedianya kualitas daya listrik yang kontinu dari pihak pemasok daya listrik atau agar tidak seringnya terjadi gangguan pada sistem tenaga listrik dan kalaupun terjadi gangguan harus dapat diatasi secepatnya. Kualitas pasokan daya

44 listrik ditentukan oleh magnitude, bentuk gelombang dan frekuensi tegangan. Salah satu jenis gangguan yang berpengaruh terhadap kualitas pasokan daya listrik adalah kedip tegangan. Kedip tegangan adalah drop tegangan dalam waktu singkat yang disebabkan oleh gangguan dalam sistem pasokan dan starting beban-beban besar yang sangat berpengaruh terhadap kontinuitas operasional industri karena dapat merusak peralatan-peralatan listrik yang sensitif terhadap perubahan tegangan [4],[6], [7]. Karakteristik kedip tegangan dapat ditentukan berdasarkan interval penurunan nilai rms tegangan dalam per-unit dan durasi waktunya saat terjadi penurunan tegangan hingga tegangannya kembali normal yaitu sebesar 0,1 sampai 0,9 pu dan selama 0,5 cycle sampai 1 menit. Upaya untuk mengatasi gangguan kedip tegangan dapat dilakukan berdasarkan penyebabnya. Apabila kedip tegangan berasal dari sistem pasokan maka pihak pemasok tenaga listrik melakukan perbaikan dengan jalan mengelompokkan beban-beban yang sensitif dan mengupayakan perbaikan pada sistem sirkuit agar daya yang disalurkan ke konsumen sesuai dengan standar kualitas yang dikehendaki atau dapat juga dengan mendisain inverter untuk peralatan proses yang lebih tahan terhadap fluktuasi tegangan atau memasang peralatan untuk memperbaiki kedip tegangan tersebut. Jika kedip tegangan berasal dari sisi beban (konsumen) maka perbaikan dilakukan dengan cara memanfaatkan teknologi elektronika daya sebagai kompensasi daya, salah satunya menggunakan Dynamic Voltage Restorer (DVR).

45 Dynamic Voltage Restorer merupakan peralatan yang digunakan untuk memulihkan tegangan atau memperbaiki mutu tegangan di sisi beban dan posisinya dipasang secara seri antara sumber dan beban. DVR dirangkai secara seri dengan sistem distribusi untuk melindungi peralatan sensitif terhadap terjadinya kedip tegangan [6,7]. Penghematan energi yang digunakan oleh DVR untuk memulihkan tegangan menjadi salah satu pertimbangan utama dalam menentukan jenis metode kompensasi yang digunakan. Oleh karena itu daya suntik minimum menjadi salah satu solusi yang bertujuan mengurangi kapasitas batere Struktur Dasar Dynamic Voltage Restorer Fungsi dasar DVR adalah mendeteksi terjadinya kedip tegangan yang terjadi pada saluran sistem daya, kemudian menyuntikkan tegangan untuk mengkompensasi kedip tegangan yang terjadi. Oleh karena itu DVR ditempatkan dekat dengan beban sensitif yang dilindungi. DVR mempunyai power circuit dan control circuit [17],[18]. Control circuit atau rangkaian kendali berfungsi untuk mengatur parameter-parameter dari sinyal kendali yang harus disuntikkan oleh DVR pada sistem antara lain : besar tegangan, frekuensi, pergeseran fasa dan lain-lain. Berdasarkan sinyal kendali yang diperoleh dari control circuit maka dihasilkan tegangan yang akan disuntikkan pada power circuit. DVR bekerja tergantung dari tipe gangguan atau suatu kejadian yang terjadi di dalam sistem, menghasilkan tegangan yang akan disuntikkan yang diperoleh dari unit

46 penyimpan energi DC dan kemudian dirubah menjadi tegangan AC oleh Voltage Source Inverter (VSI). Pada kebanyakan waktu kerja DVR melakukan nothing to do yang berarti DVR tidak menyuntikkan suatu tegangan apapun kecuali hanya memonitoring tegangan bus. DVR dirangkai seri dengan sistem distribusi. DVR umumnya mempunyai unit penyimpan energi capacitor DC, inverter VSI, filter low pass dan transformator penyuntik tegangan. Pada Gambar 2.9 berikut ini ditunjukkan komponen-komponen dasar DVR: Gambar 2.9. Struktur Dasar Sistem DVR[19] Fungsi masing-masing komponen DVR adalah sebagai berikut: a. Unit Penyimpanan Energi DC Unit penyimpan energi dc berfungsi untuk menyediakan kebutuhan daya aktif selama terjadi kompensasi oleh DVR. Perangkat penyimpan energi DC adalah kapasitor DC, baterai, penyimpan magnetik super dan flywheels. Rating kapasitor DC akan dipilih dengan mempertimbangkan kedip tegangan tanpa pergeseran sudut fasa.

47 Ukuran kapasitor harus dipilih sedemikian rupa, sehingga selama kedip diharapkan magnitude maksimum dan durasi, tegangan beban dijaga pada nilai ratingnya dan tegangan DC tidak berkurang dibawah nilai minimum yang dipilih. Besar energi yang tersimpan dalam kapasitor, dihitung dengan memakai Persamaan (2.7) dan (2.8) dibawah ini: E storage = ½ C DC V 2 DC... (2.7) Pseries = (1- V pcc /V rs ) P load... (2.8) Dimana: V DC = tegangan kapasitor DC link V rs = rating tegangan pasokan V C P pcc DC series = tegangan fasa selama kedip = kapasitansi kapasitor DC link = daya suntik tiga fasa P load = daya beban tiga fasa b. Voltage Source Inverter (VSI) Voltage Source Inverter (VSI) atau sederhananya inverter, adalah sistem perangkat elektronika daya yang dan sekaligus membangkitkan tegangan kompensasi yang akan disuntikkan DVR kedalam sistem untuk mengurangi kedip tegangan yang terjadi dalam bentuk sinusoidal (AC) dengan besar, frekuensi dan sudut fasa yang diinginkan, dari unit penyimpan energi DC. DVR menggunakan tiga unit inverter

48 satu fasa yang dibangun dari jembatan penuh Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) satu fasa dan dimodulasi dengan metode Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) yang dipakai sebagai strategi switching VSI. SPWM merupakan teknik penyulutan gate switch IGBT pada inverter yang digunakan untuk mengendalikan indeks modulasi, oleh sebab itu akan mengendalikan tegangan keluaran inverter. Dalam generator SPWM, sinyal referensi sinusoidal yang frekuensinya sama dengan frekuensi tegangan sumber (50 Hz) akan dibandingkan dengan sinyal pembawa segitiga yang frekuensinya lebih tinggi. Bila besar (magnitude) sinyal referensi sinusoidal lebih besar dari sinyal pembawa segitiga maka swicth S 3 dan S 4 akan ditrigger dan pada setengah siklus yang lain switch S 1 dan S 2 ditrigger. Gambar Rangkaian ekivalen inverter satu fasa [14] Dalam tipe inverter SPWM ini, lebar pulsa divariasikan mengikuti pola gelombang sinusoidal dan harmonik orde rendah dieliminasi. Inverter SPWM mempunyai kecepatan switching yang cepat dan operasi yang kuat. Inverter SPWM akan mengendalikan indeks modulasi, oleh sebab itu akan mengendalikan tegangan keluaran inverter.

