Oleh : Kikin Khoirur Roziqin Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Mochammad Ashari, M.Eng. Ir. Sjamsjul Anam, M.T.

Transkripsi

1 Oleh : Kikin Khoirur Roziqin Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Mochammad Ashari, M.Eng. Ir. Sjamsjul Anam, M.T.

2 Latar Belakang Beban Non Linier Harmonisa Filter Usaha Penyelesaian Permasalahan pada Sistem Tenaga Listrik

3 Permasalahan Permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah apakah Fuzzy Logic Controller (FLC) layak untuk diimplementasikan pada filter aktif shunt tiga tingkat dalam meredam harmonisa pada sistem tenaga listrik.

4 Tujuan Mengetahui prinsip kerja filter aktif shunt tiga tingkat. Mendesain filter aktif shunt tiga tingkat berbasis FLC untuk meredam harmonisa. Mengetahui total harmonics distortion (THD) yang terbangkit sebelum dan sesudah pemasangan filter aktif shunt tiga tingkat berbasis FLC. Membandingkan kinerja dari FLC dengan Proportional Integral (PI) Controller sebagai kontrol kendali Filter Aktif Shunt Tiga Tingkat.

5 HARMONISA Gelombang Fundamental Gelombang Harmonisa Ketiga Hasil Penjumlahan Gelombang Fundamental & Harmonisa Ketiga

6 Filter Aktif Shunt Tiga Tingkat Filter aktif shunt tiga tingkat merupakan suatu filter aktif shunt yang menggunakan inverter tiga tingkat dalam pembentukan arus kompensasi untuk meredam harmonisa.

7 Diagram Blok Filter Aktif Shunt Tiga Tingkat Is A Is B Is C Ic A Ic B Ic C Filtering Ih A Ih B Ih C e IC e IB e IA Control Block FLC I ref Inverter Tiga Tingkat

8 Inverter Tiga Tingkat Inverter merupakan suatu peralatan elektronika yang mengkonversikan listrik arus searah (DC) menjadi listrik arus bolak-balik (AC). Inverter ini bisa terdiri dari satu tingkat maupun banyak tingkat atau yang biasa disebut dengan multilevel inverter.

9 Inverter Tiga Tingkat

10 DESAIN DAN PEMODELAN INVERTER TIGA TINGKAT BERBASIS FUZZY LOGIC CONTROLLER (FLC) SEBAGAI FILTER AKTIF Konfigurasi Sistem Sumber BEBAN NON LINIER FILTERING FLC INVERTER TIGA TINGKAT BEBAN LINIER Filter Aktif Shunt Tiga Tingkat

11 Komponen Filter Aktif Shunt Tiga Tingkat Berbasis FLC Filtering Aplikasi Fuzzy Logic Controller Prosedur Penyalaan Inverter Tiga Tingkat

12 Filtering Filtering merupakan suatu proses untuk mendapatkan sinyal arus harmonisa dengan cara memfilter sinyal arus dan tegangan pada sistem. Arus referensi atau harmonisa arus diidentifikasi dengan transformasi α-β untuk mendapatkan daya real dan imajiner. Tegangan sumber (V S1, V S2, V S3 ) dan arus sumber (I S1, I S2, I S3 ) ditransformasikan menjadi sistem bi-phase menurut persamaan berikut :

13 Filtering Daya aktif dan daya reaktif sesaat pada sistem dihitung berdasarkan persamaan di bawah ini : Setelah itu, untuk mendapatkan arus referensi harmonisa dilakukan transformasi sesuai dengan persamaan berikut :

14 Filtering Untuk mendapatkan arus referensi harmonisa yang sesungguhnya, maka arus harmonisa dalam sistem biphase harus ditransformasikan dengan invers dari transformasi α-β, dimana ditunjukkan pada persamaan berikut :

15 Pemodelan Filtering Vref_Transf u 2 Vsa^2 u 2 1/u Fcn Vsb^2 Va Vb Vc K*u Gain K*u Gain 1 p Fo=50 Hz Iref alpha Scope Ia Fo=50 Hz K*u Gain 6 K*u Gain 7 1 I_Ref Ib Ic K*u Gain 2 K*u Gain 3 q Iref betha Scope 7-1 Constant Iref _Transf

16 Prosedur Pengontrolan Menggunakan FLC Menentukan Rule Base FLC Tabel 1 Rule Base Fuzzy Logic Controller d_error Error LN N ZE P LP ln BN N P P BP n BN N P P BP ze BN N ZE P BP p BN N N P BP lp BN N N P BP

17 Prosedur Pengontrolan Menggunakan FLC Menentukan Membership Function Fungsi keanggotaan atau Membership Function (MF) menyatakan fungsi secara keseluruhan yang menyatakan derajat keanggotaan (Membership Function) dari masingmasing variabel. Sedangkan yang dimaksud variabel disini adalah error, delta error, dan sinyal kontrol keluaran.

