PEMANFAATAN TEKNIK MODULASI LEBAR PULSA (PWM) UNTUK KOMPENSASI SERI TERKENDALI TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh : LUQMANUL HAKIM EFFENDI NIM : 232.03.013 Program Studi Teknik Elektro Bidang Khusus Teknik Energi Elektrik

PROGRAM PASCASARJANA SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2006 ii ABSTRAK : PEMANFAATANTEKNIKMODULASILEBARPULSA(PWM) UNTUKKOMPENSASISERITERKENDALI Oleh : Luqmanul Hakim Effendi NIM : 232.03.013 Departemen Teknik Elektro Institut Teknologi Bandung Tesisinimemaparkananalisakompensasiseripadasalurantransmisitenagalistrik yangmemanfaatkanteknikPWMuntukmengendalikannya(disebutPWMCSC). Reaktansikapasitifdarikapasitorbankyangterlihatsecaraseriolehsalurandapat diubah-ubah secara halus dan kontinu dengan cara mengatur duty cycle sinyal PWM yangdiumpankankesaklar-saklardayamelaluirangkaiandriver.Akibatnya reaktansi induktif saluran bisa dikurangi, sehingga memperbaiki jatuh tegangan dan meningkatkanhantarandayasalurandalambatastermalnya.Dengankatalain, derajatkompensasiseribisadiatursesuaikondisibebandisisiterima.Rangkaian kompensatoryangditampilkanlebihsederhanadaripadametodekompensasiseri terkendalisebelumnya.Hanyamembutuhkanempatbuahsaklardayadua-arah, sebuahpenyearahdiodatiga-fasa,tigatransformator,dankapasitorbanksebagai komponenutama.Keuntunganlainadalahperbaikanmasalahharmonik,takada zonaresonansi,dantidakbutuhrangkaiansinkronisasidenganfrekuensisaluran transmisi. Studikasustesisinidilakukanmelaluisimulasikomputermaupunpengujian dilaboratorium.Hasilsimulasidanpengujianmenunjukkanbahwasaatdayabeban kecil, duty cycle cukup ditala sebesar 0,6 untuk memperbaiki jatuh tegangan saluran. Saatdayabebanmenengah,dutycycleharusdinaikkanminimalsampai0,8. Sedangkan saat daya beban besar, dutycycle harus mencapai 1, artinya kompensasi penuh (seperti pada fixed compensation) terjadi dimana saklar daya utama akan ON terusselamasatuperiodasinusoidal(20mdetik).Padadayabebanbesarinilah dibutuhkankemampuanmaksimalPWMCSCagarjatuhtegangansalurantidak merosotmelampauibatastoleransi(10%).Analisaharmonikjugadilakukanpada penelitian ini.

Kata kunci :kompensasi seri, PWM, FACTS (Flexible AC Transmission Systems). iii ABSTRACT : THEUSEOFPULSEWIDTHMODULATION(PWM)TECHNIQUE FORCONTROLLEDSERIESCOMPENSATION By : Luqmanul Hakim Effendi Student Number : 232.03.013 Department of Electrical Engineering Bandung Institute of Technology This thesis presents analysis of series compensation in electrical power transmission line controlled by PWM technique (its named PWMCSC). Capasitive reactances of capasitor bank always seen in series by transmission line can be varied smoothly and continouslythroughcontrollingdutycycleofPWMsignalsthatfeedtopower switchesbeyonddrivercircuits.Asresult,inductivereactancesoftransmissionline can be reduce, hence reducing voltage drop and increasing power transfer capability of transmission line in its thermal limit. It means, the degree of series compensation is controlled according to load condition in receiving end. Topology of compensator presentedissimplerthancontrolledseriescompensationmethodesbefore.It employsfourbidirectionalpowerswitches,athree-phasedioderectifier,three coupling transformer, and capacitor bankas main component. Otheradvantages are reducingharmonicscontent,noresonancezone,andnosynchronizationwith transmission line frequency. Softwaresimulationandlaboratoryexperimentalareembeddedinthisthesis.Both of them show that, at light load power the duty cycle of main power switches should beseton0.6toreducelinevoltagedrop.Atmiddleloadpower,thedutycycleof mainpowerswitchesshouldbeincreasedminimumuntil0.8.Meanwhileatheavy loadpower,itmustbeseton1,itmeansfullcompensation(asinfixed compensation) is achieved that main power switches will be ON during one periode sinusoidal(20ms).Inlastcondition,themaximumcapabilityofPWMCSCis neededtokeeplinevoltagedropintolerancevalue.Harmonicsanalysisare presented also in this research. Keywords:seriescompensation,PWM,FACTS(FlexibleACTransmission Systems).