49 Prinsip kerja pembangkitan sinyal keluaran SPWM satu fasa adalah mengatur lebar pulsa mengikuti pola gelombang sinusoidal. Frekuensi sinyal referensi menentukan frekuensi keluaran inverter. Untuk mengetahui rasio modulasi frekuensi dari pembangkitan SPWM dapat dihitung dengan Persamaan: M f = f car f ref Dimana : f ref = frekuensi sinyal referensi sinusoidal f car = frekuensi sinyal pembawa segitiga Dan besar tegangan keluaran inverter SPWM adalah... (2.9) Gelombang Pembawa Segitiga Sinyal Referensi Sinusoidal Gambar 2.11 Pembangkitan tegangan keluaran sinusoidal inverter SPWM satu fasa [19] Besar sinyal referensi sinusoidal menentukan indeks modulasi sinyal genarator PWM yang tergantung kepada sinyal error. Besar sinyal referensi sinusoidal dikendalikan oleh pengendali logika fuzzy didasarkan kendali umpan balik

50 yang menyetel besar sesuai dengan besar sinyal error dan sebab itu mengenda likan indeks modulasi. Bentuk tegangan keluaran inverter SPWM satu fasa ditunjukkan pada Gambar 2.12 berikut. Gambar 2.12 Bentuk tegangan keluaran inverter SPWM satu fasa [19] c. Inverter SPWM tiga fasa DVR dapat juga menggunakan satu unit inverter tiga fasa yang dibangun dari jembatan penuh IGBT tiga fasa dan dimodulasi SPWM untuk melindungi beban sensitif terhadap kedip tegangan sebagai akibat gangguan hubung singkat, seperti ditunjukkan Gambar 2.13 berikut. Gambar 2.13 Rangkaian inverter tiga fasa [20] Proses switching inverter yang tepat akan menghasilkan gelombang tegangan

51 AC tiga fasa pada terminal keluaran inverter. Switching inverter dapat dilakukan pada konduksi 120 o atau 180 o. Konduksi 180 o mempunyai penggunaan switch yang lebih baik dan metode ini yang diusulkan pada penelitian ini. Pada konduksi 180 o terdapat enam mode operasi per-siklus dengan durasi setiap mode adalah 60 o yang diidentifikasi dengan urutan switching 123, 234, 345, 456, 561 dan 612 [20]. Pada Gambar 2.14 dan 2.15 ditunjukkan mode konduksi 180 o dan bentuk gelombang keluaran inverter pada mode konduksi 180 o. Gambar 2.14 Metode konduksi inverter 180 o [20]

52 Gambar 2.15 Bentuk gelombang keluaran inverter pada konduksi 180 o [20] d. Unit Filter Pasif Low Pass Fiter low pass terdiri dari induktor dan kapasitor, yang dapat diletakkan pada sisi tegangan rendah transformator penyuntik atau pada sisi tegangan tinggi transformator penyuntik tegangan. Dengan menempatkan filter pada sisi inverter atau sisi tegangan rendah transformator penyuntik, harmonisa yang terjadi dan yang bersumber dari VSI dapat dicegah masuk kedalam transformator penyuntik. e. Unit Transformator Penyuntik Tegangan Fungsi dasarnya adalah untuk menaikkan pasokan tegangan AC yang dihasilkan oleh VSI menjadi tegangan yang dibutuhkan beban. Kedalaman kedip tegangan maksimum yang dapat dikompensasi menjadi suatu batasan untuk menentukan rating inverter dan transformator penyuntik.

53 Apabila arus pada jaringan lebih besar dari arus pada DVR, maka suatu switch by pass akan aktif untuk mencegah arus dengan nilai yang lebih besar mengalir melalui DVR. Switch by pass diletakkan diantara inverter dengan transformator penyuntik tegangan seperti pada Gambar 2.16 Gambar Switch by pass pada DVR [21] Suatu DVR dapat bekerja pada beberapa kondisi yaitu : a. Keadaan Normal. Apabila unit penyimpanan energi DC terisi penuh, DVR akan bekerja pada keadaan stand by. Pada kondisi stand by DVR tidak menyuntikkan tegangan pada jaringan. b. Keadaan terjadi kedip tegangan. DVR akan memasok daya aktif dari penyimpan energi, dan daya reaktif yang dibutuhkan untuk kompensasi tegangan. c. Keadaan terjadi gangguan pada saluran distribusi. Pada kondisi ini terdapat resiko terjadinya arus dengan nilai yang cukup besar

54 mengalir pada rangkaian DVR, akibatnya dapat merusak komponen-komponen DVR yang peka. Untuk melindungi peralatan yang sensitif tersebut dipasang switch by pass pada DVR Metode Kompensasi Kedip Tegangan pada DVR Suatu DVR umumnya diletakkan pada level distribusi, dengan prinsip utama menyuntikkan tegangan secara seri dengan sumber tegangan pada saat gangguan terdeteksi pada sistem daya. Beban sensitif yang akan dilindungi terhadap kedip tegangan yang terjadi akibat gangguan hubung singkat pada jaringan sistem tenaga, akan dihubungkan dengan DVR [19, 20]. Teknik kendali kompensasi pada suatu DVR adalah mekanisme yang digunakan untuk memonitor kondisi tegangan yang mengalir pada sistem distribusi. Apabila terjadi kedip tegangan pada saluran distribusi, tegangan pada beban tetap dipertahankan sama dengan tegangan sebelum terjadi kedip tegangan. Pada umumnya kedip tegangan berhubungan dengan pergeseran fasa disertai dengan perubahan besar tegangan. Oleh karena itu teknik kendali yang digunakan harus dapat mengkompensasi perubahan besar tegangan, pergeseran fasa dan bentuk gelombang, tetapi tergantung terhadap koneksi beban yang dihubungkan dengan saluran distribusi tersebut. Pada dasarnya jenis beban sangat mempengaruhi strategi kompensasi yang dipakai. Sebagai contoh, pada beban linier hanya dibutuhkan kompensasi besar tegangan, karena beban linier tidak sensitif terhadap pergeseran fasa. Rangkaian pada sistem daya sederhana yang menggunakan DVR ditunjukkan pada Gambar 2.17

55 Gambar 2.17 Sistem Daya Dengan DVR [21] Pada keadaan normal, tegangan sumber (Vs) diidentifikasi sebagai tegangan pre-sag (V pre-sag ). Pada saat DVR tidak menyuntikkan tegangan pada sistem, maka tegangan beban V load akan sama dengan V S. Pada saat terjadi kedip tegangan, besar dan sudut fasa sumber tegangan dapat mengalami perubahan (V sag ). Pada kondisi tersebut, maka DVR akan bekerja dengan menyuntikkan tegangan sebesar V DVR. Apabila kedip tegangan yang terjadi telah dikompensasi, maka tegangan selama terjadi kedip akan sama dengan tegangan sebelum terjadi kedip (V sag = V presag ). Kompensasi dilakukan dengan menyuntikkan daya aktif dan daya reaktif. Tergantung tingkat kompensasi yang dibutuhkan oleh beban, terdapat tiga jenis metode kompensasi yaitu : kompensasi pre-sag, kompensasi in-phase dan teknik optimasi energi [18]. a. Kompensasi Pre-Sag Strategi kompensasi ini direkomendasikan pada beban-beban non linier yang sensitif, membutuhkan kompensasi terhadap besaran tegangan dan sudut fasa tegangan. Pada teknik kompensasi ini, DVR akan mencatu perbedaan yang terjadi antara V pre sag dan V sag, sehingga akan mengembalikan semua nilai besaran dan sudut

56 fasa kepada nilai sebelum terjadi kedip tegangan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.18 Gambar 2.18 Teknik kompensasi Pre-Sag [21] Dimana : V DVR = tegangan yang disuntikkan DVR V Sag = besar kedip tegangan Vpre-sag = tegangan beban sebelum gangguan = 1 pu I load = arus beban δ = δl = sudut antara arus beban I L dengan tegangan beban V L δ S = sudut antara arus beban I L dengan kedip tegangan V Pada kondisi normal, tegangan sistem (Vpre sag) akan sama dengan tegangan beban (V Load ) dimana keduanya mempunyai nilai sebesar 1 pu dengan sudut fasa sebesar nol. Selama terjadi kedip tegangan, maka tegangan sistem akan berkurang dengan nilai yang lebih kecil dari nilai V S. Pengurangan nilai tegangan ini akan berakibat terjadinya pergeseran fasa. DVR akan bereaksi terhadap terjadinya kedip Sag

