FILTER AKTIF SHUNT 3 PHASE BERBASIS ARTIFICIAL NEURAL NETWORK (ANN) UNTUK MENGKOMPENSASI HARMONISA PADA SISTEM DISTRIBUSI 220/380 VOLT Nama : Andyka Bangun Wicaksono NRP : 22 2 111 050 23 Dosen Pembimbing Prof.Ir.Mochamad Ashari,M.Eng.,Ph.D Ir. Arif Musthofa, MT. JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014
LATAR BELAKANG MASALAH Harmonisa merupakan gangguan yang terjadi pada sistem distribusi tenaga listrik akibat terjadinya distorsi gelombang arus dan tegangan. Penggunaan peralatan yang mempunyai karakteristik non linier menyebabkan timbulnya harmonisa Keberadaan Arus harmonisa dalam sistem tenaga listrik tidak dapat dihilangkan. Salah satu cara untuk menurunkan kandungan arus harmonisa adalah dengan filter pasif frekuensi tunggal.
PERUMUSAN MASALAH Bagaimana menurunkan Total Harmonic Distortion(THD) arus dengan Filter Aktif yang dikombinasikan proses PQ teori dengan kompensator PI dan ANN. Bagaimana cara menentukan kapasitas filter aktifuntuk mereduksi arus harmonisa yang mengalir ke sumber sistem daya Membandingkan hasil unjuk kerja antara tanpa filter, dengan filter tanpa kompensator, dengan kompensator PI,sdan dengan kompensator ANN dalam menurunkan THD
TUJUAN TUGAS AKHIR Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk mengetahui seberapa besar pengaruh dari filter aktifterhadap penurunan Total Harmonic Distortion pada sistem tenaga listrik
RUANG LINGKUP PEMBAHASAN Pembahasannya dilakukan dengan simulasi menggunakan software MATLAB SIMULINK TM
DASAR TEORI Perkembangan beban listrik yang semakin besar dan komplek, serta pemakaian komponen semikonduktor dalam konversi energi listrik seperti peralatan converter, inverter, dan lain-lain yang merupakan beban non-linier akan menimbulkan perubahan bentuk gelombang aslinya, yang disebabkan oleh interaksi antara bentuk gelombang sinusoidal sistem dengan komponen gelombang lain. Distorsi harmonik memberikan kerugian berupa penurunan kualitas sistem tenaga listrik antara lain, terjadi pemanasan pada peralatan, penurunan faktor daya, masalah resonansi dan lain-lain. Untuk meningkatkan kualitas sistem tenaga listrik maka distorsi harmonik harus ditekan seminimal mungkin
HARMONISA Definisi Harmonisa: Harmonisa merupakan suatu fenomena yang timbul akibat pengoperasian beban listrik non linier sehingga terbentuklah gelombang frekuensi tinggi yang merupakan kelipatan dari frekuensi fundamentalnya
PENGARUHHARMONISA HARMONISA Efek utama dari tegangan dan arus harmonisa di dalam sistem tenaga adalah: Penambahan tingkat harmonisa akibat dari resonansi hubungan seri dan pararel. Penurunan efisiensi pada daya generator, transmisi dan pemakaiannya. Interferensi dengan rangkaian-rangkaian telepon (telekomunikasi) dan pemancar karena arus harmonisa urutan nol. Kesalahan-kesalahan pada meter-meter piringan putar pengukur energi.