iv PEMANFAATAN TEKNIK MODULASI LEBAR PULSA (PWM) UNTUK KOMPENSASI SERI TERKENDALI Oleh : Luqmanul Hakim Effendi NIM : 232.03.013 Program Studi Teknik Elektro Bidang Khusus Teknik Energi Elektrik Institut Teknologi Bandung Menyetujui Pembimbing, Tanggal : Januari 2006 Ir. Syafri Martinius, MSc NIP : 130528352 v PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS TesisS2yangtidakdipublikasikanterdaftardantersediadiPerpustakaanInstitut TeknologiBandung,danterbukauntukumumdenganketentuanbahwahakcipta adapadapengarangdenganmengikutiaturanHaKIyangberlakudiInstitut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanyadapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyakataumenerbitkansebagianatauseluruhtesisharuslahseizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. vi Maka sesungguhnya Aku (Alloh SWT) bersumpah dengan cahaya merah diwaktu senja, dan dengan malam serta apa yang diselubunginya, dan dengan bulan apabila telah purnama, sesungguhnya kamu (manusia) melalui tingkat demi tingkat (dalam kehidupan). Mengapa mereka tidak mau beriman ? Dan apabila Al-Quran dibacakan kepada mereka, mereka tidak bersujud (tunduk), bahkan orang-orang kafir itu mengingkari (kebenarannya). Padahal Alloh mengetahui apa yang mereka sembunyikan (dalam hati mereka). Maka beri kabar gembiralah kepada mereka dengan azab yang pedih, tetapi orang-orang beriman dan yang beramal sholeh, bagi mereka pahala yang tiada putus-putusnya. (QS. Al-Insyiqooq/Terbelah : 16-25) Dan diantara tanda-tanda kekuasaan-Nya, Dia memperlihatkan kepadamu kilat (zat plasma) untuk (menimbulkan) ketakutan dan juga harapan, dan Dia menurunkan air hujan dari langit, lalu menghidupkan bumi dengan air itu sesudah matinya. Sesungguhnya pada yang demikian itu terdapat tanda-tanda (kekuasaan Alloh SWT) bagi kaum yang mempergunakan akal (dan teknologi). (QS. Ar-Ruum/Bangsa Romawi : 24) Dia-lah Tuhan yang memperlihatkan kilat/petir/guruh (zat plasma) kepadamu untuk menimbulkan ketakutan dan harapan, dan Dia mengadakan awan mendung. Dan guntur itu bertasbih dengan memuji Alloh, (demikian pula) para malaikat karena takut kepada-Nya, dan Alloh melepaskan halilintar (zat plasma), lalu menimpakannya kepada siapa yang Dia kehendaki, tapi mereka (orang-orang kafir) berbantah-bantahan tentang (keberadaan) Alloh, dan Dia-lah Tuhan Yang Maha Keras siksa-Nya. Hanya bagi Alloh-lah (hak mengabulkan) doa yang benar. Dan berhala-berhala (tuhan lain) yang mereka sembah selain Alloh itu tidak dapat mengabulkan satu pun untuk mereka (penyembahnya), bagaikan orang yang membuka kedua telapak tangannya ke dalam air supaya sampai air itu ke mulutnya, padahal air itu tidak mungkin sampai ke mulutnya. Dan doa (ibadah) orang-orang kafir itu hanyalah kesia-siaan belaka. (QS. Ar-Rodu/Petir : 12-14) vii KATA PENGANTAR Alhamdulillaahirobbilaalamiin.SegalapujipenulisucapkankepadaAllohSWT, satu-satunyaTuhanpenguasaseluruhalamsemesta.Tanparidhodanijin-Nyatak mungkintesisiniada.TesisdenganjudulPemanfaatanTeknikModulasiLebar Pulsa (PWM) Untuk Kompensasi Seri Terkendali ini merupakan salah satu syarat wajib untuk menyelesaikan pendidikan program pascasarjana bidang khusus Teknik Energi Elektrik di Departemen Teknik Elektro, Institut Teknologi Bandung. Selama menempuh pendidikan penulis banyak mendapatkan saran-saran dan bantuan dariberbagaipihak.Untukitupadakesempataninipenulisinginmenyampaikan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada : 1.Keduaorang-tuadankeluargayangtelahmemberikandukungandoadanbiaya secara tulus-ikhlas selama puluhan tahun. 2.Para dosen di Departemen Teknik Elektro ITB & Usakti atas transfer ilmunya. 3.Ir. Syafri Martinius, MSc selaku pembimbing tesis. 4.Prof.Dr.YanuarsyahHaroen,Dr.Ir.MuhammadNurdin,danIr.Tunggal Mardiono,MScsebagaidosenpengujisidangTesisIpadahariKamis,16Juni 2005 pukul 13.30-15.00 WIB di LPKEE-ITB. 5.Prof. Dr. Yanuarsyah Haroen, Dr. Ir. Muhammad Nurdin, Dr. Ir. Redy Mardiana, danSlametRiyadi,MTsebagaidosenpengujisidangTesisIIpadahariKamis, 19 Januari 2006 pukul 08.15-10.15 WIB di LPKEE-ITB. 6.SegenapkaryawanLPKEE-ITB,terutamaNanaHeryanaataspetunjukpraktis dalam pembuatan alat dan pinjaman kamera digitalnya. 7.Ir. Pribadi Kadarisman & Syamsir Abduh, PhD atas restu dan doa-doanya. 8.Prof. T.M. Soelaiman,guru besarITByang juga seorang kyai, atas keteladanan dan kerendah-hatiannya (teknologi tak boleh kehilangan sisi kemanusiaan). 9.Yayasan Van Deventer Maas atas bantuan beasiswa selama 1 tahun. 10.LuizACLopes(McGillUniversity),AmitJain(UniversityofMinnesota),Tri DesmanaRachmilda(ITB),Palman(ITB),LeonardusHeruPratomo(Unika Soegijapranata), Ayong Hiendro (Univ Tanjungpura), Hafidh Hasan (Univ Syiah Kuala), dan Burhanuddin Halimi (ITB) atas semua bantuan yang diberikan. viii 11.Teman-temanseperjuangan,se-stres-an,sekegelisahanataskebersamaannyadi LPKEE-ITB:Toman(ITB),Fahrisol(ITB),Husnan(ITB),AmrullahIsma (PTDI), Yandri (Univ Tanjungpura), dan Slamet Riyadi (Unika Soegijapranata). 12.Teman-temanS2aroeskoeatITBataskekompakannyadalammengerjakan tugas-tugaskuliahdanujian-ujian:ArifMusthofa(ITS),AlImran(UNM), ZainalAbidin(PoltekPadang),AsepAndang(UNSIL),RyanMefiardhi (ITENAS),SitiSaodah(ITENAS),EddiFirdaus(ITB),AgusRiyadi(ITB), Fielman Lisi (UNSRAT), Melda Latif (UNAND), dan Arief Wibowo (ITB). 13.KeluargabesarH.M.DjodjoKuswara,SHdijalanKebonBibitBaratNo.41, tempatpenulisindekos,ataskebaikannyaselamabertahun-tahun.(Terimakasih atas sate kambingnya, juga atas tumpangan kulkasnya). 14.Anak-anakkosKBB41ataspersahabatan&humor-humorsegarnya:Mates (Betawikagakadematinye),Rustanto,DaniUsadi,Usep,AgusSiregar,Irwan, RonySetoWibowo,RoniMardianto,ImamArifin,Ian,Candra,Rudi,Eko. (Semoga kita semua selalu jauh dari kemusyrikan). 15.Warungibugendut,Warungibumurah,RMSaleroKito,DonaCaf,Warung MangUdin,WarungIbuLegi,Libanon,WartegBrayanUrip,Rapidnetinternet &caf,KantinSalman,KantinKebiba41,Warungibucerewet,RMCahaya Minang,KantinBalubur atasgiziyang telah diberikan selama penulis merantau di Bandung. 16. RS Advent atas pelayanannya yang ramah saat penulis rawat inap selama 3 hari. 17.Yayasan Aquatreat Therapy Indonesia atas pengobatan TORCH-nya. SemogaAllohSWTmembalasbudibaikmerekasemua.Menyadariketerbatasan dankemampuanpenulis,makadengansegalakerendahanhatipenulis mengharapkan kritik & saran demi kesempurnaan dimasa yang akan datang. Semoga tesis ini ada manfaatnya. Amin. Bandung, Januari 2006 Luqmanul Hakim Effendi (Lhakime@yahoo.com) ixDAFTAR ISI BABHalaman HALAMAN JUDULi ABSTRAKii ABSTRACTiii LEMBAR PENGESAHANiv PEDOMAN PENGGUNAAN TESISv LEMBAR PERUNTUKAN/AYATvi KATA PENGANTARvii DAFTAR ISIix IPENDAHULUAN1 I.1Latar Belakang Penelitian1 I.1.1Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)1 I.1.2Gate Turn-Off thyristor Controlled Series Capacitor (GTOCSC)2 I.1.3PWMCSC Oleh Chu dan Pollock3 I.1.4PWMCSC Oleh Lopes et al4 I.2Tujuan Penelitian5 I.3Permasalahan5 I.4Batasan Peneltian5 I.5Kontribusi Penelitian5 I.6Metodologi Penelitian5 I.7Sistematika Penulisan6 IILANDASAN TEORI7 II.1Teori Singkat Saluran Transmisi Tenaga Listrik (STTL)7 II.2Teori Singkat Hantaran Daya Listrik10 II.3Teori Singkat Kompensasi Seri12II.3.1Perbandingan Dengan Kompensasi Shunt15II.3.2Letak Kapasitor Seri Pada Saluran16II.3.3Alasan Tertundanya Penggunaan Kompensasi Seri17II.4Teori Singkat PWM18 IIIPEMANFAATAN TEKNIK PWMUNTUK KOMPENSASI SERI TERKENDALI22III.1Pendahuluan22III.2Rangkaian PWMCSC24III.3Komponen PWMCSC25III.4Pemilihan Saklar Daya Dua-Arah26III.5Prinsip Kerja26III.6Persamaan Matematika Kondisi Mantap [9]28III.6.1Harmonik Arus Di STTL [9]29III.6.2Peningkatan Hantaran Daya Aktif [9]31 IVSIMULASI, PERCOBAAN, DAN ANALISA32IV.1Pendahuluan32IV.2Simulasi 1-Fasa Menggunakan PSIM32IV.3Percobaan 1-Fasa Di Laboratorium37IV.3.1Rangkaian Pembangkit Sinyal Segitiga (Vcarr)37IV.3.2Rangkaian Pembangkit Sinyal DC Variabel (Vref)38 IV.3.3Rangkaian Komparator39IV.3.4Rangkaian Driver39xIV.4Hasil Percobaan 1-Fasa Saat Beban Berat41IV.5Diskusi Hasil Simulasi & Percobaan 1-Fasa51IV.6Simulasi 3-Fasa Menggunakan PSIM51IV.7Diskusi Hasil Simulasi 3-Fasa57 VANALISA HARMONIK PWMCSC58V.1Pendahuluan58V.2Prinsip Dasar Harmonik58V.3Parameter Kandungan Harmonik59V.4Spektrum Harmonik Vcomp Dan I59 V.5Diskusi Hasil Kurva Harmonik63 VIKESIMPULAN DAN SARAN64VI.1Kesimpulan64VI.2Saran65 DAFTAR PUSTAKA66 LAMPIRAN A : CONTOH-CONTOH PERHITUNGAN KOMPENSASI68A.1Perhitungan Kompensasi Seri Di SUTET Jarak Menengah [7]68A.2Perhitungan Resonansi Sub-Sinkron [7]72A.3Perhitungan Resonansi Seri73A.4Perhitungan Kompensasi Reaktor Shunt (SUTET A.1) [7]73A.5Perhitungan Kompensasi Kapasitor Shunt78LAMPIRAN B : KESIMPULAN YANG DIAMBIL DARI LAMPIRAN A80LAMPIRAN C : KLASIFIKASI KOMPENSATOR MENURUT FUNGSI DAN JENISNYA81LAMPIRAN D :SISTEM PROTEKSI KAPASITOR SERI [15]82LAMPIRAN E :RESONANSI SERI DAN RESONANSI SUB-SINKRON85LAMPIRAN F :PROSEDUR MENCARI PARAMETER TRAFO GANDENG88LAMPIRAN G :TABEL HARMONIK Vcomp DAN I91 Tesis Magister-Luqmanul Hakim Effendi-23203013 - 1 - BAB I