57 tegangan dan akan menyuntikkan tegangan kompensasi V DVR untuk mengembalikan kembali nilai besar tegangan dan sudut fasa. Pada Gambar 2.18 daya semu dari DVR adalah [22]: S 1DVR = I L. V 1DVR (2.10) S 1DVR = I L. V 2 L + V 2 S 2V L V S cos (δ L δ S ) (2.11) dan daya aktif DVR adalah : P 1DVR = I L (V L cos δ L V S cos δ S ) (2.12) Besaran dari V DVR dapat dihitung dengan persamaan : V 1DVR = V 2 L + V 2 S 2V L V S cos (δ L δ S )..... (2.13) dan sudut fasa pada V DVR adalah sebesar : V S sin δ θ 1DVR = arc tan (2.14) V S cos δ V L b. Teknik Kompensasi In-Phase Pada metode kompensasi ini hanya besaran tegangan yang dikompensasi. Tegangan yang dikompensasi sefasa dengan kedip tegangan dan hanya besar tegangan yang dikompensasi. Oleh karena itu pada teknik kompensasi ini, tegangan yang disuntikkan DVR dapat diminimalkan. Teknik kompensasi ini sangat cocok untuk beban-beban linier karena tidak membutuhkan kompensasi terhadap sudut fasa. Lebih lanjut teknik kompensasi ini dapat dilihat seperti yang ditunjukkan pada Gambar Pada Gambar 2.19 tersebut, dapat dilihat bahwa tidak terdapat perbedaan fasa antara V sag dengan V VDR. V VDR adalah tegangan yang disuntikkan untuk

58 mendapatkan nilai V pre sag sebesar 1 pu. Gambar 2.19 Teknik kompensasi In-Phase [21] Daya semu dan daya aktif DVR adalah [22] S 2DVR = I L. V 2DVR (2.15) P 2DVR = I L V DVR cos δ s = I L (V L V S ) cos δ S (2.16) Besaran dan sudut fasa V DVR adalah V 2DVR = V L V S (2.17) δ 2DVR = δ S (2.18) c. Teknik kompensasi Optimasi Energi Pada teknik kompensasi optimasi energi ini pemakaian daya aktif diminimalkan atau dibuat sama dengan nol, dengan cara menyuntikkan tegangan yang dibutuhkan DVR dengan besar sudut fasa 90 o terhadap arus beban. Metode ini dapat mengurangi konsumsi energi yang tersimpan pada DC link dengan cara menyuntikkan daya reaktif. Pengurangan konsumsi energi berarti kemampuan sistem untuk

59 menyuntikkan energi akan meningkat apabila kapasitas penyimpanan energi meningkat juga. Namun pada teknik ini tegangan yang disuntikkan akan lebih besar daripada teknik kompensasi in-phase. Oleh karena itu dibutuhkan transformator penyuntik dengan rating yang lebih tinggi. Pada Gambar 2.20 dibawah ini dapat dilihat bahwa V DVR mempunyai sudut fasa 90 0 terhadap arus beban. Bila dianalisa maka V DVR dengan metode ini ternyata lebih besar jika dibandingkan dengan V DVR dengan metode lain. Gambar 2.20 Teknik kompensasi optimasi energi [21] Dari ketiga metode tersebut mempunyai tujuan utama supaya tegangan beban dikompensasi sama dengan tegangan nominal. V load = konstan Arus dan daya pada steady state yang diserap oleh beban tidak berubah, sehingga: I load = konstan P load = konstan Q load = konstan Perbedaan dari ketiga metode tersebut terletak pada besar daya DVR (P DVR )

60 dan tegangan DVR (V DVR ) yang harus disuntikkan kepada sistem. Pada Gambar 2.21 ditunjukkan aliran daya aktif dan reaktif pada sistem, strategi pengendalian tergantung dari jenis beban dan respon beban terhadap perubahan tegangan. Beberapa beban sangat sensitif terhadap pergeseran fasa dan pergeseran fasa tersebut harus dihilangkan pada teknik pengendalian DVR. Gambar 2.21 Aliran daya aktif dan reaktif pada sistem dengan DVR [21] 2.5 Teknik Deteksi Kedip Tegangan Pada DVR DVR menggunakan teknik tertentu untuk mendeteksi terjadinya kedip tegangan pada sistem untuk melindungi beban-beban sensitif terhadap kedip tegangan. Teknik deteksi berguna untuk memonitor sudut fasa dan magnitudo fasa selama kondisi normal kemudian mendeteksi terjadinya kedip tegangan dimana DVR akan mengetahui titik awal dan akhir terjadinya kedip tegangan dan juga mempunyai informasi kedalaman serta pergeseran fasa kedip tegangan tersebut [23,24,25,26,27]. Pada umumnya suatu DVR menggunakan Phase Locked Loop untuk mengetahui magnitudo tegangan, frekuensi dan sudut fasa dari tegangan normal

61 sistem, sehingga apabila terjadi perubahan dari keadaan yang normal maka akan dapat dideteksi. Phase Locked Loop (PLL) adalah suatu sistem kendali umpan balik tertutup (closed loop feedback control system), yang menghasilkan sinyal dengan frekuensi dan sudut fasa yang sama dengan sinyal input. PLL mempunyai oscillator yang berfungsi untuk menghasilkan sinyal keluaran. Fungsi PLL tersebut dapat dikategorikan sebagai detektor fasa, variable oscillator dan jalur umpan balik. PLL merespon perubahan frekuensi dan perubahan sudut fasa dari sinyal masukan dengan cara menaikkan atau menurunkan frekuensi dari oscillator sehingga tercapai nilai seperti pada sinyal masukan. Rangkaian sederhana PLL ditunjukkan pada Gambar 2.22 berikut. Sudut fasa sinyal input dibandingkan dengan keluaran umpan balik dari oscillator sehingga akan menghasilkan sinyal error. Keluaran dari detektor fasa mempunyai komponen harmonisa, sehingga perlu dilewatkan melalui suatu filter. Namun proses yang terjadi akibat mengatasi harmonisa tersebut akan menimbulkan transient delay dalam mengatasi kedip tegangan, dimana keadaan ini tidak diharapkan [23]. Gambar 2.22 Blok diagram sederhana dari PLL[21]

62 Tegangan keluaran dari Loop Filter kemudian dicatu pada Voltage Controlled Oscillator (VCO) dan akan menghasilkan output. Sinyal keluaran tersebut yang berada dalam bentuk informasi sudut fasa akan diumpan balik menuju phase detector. Keluaran dari oscillator kemudian dibandingkan dengan masukan dan apabila kedua frekuensi tersebut berbeda maka oscillator akan mengatur frekuensinya agar sesuai dengan frekuensi masukan. Fungsi utama dari kontroller pada DVR adalah mendeteksi terjadinya kedip tegangan pada sistem. Untuk mengatur pengendali pada DVR tersebut digunakan transformasi dqo atau transformasi Park. Metode dqo tersebut akan memberikan informasi kedalaman kedip dan pergeseran fasa disertai titik awal dan titik akhir kedip tegangan tersebut. Pada Gambar 2.23 ditunjukkan flow chart teknik pengendalian DVR berdasarkan transformasi Park. Dimana proses transformasi dari sistem tiga fasa ke sistem dqo ditunjukkan pada persamaan berikut [28]: V d Vq = V o cos (θ) cos θ 2π 1 3 sin(θ) sin θ 2π V a V b... (2.19) Vc Teknik pendeteksian dibuat berdasarkan perbandingan tegangan referensi terhadap tegangan hasil pengukuran ( Va, Vb dan Vc). Metode dqo memberikan informasi kedalaman tegangan yang jatuh (d) dan pergeseran dari fasa tegangan (q).

63 Kedip tegangan akan terdeteksi apabila tegangan sumber jatuh dibawah 90% tegangan referensi. Sinyal error yang diakibatkan terdapatnya perbedaan antara tegangan hasil pengukuran dengan tegangan referensi digunakan sebagai sinyal modulasi untuk menghasilkan pola komutasi sebagai pemicu IGBT. Gambar 2.23 Flow chart teknik pengendalian DVR berdasarkan transformasi [28] Setelah informasi ini diperoleh, maka DVR selanjutnya akan menyuntikkan tegangan pada sistem untuk memulihkan kedip tegangan yang timbul [26,27,28,29] Pada penelitian ini DVR menggunakan pengendali logika fuzzy untuk mengetahui besar tegangan, frekuensi dan sudut fasa dari tegangan normal sistem, sehingga apabila terjadi perubahan dari keadaan normal tersebut, maka akan dapat dideteksi.

