oleh : kikin khoirur roziqin 2206 100 129 -...

37
Oleh : Kikin Khoirur Roziqin 2206 100 129 Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Mochammad Ashari, M.Eng. Ir. Sjamsjul Anam, M.T.

Upload: truongkien

Post on 27-Jul-2019

225 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Oleh :

Kikin Khoirur Roziqin

2206 100 129

Dosen Pembimbing :

Prof. Dr. Ir. Mochammad Ashari, M.Eng.

Ir. Sjamsjul Anam, M.T.

BebanNon Linier

Harmonisa

Usaha Penyelesaian

Permasalahanpada Sistem

Tenaga ListrikFilter

Latar Belakang

Permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini adalahapakah Fuzzy Logic Controller (FLC) layak untukdiimplementasikan pada filter aktif shunt tiga tingkatdalam meredam harmonisa pada sistem tenaga listrik.

Permasalahan

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.

Tujuan

Gelombang Fundamental

Hasil Penjumlahan Gelombang Fundamental & Harmonisa Ketiga

Gelombang Harmonisa Ketiga

HARMONISA

Filter aktif shunt tiga tingkat merupakan suatu filter aktif shunt yang menggunakan inverter tiga tingkat dalam pembentukan arus kompensasi untuk meredam harmonisa.

Filter Aktif Shunt Tiga Tingkat

Diagram Blok Filter Aktif Shunt Tiga Tingkat

Inverter

Tiga Tingkat

Control Block

FLCeIA

eIB

eIC Iref

Filtering

+

IsA IsB IsC

IhB IhC+ +

- --

IhA

IcA IcB IcC

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.

Inverter Tiga Tingkat

Konfigurasi SistemBEBAN

NON LINIER

FILTERING

FLCINVERTER

TIGA TINGKAT

BEBAN LINIER

Sumber

Filter Aktif Shunt Tiga

Tingkat

DESAIN DAN PEMODELAN INVERTER TIGA TINGKAT BERBASIS FUZZY LOGIC

CONTROLLER (FLC) SEBAGAI FILTER AKTIF

Komponen Filter Aktif Shunt Tiga Tingkat Berbasis FLC

Filtering

Aplikasi Fuzzy Logic Controller

Prosedur Penyalaan Inverter Tiga Tingkat

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 (VS1, VS2, VS3) dan arus sumber (IS1, IS2, IS3) ditransformasikan menjadi sistem bi-phasemenurut persamaan berikut :

Filtering

Daya aktif dan daya reaktif sesaat pada sistem dihitung berdasarkan persamaan di bawah ini :

Filtering

Setelah itu, untuk mendapatkan arus referensi harmonisa dilakukan transformasi sesuai dengan persamaan berikut :

Untuk mendapatkan arus referensi harmonisa yang sesungguhnya, maka arus harmonisa dalam sistem bi-phase harus ditransformasikan dengan invers daritransformasi α-β, dimana ditunjukkan padapersamaan berikut :

Filtering

Pemodelan Filtering

I_Ref

1

q

p

Vsb^2

u2

Vsa^2

u2

Vref_Transf

Scope 7

Scope

Iref _Transf

Iref betha

Iref alpha

Gain 7

K*u

Gain 6

K*u

Gain 3

K*u

Gain 2

K*u

Gain 1

K*u

Gain

K*u

Fcn

1/u

Constant

-1

Fo=50Hz

Fo=50Hz

Ic

6 Ib

5

Ia

4

Vc

3 Vb

2

Va

1

Menentukan Rule Base FLC

Prosedur Pengontrolan MenggunakanFLC

d_errorError

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

Tabel 1 Rule Base Fuzzy Logic Controller

Menentukan Membership Function

Prosedur Pengontrolan MenggunakanFLC

Fungsi keanggotaan atau Membership Function (MF) menyatakan fungsi secara keseluruhan yang menyatakan derajat keanggotaan (Membership Function) dari masing-masing variabel. Sedangkan yang dimaksud variabel disini adalah error, delta error, dan sinyal kontrol keluaran.

