Implementasi Dynamic Voltage Restorer (DVR) Multifungsi untuk perbaikan kualitas daya

Implementasi Dynamic Voltage Restorer (DVR) Multifungsi untuk perbaikan kualitas daya Ir. M. Abdul Hamid, MT, Ir. Eko Nurcahyo, MT Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, ITN Malang e-mail: Hamid.duro@gmail.com Abstrak Permasalahan yang sering dihadapi oleh dunia industri adalah fluktuasi tegangan sesaat (sag/swell) dan adanya harmonisa. Gangguan tersebut timbul akibat adanya kondisi starting motor listrik dan pelepasan beban dalam kapasitas besar serta penggunaan beban non linier dalam pengontrolan peralatan listrik. Dalam penelitian ini membahas mengenai pemasangan Dynamic Voltage Restorer(DVR) untuk mengatasi permasalahan kualitas tegangan dan harmonisa. Pemodelan sistem dan simulasi profil tegangan maupun harmonisa dengan dan tanpa pemasangan Dynamic Voltage Restorer (DVR) menggunakan software PSCAD/EMTDC. Dari simulasi tersebut dapat diketahui bahwa nilai voltage sag dan swell sebelum dipasang kompensasi DVR masing-masing adalah 0.72 dan 1.31, sedangkan sesudah dikompensasi DVR adalah 1.008 untuk swell mapun sag. Dan harmonisa (THD)yang terjadi juga mengalami penurunan dari 20.46% (sag) dan 21.11% (swell) masing-masing menjadi 0.75%. Sehingga dengan pemasangan DVR ini dapat dikatakan kualitas daya menjadi sangat baik karena masih dibawah batas maksimal yang diperbolehkan yaitu untuk tegangan maksimal sebesar 1,05 dan untuk harmonisa maksimal 5 %. Kata kunci : Harmonisa,voltage sag,voltage swell,dvr Abstract The problem often faced by the industry is the instantaneous voltage fluctuations (sag / swell) and the presence of harmonics. The disorder arises due to the condition of the electric motor starting and load shedding in large capacity and the use of non-linear load in the control of electrical equipment. In this study discusses the Dynamic Voltage Restorer installation (DVR) to overcome the problems of power quality and harmonics. System modeling and simulation as well as harmonic voltage profiles with and without the installation of Dynamic Voltage Restorer (DVR) using software PSCAD / EMTDC. From the simulation can be seen that the value of voltage sag and swell before compensation mounted DVR respectively 0.72 and 1:31, while the DVR is compensated after 1008 to swell mapun sag. And harmonics (THD) which occurs also decreased from 20:46% (sag) and 21:11% (swell) respectively to 0.75%. So with the installation of this DVR can be said to be very good quality because power is still below the maximum limit allowed is for a maximum voltage of 1.05 and for a maximum of 5% harmonics. Keywords: Harmonics, voltage sag, voltage swell, DVR Pendahuluan Kualitas daya listrik merupakan faktorl yang sangat penting dalam sistem ketenaga listrikan. Voltage sags sebagai fenomena yang sangat berpengaruh pada proses operasional industri atau konsumen lainnya. Pihak konsumen sering merasa dirugikan akibat kualitas tenaga listrik yang tidak memenuhi persyaratan, khususnya konsumen yang menggunakan mesin-mesin yang dengan sistem kontrol modern yang sangat sensitif terhadap gangguan penurunan tegangan sesaat atau tegangan kedip (voltage sags), Drop tegangan dan durasi yang termasuk dalam katagori voltage sag adalah 0.1 pu sampai 0.9 pu dalam waktu 0,5 cycle sampai 1 menit. Voltage sag umumnya disebabkan oleh gangguan dalam sistem suplai dan starting beban-beban besar. Selain drop tegangan, voltage sag juga dapat mengakibatkan pergeseran sudut fasa. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari 2015 825

