DYNAMIC VOLTAGE RESTORER (DVR) UNBLOCKING ZERO SEQUENCE UNTUK PERBAIKAN KUALITAS

TEGANGAN MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY POLAR

Jurusan Teknik Elektro – FTI ITS3 Maret 2011

Oleh : Margo PujiantaraPromotor : Prof. Dr. Ir Mauridhi Hery Purnomo

Co Promotor : Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng.

Permasalahan Umum PadaKualitas Tegangan di Industri

92% permasalahan listrik pada proses operasi diindustri adalah kedip tegangan dan daya hilangsesaat … [3]

Kedip TeganganKedip tegangan adalah drop tegangan 0.1 pu sampai0.9 pu dalam interval pemulihan yang singkat . . . . .[IEC 61000-2-8, 2000]

Karakteristik Kedip Tegangan

• Amplitudo• Durasi

Swell

Voltage Sag

Overvoltage

Undervoltage

Momentary Temporary Sustianed interuption

0.5 cycle 3 sec 1 min Event duration

110%

90%

10%

Normal operating voltage

Even

t mag

nitu

de

Notch

/tran

sient

Tran

sient

. . . . . . Standar IEEE std 1159-1995

Fenomena Kedip Tegangan

Fault occurs here

Line suffers outage ][Circuit Breaker

Remainder ofsystem suffersvoltage sag

Penyebab Kedip Tegangan

• Gangguan hubungan singkat, baik terjadi diinstalasi itu sendiri ataupun di penyulang lain.

• Surja alih-hubung akibat operasi pemutustenaga disaluran tegangan tinggi atau sistemdistribusi.

• Perubahan beban yang cukup besar secara tiba-tiba.

• Karakteristik pembebanan konsumen

Kemampuan peralatan sensitif menahan kedip tegangan

• Drop out kontaktor beradasarkan sensitivitas terhadap tegangan kedip

Kemampuan peralatan sensitif menahan kedip tegangan

• Kurva toleransi voltage sag untuk 7 lampu gas discharge (Hg=mercury, HPS = Sodium bertekanan tinggi, MH = Metal Halide)

Kemampuan peralatan sensitif menahan kedip tegangan

Perbandingan Metoda Pemulihan Gangguan Power Quality …. [3]

Type of Fault % of TotalPQ Faults

VoltageRegulator (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 0-0.15 sec 7% No Solves Solves

Outage 0.15-500 sec 4% No No Solves

>500 sec Outage 4% No No Some

% Faults Solved 100% 40% 92% 96%

Konfigurasi Dasar DVR

• Komponen Utama:Energy Storage DCVSI 3 fasaBooster TransformerVoltage RegulatorSensor Tegangan

Diagram Segaris Sistem kelistrikan dengan DVR

Road-map penelitian

DVR

Metode Kompensasi Konfigurasi Kontroler

Pre-Sag

In-Phase

In-Phase

Advance

Blocking Zero Sequence

Unblocking Zero Sequence

PI/PID

AI

NN

Fuzzy Logic

Fuzzy Polar

Perkembangan metode kompensasi, konfigurasi dan kontroler DVR

TAH

UN

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]

1997[26][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 SequenceMETODE

KOMPENSASI In-Phase In-Phase advance Pre-Sag

Metode Yang Diusulkan

Mengembangkan DVR berbasis Fuzzy Polar controller dengan unblocking zero sequence pada peralatan tiga fasa empatkawat

Kontribusi dan Originalitas

Kontribusi :

- Blocking transformer tidak diperlukan lagi

- Kontroler menggunakan fuzzy polar

Fuzzy Polar

• Fuzzy polar pertama kali diperkenalkan oleh Takashi Hiyama pada tahun 1991. Fuzzy Polar merupakan sebuah metode optimal decision yang melakukan pemetaan sinyal dalam bidang polar.