64 2.6. Sistem Kendali Logika Fuzzy DVR Dalam pengendali logika fuzzy, kendali dasarnya ditentukan oleh seperangkat aturan linguistik yang ditentukan oleh sistem. Variabel-variabel numerik dirubah menjadi variabel-variabel linguistik, sehingga pemodelan matematik sistem tidak diperlukan. Pengendali logika fuzzy diusulkan untuk mengendalikan tindakan inverter. Pada setiap fasa, pengendali logika fuzzy mempunyai dua masukan waktu nyata yang diukur pada setiap sampel waktu, yang disebut kesalahan (error) dan tingkat kesalahan (rated error ) dan keluarannya disebut sinyal penggerak (signal actuating). Sinyal masukan difuzzikan (fuzzified) dan diwakili dalam notasi himpunan fuzzy (fuzzy set) sebagai fungsi keanggotaan. Didefinisikan aturan Jika... Lalu... menghasilkan sinyal keluaran penggerak (actuating) dan sinyal-sinyal ini didefuzzified jadi sinyal kendali analog untuk dibandingkan dengan sinyal pembawa untuk mengendalikan inveter SPWM. Blok diagram sistem pengendali logika fuzzy pada DVR ditunjukkan pada Gambar Gambar 2.24 Blok diagram sistem pengendali logika fuzzy [14]

65 - Parameter-parameter Masukan Dua variabel error dan rate of change error, yaitu perbedaan tegangan antara tegangan pasokan dan tegangan referensi, dan laju perubahan tegangan error yang diambil sebagai masukan untuk pengendali logika fuzzy. Kesalahan (error) dan tingkat kesalahan (error rate) didefinisikan sebagai : Kesalahan (error) = V ref - V S... (2.20) Tingkat kesalahan ( Error rate) = error(n) error(n-1)... (2.21) Aturan kendali dievaluasi melalui mekanisme keputusan. - Fuzzification Kesalahan dan tingkat kesalahan didefinisikan oleh variabel linguistik seperti ; negatif besar (NB), negatif sedang (NM), negatif kecil (NS), nol (Z), positif kecil (PS), positif sedang (PM) dan positif besar (PB), ditandai dengan fungsi keanggotaan segitiga. Fungsi-fungsi ini telah dipilih untuk memenuhi kebutuhan keluaran pengendali logika fuzzy. Keluaran juga ditentukan oleh tujuh variabel linguistik seperti negatif besar (NB), negatif sedang (NM), negatif kecil (NS), nol (Z), positif kecil (PS), positif sedang (PM), positif besar (PB) ditandai dengan fungsi keanggotaan yang ditunjukkan dalam Gambar 2.25.

66 Gambar Fungsi keanggotaan untuk masukan dan keluaran [27] - Pengambilan Keputusan Proses fuzzy diwujudkan dengan metode Mamdani. Metode keputusan Mamdani digunakan karena dengan mudah mendapatkan hubungan antara masukan dan keluaran. Himpunan aturan untuk pengendali fuzzy diwakili dalam Tabel 2.3. Ada 49

67 aturan untuk pengendali fuzzy. Keluaran fungsi keanggotaan untuk setiap aturan yang diberikan oleh operator minimum (Min). Operator Max digunakan untuk mendapatkan keluaran gabungan fuzzy dari himpunan keluaran operator Min. Keluaran yang dihasilkan oleh himpunan fuzzy dan operasi logika fuzzy dengan mengevaluasi semua aturan. Tabel 2.3 Himpunan aturan logika fuzzy - Defuzzification Defuzzification adalah proses mengubah keluaran pengendali di label linguistik yang diwakili oleh himpunan fuzzy kepada sinyal kendali nyata (analog). Metode yang digunakan untuk defuzzification penelitian ini adalah input ke metode centroid. Dengan menggunakan metode defuzzification yang paling umum digunakan, yaitu metode centroid. Defuzzified nilai-nilai kenaikan dalam masukan kendali diperoleh sebagai C = (C1 A1+C2 A2), dimana; C1, A1 adalah centroid dan turunan area A1+A2 (yaitu Gambar 2.26a), dari fungsi keanggotaan untuk perubahan dalam input kontrol.

68 Demikian pula, C2 dan A2 merupakan centroid dan area yang ditunjukkan pada Gambar 2.26.b. Gambar 2.26 Teknik defuzzification memakai metode centroid [27]. - Pengolahan Sinyal Keluaran dari proses pengendali logika fuzzy adalah sinyal kendali yang digunakan dalam pembangkitan sinyal switching inverter PWM dengan membandingkan terhadap sinyal pembawa Model Sistem Pengendalian Dalam rangka mempelajari DVR dihubungkan secara seri dengan saluran, seperti dapat dilihat pada Gambar 2.27 berikut:

69 Gambar 2.27 Rangkaian ekivalent satu fasa [27] Dalam hal ini, VSI dianggap sebagai sumber tegangan dengan amplitudo K t V c, dan L t adalah induktansi bocor transformator seri di sisi jaringan. Sumber diwakili oleh sebuah sumber tegangan ideal yang memiliki amplitudo E g dan induktansi L g. Tegangan yang tersedia sebelum DVR adalah V g dan beban dimodelkan sebagai tahanan seri R l dan sebuah induktansi L l. Dalam rangka untuk membuat sebuah sistem kendali efektif, pertama kali diperlukan model sistem yang memadai dan bisa dikendalikan. Untuk melakukan ini, hipotesis berikut telah dilakukan. Sebuah model dinamis pertama dianggap tanpa filter. VSC dimodelkan sebagai sumber tegangan ideal (tidak ada penundaan). Dari Gambar 2.27 diatas dapat dibuat Persamaan (2.22) dan (2.23): L d i 1 dt + R 1 i 1 (t) = V g (t) + K t V c (t)... (2.22) L = L t + L l dan V l (t) = L l di l dt + R l i l (t)... (2.23) Dimana ; V l (t) = tegangan fasa beban i l (t) = arus fasa beban

70 Memakai transformasi Park s pada kedua Persamaan (2.22) dan Persamaan (2.23) mempunyai persamaan d-q berikut; L di ld dt + R l i ld (t) ωl i lq (t) = V gd (t) + K t V cd (t)... (2.24) L di lq dt + R l i lq (t) + ωl i ld (t) = V gq (t) + K t V cq (t)... (2.25) Dan dari persamaan (2.25), V ld (t) = L l di ld dt + R l i ld (t) ωl l i lq (t)... (2.26) V lq (t) = L l di lq dt + R l i lq (t) + ωl l i ld (t)... (2.27) Dimana; ω = frekuensi sudut, yang memiliki sistem yang ditandai dengan x d dan x q d dan q adalah komponen sumbu kuantitas masing-masing. Sebuah kedip tegangan simetris terjadi pada t = t 0 dapat diwakili dalam sistem referensi ini dengan variasi langkah tegangan jaringan V gd (q). Dari itu selama kedip, persamaan (2.26) dan (2.27) dapat ditulis kembali dalam bentuk variasi tegangan jaringan sehubungan dengan kondisi pre-sag, mendapatkan sistem persamaan diffrensial biasa, dengan kondisi awal i ld (t0) = i lg (t0) = 0. Ini memungkinkan menerapkan transformasi Laplace dan menulis Persamaan (2.26) dan persamaan (2.27) yang menghasilkan Persamaan (2.28) dan (2.29) : sl i ld (s) + R l i ld (s) ωl i lq (s) = V gd (s) + K t V cd (s)... (2.28) sl i lq (s) + R l i lq (s) + ωl i ld (s) = V gq (s) + K t V cq (s)... (2.29) Dan dari persamaan (2.26) dan (2.27), diperoleh Persamaan (2.30) dan (2.31) ;