DVR merupakan peralatan yang dipasang antara sumber dan beban dengan tujuan memperbaiki kualitas tegangan. DVR dapat memperbaiki amplitudo tegangan, pergeseran fasa dan komponen harmonisa yang diperlukan. Untuk mengkompensasi fluktuasi tegangan yang cukup besar diperlukan injeksi daya aktif, sehingga DVR memerlukan penyimpan energi (energi storage). Voltage Source Inverter (VSI) sebagai peralatan penyimpan sementara dari DVR yang mengkompensasi tegangan saat terjadi voltage sag. Metode Penelitian Dalam penelitian ini menggunakan metode sebagai berikut: 1. Studi literatur mengenai penggunaan DVR dalam sistem tenaga listrik, kontrol FLC. 2. Pemodelan sistem sebelum dan sesudah pemasangan DVR. 3. Pembuatan program simulasi, kemudian menganalisa dan membandingkan antara sebelum dan sesudah pemasangan DVR dengan kontrol FLC. Hasil dan Pembahasan Pada single line sistem kelistrikan suatu industri yang terdiri dari tiga beban yaitu beban 1 (25MW 300kVAR 11kV), beban 2 (25MW 300kVAR 11kV) dan beban 3 (18MW 250kVAR 11kV), beban 1 disuplai dari trafo 1 (32MVA 70/11kV), beban 2 disuplai dari trafo 2 (32MVA 70/11kV) sedangkan beban 3 disuplai dengan trafo 3 (25MVA 70/11kV. Gambar-1. Sistem Kelistrikan Industri dengan DVR Simulasi yang dilakukan kali ini meliputi beberapa kasus antara lain : - Simulasi gangguan kedip tegangan pada sistem kelistrikan industri tanpa pemulih tegangan DVR. - Simulasi gangguan kedip tegangan pada sistem kelistrikan industri dengan pemulih tegangan DVR. Gangguan kedip tegangan yang terjadi pada beban 3 disebabkan oleh gangguan hubung singkat meliputi hubung singkat 1 fasa ketanah, 2 fasa ketanah, dan 3 fasa ketanah yang terjadi pada beban 1. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari 2015 826

Flowchart Pemecahan Masalah Mulai single line test case DVR Control PWM sinusoidal Fuzzy Logic Control Masukkan Parameter Periksa Parameter Pemulihan tegangan mencapai 90% < 100% No Tampilkan Grafik Yes Selesai Gambar-2 Flowchart DVR mengunakan Fuzzy Logic Controller Simulasi Sistem tanpa Dynamic Voltage Restorer Untuk simulasi awal, sistem yang digunakan adalah sistem kelistrikan industri tanpa pemulih tegangan dynamic voltage restorer (DVR), Pada simulasi ini gangguan kedip tegangan pada sistem kelistrikan industri tersebut diperoleh dengan melakukan gangguan hubung singkat di beban 1 sehingga akan kedip tegangan pada sisi beban 2 dan 3. Gangguan hubung singkat yang diterapkan di beban 2 dan 3 untuk menghasilkan kedip tegangan ada tiga macam yaitu 1 fasa ketanah, 2 fasa ketanah, 3 fasa ketanah. Dari single line pada Gambar-1 didapat bentuk simulasi sistem kelistrikan industri tanpa pemulih tegangan DVR dalam simulink matlab seperti ditunjukkan pada Gambar-2 Gambar-3 Simulasi sistem kelistrikan industri tanpa dynamic voltage restorer (DVR) SENATEK 2015 Malang, 17 Januari 2015 827