18 Membership Function Variabel Masukan Error dan Delta Error

19 Membership Function Variabel Masukan Output

20 Simulasi Fuzzy Logic Controller error A 1 z Fuzzy Logic Controller d_error A Out A error B 1 In 1 z Fuzzy Logic Controller 1 Out B 1 Out d_error B Out C error C 1 z Fuzzy Logic Controller 2 d_error C

21 Aplikasi Fuzzy Logic Controller

22 Prosedur Penyalaan Inverter Tiga Tingkat Tabel 2 Sinyal Kontrol Ideal Switch pada Inverter Tiga Tingkat Ki T i1 T i2 T i3 T i4 V io V dc / V dc /2

23 Inverter Tiga Tingkat - v 1 In 11 g m In 21 g m In 31 g m 1 2 Diode Ideal Switch Ideal Switch 4 Ideal Switch 8 Diode 1 Diode 2 Diode 3 2 In 12 3 In 13 g m 1 2 Ideal Switch 1 g m In 22 7 In 23 g m 1 2 Ideal Switch 5 g m In In 33 g m 1 2 Ideal Switch 9 g m 1 2 A B C A B C Port A 1 Port B 2 Port C 3 Diode 4 Ideal Switch 2 Ideal Switch 6 Ideal Switch 10 Diode 5 4 In 14 g m In 24 g m In 34 g m 1 2 Ideal Switch 3 Ideal Switch 7 Ideal Switch 11

24 SIMULASI DAN ANALISIS Pemodelan Sistem Tanpa Filter Aktif Shunt 3 Tingkat V_normal Discrete, Ts = s. - v - v - v Vabc P Q S P Q - v - v - v Iabc S pf I_arus_normal A B C Three -Phase Source A Vabc Iabc B a b C c Three -Phase V-I Measurement i - i - - v v - v - v - pf [Ia ] i - [Ib ] i - [Ic ] i - i - i - A B C Beban Non Linier A B C Goto 1 [Va] [Vb] [Vc] Beban Linier

25 Pemodelan Beban Linier Beban linier berupa R dan L seri tiga fasa dengan daya terpasang 13 kva 1 A A B 3 C 2 B C a b c A B C Three -Phase Series RL Load Pemodelan Beban Non Linier Beban non linier yang terdiri dari sebuah penyearah tiga fasa serta beban R dan C dengan daya terpasang sebesar 2.8 kva 1 A 3 C 2 B A B C a b c A B C - Rectifier 3 Phasa RC Load

26 Hasil Simulasi Tanpa Filter Aktif Shunt 3 Tingkat Berbasis FLC 1. Simulasi ini menggunakan MATLAB Simulink R2008a, dengan tegangan line-line pada sumber sebesar 381 Volt. 2. Kondisi awal sistem disimulasikan pada saat sebelum adanya filter aktif shunt tiga tingkat dengan beban linier sebesar 13 kva dan beban nonlinier sebesar 2.8 kva. 3. Pada simulasi awal tanpa filter, diperoleh nilai THD arus pada sistem sebesar 7.24 % dan nilai THD tegangan pada sistem sebesar 3.90 %.

27 Hasil Simulasi Tanpa Filter Aktif Shunt 3 Tingkat Berbasis FLC Gambar Gelombang Arus Gambar Spektrum Arus Gambar Gelombang Tegangan Gambar Spektrum Tegangan

28 Hasil Simulasi Tanpa Filter Aktif Shunt 3 Tingkat Berbasis FLC Daya Aktif (P) kw Daya Reaktif (Q) kvar Daya Total (S) kva Faktor Daya 0.94 Arus Fundamental (peak) A Arus Fundamental (rms) A THD arus sumber 7.24 % Tegangan Fundamental (peak) Tegangan Fundamental (rms) V 219 V THD tegangan sumber 3.90 %

29 Pemodelan Sistem Dengan Filter Aktif Shunt 3 Tingkat Berbasis FLC V_normal Discrete, Ts = s. - v - v Vabc P Q P Q - - v v - v Iabc S pf S - v I_arus_normal A B C Three -Phase Source A B C Vabc Iabc a b c Three -Phase V-I Measurement i - - v v - v - v - pf i - [Ia ] i - [Ib ] i - [Ic ] i - i - i - A B C A B C - Rectifier a b c A B C [Vc] [Vb] [Va] Goto 1 [Va] [Vb] [Vc] [Ic_a] Three -Phase Series RLC Load Va [Ic_b] [Ia ] [Ib ] Vb Vc Ia Ib Ic I_Ref Port_A [Ic _c] i - i ī - [Ic] Alpha Betha Transf In Out From _Out_Fuzzy Port_B [Ic_a] Ic_a [Ic_b] Ic_b I_Compns FLC Port_C [Ic _c] Ic_c Proses Inverter 3 Tingkat I Compensation

30 Hasil Simulasi Setelah Pemasangan Filter Aktif Shunt 3 Tingkat Berbasis FLC Pada simulasi menggunakan filter aktif shunt tiga tingkat berbasis FLC, diperoleh nilai THD arus pada sistem sebesar 4.98 % dan nilai THD tegangan pada sistem sebesar 0.71 %.