71 v ld (s) = sl 1 i ld (s)+r 1 i ld (s) ωl i i lqq (s)... (2.31) v lg (s) = sl 1 i ld (s)+r 1 i lq (s) + ωl i i ld (s)]... (2.31) Setelah beberapa manipulasi aljabar, satu dengan mudah didapatkan dari Persamaan (2.28), (2.29), (2.30) dan (2.31) sebagai berikut ; v ld (s) = G(s)[ v gd (s)+k 1 v cq (s) + G i (s) i ld (s)... (2.32) v lg (s) = G(s)[ v gd (s)+k 1 v cq (s) G i (s) i ld (s)]... (2.33) dimana, G(s) dan G i (s) ditetapkan sebagai; G(s) = sl 1+R 1 sl+r 1 and G i (s) = ωl 1R 1 sl+r 1... (2.34) Oleh karena itu menetapkan sistem v cd (s) = v gd (s)+k 1 v cq (s) G i (s) v cq(s)... (2.35) v cd (s) = v gd (s)+k 1 v cq (s) G i (s) v cq(s)... (2.36) Dapat dikontrol, dijelaskan dengan sederhana oleh v Id (s) = G(s) v cd (s) and v lq (s) = G(s) v cq(s)... (2.37) Pasangan Persamaan diatas dalam (2.34) dapat ditulis dalam satu Persamaan tunggal v Idq = G(s)v lq... (2.38) Skema Kendali Fuzzy Skema kontrol umpan balik yang disebut Persamaan (2.42) diatas, telah ditunjukkan dalam Gambar Dalam DVR, terminal tegangan line perlu untuk dipertahankan. Untuk mencapai ini, pengendali fuzzy seperti yang dibahas diatas menggantikan pengendali konvensional. Untuk mengendalikan parameter ini,

72 tegangan line dirasakan dan dibandingkan dengan nilai referensi. Untuk mencapai hal ini, fungsi keanggotaan dari pengendali fuzzy adalah: error, tingkat perubahan error dan keluaran seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.24, Dalam pekerjaan ini, fuzzification dan fuzzifier tak seragam telah digunakan. Keluaran variabel kendali diperoleh melalui proses defuzzification dalam pengendali fuzzy yang bertindak sebagai masukan untuk sistem. Jika sistem tidak seimbang, pengendali harus memperbesar variabel kendali untuk menyeimbangkan sistem sedini mungkin. Di sisi lain nilai error yang kecil e menunjukkan bahwa sistem dekat pada keadaan seimbang. Overshoot memainkan peran penting dalam stabilitas sistem. Overshoot yang kurang diperlukan untuk stabilitas sistem dan menahan osilasi. Dalam kondisi seperti itu, (de/dt) memainkan peran penting, sementara peran e berkurang.

73 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Bahan-Bahan Penelitian Dalam penelitian ini diperlukan informasi dari data-data yang merupakan bahanbahan penelitian, yakni sumber dari : a. Buku teks sebagai bahan acuan, dalam hal ini yang ada kaitannya dengan permasalahan mengenai judul penelitian. b. Jurnal atau artikel yang ada kaitannya dengan penelitian. Data ini kemudian digunakan sebagai masukan terhadap perancangan yang memodelkan sistem DVR untuk melindungi beban sensitif terhadap kedip tegangan akibat gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah pada salah satu saluran penyulang sistem distribusi, menggunakan simulasi DVR (Dynamic Control Restorer) berbasis pengendali logika fuzzy Langkah-langkah Pelaksanaan Penelitian Adapun langkah langkah pelaksanaan pada simulasi DVR (Dynamic Voltage Restorer) berbasis pengendali logika fuzzy adalah sebagai berikut : 1. Melakukan langkah persiapan, yang meliputi pengumpulan data dan penentuan parameter DVR, gangguan, beban dan lain lain. 2. Dari data ini kemudian kita bangun rangkaian DVR dan simulasi dengan bantuan program Matlab/Simulink. 53

74 3. Buat gangguan satu fasa ke tanah yaitu dengan memberikan tanda check point pada fasa yang diinginkan terganggu dari ketiga fasa yang ada. 4. Lanjutkan dengan membuat simulasi dengan urutan sebagai berikut : a. Melakukan deteksi kedip tegangan dan membangkitkan tegangan kompensasi oleh inverter SPWM, menggunakan blok pengendali logika fuzzy regulator tegangan. b. Ukur besar tegangan beban sensitif dan besar tegangan yang akan disuntikkan DVR melalui transformator penyuntik ke sistem, sehingga tegangan beban sensitif dijaga pada 1 pu atau mendekati. Apabila hal ini tidak tercapai, lakukan dengan merubah nilai parameter-parameter sistem sampai dengan tegangan beban sensitif diperoleh 1 pu atau mendekati. 5. Lakukan analisa hasil yang dicapai dengan teori pada Bab II. 6. Lakukan pada beban yang berbeda dengan lokasi dan tipe gangguan yang sama dan catat besar tegangan beban sensitif, besar tegangan suntik beserta durasi pemulihan kedip tegangan.

75 Sumber Supply Trafo Penyuntik Beban Sensitif Mengukur Tegangan Unit Penyimpan Energi Unit Proteksi Analisa Fourier VSI FLC PWM Generator Deteksi Kedip Tegangan Generator Tegangan Kompensasi Tegangan Suntik Gambar 3.1 Blok diagram skema kendali DVR Perancangan Model Penelitian Kedip tegangan pada sistem distribusi diakibatkan oleh gangguan yang terjadi pada salah satu saluran penyulang sistem distribusi. Kedip tegangan yang terjadi bisa seimbang atau tidak seimbang, tergantung pada sistem gangguan. Kedip tegangan seimbang diakibatkan oleh gangguan tiga fasa, dan kedip tegangan tidak seimbang disebabkan oleh gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah atau gangguan dua fasa ke tanah. Besar kedip tegangan yang timbul sangat tergantung dari jenis gangguan, lokasi terjadinya gangguan dan posisi beban sensitif yang dilindungi. Untuk membangun perancangan model penelitian, dapat dilakukan melalui tahapan

76 rancangan sebagai berikut: a. Rancangan Simulasi Kedip Tegangan Pada Jaringan Distribusi Pada penelitian ini, kedip tegangan yang terjadi diakibatkan oleh gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah pada salah satu saluran penyulang sistem distribusi (saluran penyulang-2). DVR diletakkan pada saluran penyulang-3 di PCC yang sama dengan saluran penyulang-2 yang terganggu, seperti ditunjukkan Gambar 3.2 berikut. ( ) V Saluran penyulang - 1 Beban 1 V = Vsag V = 1 pu arus hubung singkat V sumber 20 KV/380 V Zs Beban 2 Saluran penyulang - 2 gangguan fasa ke tanah V = 0 pu Saluran penyulang - PCC PCC Beban dilindungi V = 1 pu DVR Gambar 3.2 Rancangan simulasi kedip tegangan pada jaringan distribusi b. Rancangan Gangguan Hubung Singkat Pada penelitian ini, kedip tegangan yang terjadi saluran penyulang-3 yang diakibatkan oleh gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah di fasa a pada saluran penyulang-2 sistem distribusi, seperti ditunjukkan Gambar 3.2 diatas. c. Rancangan Sistem Deteksi Kedip Tegangan Pada penelitian ini, metode deteksi kedip tegangan dilakukan dengan menggunakan transformasi dqo atau transformasi Park yang dilengkapi dengan Phase Locked Loop (PLL), dan dimodelkan menggunakan Matlab-

77 Simulink. Gambar 3.3 Blok regulator tegangan DVR berbasis pengendali logika fuzzy Deteksi kedip tegangan dilakukan dengan mengukur secara kontinu besar tegangan beban yang kemudian dibandingkan dengan besar tegangan referensi dengan menggunakan Voltage loop control, seperti ditunjukkan Gambar 3.4 berikut. V referensi + Voltage Controller Menuju PWM generator - Voltage feedback Gambar 3.4 Voltage loop control pada DVR Apabila tegangan sumber jatuh dibawah 90% dari tegangan referensi, maka akan dihasilkan suatu sinyal error yang akan digunakan sebagai sinyal modulasi untuk menghasilkan pola komutasi sebagai pemicu penyalaan IGBT.