Dari gambar rangkaian simulasi diatas maka didapatkan hasil simulasi sebagai berikut : 1. Kedip tegangan akibat gangguan hubung singkat 1 fasa ketanah. Ada dua tingkat kedip tegangan yang disimulasikan yaitu: a. Kedip tegangan (voltage sag) 70% Gambar-4. Voltage sag 70% b. Kedip tegangan (voltage sag) 50% Gambar-5. Voltage sag 50% Dari Gambar-4. terlihat bahwa saat terjadi ganguan hubung singkat 1 fasa ketanah dibeban 1 (fasa a) menyebabkan kedip tegangan pada beban 2 dan 3, ada dua fasa yang mengalami kedip tegangan (fasa a dan fasa c) dan satu fasa lain (fasa b) tidak mengalami kedip tegangan, sedangkan nilai dari kedip tegangan untuk tiap fasa berbeda untuk fasa a mencapai memiliki nilai kedip tegangan yang paling rendah 49,95%, fasa b tidak mengalami kedip tegangan 100,1% dan untuk fasa c sebesar 71,64%. 2. Kedip tegangan akibat gangguan hubung singkat 2 fasa ketanah Ada dua tingkat kedip tegangan yang disimulasikan yaitu: a. Kedip tegangan (voltage sag) 70% Gambar-6. Voltage sag 70% b. Kedip tegangan (voltage sag) 50% Gambar 4.7. Voltage sag 50% 3. Kedip tegangan akibat gangguan 3 fasa ketanah Ada dua tingkat kedip tegangan yang disimulasikan yaitu: 1. Kedip tegangan (voltage sag) 70% Gambar-8. Voltage sag 70% SENATEK 2015 Malang, 17 Januari 2015 828

Dari Gambar-7 terlihat bahwa saat terjadi ganguan hubung singkat 3 fasa ketanah dibeban 1 menyebabkan kedip tegangan pada beban 2 dan 3. Terlihat pada Gambar-7 bahwa nilai tegangan ketiga fasa turun dengan nilai dari kedip tegangan yang hampir sama untuk untuk fasa a 70,56%, fasa b mencapai memiliki nilai kedip tegangan yang paling rendah sebesar 69,95% dan tegangan fasa c sebesar 70,19%. 2. Kedip tegangan (voltage sag) 50% Gambar-9. Voltage sag 50% Dari Gambar-3 sampai-8 nilai dari kedip tegangan tiap fasa untuk setiap kasus diatas dapat diperjelas dengan Tabel-1. Tabel-1. Kedip tegangan (voltage sag) di beban 1 Jenis gangguan Persentase kedip tegangan (%) Tegangan fase a Tegangan fase b Tegangan fase c 1 fasa ketanah 2 fasa ketanah 3 fasa ketanah 70 50 70 50 70 50 0.7028 1.001 0.8467 0.4995 1.001 0.7164 0.8792 0.6998 0.8318 0.7433 0.4991 0.7771 0.7056 0.6995 0.7019 0.5007 0.5157 0.507 Tegangan base = 11kV Untuk semua simulasi gangguan kedip tegangan terjadi pada priode 0.03-0.07 detik Dari Tabel-1, untuk kedip tegangan untuk gangguan 1 fasa ketanah(fasa a) dan 2 fasa ketanah(fasa bc), terlihat bahwa tegangan yang turun pada beban1 tidak hanya fasa a saja dan fasa bc saja, namun tegangan pada beban1 untuk semua fasa ikut turun, hal ini dikarenakan oleh belitan trafo yang digunakan untuk menyuplai beban1 memeliki konfigurasi delta wye, sehingga tegangan yang terdapat pada beban 1 akan mengalami pergeseran fasa, sehingga bentuk dari tegangan beban 1 saat gangguan kedip tegangan tidak seimbang maka tegangan berbeda dengan sumber. 2. Simulasi Sistem dengan Dynamic Voltage Restorer (DVR) Dalam simulasi kali ini akan ditambahkan pemulih tegangan DVR pada sistem kelistrikan industri dibaban 3, sehingga diharapkan pada saat terjadi gangguan kedip tegangan, DVR mampu untuk menginjeksi tegangan sebesar drop tegangan yang timbul. Unutk mengontrol output dari DVR yang mampu menginjeksi tegangan sesuai gangguan kedip tegangan, disini mencoba menggunakan kendali fuzzy logic controller. Dari gambar single line dapat dibuat simulasi dengan menggunakan simulink matlab seperti terlihat pada Gambar-9 SENATEK 2015 Malang, 17 Januari 2015 829