• Prinsip utama dari fuzzy polar yaitumenentukan besar pergeseran magnitude sinyal input yang akan dikontrol menuju kondisi equilibrium (kondisi yang dikehendaki).

Fuzzy Polar

Switching Line

Sector A

Sector B

D(k) p(k) α/2

θ(k)

As.

45

α/2

Za(k)

Zs(k)

O

Zs merupakan representasi dari sinyal inputZa merupakan representasi penurunan sinyal

input As merupakan faktor pengali derivatifα 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

Fuzzy Polar

Switching Line

Sector A

Sector B

D(k) p(k) α/2

θ(k)

As.

45

α/2

Za(k)

Zs(k)

O

Operating Point :

p(k) =[Zs(k), AsZa(k)]

22 ))(.()()( kZaAskZskD +=

θ(k) = tan-1(As.Za(k)/Zs(k))

Fuzzy Polar

1

grade

0 Dr Distance D(k)

G(D(k))

Defuzzyfikasi

max))].(())(())[(()( UkPkNkDGkU θθ −=

Membership function

N(θ) merupakan membership function pertama dari sudut

P(θ) merupakan membership function kedua dari sudut

Dr merupakan pemulihan maksimumyang diinginkan

Umax merupakan nilai maksimum sinyalkontrol

18013545- 45 0- 180 - 135

1

grade)( dN θ )( dP θ

Degree dθ

90=α

Fuzzy Polar

• Signal Conditioning.

Rule Fuzzy Polar

dtd

UZs

ZaInputSignal

PEMODELAN

Pemodelan Kontroler

Konversi ke Bentuk Polar

Penentuan Parameter KontrolFuzzy Polar

• Pada metode Fuzzy polar perlu ditentukan beberapaparameter antara lain Umax dan As. Nilai Umax dapatdiketahui dari persamaan :

• Untuk mendapatkan Umax, sistem distribusi diberikangangguan 3 fasa dengan impedansi yang sangat kecilsehingga diperoleh tegangan kedip mendekati 0%. Iniakan mewakili kontrol maksimum yang diperlukan.

max1

( ( ))[ ( ( ) ( ( ))]U

G D k N k P kθ θ=

−

Penentuan Parameter KontrolFuzzy Polar (abc ke dq0)

Gangguan 3 fasa

Sinyal galatmaksimum d = 1

Dipilih As = 0.19

Penentuan Parameter KontrolFuzzy Polar (d ke polar d)

Sinyal galat sumbu d yang diubah menjadi Magnitude D(k)ddan Sudut θ (k)d pada bidang polar

22 ))(.()()( kZaAskZskD += θ(k) = tan-1(As.Za(k)/Zs(k))

Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar (amplitudo d ke nilai membership function d)

Sinyal output dari rule base fuzzy G(D(k)d)

1

grade

0 Dr Distance D(k)

G(D(k))

Penentuan Parameter KontrolFuzzy Polar (sudut d ke nilai membership function N)

Sinyal output dari rule base fuzzy N(θ(k)d)

18013545- 45 0- 180 - 135

1

grade)( dN θ )( dP θ

Degree dθ

90=α

Penentuan Parameter KontrolFuzzy Polar (sudut d ke nilai membership function P)

Sinyal output dari rule base fuzzy P(θ(k)d)

18013545- 45 0- 180 - 135

1

grade)( dN θ )( dP θ

Degree dθ

90=α

Penentuan Parameter KontrolFuzzy Polar

Parameter-parameter sumbu d

Parameter Nilai

G(D(k)d) 1

N( (k)d) 0,6196

P( (k)d) 0,3804

max

1

( ( ))[ ( ( )) ( ( ))]U

G D k N k P kθ θ=

−

max1

1.[0.6196 0.3804]U =

−

max 4,18U =

Penentuan Parameter KontrolFuzzy Polar

Sinyal galat pada sistem tenaga listrik yang mengalami gangguan 1 fasa ketanah dalam koordinat dq0