78 d. Rancangan Inverter SPWM (VSI) Pada penelitian ini, DVR menggunakan satu unit rangkaian inverter SPWM jembatan tiga fasa untuk menghasilkan tegangan kompensasi AC frekuensi 50 Hz. Inverter akan menerima tegangan dari sumber tegangan DC untuk membangkitkan tegangan AC, seperti ditunjukkan Gambar 2.xx e. Rancangan Filter Pasif LC Pada penelitian ini, rancangan filter pasif LC tiga fasa yang akan digunakan, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.5 dibawah ini. Fasa A Sumber Tegangan Fasa B Fasa C Transformator Tiga Fasa 20KV/380 V A Fasa A R1 L1 R4 Inverter tiga fasa Fasa B R2 L2 C1 B R6 Beban Sensitif R5 C2 C3 Fasa C R3 L3 C Filter Pasif Transformator Injeksi Gambar 3.5 Rancangan rangkaian filter LC tiga fasa pada simulasi penelitian.

79 Nilai masing-masing komponen filter diperoleh dengan metode trial and error, sehingga diperoleh nilai R = 0,2 ohm, nilai L = 1 milli Henry dan nilai C = 10 mikro Farad. Filter tersebut terhubung langsung dengan transformator penyuntik. f. Rancangan Transformator Penyuntik Tegangan Fungsi dasar transformator penyuntik tegangan adalah menaikkan besar tegangan keluaran filter atau tegangan yang akan disuntikkan DVR ke saluran distribusi yang memasok tegangan kepada beban sensitif yang dilindungi, agar beban sensitif tetap memperoleh pasokan tegangan yang dibutuhkan sehingga besar tegangan beban sensitif tetap atau mendekati 1 pu. Rating inverter dan transformator penyuntik menjadi suatu batasan untuk menentukan besar kedip tegangan maksimum yang dapat dikompensasi. Pada penelitian ini, hubungan inverter dengan transformator penyuntik ditunjukkan seperti Gambar 3.6 berikut. Transformator Injeksi Batere inverter Beban Sensitif Gambar 3.6 Skema hubungan inverter dengan transformator penyuntik

80 Dari rancangan a,b,c,d,e dan f diatas dapat dibuat rancangan model simulasi penelitian seperti ditunjukkan Gambar Teknik Analisa Data Setelah parameter jaringan dan parameter DVR diperoleh kemudian akan dilanjutkan dengan memodelkan sistem tersebut menggunakan Matlab-Simulink, kemudian pada saluran penyulang-2 akan ditimbulkan gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah. Selanjutnya DVR akan menyuntikkan tegangan untuk mengkompensasi kedip tegangan yang timbul, dimana besar tegangan yang disuntikkan dan besar tegangan pemulihan beban sensitif diukur. Data dan hasil simulasi kemudian kita analisa dengan menggunkan Fast Fourier Transfor (FFT) pada setiap tahap pengujian, sebelum dan sesudah DVR dipasangkan pada sistem. Besar tegangan yang disuntikkan oleh DVR melalui transformator penyuntik adalah dihasilkan oleh inverter SPWM yang dikendalikan dengan pengendali logika fuzzy. Kemudian kita lihat apakah tegangan beban sensitif yang dilindungi pulih dengan besar atau mendekati 1 pu Pengujian Kualitas Hasil Penelitian Kualitas hasil pengujian seperti besar tegangan yang disuntikkan pada saat pemulihan, lama (durasi) pemulihan pada setiap tahap, sebelum dan sesudah DVR dipasangkan pada sistem akan dibandingkan. Selanjutnya hasil penelitian yang diperoleh dapat juga dibandingkan dengan hasil penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya.

81 3.3 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian Mulai Initialisasi Memodelkan Sistem dengan menggunakan Simulink Validasi Kesesuaian Model dan Pengujian Ya Tidak Ya Memasukkan Parameter Gangguan Tidak Beban Divariasikan dari 2.5 kw, 5 kw, 7.5 kw dan 10kW Mengukur Besar Tegangan Suntik, Tegangan Beban Hasil Pemulihan dan Durasi Kedip Tegangan Tidak Teg. Hasil Pemulihan = 1 pu Ya Kesimpulan dan Saran Selesai

82 BAB IV HASIL SIMULASI DAN PEMBAHASAN Setelah penentuan nilai filter pasif LC pada inverter dan pemodelan sistem kendali pada DVR ditentukan, maka akan ditentukan parameter untuk simulasi DVR pada sistem tiga fasa. 4.1 Parameter Model Pengujian Berikut adalah parameter-parameter yang diberikan pada simulasi DVR pada sistem distribusi tiga fasa: a. Sumber Tegangan (Vrms phase to phase) : 22 KV b. Daya transformator distribusi : 50 KVA o Frekuensi o Tegangan lilitan primer o Resistansi lilitan primer o Induktansi lilitan primer o Tegangan lilitan sekunder o Resistansi lilitan sekunder o Induktansi lilitan sekunder o Resistansi dan reaktansi magnetisasi : 50 Hz : 20 KV (Vrms phase to phase) : 2,16 ohm : 8,6 mh : 380 V(Vrms phase to phase) : 0,02 ohm : 0,08 mh : 577 pu, 577 pu c. Daya transformator Suntik : 15 KVA o Tegangan lilitan primer o Tegangan lilitan sekunder : 100 volt : 500 volt 62

83 d. Frekuensi carrier PWM : 5 KHz e. Beban Sensitif : Daya aktif bervariasi o Daya reaktif induktif o Daya reaktif kapasitif : 40 VAR : 10 VAR Setelah ditentukan nilai parameter simulasi, selanjutnya dibentuk suatu model pengujian yang akan diuji menggunakan sofware Matlab Simulink. Selanjutnya pengujian dilakukan dengan beberapa kondisi, yaitu : kondisi-1 pada saat sebelum terjadi gangguan satu-fasa ke tanah, kondisi-2 gangguan satu-fasa ke tanah tanpa menggunakan DVR (Dynamic Voltage Restorer), kondisi-3 gangguan satu-fasa ke tanah dengan menggunakan DVR (Dynamic Voltage Restorer) tanpa pengendali logika fuzzy dan kondisi-4 gangguan satu-fasa ke tanah menggunakan DVR yang dikendalikan dengan pengendali logika fuzzy. 4.2 Perancangan Model Simulasi Setelah parameter DVR dirancang, maka selanjutnya adalah memodelkan simulasi Dynamic Voltage Restorer. Perancangan model simulasi pada penelitian ini terdiri dari beberapa bagian, yaitu : a. Sebelum Gangguan Satu Fasa ke Tanah Pada penelitian sebelum gangguan satu fasa ke tanah, perancangan model simulasi dimodelkan berupa sistem distribusi 20 kv/380 v saluran penyulang-3. Dimana pada ke tiga penyulang tegangan sumber tiga fasa Va, Vb dan Vc, akan memperlihatkan keadaan stabil (1 pu), hal ini disebabkan belum adanya gangguan atau bebas dari gangguan fasa ke fasa, satu-fasa ke tanah, dua fasa ke tanah,

84 pengaruh sistem harmonik, dan lain-lain. b. Setelah Terjadi Gangguan Satu Fasa ke Tanah Tanpa DVR Pada penelitian ini, dilakukan dengan rangkaian simulasi yang blok DVRnya diopen circuit atau dihilangkan dengan langkah-langkah yang sama, yaitu dengan memvariasikan beban. Pada model simulasi ini, sistem distribusi dengan saluran penyulang tiga fasa akan mengalami gangguan satu fasa ke tanah pada saluran penyulang-2. Gangguan tersebut terjadi pada detik, akibat tidak adanya DVR yang melindungi beban sensitif maka tidak akan terjadi pemulihan kedip tegangan. Gambar model simulasi dapat diperlihatkan pada Gambar 4.3. c. Setelah Terjadi Gangguan Satu Fasa ke Tanah dengan DVR Tanpa FLC Pada penelitian ini, dilakukan dengan rangkaian simulasi yang sama tetapi tanpa memakai pengendali logika fuzzy. Hal ini dapat dilakukan dengan menghubung singkatkan blok logika fuzzy pada blok regulator tegangan sehingga rangkaian simulasinya seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.8. dan 4.9. d. Setelah Terjadi Gangguan Satu Fasa ke Tanah dengan DVR Berbasis Fuzzy Logic Controller Dynamic Voltage Restorer terpasang pada sisi tegangan rendah 380 volt, dimana transformator distribusi 20 KV/380 V terhubung pada point of common coupling (PCC) dengan transformator distribusi lain, dimana terjadi gangguan satu fasa ke tanah. Selanjutnya Dynamic Voltage Restorer yang akan disimulasikan adalah