31 Hasil Simulasi Setelah Pemasangan Filter Aktif Shunt 3 Tingkat Berbasis FLC Gambar Gelombang Arus Gambar Spektrum Arus Gambar Gelombang Tegangan Gambar Spektrum Tegangan

32 Hasil Simulasi Setelah Pemasangan Filter Aktif Shunt 3 Tingkat Berbasis FLC Daya Aktif (P) kw Daya Reaktif (Q) kvar Daya Total (S) kva Faktor Daya Arus Fundamental (peak) 36.5 A Arus Fundamental (rms) A THD arus sumber 4.98 % Tegangan Fundamental (peak) Tegangan Fundamental (rms) 309 V 219 V THD tegangan sumber 0.71 %

33 Simulasi Filter Aktif Shunt Tiga Tingkat Menggunakan Proportional Integral (PI) Controller PI 1 In PI PI 1 Out Kontrol proposional (Kp) mempunyai keluaran (output) yang sebanding atau proposional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan harga aktualnya). Kontroller integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki kesalahan keadaan mantap (steady state) nol.

34 Perbandingan Sistem Sebelum dan Sesudah Pemasangan Filter Aktif Shunt Tiga Tingkat Berbasis Fuzzy Logic Controller (FLC) Besaran yang diukur Sebelum Pemasangan Filter Setelah Pemasangan Filter FLC PI Controller Daya Aktif (P) kw kw Daya Reaktif (Q) kvar kvar 5.1 kvar Daya Total (S) kva kva kva Faktor Daya Arus Sumber Fundamental (peak) A 36.5 A A Arus Sumber Fundamental (rms) A A A THD arus sumber 7.24 % 4.98 % 5.06 % Tegangan Sumber Fundamental (peak) 309 V 309 V 309 V Tegangan Sumber Fundamental (rms) THD tegangan sumber 219 V 219 V 219 V 3.90 % 0.71 % 0.71 %

35 KESIMPULAN Pemasangan filter aktif shunt tiga tingkat berbasis Fuzzy Logic Controller (FLC) pada suatu sistem tenaga listrik dengan tegangan V phase-phase (rms) 381 Volt dapat mengurangi besar Total Harmonic Distortion (THD) arus yang pada awalnya adalah 7.24% menjadi 4.98%, dan THD tegangan dari 3.90% menjadi 0.71%. Pemasangan filter aktif shunt tiga tingkat berbasis Proportional Integral (PI) Controller dapat mengurangi THD arus dari 7.24% menjadi 5.06%, dan THD tegangan dari 3.90% menjadi 0.71%. Filter aktif shunt tiga tingkat berbasis Fuzzy Logic Controller (FLC) memiliki kemampuan untuk memperbaiki faktor daya total. Sebelum pemasangan filter faktor daya sistem adalah 0.94 dan setelah pemasangan filter menjadi Sedangkan penggunaan PI Controller pada filter aktif shunt tiga tingkat, berdampak pada faktor daya yang semula 0.94 menjadi

36 SARAN Diperlukan penggunaan metode rule base yang tepat pada kontroller fuzzy agar kinerja dari kontroller fuzzy tersebut dapat ditingkatkan. Serta penambahan jumlah membership function (fungsi keanggotaan) pada kontroller fuzzy baik untuk sinyal masukan dan sinyal keluaran dari kontroller sangat disarankan. Sehingga kontroller fuzzy dapat lebih presisi dalam memberikan sinyal kontrol untuk penyalaan inverter tiga tingkat sebagai filter aktif shunt. Diperlukan penelitian lebih lanjut untuk menentukan jumlah tingkat pada inverter yang optimum sebagai filter aktif shunt yang disesuaikan dengan faktor ekonomi. Karena penambahan jumlah tingkat pada inverter akan berpengaruh pada peningkatan sisi ekonomi yaitu semakin bertambah pula komponen-komponen di dalam inverter seperti jumlah switch, kapasitor, dan dioda yang semakin bertambah banyak.

37 TERIMA KASIH