PENDAHULUAN I.1Latar Belakang Penelitian Kapasitorserisudahsejaklamadigunakanuntuktujuankompensasidayareaktif.Pertamakali mulaidiperhatikanolehparaahlisaatiadigunakanpadajaringanyangmensuplaibebanberupa tungkupeleburanlistrik.Pemasangannyabertujuanuntukmengatasigejalakediptegangan. Kemudian aplikasinya berlanjut pada saluran transmisi tenaga listrik (STTL) yang menghubungkan PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air) dan pusat-pusat beban. Dimasa sekarang ini kapasitor seri selainmerambahsalurantransmisiyangbertegangantinggi,jugaterdapatpadahampirsemua jaringan. Jaringan-jaringantenagalistrikyangterusberkembang,dimanabebannyatidakberhenti mencapai puncak tapi bertambah secara kontinu, akan mempunyai keuntungan-keuntungan tertentu bila dipasang kapasitor seri [15]. Pemasangan kapasitor secara seri pada STTL ini selanjutnya akan disebut kompensasi seri. Dengankompensasiseri,hantarandayaSTTLdapatditingkatkandalambatastermal,dielektrik, dankestabilannya[6].Disampingitu,kompensasiseridapatmemperbaikiregulasitegangan, mengatur besarnya aliran daya, dan mengurangi rugi-rugi STTL sehingga, pada kasus tertentu, bisa menunda pembangunan STTL yang baru [7]. Perkembangankompensasiseriterusberlanjut(seiringdenganberkembangnyateknologi perangkatsemikonduktordayadankeilmuandibidangelektronikadaya)kearahkompensasiseri yangterkendali.Maksudnya,hargareaktansikapasitifnyabisadiubah-ubahsehinggaderajat kompensasiseriyangdiinginkanbisadiatursesuaikebutuhan(kondisibeban).Berikut disampaikansekilasmengenaiperkembanganmetodekompensasiseriyangterkendali,baikyang telah diaplikasikan maupun yang baru sebatas penelitian (usulan). I.1.1Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC) Sampaisaatini,teknologiterakhirkompensasiseriyangtelahdipakaipadasalurantransmisi tenagalistrikadalahTCSC(ThyristorControlledSeriesCapacitor)[5,6,10].TCSCseringjuga disebut TCR (Thyristor Controlled Reactor). Metode kompensasi ini menggunakan salah satu jenis saklardayayaituthyristoryangdipasangsalinganti-paralel,yangberfungsimengaturbesarnya arus yang lewat di induktor (dengan kendali sudut fasa) sehingga reaktansi kapasitif kapasitor seri yangmasukkedalamSTTLmenjadivariabeldisesuaikandengankebutuhan.Dengandemikian jatuh tegangan pada reaktansi induktif STTL dapat dikurangi, memperbaiki regulasi tegangan, dan meningkatkan hantaran daya listrik dari sisi sumber ke sisi terima. Sistem TCSC dipasang pertama kalitahun1992padagarduKayenta(diNortheastArizona)milikWAPA(WesternAreaPower Administration)dengantegangannominal230kV[6].DiKayentaTCSCdisebutjugaASC Tesis Magister-Luqmanul Hakim Effendi-23203013 - 2 - (Advanced Series Capacitor) yang merupakan merek dagang dari Siemens. Kemudian tahun 1993 TCSCdipasangpadagarduSlatt(diOregon)milikBPA(BonnevillePowerAdministration) dengansistem500kV[6].ProyekinidisponsoriolehEPRI(ElectricPowerResearchInstitute) serta dirancang dan dipasang oleh General Electric (GE). Namun aplikasi ini memiliki kelemahan, diantaranyaadalahmembutuhkanrangkaiankomutasipaksajikainginmemadamkanthyristor sebelum tegangan nol, muncul harmonik orde rendah, butuh rangkaian sinkronisasi dengan STTL, dan terdapat zona resonansi antara reaktansi induktif dan kapasitifnya. Lihat Gambar I.1. Gambar I.1. Rangkaian Dasar TCSC 1-Fasa I.1.2Gate Turn-Off thyristor Controlled Series Capacitor (GTOCSC) Denganberkembangnyateknologisaklardayaparapenelitimulaiberusahamencarisolusidari kelemahan TCSC. Maka muncullah pemikiran dibidang kompensator-kompensator lanjutan seperti GTOCSC (Gate Turn-Off thyristor Controlled Series Capacitor) [6,8,11]. Fungsi GTO thyristor di sini hampir sama dengan thyristor konvensional pada TCSC, yaitu untuk memasukkan dan melepas kapasitordariSTTLsekaligusmengaturhargareaktansikapasitifyangmasukkeSTTL. Rangkaiannya pun hampir sama dengan TCSC. Tapi sebagai thyristor generasi baru, GTO thyristor mempunyaikeunggulandaripadathyristorkonvensional.Antaralainkecepatanpensaklaranyang lebihtinggi(sehinggalebihresponsif)danmampudipadamkantanparangkaiankomutasipaksa. Sedangkan kelemahannya, butuh arus negatif yang besar untuk memadamkan GTO ( 1/3 dari arus anoda)sehinggarangkaiandriver-nyalebihrumit.Selainitumasihperlurangkaiansinkronisasi denganfrekuensiSTTL,danmasihdibangkitkannyaharmonikorderendah.Rangkaiandasar GTOCSC ditunjukkan oleh Gambar I.2. Tesis Magister-Luqmanul Hakim Effendi-23203013 - 3 - Gambar I.2. Rangkaian Dasar GTOCSC 1-Fasa Dengan Snubbernya I.1.3PWMCSC Oleh Chu dan Pollock Penelitian dalam bidang kompensasi seri yang terkendali terus berlanjut. Terutama pencarian solusi untukmasalahharmonikdanrangkaiansinkronisasi.TeknikPWM(PulseWidthModulation) mampumengatasihalitudimanasaklardayadioperasikanpadafrekuensiyanglebihtinggi daripada frekuensi STTL, namun dengan topologi yang berbeda dari TCSC dan GTOCSC. Syarat utamateknikPWMiniadalahsaklardayayangdigunakanharusberkecepatan tinggidanmampu dipadamkan tanpa rangkaian komutasi paksa. Berarti pilihan saklarnya antara lain GTO, MOSFET, IGBT, IGCT, atau MCT. Adalah Chu dan Pollock [2] yang mengusulkan metode PWMCSC (Pulse WidthModulationControlledSeriesCompensation)pertamakali.Namunrangkaianyang diusulkannyamasihrumitkarenabutuh12saklardayauntuksistemSTTL3-fasa(lihatGambar I.3). Gambar I.3. Rangkaian PWMCSC 1-Fasa Oleh Chu dan Pollock Tesis Magister-Luqmanul Hakim Effendi-23203013 - 4 - I.1.4PWMCSC Oleh Lopes et al Lopes,Fernandes,Neto,danJos[9]mengusulkansusunanrangkaianPWMCSCyanglebih sederhanadaripada[2].Hanyamenggunakan4saklardayauntuksistemSTTL3-fasaditambah penyearahdioda.Rangkaiantersebut,yangsebagiandiadopsidari[16],mampumenyediakan derajatkompensasiseriyangterkendalisecarakontinudanhalusmelaluipengaturandutycycle pulsa PWMberfrekuensi tetap. Sinkronisasi dengan STTL tidak perlu dilakukan karena frekuensi pensaklaranyangtinggi(biasanya600Hz).Olehkarenanyahanyaharmonikordetinggiyang muncul,dimanahalinibisadiatasidenganmudahmelaluitapis.Rangkaiandasarnyaadapada Gambar I.4. Namun Lopes et al [9] hanya menampilkan analisanya melalui simulasi pada model STTL 1-fasa, tanpamenampilkanrangkaianpembangkitsinyalPWM,tidakmenampilkanrangkaiankendali untuk saklar daya, dan tanpa analisa harmonik. Gambar I.4. Rangkaian PWMCSC 3-Fasa Oleh Lopes et al Tesis Magister-Luqmanul Hakim Effendi-23203013 - 5 - I.2Tujuan Penelitian a)Melakukan studi/analisa atas usulan PWMCSC yang telah disampaikan oleh Lopes et al. b)Mensimulasikan dan melakukan pengujian di laboratorium. c)Menganalisa harmonik yang dibangkitkan oleh PWMCSC. I.3Permasalahan BagaimanamemodelkanPWMCSC,mensimulasikannyadenganbantuanperangkatlunak komputer, dan mempraktikkannya di laboratorium. I.4Batasan Penelitian a)Analisadilakukanpadakondisimantapdengansumbersinusoidal,STTL3-fasa3-kawat,dan beban linier. b)Masing-masing fasa STTL dalam kondisi setimbang, baik impedansi beban maupun impedansi salurannya. c)Pengujian laboratorium hanya dilakukan untuk sistem 1-fasa (kendali open-loop). d)Masalah desain fisik kapasitor yang tepat, sistem proteksi kapasitor saat terjadi gangguan, dan masalah resonansi sub-sinkron sudah di luar cakupan penelitian ini. I.5Kontribusi Penelitian a)Menampilkan rangkaian elektronik pembangkit sinyal PWM. b)Menampilkan rangkaian elektronik kendali open-loop dan driver. c)Mensimulasikan hasil rancangan menggunakan perangkat lunak PSIM. d)Menguji hasil rancangan di laboratorium untuk sistem 1-fasa kendali open-loop. e)Menampilkan analisa harmonik PWMCSC menggunakan perangkat lunak Origin. I.6Metodologi Penelitian 1.Melakukan studi literatur tentang setiap perkembangan teknik kompensasi seri terkendali yang telah dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya. 2.Analisa teori PWMCSC dan landasan teorinya. 3.Merancang parameter-parameter STTL, kapasitansi kapasitor bank, dan besarnya jenis beban. 4.Merancang rangkaian pembangkit sinyal PWM, rangkaian kendali open-loop, dan driver. 5.Simulasi hasil rancangan menggunakan perangkat lunak PSIM.6.Menguji hasil rancangan di laboratorium. 7.Perhitungan harmonik menggunakan perangkat lunak Origin. 8.Analisa hasil, mengambil kesimpulan, dan penulisan laporan (tesis). Tesis Magister-Luqmanul Hakim Effendi-23203013 - 6 - I.7Sistematika Penulisan Bab I:PendahuluanBab II:Landasan Teori Bab III:Pemanfaatan Teknik PWM Untuk Kompensasi Seri Terkendali Bab IV:Simulasi, Pengujian, Dan Analisa Bab V:Analisa Harmonik PWMCSC Bab VI:Kesimpulan Dan Saran Tesis Magister-Luqmanul Hakim Effendi-23203013 - 7 - BAB II LANDASAN TEORI II.1Teori Singkat Saluran Transmisi Tenaga Listrik (STTL) STTLmerupakanjaringanarusbolak-balik(AC)yangmemilikiduajeniselemendasar,yaitu elemen aktif dan elemen pasif. Perbandingan keduanya ditampilkan dalam Tabel II.1 berikut. Tabel II.1. Elemen Dasar STTL Elemen AktifElemen Pasif 1.Contohnya:generator,motor,furnaces, drives. 1. Contohnya : kawat penghantar, trafo, reaktor, kapasitor. 2. Diwakili oleh sumber yang diseri denganimpedansi. 2. Diwakili oleh besaran R, L, C.