85 DVR tiga fasa dan akan dimodelkan terlebih dahulu kemudian dari model tersebut akan dilakukan pengujian terhadap terjadinya gangguan berupa gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah. Pada simulasi yang akan dilakukan, gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah terjadi pada jaringan 380 Volt yang memasok beban-2, sehingga akan berakibat terjadinya kedip tegangan pada beban yang dilindungi. DVR akan berfungsi untuk memulihkan tegangan sama seperti tegangan sebelum gangguan terjadi, yaitu 1 pu. DVR akan mendeteksi kondisi tegangan pada beban sensitif. Apabila terjadi penurunan tegangan pada sisi beban sensitif, maka DVR akan memulihkan tegangan dengan waktu seminimal mungkin, sehingga tegangan pada sisi beban sensitif dapat terjaga pada kondisi 1 pu Hasil Simulasi Sebelum Terjadi Gangguan Satu Fasa ke Tanah Pada percobaan ini dilakukan dengan rangkaian simulasi yang gangguannya dihilangkan dengan langkah-langkah yang sama, yaitu dengan memvariasikan beban. Pada simulasi yang akan dilakukan, gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah terjadi pada jaringan 380 Volt yang memasok beban-2, sehingga akan berakibat terjadinya kedip tegangan pada beban yang dilindungi. DVR akan berfungsi untuk memulihkan tegangan sama seperti tegangan sebelum gangguan terjadi, yaitu 1 pu. DVR akan mendeteksi kondisi tegangan pada beban sensitif. Gambar rangkaian simulasinya seperti ditunjukkan pada Gambar 4.1 dibawah ini :

86 Gambar 4.1. Simulasi Sebelum Gangguan Satu Fasa ke Tanah

87 Pada Gambar 4.2 tegangan sumber tiga fasa Va, Vb dan Vc, memperlihatkan tetap dalam keadaan stabil (1 pu), hal ini disebabkan belum adanya gangguan atau bebas dari gangguan fasa ke fasa, satu-fasa ke tanah, dua fasa ke tanah, pengaruh sistem harmonik, dan lain-lain. Sehingga besar Va,V b dan V c bernilai sebesar 1 pu, untuk besar waktunya dibuat skala 1:10000, ini menunjukan agar sinyal sumber tegangan jelas terlihat. Gambar 4.2. Hasil simulasi tegangan sebelum terjadi gangguan satu fasa ke tanah 4.4. Hasil Simulasi Setelah Terjadi Gangguan Satu Fasa ke Tanah Tanpa Menggunakan DVR (Dynamic Voltage Restorer) Pada percobaan ini dilakukan dengan rangkaian simulasi yang blok DVRnya di open circuit atau dihilangkan dengan langkah-langkah yang sama, yaitu dengan memvariasikan beban. Gambar rangkaian simulasinya seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3 di bawah ini :

88 Gambar 4.3. Gambar simulasi setelah terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah tanpa menggunakan DVR

89 a. Beban 2.5 kw Gambar 4.4 Hasil simulasi tegangan sumber setelah terjadi hubung singkat satu fasa ke tanah tanpa menggunakan DVR pada beban 2500 w Pada sistem dengan sumber tegangan 380 volt, dengan terjadinya gangguan satu fasa ke tanah pada salah satu bagian dari sistem distribusi tersebut, sehingga sistem yang mengalami gangguan tegangan pada sistem tersebut akan mengalami kedip tegangan dan pada jaringan yang terpasang suatu beban sensitif akan mengalami kedip tegangan juga, seperti yang terlihat pada Gambar 4.4 tegangan fasa a Va mengalami drop tegangan yang dipengaruhi kedip tegangan ketika menuju ke detik sampai dengan detik, dengan beban sensitif yang divariasikan yaitu 2.5 kw, 5 kw, 7.5 kw dan 10 kw. Akibat jaringan tidak dilindungi oleh DVR maka tidak ada pemulihan tegangan pada fasa a.

90 b. Beban 5 kw Gambar 4.5. Hasil simulasi tegangan sumber pada saat terjadi gangguan satu fasa ke tanah tanpa menggunakan DVR pada beban 5 kw b. Beban 7.5 kw Gambar 4.6. Hasil simulasi tegangan sumber pada saat terjadi gangguan satu fasa ke tanah tanpa menggunakan DVR pada beban 7.5 kw

91 c. Beban 10 kw Gambar 4.7. Hasil simulasi tegangan sumber pada saat terjadi gangguan satu fsa ke tanah tanpa menggunakan DVR pada beban 10 kw 4.5 Hasil Simulasi Setelah Terjadi Gangguan Satu Fasa ke Tanah Dengan Menggunakan DVR (Dynamic Voltage Restorer) Tanpa Pengendali Logika Fuzzy Pada percobaan ini dilakukan dengan rangkaian simulasi yang sama tetapi tanpa memakai pengendali logika fuzzy. Hal ini dapat dilakukan dengan menghubung singkatkan blok logika fuzzy pada blok regulator tegangan sehingga rangkaian simulasinya seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.8. dan 4.9 di bawah ini :

92 Gambar 4.8. Simulasi DVR setelah gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah tanpa pengendali logika fuzzy

93 Gambar 4.9. Blok DVR tanpa pengendali logika fuzzy a. Beban 2.5 kw Pada sistem dengan sumber tegangan volt dengan terjadinya gangguan satu fasa ke tanah pada salah satu bagian pada sistem distribusi, sehingga pada sistem mengalami gangguan tegangan pada sistem tersebut akan mengalami kedip tegangan hampir mendekati nol, tetapi pada jaringan lain yang terhubung pada PCC yang sama dengan jaringan yang mengalami gangguan akan mengalami kedip tegangan sebesar 40% - 50% dari tegangan normal, dan pada beban sensitif yang dilindungi oleh DVR akan mengalami pemulihan kedip tegangan sehingga akan kembali normal, seperti yang ada pada Gambar 4.10 berikut :

94 Gambar Tegangan sumber dan tegangan beban sensitif menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy untuk beban 2.5 kw dan Vdc = 160 volt Gambar Tegangan keluaran inverter menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 2.5 kw dan Vdc = 160 volt

95 Gambar Hasil simulasi tegangan suntik dengan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 2.5 kw dan Vdc = 12 volt Gambar FFT Analisis gelombang keluaran transformator penyuntik

96 b. Beban 5 kw Gambar Tegangan sumber dan tegangan beban sensitif dengan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 5 kw dan Vdc = 160 volt Gambar Tegangan suntik menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 5 kw dan Vdc = 160 volt

97 Gambar 4.16.Tegangan keluaran inverter menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 5 kw dan Vdc = 160 volt Gambar FFT Analisis gelombang keluaran transformator penyuntik

98 c. Beban 7.5 kw Gambar Tegangan sumber dan tegangan beban sensitif menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 7.5 kw dan Vdc = 160 volt Gambar Tegangan keluaran inverter menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 7.5 kw dan Vdc = 160 volt

99 Gambar Hasil simulasi tegangan suntik menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kw dan Vdc = 48 volt Gambar FFT Analisis gelombang keluaran transformator penyuntik

100 d. Beban 10 kw Gambar Tegangan sumber dan tegangan beban sensitif menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 10 kw dan Vdc = 160 volt Gambar Tegangan keluaran inverter menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 10 kw dan Vdc = 160 volt

101 Gambar Tegangan suntik menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 10 kw dan Vdc = 160 volt Gambar FFT Analisis gelombang keluaran transformator penyuntik