Gambar-10. Simulasi sistem kelistrikan industri dengan DVR Dari rangkaian simulasi pada Gambar 4.9 diatas maka didapatkan hasil simulasi untuk setiap kasus sebagai berikut : 3. Tegangan Beban Saat Gangguan Hubung Singkat 1 fasa ke Tanah Ada dua tingkat kedip tegangan yang disimulasikan yaitu: 1. Kedip tegangan 70% Gambar-11. Tegangan beban saat gangguan dan tegangan referensi injeksi DVR dengan FLC Gambar-12. Tegangan beban setelah diinjeksi dengan DVR kendali FLC 2. Kedip tegangan 50% SENATEK 2015 Malang, 17 Januari 2015 830

Gambar-13. Tegangan beban saat gangguan, tegangan referensi injeksi DVR FLC Gambar-14. Tegangan beban setelah diinjeksi dengan DVR kendali FLC Besarnya gangguan kedip tegangan dan tegangan injeksi dari DVR untuk setiap fasa bagi setiap kasus dapat dilihat pada Tabel-2. Tabel-2. Perbandingan Tegangan Sebelum dan Sesudah Injeksi untuk gangguan hubung singkat 1 fasa ketanah Kedip tegangan Sebelum injeksi Injeksi DVR FLC A B C A B C 70% 0,702 1,001 0,846 0,995 1,002 1,003 50% 0,499 1,001 0,716 0,989 1,003 1,001 Tampak pada Tabel-2 bahwa saat terjadi gangguan hubung singkat 1 fasa ketanah (fasa a), tegangan beban setelah diinjeksi menggunakan DVR kendali FLC tegangan fasa a tidak mencapai 1 pu. Namun drop tegangan dari tegangan beban setelah pemulihan masih dalam range yang diijinkan, kurang dari 5% yaitu 0,1-1,3%. 3. Tegangan beban saat gangguan hubung singkat 2 fasa ketanah Ada dua tingkat kedip tegangan yang disimulasikan yaitu: 1. Kedip tegangan 70% Gambar-15. Tegangan beban saat gangguan SENATEK 2015 Malang, 17 Januari 2015 831

dan tegangan referensi injeksi DVR dngan FLC Gambar-16. Tegangan beban setelah diinjeksi dengan DVR kendali FLC 2. Kedip tegangan 50% Gambar-17. Tegangan beban saat gangguan dan tegangan referensi injeksi DVR FLC Gambar-18. Tegangan beban setelah diinjeksi dengan DVR kendali FLC Dari Gambar-14.sampai dengan Gambar-17. terlihat pada saat terjadi gangguan hubung singkat 2 fasa ketanah pada beban 1 (fasa b dan c) maka pada tegangan beban 3 mengalami penurunan, seketika itu juga DVR sebagai pemulih tegangan melalui booster transformer menginjeksikan tegangan sebesar penurunan dari tegangan beban 3, besarnya gangguan kedip tegangan dan tegangan injeksi dari DVR untuk setiap fasa bagi setiap kasus dapat dilihat pada Tabel-3. Tabel-3. Perbandingan Tegangan Sebelum dan Sesudah Injeksi untuk gangguan hubung singkat 2 fasa ketanah Kedip tegangan 70% 50% Sebelum injeksi Injeksi DVR FLC A B C A B C 0,87 9 0,7 0,832 1,002 0,997 0,998 0,74 3 0,499 0,777 1,001 0,994 0,997 Tampak pada Tabel 4.3 bahwa saat terjadi gangguan hubung singkat 2 fasa ketanah (fasa b dan c), tegangan beban setelah diinjeksi menggunakan DVR kendali FLC tegangan fasa a tidak mencapai 1 pu. Namun drop tegangan dari tegangan beban setelah pemulihan masih dalam range yang diijinkan, kurang dari 5% yaitu 0,2-0,6%. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari 2015 832