Karakteristikelemenaktifdapatdijelaskanolehempatbuahbesaransebagaiberikut(lihatTabel II.2) : Tabel II.2. Besaran Elemen Aktif BesaranSimbolSatuanPersamaan Umum Daya KompleksSVAjQ P S + =Daya AktifPW 2 2Q S P =Daya ReaktifQVAR 2 2P S Q =Faktor DayaPF (cos )- SPPF = Sedangkan elemen pasif dapat diwakili oleh konstanta R, L, C (lihat Tabel II.3) : Tabel II.3. Konstanta Elemen Pasif KonstantaSimbolSatuan TahananROhm () InduktansiLHenry (H) KapasitansiCFarad (F) PersamaanteganganjepitdanarusyangmelaluielemenpasifdiberikanolehTabelII.4:(idanv adalah harga sesaat) Tesis Magister-Luqmanul Hakim Effendi-23203013 - 8 - Tabel II.4. Harga Sesaat Tegangan Jepit Dan Arus Pada Elemen Pasif KonstantaTegangan JepitArus Tahanan (R)i R v =Rvi =Induktansi (L) dtdiL v == vdtLi1 Kapasitansi (C) = idtCv1 dtdvC i = Saat kondisi mantap, Tabel II.4 menjadi (lihat Tabel II.5 dimana I dan V adalah harga efektif) : Tabel II.5. Harga Efektif Tegangan Jepit Dan Arus Pada Elemen Pasif KonstantaTegangan JepitArus Tahanan (R)I R V =RVI =Induktansi (L) I jX VL=LjXVI =Kapasitansi (C) I jX VC=CjXVI = Pada jaringan STTL yang sebenarnya, kawat penghantar tiap fasa dibentuk dari besaran seri (R, X, Z) dan besaran shunt (G, B, Y). Lihat Tabel II.6. Tabel II.6. Besaran Seri Dan Shunt Pada STTL BesaranJenisSimbol & SatuanPersamaan Seri (pada saluran)Impedansi :Z (Ohm, ) jX R Z + =( )C LX X j R Z + =Shunt (line to neutral)Admitansi : - Konduktansi : - Suseptansi Induktif : - Suseptansi Kapasitif : Y (Mho, S)G (Mho, S)BL (Mho, S)BC (Mho, S)Y = G + jB = G 1/R =LB 1/XL =CB 1/XC Tabel II.7 dan Gambar II.1 menampilkan klasifikasi STTL (1-fasa) menurut jaraknya. Tabel II.7. Klasifikasi STTL Menurut JarakJarakModelCiri Pendek (< 80 km)Z = R + jXMengabaikan besaran shunt Menengah (80 250 km)Nominal T atau Parameter terpusat Jauh (>250 km)Ekivalen T atau Parameter terdistribusi Tesis Magister-Luqmanul Hakim Effendi-23203013 - 9 - VkVtZBebanRjXZsaluranIkItVkVtIkItYZ2Z2ZY Y2 2kkI ItV tVV VtIkItY2Z2Z X X XX + XVk X XVxI x + X Ix X =bagiankecildarikawattransmisiyangjaraknyaxdariujungterima a.Representasi STTL Jarak Pendek b. Representasi STTL Jarak Menengah (Nominal T dan Nominal ) c. Representasi STTL Jarak Jauh Gambar II.1. Representasi STTL 1-Fasa Menurut Jaraknya Sebenarnya klasifikasi tersebut sangat kabur dan sangat relatif. Klasifikasi STTL harus didasarkan pulaatasbesar-kecilnyakapasitansiantarfasaataukapasitansifasaketanah.Bilakapasitansinya kecil,makaarusbocorketanahkecilterhadaparusbebansehinggakapasitansiketanahdapat diabaikan. Itulah yang disebut saluran pendek (Gambar II.1a). Bila kapasitansi sudah mulai besar, sehinggatidakdapatdiabaikan,tetapibelumbegitubesarsekalisehinggamasihdapatdianggap Tesis Magister-Luqmanul Hakim Effendi-23203013 - 10 - sebagaikapasitansiterpusat(lumpedcapacitance),makadinamakansaluranmenengah(Gambar II.1b)yangbisadirepresentasikandalamnominalTatau.Bilakapasitansitersebutbesarsekali sehinggatidakmungkinlagidianggapsebagaikapasitansiterpusat,makaharusdianggapterbagi rata sepanjang saluran. Inilah yang disebut saluran jauh/panjang (Gambar II.1c). Adajugaklasifikasiberdasarkantegangankerja.Makintinggitegangankerja,kemungkinan timbulnyakoronajugamakinbesar.Koronainiakanmemperbesarkapasitansisehinggaakan memperbesararusbocornyapula.Jadiwalaupunpanjangsaluranhanya60kmmisalnya,tapimemilikitegangankerjasangattinggimakakapasitansinyarelatifbesardantidakmungkin diabaikan. Induktansi saluran dibentuk dari medanmagnet karena adanya arus yangmengalir pada frekuensi nominaldipenghantar.Konduktansiantarpenghantaratauantarapenghantardantanahmewakili rugi-rugi bocor yang muncul di isolator atau arus bocor di sepanjang isolator dan rugi-rugi korona dipermukaanpenghantar. Konduktansiinibiasanya diabaikan,karena arusbocormelalui isolator saluranudarabiasanyasangatkecil.Disampingitukebocoranpadaisolatoryangmerupakan sumberutamakonduktansi,berubah-ubahmenurutkeadaanatmosfirdansifat-sifatpenghantaran darikotoran-kotoranyangmelekatdiisolatoritu,sehinggatidakadacarayangbaikuntuk memperhitungkan konduktansi ini [10]. Kapasitansi terjadi akibat adanya beda potensial antar penghantar atau antara penghantar dan tanah. Ia mewakili medan listrik yang timbul saat saluran dikenakan tegangan dengan frekuensi nominal. Karena adanya bahan isolator antara dua penghantar yang bertegangan, maka terdapat kemampuan untuk menyimpan muatan. Kapasitansi antar penghantar adalah muatan per satuan beda potensial. Kapasitansiantaraduapenghantaryangsejajartergantungpuladarijarakpemisahantar penghantar.Konduktansidanreaktansikapasitifsaluranmembentukadmitansishunt.Tetapi sumbangankonduktansiterhadapadmitansishuntsangatkecildanselaluberubahmenurut atmosferdansifathantarkotoranyangmelekatdiisolator,makaistilahadmitansidapatdiganti dengan kapasitansi [14]. II.2Teori Singkat Hantaran Daya Listrik GambarII.2menunjukkandiagramfasatunggalSTTLyangpanjang.Ujungkirimdanujung terimadihubungkansatusamalainolehreaktansiekivalensaluran(Xsal).Saluranjauh/panjang mempunyai tahanan yang sangat kecil dibandingkan reaktansinya sehingga tahanan tersebut dapat diabaikan tanpa mengakibatkan kesalahan yang berarti. Hantaran daya aktif dan reaktif tergantung dari besar sudut tegangan di ujung kirim dan ujung terima. Tesis Magister-Luqmanul Hakim Effendi-23203013 - 11 - Gambar II.2. Diagram Fasa Tunggal STTL Jauh/Panjang Hantaran daya dapat dihitung : tS*t t t tI V jQ P = + =**