Penentuan Parameter KontrolFuzzy Polar

NoFuzzy Polar ParameterDirectinput d

Quadratureinput q

Zero input 0

1. As 0.19 0.19 0.19

2. Dr 1 1 1

3. α 90º 90º 90º

4. Umax 41.841 57.799 82.706

NoFuzzy Polar ParameterDirectinput d

Quadratureinput q

Zero input 0

1. As 0.19 0.19 0.19

2. Dr 1 1 1

3. α 90º 90º 90º

4. Umax 4.18 4.18 4.18

PARAMETER KONTROL KEDIP TEGANGAN

PARAMETER KONTROL HARMONISA TEGANGAN

Pemulihan Profil TeganganAkibat Harmonisa

Kondisi sistem distribusi dengan beban harmonisa dan THD = 8,31%

Kondisi pemulihan THD menjadi 1,76%

Pemulihan Profil TeganganAkibat Harmonisa

Pemulihan profil tegangan akibat harmonisa

Kondisi AwalTHD (%)

Setelah PemulihanTHD (%)

Persentase Pemulihan

(%)

13,80 3,60 73,9110,78 2,42 77,55

8,31 1,76 78,82

Pemulihan kedip tegangan

Pemulihan kedip tegangan 50% untuk gangguan 3 fasa

Pemulihan kedip tegangan

Pemulihan kedip tegangan 50% untuk gangguan 2 fasa

Pemulihan kedip tegangan

Pemulihan kedip tegangan 50% untuk gangguan 2 fasa ketanah

Pemulihan kedip tegangan

Pemulihan kedip tegangan 50% untuk gangguan 1 fasa ketanah

Hasil simulasi pemulihan profil tegangan

Studi Kasus

Tanpa beban

Harmonisa

Dengan Beban Harmonisa

THD 13,08%

Dengan Beban Harmonisa

THD 10,78%

Dengan Beban Harmonisa

THD = 8,31%Kedip

TeganganPemulihan

(%)Pemulihan

(%)THD (%)

Pemulihan (%)

THD (%)

Pemulihan (%)

THD (%)

70%3F 100 99 7,23 100 5,79 100 4,71

50%3F 100 98 8,53 98 6,70 98 5,02

30%3F 100 97 8,05 97 6,45 97 4,79

70%2F 100 100 5,90 100 5,23 100 4,72

50%2F 99 99 6,47 99 5,46 99 4,66

30%2F 100 97 8,04 98 6,12 98 4,90

70%2FG 100 100 6,06 100 5,31 100 4,76

50%2FG 100 99 8,37 100 6,63 99 5,20

30%2FG 100 97 11,53 97 8,80 97 6,58

70%1FG 99 100 7,40 100 5,92 99 5,87

50%1FG 100 98 9,07 99 6,91 98 7,01

30%1FG 100 96 8,72 97 6,55 97 5,41

Rata-rata 99,83% 98,33 7,94 98,75 6,32 98,58 5,30

KESIMPULANDari 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 Umax. Parameter α ditentukan berdasarkan besar pergesaran sudut maksimum fasa sinyal tegangan yaitu 900. 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 rata-rata 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%.

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.3 – 2008, pp. 879-890

• 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, 3909-3917

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

SEMINAR

SEMINAR NASIONAL

Margo P, M Heri P, M Ashari, Imanda, “Dynamic Voltage Restorer Menggunakan Boost Transformer Terhubung Bintang Dengan KontrolBackpropagation 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 noluntuk mengatasi tegangan kedip akibat gangguan balance danunbalance”, 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 2007.

Margo P, M Heri P, M Ashari, Zaenal PA, T Hiyama, “ Filter aktif seriberbasis fuzzy polar untuk kompensasi harmonisa tegangan dan arus”, SITIA-Surabaya, 14 Oktober 2009.

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 2007.

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, 20-22 Oktober 2009.

Terima KasihSemoga Bermanfaat