3. Tegangan Beban saat Gangguan Hubung Singkat 3 fasa ke Tanah 1. Kedip tegangan 70% Gambar 4.19. Tegangan beban saat gangguan dan tegangan referensi injeksi DVR FLC Gambar-20. Tegangan beban setelah diinjeksi dengan DVR kendali FLC 2. Kedip tegangan 50% Gambar-21. Tegangan beban saat gangguan dan tegangan referensi injeksi DVR FLC Gambar-22. Tegangan beban setelah diinjeksi dengan DVR kendali FLC Tabel-4. Perbandingan Tegangan Sebelum dan Sesudah Injeksi untuk gangguan hubung singkat 3 fasa ketanah Sebelum injeksi Injeksi DVR FLC Kedip tegangan A B C A B C 70% 0.707 0.7 0.702 0.998 0.997 0.998 50% 0.501 0.512 0.507 0,995 0.996 0.995 Setelah diinjeksi menggunakan DVR kendali FLC tegangan fasa a tidak mencapai 1 pu. Namun drop tegangan dari tegangan beban setelah pemulihan masih dalam range yang diijinkan, kurang dari 5% yaitu 0,2-0,7%. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari 2015 833

Tabel-5. Perbandingan Tegangan Sebelum dan Sesudah Injeksi untuk kedip tegangan 3 cycle Sebelum injeksi Injeksi DVR FLC Kedip tegangan A B C A B C 70% 0,879 0,7 0,832 1,002 0,997 0,998 50% 0,743 0,499 0,777 1,001 0,994 0,997 Setelah diinjeksi menggunakan DVR kendali FLC tegangan fasa a tidak mencapai 1 pu. Namun drop tegangan dari tegangan beban setelah pemulihan masih dalam range yang diijinkan (5%). Kesimpulan Pada ketiga macam gangguan yang disimulasikan 1. Dengan pemasangan Dynamic Voltage Restorer (DVR) tidak hanya mampu memulihkan kedip tegangan (< 5%), tetapi juga mengatasi pergeseran sudut fasa akibat gangguan kedip tegangan. 2. Selisih perbandingan sebelum di injeksi dan setelah di injeksi DVR kendali FLC yaitu 29%. Saat terjadi kedip tegangan sebesar 50% dan 70%,maka DVR kendali FLC memiliki pemulihan gangguan kedip tegangan yaitu 99,4%. Daftar Pustaka 1. Pakharia and M. Gupta, Dynamic Voltage Restorer for Compensation of Voltage Sag and Swell:A Literature Review, International Journal of Advances in Engineering & Technology,Vol.4, Issue 1, pp.347-355, ISSN : 223-1963. 2. Vijayalakshmi and MD. Rafikhan, Design,Modeling and Simulation Of Dynamic Voltage Restorer for Voltage Swell/Sag Mitigation, International Journal of Engineering Science and Technology (IJEST), Vol.3, No.6, June 2011, pp.5026-5032, ISSN: 0975-5462. 3. Rajasekaran and S.S. Dash, Mitigation of Voltage Sags and Voltage Swells by Dynamic Voltage Restorer, International Journal Of Electrical and Power Engineering, Vol.5, No.3, 2011, pp.139-143, ISSN : 1990-7958. 4. EEE Std. 1159-1995. Recommanded Practice for Monitoring Electric Power Quality. New York. USA. 5. Devaraju, V.C. Veera Reddy, and M. Vijayakumar, Performance of DVR Under Different Voltage Sag and Swell Conditions, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol.5, No.10, October 2010, pp.56-64, ISSN : 1819-6608. 6. U.V. Krisnan and M. Ramasamy, An Enhancement Method for The Compensation of Voltage Sag / Swell and Harmonics by Dynamic Voltage Restorer, International Journal of Modern Engineering Research (IJMER), Vol.2, Issue.2, Maret-April 2012, pp. 475-478, ISSN : 2249-6645. 7. V. Reshmi, M. Ebenezer, and M.S. Jayasree, Mitigation of Voltage Sag Harmonics and Voltage Unbalances Using Dynamic Voltage Restorer, 10 th National Conference on Technological Trends (NCTT), 6-7 Nov. 2009. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari 2015 834