=salt ktjXV VI *sin cos

+=salt k ktjXV jV VV

+ =salt t ksalt kXV V VjXV V2cossin (II.1) tP sin sinmakssalk tPXV V= = (II.2) tQsalt t kXV V V2cos =(II.3) Dengan cara yang sama, pada ujung kirim didapat : t makssalt kkP PXV VP = = = sin sin (II.4) salt k kkXV V VQ cos2= jika Vk = Vt, maka Qk = - Qt(II.5) PkdanPtsamabesarkarenaSTTLyangsederhanainimempunyaitahananRsal=0,sehingga sistemtidakmemilikirugi-rugitahanan(resistantlylosslesstransmissionline).JikaVkdanVt dibuat konstan, dandiubah-ubah besarnya, maka dapat dibuat kurva hantaran daya aktif sebagai fungsi sudut daya seperti Gambar II.3. Jika sudut daya terus diperbesar mulai dari nol, maka daya aktifyangdisalurkanmelaluisaluranjuganaiksampai=90danhantarandayamaksimum tercapai.Setelahtitikini,pertambahansudutdayaakanmenyebabkankemampuanhantarsaluran turun. Harga P dan Q juga tergantung pada besarnya Xsal. Tesis Magister-Luqmanul Hakim Effendi-23203013 - 12 - Dari Persamaan (II.3) dan (II.5), jika Vk = Vt, maka dapat dibuat pula kurva daya reaktif (Gambar II.3).Padakurvadayareaktifterlihatbahwakebutuhandayareaktifmenjadibesaruntuksudut daya yang besar. Jika diasumsikan Vk = Vt, pada sudut daya 90besarnya daya reaktif yang harus disediakan adalah sebesar Pmaks. Gambar II.3. Kurva Daya Aktif dan Reaktif Sebagai Fungsi Sudut Berikut adalah tabel yang menampilkan perjanjian tanda P dan Q di sisi sumber (kirim). Tabel II.8. Arti Tanda P dan Q di Sisi Sumber PQArti ++Sumber tegangan memberi P & memberi Q +-Sumber tegangan memberi P & menerima Q -+Sumber tegangan menerima P & memberi Q --Sumber tegangan menerima P & menerima Q Sedangkan di sisi beban (terima), +Q berarti daya reaktif induktif (beban menyerap daya reaktif),Qberartidayareaktifkapasitif(bebanmemberidayareaktif),sedangkanPselalu+(beban menerima daya aktif). II.3Teori Singkat Kompensasi Seri Alirandayaaktifdandayareaktifpadajaringantransmisitenagalistriktidakberkaitansecara langsungsatudenganyanglainkarenamasing-masingdipengaruhidandiatur olehbesaranyang berbeda. Walaupun pengaruh kompensasi seri akan meningkatkan keduanya. Pengaturan daya aktif amaterathubungannyadenganpengaturanfrekuensi,dandayareaktifdapatdiaturmelalui pengaturantegangan.Frekuensidanteganganadalahbesaranyangpentingdalampenentuan kualitascatudayadalamsistemtenaga,sehinggapengaturandayaaktifdandayareaktifmenjadi penting untuk menunjukkan penampilan sistem tenaga listrik. Tegangan dan frekuensi pada setiap titik beban diharapkan konstan dan bebas dari harmonik serta besar faktor daya satu. Kemampuan sistemtenagauntukmendekatikondisiidealdiatasmerupakanukurankualitassuatupengiriman daya [1]. Tesis Magister-Luqmanul Hakim Effendi-23203013 - 13 - Agarefisiensidankemampuanoperasisistemtenagameningkat,pengaturantegangandandaya reaktif harus memenuhi sasaran sebagai berikut : Tegangan yang dipakai pada terminal-terminal peralatan dalam sistem tersebut harus dalam batas yang diijinkan. Jika menggunakan tegangan di luar batas kemampuan, akan mengakibatkan efek yang buruk bagi suatu peralatan. Meningkatkan stabilitas sistem sampai mendekati nilai maksimalnya agar dicapai suatu keadaan yang mendekati ideal. Mengurangi susut energi I2Xsal untuk memaksimalkan penyaluran energi pada STTL. Karenadayareaktiftidakdapatditransmisikandalamjarakyangjauh,makadiperlukanperalatan tambahanuntukmengatasinya.Berkaitandenganhaltersebut,selanjutnyaakandibicarakan mengenai teori kompensasi secara singkat dibawah ini. Kompensasiartinyaprosespenggantiankerugianataucarauntukmenggantikerugian.Secara sederhanabisajugadiartikansebagaiprosespengimbangan.Kompensasipadasalurantransmisi tenagalistrik(STTL)padadasarnyaadalahmemasukkanataumenyisipkandengansengaja peralatan penghasil/penyerap daya reaktif pada sistem tenaga listrik. STTL aliran atas atau aliran udaramemerlukan peralatan kompensasi. Hal ini dimaksudkan untuk meningkatkanpenampilansaluran,antaralainmenstabilkantegangankerjaantarasisikirimdan sisi terima, memperkecil panjang elektrik saluran sehingga menaikkan hantaran dayanya. Peralatan-peralatankompensasipadasalurantransmisiantaralainreaktorshunt,kapasitorshunt, kapasitor seri, atau penggabungan diantaranya. Kompensasi reaktor shunt biasanya digunakan pada saluran transmisi jarak menengah (80 250 km), kompensasi dengan kapasitor seri atau kombinasi reaktor shunt dengan kapasitor seri digunakan pada saluran transmisi jarak jauh (> 250 km). Selain hal tersebut di atas, pada teori kompensasi, ada yang disebut derajat kompensasi (S) : Derajatkompensasi(S)padakompensasireaktorshuntadalahBL /BC ,dimanaBLadalah suseptansi induktif dari reaktor shunt dan BC adalah suseptansi kapasitif dari STTL per fasa. Derajatkompensasi(S)padakompensasiseriadalahXC /Xsal ,dimanaXCadalahreaktansi kapasitif dari kapasitor seri dan Xsal adalah reaktansi induktif dari STTL per fasa. Derajat kompensasi seri umumnya pada kisaran 25 % - 70 % [1], sedangkan menurut [7] antara 40 % - 60 %. S yang terlalu besar apalagi mendekati 100 % harus dihindari karena akan menyebabkan resonansi seri. Tesis Magister-Luqmanul Hakim Effendi-23203013 - 14 - Kompensasiseridilakukandenganmemasangkapasitorsecaraseridisalahsatuataukeduaujung STTL,atauditengahSTTL.Pemasanganditengahsaluranakanmemakanbiayalebihmahal karenamembangungardukhususbaru.Prinsiputamanyaadalahmengurangireaktansiekivalen saluran(Xsal)denganmemasukkanreaktansikapasitifkapasitorsecaraserikeSTTL.Dengan begitu, berdasarkan persamaan (II.2) sampai (II.5), harga P dan Q bisa ditingkatkan. Pengurangan Xsal juga akan memperbaiki jatuh tegangan saluran sehingga regulasi tegangan menjadi lebih baik. Lihat persamaan-persamaan berikut. Dari Persamaan (II.2) sampai (II.5), setelah dipasang kompensasi seri, didapat : 'kP''sintC salt kPX XV V== (II.6) C salt t ktX XV V VQ=2 ' '') ( cos ; C salt k kkX XV V VQ= cos' 2'(II.7) Gambar II.4, sebagai bukti persamaan (II.6), menampilkan kurva P sebagai fungsi sudut daya jika Xsal diubah-ubah.

Gambar II.4. Pengaruh Kompensasi Seri Terhadap P Perbaikanregulasiteganganterlihatdaripersamaanberikut,yaitudenganberkurangnyajatuh tegangan di STTL (V) : ) )( (sal t kX I V V V = = sebelum dikompensasi seri(II.8) ( )( )C sal t kX X I V V V = = '' setelah dikompensasi seri(II.9) Berarti, V < V. Dimana V = Vk Vt = IXsal , sehingga Vt > Vt. Perbaikan regulasi tegangan juga ditunjukkan oleh Gambar II.5 dan II.6. Tesis Magister-Luqmanul Hakim Effendi-23203013 - 15 - Gambar II.5. STTL Dikompensasi Seri

Gambar II.6. Diagram Fasor Untuk Gambar II.5 dimana,Vt=tegangan sisi terima sebelum dikompensasi seri Vk=tegangan sisi kirim = konstan Vt=tegangan sisi terima setelah dikompensasi seri Vt > Vt t=sudut fasa antara I dan Vt = sudut fasa beban = konstan k=sudut fasa antara I dan Vk = sudut fasa sistem (yang dilihat dari sumber) I=arus STTLIXsal =V=jatuh tegangan saluran sebelum dikompensasi seri IXC=jatuh tegangan dikapasitor seri I(Xsal -XC) =V = jatuh tegangan saluran setelah dikompensasi seri=sudut daya antara Vk dan Vtsebelum dikompensasi seri =sudut daya antara Vk dan Vtsetelah dikompensasi seri Maka, bisa diperoleh persamaan tegangan (berdasarkan Gambar II.5 dan II.6) yaitu : ) )( (sal t kX I j V V + = sebelum dikompensasi seri(II.10) ( )C sal t kX X I j V V + = ) (' setelah dikompensasi seri(II.11) II.3.1 Perbandingan Dengan Kompensasi Shunt Metodekompensasilaindisampingkompensasiseriadalahkompensasishunt.Adaduajenis kompensasishunt,yaitudengankapasitorshuntdanreaktorshunt.Tujuankompensasireaktor shunt jelas berbeda dengan kompensasi seri, yaitu menurunkan tegangan terima saat beban ringan dengancaramemasukkannyakeSTTLdanmenaikkanteganganterimasaatbebanpenuhdengan cara melepasnya dari STTL. Artinya, reaktor shunt akan menyerap daya reaktif saluran. Sedangkan kompensasikapasitorshuntmemilikitujuanyangsamadengankompensasiseridalamhal tegangan, tapi efeknya sedikit berbeda dalam hal peningkatan hantaran daya saluran. Tesis Magister-Luqmanul Hakim Effendi-23203013 - 16 - Penjelasantersebutdikuatkanolehpersamaan-persamaanberikut.Persamaan(II.2)dan(II.4) adalah sama dengan Persamaan (II.12) : sinsinCt kZV VP = sebelum dikompensasi seri(II.12) Umumnya harga Xsal,makaimpedansinyakapasitif.JikaflebihbesardarifratauXC 250 km- ekivalen T atau phi- parameter terdistribusi14TeoriTeoriSingkatSingkatHantaranHantaranDayaDayaListrikListrik(Diagram Satu Garis STTL) sin sinmakssalt kPXV VP = =salt t ktXV V VQ2cos =090 180Pmaks2PmaksPQt = -Qk15TeoriTeoriSingkatSingkatKompensasiKompensasiSeriSeri(STTL Dikompensasi Seri)(Diagram Fasornya)Sebelum Kompensasi :) )( (sal t kX I V V V = = ) )( (sal t kX I j V V + = sinsalt kXV VP =Setelah Kompensasi :( )C sal t kX X I V V V = = ''( )C sal t kX X I j V V + = ) (''''sinC salt kX XV VP=16PerbandinganPerbandinganDenganDenganKompensasiKompensasiShuntShuntKompensasi Kompensasi Shunt : Shunt :Reaktor Reaktor Shunt : Shunt : sinsinCt kZV VP =turunnaikKapasitor Kapasitor Shunt : Shunt : sinsinCt kZV VP =turunnaikKompensasi Kompensasi Seri : Seri : menurunkan ZCdan , sehingga P pasti naik.( )sal C CX Ll LC lCLZ Z = =