Membership FunctionVariabel Masukan Error dan Delta Error

Membership Function Variabel Masukan Output

Out

1

error C

error B

error A

d_error C

d_error B

d_error A

z

1

z

1

z

1

Out C

Out B

Out A

Fuzzy Logic

Controller 2

Fuzzy Logic

Controller 1

Fuzzy Logic

Controller

In

1

Simulasi Fuzzy Logic Controller

Aplikasi Fuzzy Logic Controller

Prosedur Penyalaan Inverter Tiga Tingkat

Ki Ti1 Ti2 Ti3 Ti4 Vio

1 1 1 0 0 Vdc/2

0 0 1 1 0 0

-1 0 0 1 1 - Vdc/2

Tabel 2 Sinyal Kontrol Ideal Switch pada Inverter Tiga Tingkat

Port C

3

Port B

2

Port A

1

v+-

ABC

ABC

Ideal Switch 9

g m

1 2

Ideal Switch 8

g m

1 2

Ideal Switch 7

g m

1 2

Ideal Switch 6

g m

1 2

Ideal Switch 5

g m

1 2

Ideal Switch 4

g m

1 2

Ideal Switch 3

g m

1 2

Ideal Switch 2

g m

1 2

Ideal Switch 11

g m

1 2

Ideal Switch 10

g m

1 2

Ideal Switch 1

g m

1 2

Ideal Switch

g m

1 2

Diode5

Diode4

Diode3

Diode2

Diode1

Diode

In34

12

In33

11

In32

10

In31

9

In24

8

In23

7

In22

6

In21

5

In14

4

In13

3

In12

2

In11

1

Inverter Tiga Tingkat

Pemodelan Sistem Tanpa Filter Aktif Shunt 3 Tingkat

Discrete,

Ts = 0.0001 s.

pf

v+ -

v+ -

v+-

v+-

v+-

v+-

v+-

v+-

v+ -

v+-

V_normal

Three-Phase Source

A

B

C

Three-PhaseV-I Measurement

VabcIabc

A

B

C

a

b

c

Vabc

Iabc

P

Q

S

pf

S

Q

P

I_arus_normal

[Ic ][Ib ][Ia ]

[Vc]Goto 1

[Vb][Va]

i+-

i+-

i+-

i+-

i+-

i+-

i+-

Beban Non Linier

A

B

C

Beban Linier

A B C

SIMULASI DAN ANALISIS

Pemodelan Beban Linier

C

3B

2A

1 A

B

C

a

b

c

Three-PhaseSeries RL Load

A B C

Beban linier berupa R dan L seri tiga fasa dengan daya terpasang 13 kVA

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

C

3B

2A

1 A

B

C

a

b

c

Rectifier 3 Phasa

A

B

C

+

-

RC Load

Hasil Simulasi Tanpa Filter Aktif Shunt 3 Tingkat Berbasis FLC

1. Simulasi ini menggunakan MATLAB SimulinkR2008a, dengan tegangan line-line pada sumbersebesar 381 Volt.

2. Kondisi awal sistem disimulasikan pada saatsebelum adanya filter aktif shunt tiga tingkatdengan beban linier sebesar 13 kVA dan bebannonlinier sebesar 2.8 kVA.

3. Pada simulasi awal tanpa filter, diperoleh nilaiTHD arus pada sistem sebesar 7.24 % dan nilaiTHD tegangan pada sistem sebesar 3.90 %.

Hasil Simulasi Tanpa Filter Aktif Shunt 3 Tingkat Berbasis FLC

Gambar Gelombang Arus

Gambar Gelombang Tegangan

Gambar Spektrum Arus

Gambar Spektrum Tegangan

Daya Aktif (P) 13.48 kW

Daya Reaktif (Q) 4.871 kVAR

Daya Total (S) 14.33 kVA

Faktor Daya 0.94

Arus Fundamental (peak) 30.52 A

Arus Fundamental (rms) 21.58 A

THD arus sumber 7.24 %

Tegangan Fundamental (peak) 309.7 V

Tegangan Fundamental (rms) 219 V

THD tegangan sumber 3.90 %

Hasil Simulasi Tanpa Filter Aktif Shunt 3 Tingkat Berbasis FLC

Pemodelan Sistem Dengan Filter Aktif Shunt 3 Tingkat Berbasis FLC

Discrete,

Ts = 0.0001 s.

