DYNAMIC VOLTAGE RESTORER (DVR) UNBLOCKING ZERO SEQUENCE UNTUK PERBAIKAN KUALITAS TEGANGAN MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY POLAR

Transkripsi

1 DYNAMIC VOLTAGE RESTORER (DVR) UNBLOCKING ZERO SEQUENCE UNTUK PERBAIKAN KUALITAS TEGANGAN MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY POLAR Oleh : Margo Pujiantara Promotor : Prof. Dr. Ir Mauridhi Hery Purnomo Co Promotor : Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng. Jurusan Teknik Elektro FTI ITS 3 Maret 2011

2 Permasalahan Umum Pada Kualitas Tegangan di Industri 92% permasalahan listrik pada proses operasi di industri adalah kedip tegangan dan daya hilang sesaat [3]

3 Kedip Tegangan Kedip tegangan adalah drop tegangan 0.1 pu sampai 0.9 pu dalam interval pemulihan yang singkat..... [IEC , 2000]

4 Karakteristik Kedip Tegangan Amplitudo Durasi Event magnitude 110% 90% Notch/transient Transient Swell Normal operating voltage Voltage Sag Overvoltage Undervoltage 10% Momentary Temporary Sustianed interuption 0.5 cycle 3 sec 1 min Event duration Standar IEEE std

5 Fenomena Kedip Tegangan Remainder of system suffers voltage sag Fault occurs here Line suffers outage ][ Circuit Breaker

6 Penyebab Kedip Tegangan Gangguan hubungan singkat, baik terjadi di instalasi itu sendiri ataupun di penyulang lain. Surja alih-hubung akibat operasi pemutus tenaga disaluran tegangan tinggi atau sistem distribusi. Perubahan beban yang cukup besar secara tibatiba. Karakteristik pembebanankonsumen

7 Kemampuan peralatan sensitif menahan kedip tegangan Drop out kontaktor beradasarkan sensitivitas terhadap tegangan kedip

8 Kemampuan peralatan sensitif menahan kedip tegangan Kurva toleransi voltage sag untuk 7 lampu gas discharge (Hg=mercury, HPS = Sodium bertekanan tinggi, MH = Metal Halide)

9 Kemampuan peralatan sensitif menahan kedip tegangan

10 Perbandingan Metoda Pemulihan Gangguan Power Quality. [3] Type of Fault % of Total PQ Faults Voltage Regulator (CVT) DVR UPS Systems Spikes 5% Solves Solves Solves Sag to 80% 35% Solves Solves Solves Sags from 50% - 80% 45% No Solves Solves Outage sec 7% No Solves Solves Outage sec 4% No No Solves >500 sec Outage 4% No No Some % Faults Solved 100% 40% 92% 96%

11 Konfigurasi Dasar DVR Komponen Utama: Energy Storage DC VSI 3 fasa Booster Transformer Voltage Regulator Sensor Tegangan Diagram Segaris Sistem kelistrikan dengan DVR

12 Road-map penelitian Metode Kompensasi Konfigurasi Kontroler Pre-Sag Unblocking Zero Sequence AI NN Fuzzy Logic DVR In-Phase Fuzzy Polar In-Phase Blocking Zero Sequence PI/PID Advance

13 Perkembangan metode kompensasi, konfigurasi dan kontroler DVR TAHUN 2010 [17] [16] 2009 [14] [15] 2008 [4] [12] [13] 2007 [11] [19] [10] 2006 [9] 2005 [8] 2004 [7] 2003 [6] 2002 [18] 2001 [5] 2000 [28] [30] [27] 1998 [20] [26] 1997 [24] [22] 1994 [29] 1992 [25] KONTROLER PI/PID NN FLC FP PI/PID NN FLC FP PI/PID NN FLC FP PI/PID NN FLC FP KONFIGURASI Blocking Zero Sequence Blocking Zero Sequence Blocking Zero Sequence Unblocking Zero Sequence METODE In-Phase In-Phase advance Pre-Sag KOMPENSASI

14 Metode Yang Diusulkan Mengembangkan DVR berbasis Fuzzy Polar controller dengan unblocking zero sequence pada peralatan tiga fasa empat kawat

15 Kontribusi dan Originalitas Kontribusi : - Blocking transformer tidak diperlukan lagi - Kontroler menggunakan fuzzy polar

16 Fuzzy Polar Fuzzy polar pertama kali diperkenalkan oleh Takashi Hiyama pada tahun Fuzzy Polar merupakan sebuah metode optimal decision yang melakukan pemetaan sinyal dalam bidang polar. Prinsip utama dari fuzzy polar yaitu menentukan besar pergeseran magnitude sinyal input yang akan dikontrol menuju kondisi equilibrium (kondisi yang dikehendaki).