= ) )( ( sin17TeoriTeoriSingkatSingkatPWMPWMSingle PWM :MPWM (UPWM) :Sinusoidal PWM :18PWMCSCPWMCSC(Pulse Width Modulation Controlled Series Compensation)19PWMCSC 3 PWMCSC 3- -Fasa FasaPWMCSC 1 PWMCSC 1- -Fasa Fasa20ProfilProfilPWMCSCPWMCSC0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7Smax00,010,020,03h(b)(a)0,030,020,0105 8 11 14 17 20kf0,04hkf =6kf =12Smax=0,7Smax=0,5Smax=0,31121PersamaanPersamaanMatematikaMatematikaKondisiKondisiMantapMantapArus STTL dianggap sinusoidal :( ) ( ) t I t i sin = (III.2)Pengaruh kendali PWM dinyatakan oleh fungsi pensaklaran f(t). Sinyal penyulutan tersebut merupakan deretan pulsa berfrekuensi tetap (fsw) dengan duty cycle (D) yang variabel. ( ) ( )

=+ =1cosnf nt nk D D t f (III.3)Arus yang melalui kapasitor (iC) dapat dirumuskan sebagai hasil kali dari arus STTL dan fungsi pensaklaran PWM f(t) :( ) = t ic( ) ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) [ ] { }

= + + + =11 sin 1 sin2sinnf f nt nk t nk DIt DI t i t f (III.4)Tegangan di kapasitor :( ) ( ) t DI X t vc c cos (III.5)Harga reaktansi yang dilihat oleh STTL saat frekuensi nominal (yang muncul di sisi primer trafo) :LT Ceq compX X X + =(III.7)Secara analogi, tegangan yang diinjeksikan ke STTL (vinj) dapat dihasilkan dari vCdan f(t) : ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) [ ] { }

= + + 121 cos 1 cos2cosnf f ncc injt nk t nk DDI Xt I D X t v (III.6)c CeqX D X2=(III.8)LT c compX X D X + =2(III.9)22SimulasiSimulasi11--FasaFasa(dengan bantuan software PSIM)Asumsi : sumber sinusoidal, kondisi mantap, beban linier, dan setimbang. 23RangkaianRangkaianSimulasiSimulasi11--FasaFasa24Rasio belitan = 1: 1Tahanan primer Rp = 0,402 Tahanan sekunder Rs=0,402 Induktansi primer Lp=0,2722 mHInduktansi sekunder Ls=0,2722 mHInduktansi pemagnetan Lm = 0,3938 HTahanan rugi inti RC = 198,011 Trafo gandengper fasa(50V ; 5A)MOSFETSaklar daya 2-arah(Sutama & S4)fsw = 1250 Hzkf = 1250/50 = 25. Frekuensi PWMC = 500 F/fasaXC = 6,3694 /fasa ; Smax = 70%Kapasitor bankper fasaL = 29 mH/fasaXsal = 9,1106 /fasaInduktansi totalSTTL per fasaVk = (100 0) V ;fmains = 50 Hz Tegangan kirimData STTL & PWMCSCData STTL & PWMCSC25Data Data BebanBebanLinierLinierBerarti daya beban kecil(I3kecil)Berarti daya beban menengah( I2menengah)Berarti daya beban besar( I1besar)Z3 = (19,5+ j22 mH) = (21 19,5) Beban impedansi berat(selanjutnya disebutbeban berat)Z2 = (19,5+ j5 mH) = (19,6 4,6) Beban impedansi sedang(selanjutnya disebutbeban sedang)Z1 = Rmurni= 19,5= (19,5 0) Beban impedansi ringan(selanjutnya disebutbeban ringan)ZZ1 1 < < ZZ2 2 < < ZZ3 3PP1 1 > > PP2 2 > > PP3 3II1 1> I> I2 2> I> I3 326KurvaKurvaHasilHasilSimulasiSimulasi11--FasaFasa( (saat saat beban beban berat/daya berat/daya beban beban kecil kecil) )D = 0D = 0,2 D = 0,6D = 0,8 D = 127Tabel Hasil Simulasi 1-Fasa Saat Beban Ringan (Daya Beban Besar)440,769423,262403,659387,683377,625374,233Pt(W)0,985 0,98 461,296 8,1 70,5 6,4225 32,2972 5,11859 32,8741 4,85911 91,8991 10,985 0,96 442,319 12,34 63,45 5,781 22,3288 4,40447 25,4638 4,76306 87,6601 0,80,985 0,939 421,43 15,82 55,7 5,075 14,2476 3,67097 18,6299 4,65235 84,1797 0,60,986 0,922 404,487 18,3 47,132 4,294 8,24173 2,90715 12,4856 4,55988 81,6954 0,40,986 0,91 393,845 19,77 37,67 3,432 4,61498 2,0165 6,92103 4,50072 80,2322 0,20,987 0,906 390,251 20,25 3,515 0,32027 3,68179 0,14156 0,0453376 4,48042 79,7511 0Cos tSisiTerimaCos kSisiKirimPk(W)V ={(Vk-Vt)/Vk}x100(%)S=(XC /Xsal)x100(%)XC= (VC/IC)()Vcomp(V)IC(A)VC(V)I(A)Vt(V)D(saklarutama)Tabel Hasil Simulasi 1-Fasa Saat Beban Sedang (Daya Beban Menengah)450,004424,598400,429382,014370,8367,062Pk(W)0,983 0,969 429,942 6,105 70,48 6,422 31,9036 5,05602 32,4732 4,79952 93,8947 10,983 0,943 406,311 8,68 63,442 5,78 21,9021 4,31576 24,9638 4,66697 91,3144 0,80,983 0,917 383,552 11,27 55,781 5,082 13,9231 3,57854 18,187 4,53509 88,7338 0,60,984 0,897 366,153 13,29 47,30 4,31 8,04671 2,82530 12,1781 4,43143 86,7022 0,40,984 0,884 355,536 14,56 38,043 3,466 4,50165 1,95659 6,78246 4,36703 85,4401 0,20,984 0,880 352 14,98 3,578 0,326 3,57085 0,13728 4,4797e-2 4,34522 85,0135 0Cos tSisiTerimaCos kSisiKirimPt(W)V ={(Vk -Vt)/Vk }x100(%)S=(XC /Xsal)x100(%)XC= (VC/IC)()Vcomp(V)IC(A)VC(V)I(A)Vt(V)D(saklarutama)Tabel Hasil Simulasi 1-Fasa Saat Beban Berat (Daya Beban Kecil) 385,5349,319321,851308,938292,42288,93Pk(W)0,934 0,902 368,231 5,25 70,6 6,43 29,5719 4,68057 30,0997 4,44232 94,7526 10,933 0,861 334,291 7,12 63,71 5,804 19,9579 3,91513 22,7237 4,23305 92,8797 0,80,934 0,827 308,305 9,28 56,2 5,12 12,6001 3,20831 16,4262 4,06537 90,7208 0,60,935 0,804 290,590 11,08 48,11 4,383 7,29460 2,51664 11,0295 3,94692 88,9176 0,40,935 0,79 280,398 12,23 39,7 3,616 4,08204 1,73720 6,28236 3,87725 87,764 0,20,935 0,785 277,084 12,63 3,87 0,3525 3,167 0,12175 4,2917e-2 3,85425 87,3681 0Cos tSisiTerimaCos kSisiKirimPt (W)V ={(Vk-Vt)/Vk}x100(%)S=(XC /Xsal)x100(%)XC= (VC/IC)()Vcomp(V)IC(A)VC(V)I(A)Vt(V)D(saklarutama)28PercobaanPercobaan11--FasaFasa29RangkaianRangkaianPercobaanPercobaan11--FasaFasa30Data Data SaklarSaklarDayaDaya Teqonqon moksimum : I400 V. Arus moksimum : 7 A. Teqonqon qofe minimum : I0 V. disebuf 8iMOSFET : MOSFET duo oroh(reverse conducfion copobiIify). Tonpo diodo infernoI.Tipe SokIor Doyo : IX8F 9MI40 0Produksi :IXYS Semiconducfor31RangkaianRangkaianKendaliKendali OpenOpen--LoopLoop4N284N2832KurvaKurvaPembangkitanPembangkitanSinyalSinyalPWMPWMVcarrVrefVcarrkeluaran XR2206Vrefkeluaran pembagi tegangan DC(Skala : 5 V/div ; 1 ms/div ; Probe x1)ONOFFOFFONSinyal PWM keluaran driver (D = 0,5)Diukur di MOSFET pada kaki G-S(Skala : 5 V/div ; 0,5 ms/div ; Probe x1)33KurvaKurvaHasilHasilPercobaanPercobaanSaatSaatBebanBebanBeratBerat((DayaDayaBebanBebanRinganRingan))0Tegangan Kapasitor (VC) DSkala : 5 mV/div ; 5 ms/div ; Probe x1Tegangan Sisi Primer Trafo Gandeng (Vcomp)Skala : 1 V/div ; 10 ms/div ; Probe x100,2Skala : 1 V/div ; 5 ms/div ; Probe x10Skala : 0,2 V/div ; 2 ms/div ; Probe x10340,6Skala : 1 V/div ; 5 ms/div ; Probe x10 Skala : 0,5 V/div ; 5 ms/div ; Probe x100,8Skala : 2 V/div ; 5 ms/div ; Probe x10 Skala : 1 V/div ; 2 ms/div ; Probe x101Skala : 5 V/div ; 5 ms/div ; Probe x10Skala : 5 V/div ; 5 ms/div ; Probe x1035Tabel Hasil Percobaan 1-Fasa Saat Beban Ringan (Daya Beban Besar)0,98 0,98 448,25 7,99 70,5 6,023 32,59 5,5 33,13 4,93 92,01 10,98 0,95 425,16 11,91 63,45 5,277 20,88 4,90 25,86 4,82 88,09 0,80,98 0,94 415,72 14,89 55,7 4,553 14,51 4,10 18,67 4,70 85,11 0,60,98 0,93 389,54 18,48 47,132 4,244 7,98 2,95 12,52 4,61 81,52 0,40,98 0,91 377,86 19,68 37,67 2,814 4,52 2,53 7,12 4,56 80,32 0,20,98 0,91 375,13 20,29 3,515 0,2 3,24 0,25 0,05 4,48 79,71 0Cos tSisiTerimaCos kSisiKirimPk(W)V ={(Vk-Vt)/Vk}x100(%)S=(XC /Xsal)x100(%)XC= (VC/IC)()Vcomp(V)IC(A)VC(V)I(A)Vt(V)D(saklarutama)Tabel Hasil Percobaan 1-Fasa Saat Beban Sedang (Daya Beban Menengah)430,18406,27380,42360,82355,61355Pk(W)0,97 0,97 5,67 59,348 5,407 32,55 6,01 32,5 4,82 94,33 10,97 0,95 8,33 56,758 5,171 21,89 4,84 25,03 4,67 91,67 0,80,97 0,90 11,28 56,615 5,158 15,23 3,66 18,88 4,59 88,72 0,60,97 0,89 12,15 47,889 4,363 8,2 2,89 12,61 4,54 87,85 0,40,97 0,88 13,79 32,105 2,925 4,42 2,42 7,08 4,49 86,21 0,20,97 0,88 14 2,744 0,25 3,57 0,2 0,05 4,45 86 0Cos tSisiTerimaCos kSisiKirimV ={(Vk -Vt)/Vk }x100(%)S=(XC /Xsal)x100(%)XC= (VC/IC)()Vcomp(V)IC(A)VC(V)I(A)Vt(V)D(saklarutama)Tabel Hasil Percobaan 1-Fasa Saat Beban Berat (Daya Beban Kecil) 370,16334,52309,15290,77282,43276,81Pk(W)0,93 0,90 5,06 67,8 6,177 29,97 5,03 31,07 4,78 94,94 10,93 0,88 6,39 67,503 6,15 24,28 3,88 23,86 4,54 93,61 0,80,93 0,82 8,58 51,313 4,675 10,71 3,36 15,71 4,26 91,42 0,60,93 0,81 10,65 58,218 5,304 7,36 2,53 13,42 3,99 89,35 0,40,93 0,79 12,19 48,778 4,444 4,86 2,25 10 3,91 87,81 0,20,93 0,78 12,48 0,087 7,944e-3 2,86 0,18 1,43e-3 3,89 87,52 0Cos tSisiTerimaCos kSisiKirimV ={(Vk-Vt)/Vk}x100(%)S=(XC /Xsal)x100(%)XC= (VC/IC)()Vcomp(V)IC(A)VC(V)I(A)Vt(V)D(saklarutama)36Profil Tegangan Terima (Vt) - Duty Cycle (D)7075808590950 0,2 0,4 0,6 0,8 1DVt (Volt)SimulasiPercobaanProfil Teg Sisi Primer Trafo (Vcomp) - DutyCycle (D)0102030400 0,2 0,4 0,6 0,8 1DVcomp (Volt)SimulasiPercobaanProfil Reaktansi Kapasitif (Xc) - Duty Cycle (D)012345670 0,2 0,4 0,6 0,8 1DXc (ohm)SimulasiPercobaanProfilProfilPWMCSC 1PWMCSC 1--Fasa Fasa SaatSaatBebanBebanRinganRingan((DayaDayaBebanBebanBesarBesar))Profil Jatuh Tegangan (V)-Duty Cycle (D)05101520250 0,2 0,4 0,6 0,8 1D