pf

v+ -

v+ -

v+-

v+-

v+-

v+-

v+-

v+-

v+ -

v+-

V_normal

Three-Phase Source

A

B

C

A B C

a b c

Three-PhaseV-I Measurement

Vabc

IabcA

B

C

a

b

c

Three-PhaseSeries RLC Load

A B C

Vabc

Iabc

P

Q

S

pf

S

Rectifier

A

B

C

+

-

Q

Proses + Inverter 3 Tingkat

From _Out_Fuzzy

Port_A

Port_B

Port_C

P

I_arus_normal

I Compensation

Ic_a

Ic_b

Ic_c

I_Compns

[Ic_c]

[Ic_b]

[Ic_a]

[Ic ][Ib ][Ia ]

[Vc]Goto 1

[Vb][Va]

[Ic_a]

[Ic]

[Ib ]

[Ia ]

[Vb ]

[Ic_c]

[Ic_b]

[Vc] [Va]

FLC

In Out

i+-

i+

- i+

-i+

-

i+-

i+-

i+-

i+-

i+-

i+-

Alpha Betha Transf

Va

Vb

Vc

Ia

Ib

Ic

I_Ref

Pada simulasi menggunakan filter aktif shunttiga tingkat berbasis FLC, diperoleh nilai THDarus pada sistem sebesar 4.98 % dan nilai THDtegangan pada sistem sebesar 0.71 %.

Hasil Simulasi Setelah Pemasangan Filter Aktif Shunt 3 Tingkat Berbasis FLC

Hasil Simulasi Setelah Pemasangan Filter Aktif Shunt 3 Tingkat Berbasis FLC

Gambar Gelombang Arus

Gambar Gelombang Tegangan

Gambar Spektrum Arus

Gambar Spektrum Tegangan

Hasil Simulasi Setelah Pemasangan Filter Aktif Shunt 3 Tingkat Berbasis FLC

Daya Aktif (P) 16.36 kW

Daya Reaktif (Q) 4.868 kVAR

Daya Total (S) 17.07 kVA

Faktor Daya 0.958

Arus Fundamental (peak) 36.5 A

Arus Fundamental (rms) 25.81 A

THD arus sumber 4.98 %

Tegangan Fundamental (peak) 309 V

Tegangan Fundamental (rms) 219 V

THD tegangan sumber 0.71 %

Simulasi Filter Aktif Shunt Tiga Tingkat Menggunakan Proportional Integral (PI) Controller

Out

1

PI

PI

PI

In

1

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.

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) 13.48 kW 16.36 kW 16.27

Daya Reaktif (Q) 4.871 kVAR 4.868 kVAR 5.1 kVAR

Daya Total (S) 14.33 kVA 17.07 kVA 17.05 kVA

Faktor Daya 0.94 0.958 0.9578

Arus Sumber

Fundamental (peak)30.52 A 36.5 A 36.69 A

Arus Sumber

Fundamental (rms)21.58 A 25.81 A 25.94 A

THD arus sumber 7.24 % 4.98 % 5.06 %

Tegangan Sumber

Fundamental (peak)309 V 309 V 309 V

Tegangan Sumber

Fundamental (rms)219 V 219 V 219 V

THD tegangan

sumber3.90 % 0.71 % 0.71 %

KESIMPULAN Pemasangan filter aktif shunt tiga tingkat berbasis Fuzzy Logic

Controller (FLC) pada suatu sistem tenaga listrik dengan tegangan Vphase-phase (rms) 381 Volt dapat mengurangi besar Total Harmonic Distortion (THD) arus yang pada awalnya adalah7.24% 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 dayatotal. Sebelum pemasangan filter faktor daya sistem adalah 0.94dan setelah pemasangan filter menjadi 0.958. Sedangkan penggunaan PI Controller pada filter aktif shunt tiga tingkat, berdampak pada faktor daya yang semula 0.94 menjadi 0.9578.

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 shuntyang 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.

TERIMA KASIH