17 Fuzzy Polar Switching Line α/2 α/2 Sector B O As. Za(k) Sector A p(k) D(k) θ(k) Zs(k) 45 Zs merupakan representasi dari sinyal input Za merupakan representasi penurunan sinyal input As merupakan faktor pengali derivatif α merupakan sudut membership function p merupakan representasi sinyal input dalam bidang polar D merupakan representasi magnitude sinyal input dalam bidang polar θ merupakan representasi sudut sinyal input dalam bidang polar

18 Fuzzy Polar Switching Line As. Za(k) α/2 α/2 O D(k) 45 Sector A p(k) θ(k) Zs(k) Operating Point : p(k) =[Zs(k), AsZa(k)] D + 2 ( k) = Zs( k) ( As. Za( k )) θ(k) = tan -1 (As.Za(k)/Zs(k)) 2 Sector B

19 Fuzzy Polar grade 1 N ( θ d ) α = 90 P ( θ d ) grade 1 G(D(k)) Degree θ d Dr Distance D(k) Membership function N(θ) merupakan membership function pertama dari sudut P(θ) merupakan membership function kedua dari sudut Dr merupakan pemulihan maksimum yang diinginkan Umax merupakan nilai maksimum sinyal kontrol Defuzzyfikasi U ( k) = G( D( k))[ N( θ ( k)) P( θ ( k))]. U max

20 Fuzzy Polar Input Signal d dt Za Zs Rule Fuzzy Polar U Signal Conditioning.

21 PEMODELAN

22 Pemodelan Kontroler

23 Konversi ke Bentuk Polar

24 Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar Pada metode Fuzzy polar perlu ditentukan beberapa parameter antara lain U max dan As. Nilai U max dapat diketahui dari persamaan : U max = 1 GDk ( ( ))[ N( θ( k) P( θ( k))] Untuk mendapatkan Umax, sistem distribusi diberikan gangguan 3 fasa dengan impedansi yang sangat kecil sehingga diperoleh tegangan kedip mendekati 0%. Ini akan mewakili kontrol maksimum yang diperlukan.

25 Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar (abc ke dq0) Gangguan 3 fasa Sinyal galat maksimum d = 1 Dipilih As = 0.19

26 Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar (d ke polar d) D ( k) + k 2 2 = Zs( k) ( As. Za( )) θ(k) = tan -1 (As.Za(k)/Zs(k)) Sinyal galat sumbu d yang diubah menjadi Magnitude D(k) d dan Sudut θ (k) d pada bidang polar

27 Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar (amplitudo d ke nilai membership function d) grade 1 G(D(k)) 0 Dr Distance D(k) Sinyal output dari rule base fuzzy G(D(k) d )

28 Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar (sudut d ke nilai membership function N) grade 1 N ( θ d ) α = 90 P ( θ d ) Degree θ d Sinyal output dari rule base fuzzy N(θ(k) d )

29 Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar (sudut d ke nilai membership function P) grade 1 N ( θ d ) α = 90 P ( θ d ) Degree θ d Sinyal output dari rule base fuzzy P(θ(k) d )

30 Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar Parameter-parameter sumbu d Parameter Nilai U max = 1 GDk ( ( ))[ N( θ( k)) P( θ( k))] G(D(k) d ) 1 N( (k) d ) 0,6196 P( (k) d ) 0,3804 U = max 1 1.[ ] U max = 4,18

31 Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar Sinyal galat pada sistem tenaga listrik yang mengalami gangguan 1 fasa ketanah dalam koordinat dq0

32 Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar No Fuzzy Polar Parameter Direct Quadrature input d input q Zero input 0 1. As Dr α 90º 90º 90º 4. Umax PARAMETER KONTROL KEDIP TEGANGAN PARAMETER KONTROL HARMONISA TEGANGAN No Fuzzy Polar Parameter Direct Quadrature input d input q Zero input 0 1. As Dr α 90º 90º 90º 4. Umax

33 Pemulihan Profil Tegangan Akibat Harmonisa Kondisi sistem distribusi dengan beban harmonisa dan THD = 8,31% Kondisi pemulihan THD menjadi 1,76%

34 Pemulihan Profil Tegangan Akibat Harmonisa Pemulihan profil tegangan akibat harmonisa Kondisi Awal THD (%) Setelah Pemulihan THD (%) Persentase Pemulihan (%) 13,80 3,60 73,91 10,78 2,42 77,55 8,31 1,76 78,82