V (%)SimulasiPercobaanProfil Hantaran Daya Aktif (P)-Duty Cycle (D)3203403603804004204404600 0,2 0,4 0,6 0,8 1DP (Watt)SimulasiPercobaanProfil Faktor Daya Kirim (Cos k) - Duty Cycle (D) 0,860,880,90,920,940,960,9810 0,2 0,4 0,6 0,8 1DCos kSimulasiPercobaan37Profil Tegangan Terima (Vt) - Duty Cycle (D)808590951000 0,2 0,4 0,6 0,8 1DVt (Volt)SimulasiPercobaanProfil Teg Sisi Primer Trafo (Vcomp)-Duty Cycle (D)0102030400 0,2 0,4 0,6 0,8 1DVcomp (Volt)SimulasiPercobaanProfil Reaktansi Kapasitif (Xc) - Duty Cycle (D)024680 0,2 0,4 0,6 0,8 1DXc (Ohm)SimulasiPercobaanProfilProfilPWMCSC 1PWMCSC 1--Fasa Fasa SaatSaatBebanBebanSedangSedang((DayaDayaBebanBebanMenengahMenengah))Profil Jatuh Tegangan (V)-Duty Cycle (D) 051015200 0,2 0,4 0,6 0,8 1D

V (%)SimulasiPercobaanProfil Hantaran Daya Aktif (P)-Duty Cycle (D)01002003004005000 0,2 0,4 0,6 0,8 1DP (Watt)SimulasiPercobaanProfil Faktor Daya Kirim (Cos k)-Duty Cycle (D) 0,80,850,90,9510 0,2 0,4 0,6 0,8 1DCos k SimulasiPercobaan38Profil Tegangan Terima (Vt) - Duty Cycle (D)808590951000 0,2 0,4 0,6 0,8 1DVt (Volt)SimulasiPercobaanProfil Teg Sisi Primer Trafo (Vcomp)-Duty Cycle (D)051015202530350 0,2 0,4 0,6 0,8 1DVcomp (Volt)SimulasiPercobaanProfil Reaktansi Kapasitif (Xc) - Duty Cycle (D)024680 0,2 0,4 0,6 0,8 1DXc (Ohm)SimulasiPercobaanProfilProfilPWMCSC 1PWMCSC 1--Fasa Fasa SaatSaatBebanBebanBeratBerat((DayaDayaBebanBebanKecilKecil))Profil Jatuh Tegangan (V) - Duty Cycle (D)0510150 0,2 0,4 0,6 0,8 1D

