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