TUGAS AKHIR DESAIN DAN SIMULASI FILTER DAYA AKTIF SHUNT UNTUK KOMPENSASI HARMONISA MENGGUNAKAN METODE CASCADED MULTILEVEL INVERTER Oleh : ARI YUANTI Nrp.. 2207 100 617 Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng Vita Lystianingrum, ST, M.Sc JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember SURABAYA 2009
1. PENDAHULUAN
Kualitas Daya Supply energi (arus, Tegangan, Frekuensi, dan bentuk Gelombang) Gangguan Kualitas Daya Harmonisa Distorsi Bentuk Gelombang, terjadi perubahan bentuk gelombang dari gelombang dasarnya.
Mengapa terjadi Harmonisa? Dulu Lampu pijar, pemanas Beban Linier Bentuk Gelombang sumber TETAP Sekarang Inverter, rectifier (Elektronika Daya) Beban non Linier Bentuk Gelombang sumber BERUBAH
Harmonisa : Distorsi Bentuk Gelombang, terjadi perubahan bentuk gelombang dari gelombang dasarnya. f n = n f o f o = frekuensi dasar = frekuensi harmonisa ke-n f n n = 1,2,3 Harmonisa
Besaran Harmonisa Ukuran distorsi harmonisa. Distorsi Harmonisa Total (Total( Harmonics Distortion,, THD)
Dampak Harmonisa Merusak peralatan Lifetime berkurang Interferensi sinyal frekuensi tinggi SOLUSI Filter Harmonisa Metode Cascaded Multilevel Inverter Filter Aktif Shunt
Kenapa dipilih Metode Cascaded Multilevel Inverter? Metode PWM Switching Frekuensi Tinggi Losses Switching tinggi Metode Cascaded Multilevel Inverter Tidak perlu Switching Frekuensi Tinggi Losses switching rendah
Tujuan 1. Untuk Memberikan gambaran tentang prinsip kerja Casaded Multilevel Inverter. 2. Untuk mengetahui kinerja Shunt Active Filter dengan metode Casaded Multilevel Inverter.
Batasan Masalah 1. Analisis penggunaan Filter Daya aktif Shunt dikhususkan pada kompensasi harmonisa. 2. Simulasi sistem menggunakan software PSIM sehingga rangkaiannya merupakan rangkaian ideal. 3. Kualitas daya yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah nilai THD sistem.
2. TEORI PENUNJANG
Filter Aktif Shunt Komponen Harmonisa FA Shunt Sumber Fundamental (Sinusoida 50 Hz) Membangkitkan Gelombang yang SAMA dengan Gelombang harmonisa Mengeliminasi Harmonisa Diinjeksikan ke Sistem
3. CASCADED MULTILEVEL INVERTER SEBAGAI FILTER AKTIF
11 Level 5 Bridge Inverter Jumlah Level (n), Jumlah Bridge (H) 11 level amplitudo, +5, +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4, -5. Jumlah Saklar (S) = 20 20 Saklar (Switch) Membangkitkan Gelombang sesuai referensi yang diinputkan
Rangkaian Cascaded Multilevel Inverter 11 level 5 Bridge Inverter
Cascaded Multilevel Inverter sebagai Filter Aktif Blok Diagram Sistem
Rangkaian Simulasi PSIM
Beban Non Linier Arus sumber = Tidak sinusoida
Filtering Proses filtering bertujuan untuk mendapatkan gelombang harmonisa untuk dijadikan Referensi rangkaian inverter Filtering = menggunakan Band Pass Filter
Leveling Tujuan untuk mendeteksi level dari gelombang referensi 11 Level Amplitudo
Triggering
Variasi level amplitudo dan pengaturan saklar 1 = Saklar ON 0 = Saklar OFF
Output Rangkaian Filter Aktif Shunt Cascaded Multilevel Inverter
4. HASIL SIMULASI
Nilai Parameter Tegangan sistem Line-netral netral Vs = 220V, f = 50Hz Impedansi sumber L=0,1mH, R = 1Ohm Impedansi Saluran L=0.1mH, R = 2Ohm Beban Non linier berupa 1 buah bridge rectifier 1 fasa dengan beban R = 9,68 Ohm, C = 2,6mF, P = 4 kw
Output Rangkaian Filter Aktif Shunt Cascaded Multilevel Inverter Referensi = Gelombang Harmonisa Output Rangkaian Filter Aktif Shunt Cascaded Multilevel Inverter
Perbandingan THD sistem tanpa filter, sistem yang menggunakan filter PWM dan sistem yang menggunakan filter Cascaded Multilevel Inverter Arus Sumber
Perhitungan THD Arus (Tanpa Filter)
Perhitungan THD Arus (Filter PWM)
Perhitungan THD Arus (Filter Cascaded Multilevel Inverter)
Perbandingan THD sistem tanpa filter, sistem yang menggunakan filter PWM dan sistem yang menggunakan filter Cascaded Multilevel Inverter Tegangan Sumber
Perhitungan THD Tegangan (Tanpa Filter)
Perhitungan THD Tegangan (Filter PWM)
Perhitungan THD Tegangan (Filter Cascaded Multilevel Inverter)
Perbandingan THD sistem tanpa filter, sistem yang menggunakan filter PWM dan sistem yang menggunakan filter Cascaded Multilevel Inverter THD arus sumber THD Tegangan sumber
Standard IEEE STD. 519-1992 1992 Limit distorsi harmonisa untuk sistem distribusi 120 V sampai 69 kv I SC =549.85A I L = 61.077A I SC / I L = 9.002 (<20). Standard nilai THD arus adalah maksimal 5%. Standard nilai THD tegangan pada tegangan sisten <69kV adalah maksimal 5 %. THD arus dan tegangan sumber masih dibawah batas yang diijinkan atau sesuai dengan standard.
Perbandingan THD sistem tanpa filter, sistem yang menggunakan filter PWM dan sistem yang menggunakan filter Cascaded Multilevel Inverter dengan perubahan kapasitas beban THD Arus
Perbandingan THD sistem tanpa filter, sistem yang menggunakan filter PWM dan sistem yang menggunakan filter Cascaded Multilevel Inverter dengan perubahan kapasitas beban THD Tegangan
V. KESIMPULAN 1 Metode Cascaded Multilevel Inverter Sebagai Filter Aktif 2 THD arus THD tegangan 89.64% 3.22%. 6.62% 2.15%. Menurunkan THD 3 THD arus 12.10% THD tegangan 6.61% Lebih baik daripada metode PWM 4 THD sistem sesuai standard IEEE
Terima Kasih -ARI YUANTI- U_one41@yahoo.com
9 Level 4 Bridge Inverter
Output Rangkaian Cascaded Multilevel Inverter 9 Level 4 Bridge Inverter
THD Sistem
13 Level 6 Bridge Inverter
Output Rangkaian Cascaded Multilevel Inverter 13 Level 6 Bridge Inverter
THD Sistem
Perbandingan Bentuk Gelombang Output Cascaded Multilevel Inverter 9 level 4 bridge inverter 11 level 5 bridge inverter 13 level 6 bridge inverter
Perbandingan THD Sumber 9 level 4 bridge inverter THD Arus = 5.48% THD Tegangan = 3.54% 11 level 5 bridge inverter THD Arus = 3.22% THD Tegangan = 2.15% 13 level 6 bridge inverter THD Arus = 2.50% THD Tegangan = 1.72%
Proses Triggering