35 Pemulihan kedip tegangan Pemulihan kedip tegangan 50% untuk gangguan 3 fasa

36 Pemulihan kedip tegangan Pemulihan kedip tegangan 50% untuk gangguan 2 fasa

37 Pemulihan kedip tegangan Pemulihan kedip tegangan 50% untuk gangguan 2 fasa ketanah

38 Pemulihan kedip tegangan Pemulihan kedip tegangan 50% untuk gangguan 1 fasa ketanah

39 Hasil simulasi pemulihan profil tegangan Studi Kasus Kedip Tegangan Tanpa beban Harmonisa Pemulihan (%) Dengan Beban Harmonisa THD 13,08% Pemulihan (%) THD (%) Dengan Beban Harmonisa THD 10,78% Pemulihan (%) THD (%) Dengan Beban Harmonisa THD = 8,31% Pemulihan (%) THD (%) 70%3F , , ,71 50%3F , , ,02 30%3F , , ,79 70%2F , , ,72 50%2F , , ,66 30%2F , , ,90 70%2FG , , ,76 50%2FG , , ,20 30%2FG , , ,58 70%1FG , , ,87 50%1FG , , ,01 30%1FG , , ,41 Rata-rata 99,83% 98,33 7,94 98,75 6,32 98,58 5,30

40 KESIMPULAN Dari hasil penelitian, pemulihan profil tegangan akibat gangguan kedip tegangan dan distorsi harmonisa menggunakan Dynamic Voltage Restorer (DVR) unblocking zero sequence menggunakan kontrol Fuzzy polar dapat dilakukan dengan lebih mudah karena tidak membutuhkan expert system untuk menentukan rule base seperti pada metode Fuzzy umumnya. Pada metode Fuzzy Polar hanya perlu dilakukan penentuan beberapa parameter yaitu α, Dr, As dan U max. Parameter α ditentukan berdasarkan besar pergesaran sudut maksimum fasa sinyal tegangan yaitu Parameter Dr menentukan tingkat pemulihan yang diinginkan. Tingkat pemulihan 100% direpresentasikan nilai Dr sebesar 1 Dari hasil penelitian diketahui bahwa DVR menggunakan metode kontrol Fuzzy Polar mampu memulihkan gangguan kedip tegangan hingga ratarata 99,83%. Pada gangguan akibat distorsi harmonisa mampu memulihkan profil tegangan hingga rata-rata diperoleh THD = 2.59 %. Sedangkan pada saat sistem diberikan gangguan kedip tegangan dengan berbagai kedalaman dan harmonisa dengan berbagai tingkat distorsi, DVR dengan metode kontrol Fuzzy Polar dapat memulihkan profil tegangan hingga rata-rata 98,89% dan THD = 6,52%.

41 JURNAL INTERNASIONAL Margo P, Mauridhi Hery P, Mochamad Ashari, Zaenal PA, T Hiyama, Compensation of Balanced and Unbalanced Voltage Sags using Dynamic Voltage Restorer Based on Fuzzy Polar Controller, IJAER- RESEARCH INDIA PUBLICATIONS, Vol.3 No , pp Margo P, Rio Indralaksono, Mauridhi Hery P, Mochamad Ashari, T. Hiyama, DVR Control Using Fuzzy Polar for Voltage Sag Restoration on 4 Wire System, International Journal of Engineering Science and Technology (IJEST), Vol. 2(8), 2010, NASIONAL Fuzzy Polar Dynamic Voltage Restorer as Voltage Sag Restorer and Active Filter Without Zero Sequence Blocking, Gelagar, September 2008 Advanced DVR with Zero-Sequence Voltage Component And Voltage Harmonic Elimination for Three-Phase Three-Wire Distribution Systems, Iptek, November 2009

42 SEMINAR SEMINAR NASIONAL Margo P, M Heri P, M Ashari, Imanda, Dynamic Voltage Restorer Menggunakan Boost Transformer Terhubung Bintang Dengan Kontrol Backpropagation Neural Network Untuk Pemulihan Tegangan Kedip, SMED Malang, 9-10 Desember 2005 Margo P, M Heri P, M Ashari, Zaenal P A, Pemodelan Dynamic Voltage Restorer (DVR) berbasis fuzzy logic controller dengan blocking urutan nol untuk mengatasi tegangan kedip akibat gangguan balance dan unbalance, IES Surabaya, 7 9 Nopember 2006 Margo P, M Heri P, M Ashari, DVR modeling based on fuzzy polar controller to restore balanced and unbalanced sag voltage, SITIA Surabaya, 9 Mei Margo P, M Heri P, M Ashari, Zaenal PA, T Hiyama, Filter aktif seri berbasis fuzzy polar untuk kompensasi harmonisa tegangan dan arus, SITIA-Surabaya, 14 Oktober 2009.

43 SEMINAR SEMINAR INTERNASIONAL Margo P, Mauridhi Hery P, Mochamad Ashari, Hendrik, T. Hiyama, Balanced Voltage Sag Correction using Dynamic Voltage Restorer Based on Fuzzy Polar Controller, ICICIC - Kumamoto Jepang, 5-7 September Margo P, Mauridhi Hery P, MAshari, Zaenal PA, T. Hiyama, Dynamic Voltage Restorer Based on Fuzzy Polar as Voltage Restorer and Voltage Distortion Compensator, ICA Bandung, Oktober 2009.

44 Terima Kasih Semoga Bermanfaat