STANDART HARMONISA Berdasarkan IEEE Standard 519-1992 Tabel 2.1. Current Distortion Limitsuntuk General Distribution System Maximum Harmonics Current Distortion I n % I L Individual Harmonic Order (Odd Harmonics) I sc / I L < 11 11=<h<17 17=<h<23 23=<h<35 35=<h THD <20 4 2 1.5 0.6 0.3 5 20-50 7 3.5 2.5 1 0.5 8 50-100 10 4.5 4 1.5 0.7 12 100-1000 12 5.5 5 2 1 15 >1000 15 7 6 2.5 1.4 20
Tabel 2.2. Voltage Distortion Limits Voltage at PCC Individual Voltage Distortion (%) Total Harmonic Distortion THD (%) 69 kv and below 3.0 5.0 69 kv 161 kv 1.5 2.5 161 kv 1.0 1.5
FILTER AKTIF Filter aktif mempergunakan amplifier bersama-sama dengan resistor dan kapasitor untuk mencapai cirri-ciri khas rekuensi selektif. Filter aktif menawarkan sejumlah keuntungan dibanding filter pasif (RLC). Filter aktif tidak memerlukan induktor, yang secara fisik besar pada frekuensi rendah (sebagai contoh frekuensi audio) dan karenanya tidak cocok dipakai dalam desain kompak yang menggunakan rangkaian terpadu. Selain itu, filter aktif menawarkan keluwesan (kemampuan dalam segala hal/serba bisa) dalam desain, control yang dapat deprogram dari sifatnya yang memungkinkan dan bila diperlukan. Kekurangannya adalah filter aktif memerlukan pasokan daya, yang akan memasukkan noise ke dalam system, dan dalam hal filter kapasitor yang di switch, sinyal waktu dapat menimbulkan gangguan dan distorsi. Akan tetapi, problem potensial ini semuanya dapat dihindarkan dengan perancangan yang baik. Filter low pass RC yang sederhana dan versi filter aktif.
KOMPONEN FILTER Berdasarkan hal ini filter dapat dibagi menjadi 4. 1.Filter lolos bawah (low pass filter), pass band berawal dari w = 2pf = 0 radian/detik sampai dengan w = w0 radian/detik, dimana w0 adalah frekuensi cut-off. 2.Filter lolos atas (high pass filter), berkebalikan dengan filter lolos bawah, stop band berawal dari w = 0 radian/detik sampai dengan w = w0 radian/detik, dimana w0 adalah frekuensi cutoff. 3.Filter lolos pita (band pass filter), frekuensi dari w1 radian/detik sampai w2 radian/detik adalah dilewatkan, sementara frekuensi lain ditolak. 4.Filter stop band, berkebalikan dengan filter lolos pita, frekuensi dari w1 radian/detik sampai w2 radian/detik adalah ditolak, sementara frekuensi lain diteruskan.
Menentukan frekuensi tuning filter Menurut IEEE 1531-2003 filter harmonisa frekuensi tunggal, pemilihan frekuensinya ditentukan 3%-15% dibawah frekuensi yang ditentukan. Jadi frekuensi tuning filter adalah 3% dari 250 hz (frekuensi harmonisa ke-5) hasilnya (f5) = 243 hz, dan nilai penalaannya (h) adalah 4.86
PERENCANAAN FILTER DAN ANALISA Perhitungan Total Harmonic Distortion (THD) Perhitungan ITHD. Diasumsikan bahwa spektrum harmonisa PP1, PP2 dan PP7 sama, karena itu perhitungan THDi disederhanakan dengan menggunakan persentasi arus rms sesuai tabel 3.7. pengukuran pada fasa T I THD = = k k = 2 I 1 I 2 n 0.0067 2 = + 0.0086 0.10169077 0.9471 2 2 2 2 2 I DC + I 2 + I 3 + I 4... + + 0.0392 2 0.9471 I + 0.0061 = = 33,67 % 2 1 +... + 0,0041 2 I 2 31
TAMPILANSIMULASI
SPESIFIKASI SIMULASI: Tegangan = 220/380Volt Frekuensi = 50 Hertz resistansi sumber = 0.01 Ohm induktansi sumber = 1x10-6 H Resistansi saluran= 0.001 Ohm induktansi saluran = 1.2x10-5 H induktansi coupling = 1mH Kapasitor dc = 40µF tegangan dc = 850 Volt DC time sampling =50x10-6 detik FFT sampling time = 350x10-6 detik simulasi 0.1 detik
SUMBERLISTRIK3 PHASA220/380 VOLT
IMPEDANSISUMBER resistansi sumber = 0.01 Ohm induktansi sumber = 1x10-6 H Z=R+jXL Z=0.01+j 0.000314 Drop tegangan disumber sebesar V=0.397643879696659 Volt
IMPEDANSISALURAN Resistansi saluran= 0.001 Ohm induktansi saluran = 1.2x10-5 H Z=R+jXL Z= 0.001 + j0.003768 Drop tegangan di saluran sebesar V= 1.40266204561340 Volt
BEBANNONLINIER Adalah beban yang mempunyai bentuk gelombang arus yang tidak seperti bentuk gelombang tegangan. Contoh : VSD = variable speed drive Rectifier Radio TV computer