102 Pada Gambar 4.10 hingga Gambar 4.25 merupakan hasil simulasi dari kendali Dynamic Voltage Restorer (DVR) tanpa menggunakan Pengendali Logika Fuzzy, dengan mengubah besar tegangan beban sensitif dimulai dari 2.5 kw, 5 kw, 7.5 kw dan 10 kw. Kemudian bila terjadi gangguan yaitu berupa gangguan satu fasa ke tanah, tegangan pada sisi beban yang dilindungi akan memulihkan kedip tegangan, kemudian setiap perubahan nilai daya beban akan diperhatikan apakah tegangan hasil pemulihan sudah mencapai atau mendekati 1 pu. Bila belum sempurna maka akan dilakukan variasi perubahan tegangan baterai DC sebagai masukan inverter dengan tegangan baterai DC maksimum sebesar 160 volt dan selanjutnya lewat transformator penyuntik tegangan yang hilang selama terjadi kedip tegangan. Berikut diperoleh data-data hasil simulasi untuk besar baterai penyimpan energi DC = 160 volt. Tabel 4.1. Data Hasil Simulasi DVR tanpa Pengendali Logika Fuzzy Daya Beban (watt) Vsumber tanpa DVR (pu) Vout Inverter (RMS) Vbeban sensitif (pu) Va Vb Vc Va Vb Vc Tegangan Suntik fasa-a (volt) THDv Tegangan Beban (%)

103 Gambar Grafik hubungan tegangan keluaran inverter terhadap perubahan besar (daya) beban Gambar Grafik hubungan tegangan suntik output filter terhadap perubahan besar (daya) beban

104 4.4. Hasil Simulasi Tegangan Setelah Terjadi Gangguan Satu Fasa Ke Tanah Menggunakan DVR (Dynamic Voltage Restorer) Berbasis Pengendali Logika Fuzzy Seperti yang telah dikatakan sebelumnya bahwa rangkaian Dynamic Voltage Restorer terdiri atas regulator tegangan, PWM generator, PWM IGBT inverter dan LC Filter. Tegangan beban hasil pengukuran diperoleh dari V2, dan akan menjadi sinyal masukan pada regulator tegangan. Kemudian sinyal tersebut akan dikonversikan dari tegangan AC menjadi DC. Hasil perbandingan dari referensi sinyal tersebut akan dimasukkan ke Pengontrol Logika Fuzzy. Slanjutnya dari proses tersebut akan masuk ke PWM generator guna membangkitkan sinyal inverter. Struktur tersebut dapat digambarkan dalam simulasi dari regulator tegangan sebagai berikut : Gambar Blok Regulator tegangan DVR berbasis pegendali logika fuzzy

105 Gambar Simulasi kendali Dynamic Voltage Restorer (DVR) dengan menggunakan FLC

106 a. Filter Dynamic Voltage Restorer Tiga Fasa Dynamic Voltage Restorer mempunyai inverter sebagai komponen utamanya. Gelombang keluaran dari inverter ini pada umumnya merupakan non-sinusoidal dan mengandung harmonisa. Pengurangan harmonisa dapat dilakukan dengan menambah filter aktif atau filter pasif. Pada percobaan ini dilakukan dengan menambahkan filter pasif yang terdiri dari RC dan LC, gunanya agar menjaga tingkat harmonisa yang dihasilkan DVR masih merupakan batas yang diizinkan. Pada penelitian ini nilai masing-masing komponen R = 0.2 ohm, L = 1 mh dan C = 10 µf. b. Pengujian Filter Pasif DVR Tiga Fasa Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui besar THD tegangan sebelum filter, besar THD setelah melewati filter dan besar THD tegangan setelah melewati transformator injeksi. Pengujian dilakukan pada beban sensitif 10 kw dengan Vdc sebesar 120 volt, dari hasil pengujian diperoleh bahwa tegangan keluaran inverternya sebesar %.

107 FFT window: 3 of 6.5 cycles of selected signal Time (s) 10 Fundamental (50Hz) = 62.23, THD= 61.82% Mag (% of Fundamental) Harmonic order Gambar FFT Analisis tegangan keluaran inverter sebelum filter pasif Setelah melewati filter pasif, diperoleh THD tegangan mengalami penurunan yaitu sebesar %, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 4.31 berikut :

108 20 FFT window: 3 of 6.5 cycles of selected signal Time (s) 3.5 Fundamental (50Hz) = 20.21, THD= 10.99% Mag (% of Fundamental) Harmonic order Gambar 4.31 FFT Analisis tegangan keluaran inverter setelah filter pasif c. Pengujian Gangguan Pada Jaringan 1. Beban 2.5 kw Pada pengujian ini, gangguan disimulasikan adalah gangguan satu fasa ke tanah, dengan resistansi gangguan 1.8 ohm dan waktu terjadi gangguan di mulai dari detik, dengan beban sensitif yang bervariasi. Untuk melindungi, maka DVR yang akan diuji menggunakan tegangan DC pada beban maksimum 10 kw dan Vdc 160 volt.

109 Gambar Tegangan sumber dan tegangan beban sensitif dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy untuk beban 2.5 kw dengan Vdc = 90 volt Pada Gambar 4.32 tegangan sumber yang mengalami kedip tegangan sebesar 0.2 pu dan tegangan pada beban sensitif setelah dipasang DVR dengan besar tegangan DC 90 volt. Pada gambar 4.32 tersebut terlihat pada saat terjadi kedip tegangan sebesar 0.2 pu maka DVR akan memperbaiki tegangan beban sensitif sehingga dapat pulih menjadi 1 pu, dengan cara menyuntikkan tegangan pada fasa-a yang mengalami penurunan tegangan. Tegangan injeksi ini diperoleh dari tegangan yang dihasilkan oleh inverter, dimana inverter ini dipicu oleh SPWM dengan frekuensi sebesar 5 KHz. Berikut adalah gambar tegangan keluaran dari inverter (Gambar 4.33) :

110 Gambar Tegangan keluaran inverter untuk daya 2.5 kw Gambar Tegangan suntik keluaran inverter untuk daya 2.5 kw

111 Dengan besar tegangan DC inverter, diperoleh tegangan puncak keluaran sebesar 69 volt AC. Tegangan inverter tersebut setelah diukur nlai RMS diperoleh nilai puncak sebesar 35 volt. Tegangan keluaran inverter tersebut selanjutnya akan melewati filter pasif sehingga akan diperoleh tegangan suntik seperti pada Gambar Hasil tegangan suntik tersebut akan menuju transformator injeksi dengan perbandingan 1:5. Setelah itu akan diperoleh tegangan keluaran yang berada pada 1 pu, dengan THDv sebesar 1.23 % seperti pada Gambar 4.35 berikut : FFT window: 6 of 6.5 cycles of selected signal Time (s) 1.5 Fundamental (50Hz) = , THD= 1.23% Mag (% of Fundamental) Harmonic order Gambar FFT Analisis gelombang keluaran transformator penyuntik

112 Selanjutnya langkah langkah ini dilakukan juga untuk beban sensitif 5 kw, 7.5 kw dan 10 kw. 2. Beban 5 kw Gambar Tegangan Sumber dan tegangan beban sensitif pada beban 5 kw dengan Vdc = 160 volt

113 Gambar Tegangan keluaran inverter pada beban 5 kw Gambar Tegangan suntik pada beban 5 kw dengan Vdc = 160 volt

114 FFT window: 5 of 6.5 cycles of selected signal Time (s) 4 Fundamental (50Hz) = , THD= 2.80% Mag (% of Fundamental) Harmonic order Gambar FFT Analisis gelombang keluaran transformator penyuntik

115 3. Beban 7.5 kw Gambar Tegangan Sumber dan Tegangan Beban Sensitif pada beban 7.5 kw dengan Vdc = 160 Gambar Tegangan keluaran Inverter pada beban 7.5 kw

116 Gambar Tegangan suntik untuk beban 7.5 kw Gambar FFT Analisis tegangan keluaran transformator penyuntik

117 4. Beban 10 kw Gambar 4.44 Tegangan Sumber dan tegangan beban sensitif untuk beban 10 kw dengan Vdc = 160 volt Gambar Tegangan keluaran inverter pada beban 10 kw, Vdc = 160

118 Gambar Tegangan suntik pada beban 10 kw Gambar FFT Analisis tegangan keluaran transformator penyuntik