V (%)SimulasiPercobaanProfil Hantaran Daya Aktif (P) - Duty Cycle (D)01002003004000 0,2 0,4 0,6 0,8 1DP (Watt)SimulasiPercobaanProfil Faktor Daya Kirim (Cos k) - Duty Cycle (D)0,70,750,80,850,90,950 0,2 0,4 0,6 0,8 1DCos k SimulasiPercobaan39SimulasiSimulasi33--FasaFasa(dengan bantuan software PSIM)Asumsi : sumber sinusoidal, kondisi mantap, beban linier, dan setimbang. 40RangkaianRangkaianSimulasiSimulasi33--FasaFasaBerdasarkan Persamaan (II.16) jumlah pulsa per perioda (10 ms) :(1250) / (2 x 50) = 12,5 pulsa.41Kurva Hasil Simulasi 3- Fasa(saat beban berat/daya beban ringan)D = 0D = 0,2 D = 0,4D = 0,6D = 0,8D = 142Hasil Simulasi 3-Fasa Saat Beban Ringan (Daya Beban Besar)7,88 69,8 69,8 69,8 6,36 6,36 6,36 18,5 18,5 18,5 2,96 2,96 2,96 18,855 18,855 18,855 2,81 2,81 2,81 92,12 112,26 62,5 62,5 62,5 5,7 5,7 5,7 12,7 12,7 12,7 2,55 2,55 2,55 14,499 14,499 14,499 2,76 2,76 2,76 87,73 0,815,83 54,2 54,15 54,15 4,93 4,93 4,93 7,99 7,99 7,99 2,12 2,12 2,12 10,459 10,459 10,459 2,7 2,7 2,7 84,16 0,618,38 44,2 44,3 44,22 4,03 4,04 4,01 4,48 4,5 4,48 1,68 1,68 1,68 6,756 6,767 6,757 2,63 2,63 2,63 81,62 0,419,87 32 32,13 34,4 2,92 2,94 3,13 2,5 2,50 2,57 1,16 1,16 1,16 3,391 3,416 3,644 2,6 2,6 2,6 80,13 0,220,34 2,68 2,45 3,40 0,24 0,22 0,31 2,13 2,13 2,13 0,081 0,082 0,081 0,0199 0,0183 0,0252 2,59 2,59 2,59 79,66 0RS T S R T S R T S R T S R T S R T S RV (%)S=(XC / Xsal)x100(%)XC= (VC / IC)()Vcomp(V)IC(A)VC(V)I(A)VtRS(VL-L)D(saklarutama)Hasil Simulasi 3-Fasa Saat Beban Sedang (Daya Beban Menengah)5,813 69,9 69,84 69,84 6,36 6,36 6,36 18,3 18,3 18,3 2,93 2,93 2,93 18,621 18,621 18,621 2,78 2,78 2,78 94,19 18,535 62,5 62,51 62,51 5,7 5,7 5,7 12,4 12,4 12,4 2,5 2,5 2,5 14,205 14,205 14,205 2,7 2,7 2,7 91,47 0,811,21 54,2 54,16 54,16 4,93 4,93 4,93 7,8 7,8 7,8 2,07 2,07 2,07 10,194 10,194 10,194 2,62 2,62 2,62 88,79 0,613,31 44,2 44,28 44,20 4,03 4,03 4,03 4,36 4,37 4,37 1,63 1,63 1,63 6,562 6,576 6,565 2,56 2,56 2,56 86,69 0,414,61 32,1 32,15 34,16 2,92 2,93 3,11 2,42 2,43 2,49 1,13 1,13 1,13 3,298 3,307 3,514 2,52 2,52 2,52 85,39 0,215,03 2,41 2,535 3,15 0,22 0,23 0,29 2,06 2,06 2,06 0,08 0,08 0,08 0,0175 0,0183 0,0228 2,51 2,51 2,51 84,97 0RS T S R T S R T S R T S R T S R T S RV(%)S=(XC / Xsal)x100(%)XC = (VC / IC)()Vcomp(V)IC(A)VC(V)I(A)VtRS(VL-L)D(saklarutama)Hasil Simulasi 3-Fasa Saat Beban Berat (Daya Beban Kecil)4,94 69,9 69,85 69,85 6,364 6,36 6,36 16,9 16,9 16,9 2,706 2,706 2,706 17,221 17,221 17,221 2,57 2,57 2,57 95,06 16,95 62,5262,52 62,52 5,7 5,7 5,7 11,3 11,3 11,3 2,26 2,26 2,26 12,874 12,874 12,874 2,45 2,45 2,45 93,05 0,89,20 54,1 54,14 54,14 4,93 4,93 4,93 6,99 6,99 6,99 1,851 1,851 1,851 9,131 9,131 9,131 2,35 2,35 2,35 90,79 0,611,07 44,2 44,29 44,17 4,03 4,03 4,02 3,89 3,89 3,89 1,451 1,45 1,451 5,842 5,851 5,84 2,28 2,28 2,28 88,93 0,412,27 32,1 32,40 34,99 2,93 2,95 3,19 2,15 2,16 2,23 1,001 1,001 1,001 2,932 2,955 3,192 2,24 2,24 2,24 87,73 0,212,65 2,54 2,513 3,281 0,23 0,23 0,3 1,83 1,83 1,83 0,070 0,070 0,070 0,016 0,0161 0,021 2,22 2,22 2,22 87,35 0RS T S R T S R T S R T S R T S R T S RV (%)S=(XC / Xsal)x100(%)XC= (VC/ IC)()Vcomp(V)IC(A)VC(V)I(A)VtRS(VL-L)D(saklarutama)43AnalisaAnalisaHarmonikHarmonikPWMCSCPWMCSC(dengan bantuan software Origin)44HFv Saat D = 001020304050607080901001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31Harmonik Ke-HFv (%)Beban Ringan Beban Sedang Beban BeratHFv Saat D = 0,201020304050607080901001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31Harmonik Ke-HFv (%)Beban Ringan Beban Sedang Beban BeratHFv Saat D = 0,401020304050607080901001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31Harmonik Ke-HFv (%)Beban Ringan Beban Sedang Beban BeratHFv Saat D = 0,601020304050607080901001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31Harmonik Ke-HFv (%)Beban Ringan Beban Sedang Beban BeratHFv Saat D = 0,801020304050607080901001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31Harmonik Ke-HFv (%)Beban Ringan Beban Sedang Beban BeratHFv Saat D = 101020304050607080901001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31Harmonik Ke-HFv (%)Beban Ringan Beban Sedang Beban BeratSpektrum Spektrum Harmonik Harmonik V Vcomp comp45HFi Saat D = 001020304050607080901001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31Harmonik Ke-HFi (%)Beban Ringan Beban Sedang Beban BeratHFi Saat D = 0,201020304050607080901001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31Harmonik Ke-HFi (%)Beban Ringan Beban Sedang Beban BeratHFi Saat D = 0,401020304050607080901001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31Harmonik Ke-HFi (%)Beban Ringan Beban Sedang Beban BeratHFi Saat D = 0,601020304050607080901001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31Harmonik Ke-HFi (%)Beban Ringan Beban Sedang Beban BeratHFi Saat D = 0,801020304050607080901001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31Harmonik Ke-HFi (%)Beban Ringan Beban Sedang Beban BeratHFi Saat D = 101020304050607080901001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31Harmonik Ke-HFi (%)Beban Ringan Beban Sedang Beban BeratSpektrum Spektrum Harmonik Harmonik I I46THDv Terhadap D 0204060801000 0.2 0.4 0.6 0.8 1DTHDv (%)Beban RinganBeban SedangBeban BeratTHDi Terhadap D0123456789100 0.2 0.4 0.6 0.8 1DTHDi (%)Beban RinganBeban SedangBeban BeratKURVA THDKURVA THD47KesimpulanKesimpulan& Saran& Saran48KESIMPULAN : KESIMPULAN :Dalam tesis ini telah dibahas pemanfaatan teknik PWM pada kompensasi seri terkendali. Topologi yang ditampilkan memiliki kelebihan dibandingkan metode kompensasi seri terkendali sebelumnya. Pembahasan secara teoritis, analisa kurva, dan beberapa hasil simulasi & percobaan telah ditampilkan. Saat daya beban kecil, saklar utama cukup disulut oleh deretan pulsa PWM dengan D = 0,6 artinya XC = 4-5 C akan masuk ke STTL. Saat daya beban menengah, D minimal ditala sebesar 0,8 yang sebanding dengan XC = 5-6 C. Sedangkan saat daya beban besar, D harus ditala pada harga 1 (XC> 6 C). Berarti, PWMCSC harus berada pada tingkat kemampuan maksimalnya untuk menjaga agar V tidak merosot melampaui batas toleransi (10 %).Harmonik yang dibangkitkan PWMCSC adalah harmonik orde tinggi yang tidak berpengaruh besar terhadap kualitas sistem tenaga listrik.49SARAN : SARAN :a. Simulasikan pada jaringan sistem tenaga listrik yang terinterkoneksi.b. Gunakan sistem kendali closed-loop.c. Kapasitansi kapasitor bank 3-fasa yang terangkai delta akan 3x kali lebih kecil daripada terangkai wye.50 .. ..Terima Terima Kasih Kasih.. ..Luqmanul Hakim EffendiNIM : 232.03.01351KEDIP TEGANGAN KEDIP TEGANGANSolusi : DSTATCOM (Distribution Static Compensator) : kompensasi paralel DVR (Dynamic Voltage Restorer) : kompensasi seri UPQC (Unified Power Quality Compensator) : kompensasi seri-paralel- Jatuh teg sesaat (0,1-0,9 nominal)- Maks selama 1 menit- Krn gangguan / starting beban besar.52RANGKAIAN AC RANGKAIAN AC53RANGKAIAN DC RANGKAIAN DC5455ZONA RESONANSI TCSC ZONA RESONANSI TCSC56TCSC 230 kV DI KAYENTA, ARIZONATCSC 230 kV DI KAYENTA, ARIZONA 57TCSC 500 kV DI SLATT, OREGONTCSC 500 kV DI SLATT, OREGON 58DATA SAKLAR DAYA (2003 AKHIR)DATA SAKLAR DAYA (2003 AKHIR) 59TAPIS HARMONIK TAPIS HARMONIK60SIN GENERATOR SIN GENERATOR616263