REDUKSI HARMONISA DAN KETIDAKSEIMBANGAN … · Presentasi ketidakseimbangan menjadi 0.09% Tegangan beban sebelum Kompensasi (V peak) Tegangan beban Setelah Kompensasi (V peak) Fas

Reduksi Harmonisa dan Ketidakseimbangan

Tegangan menggunakan Hybrid Active Power Filter Tiga Fasa berbasis ADALINE-Fuzzy

Oleh:

Marselin Jamlaay – 2211 201 206

Dosen Pembimbing:

1. Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng

2. Prof. Dr. Ir. Mauridhi Hery Purnomo, M.Eng

Overview

Pendahuluan

Pemodelan Sistem

Simulasi dan Analisa

Kesimpulan

Pendahuluan

Meningkatnya permintaan kebutuhan kontrol

Penggunaan peralatan elektronika daya dan konverter semakin tinggi

Menyebabkan permasalahan kualitas daya, diinjeksikannya harmonisa ke power system

1

Pendahuluan

Solusi Filter

Filter Pasif L-C Filter Aktif

- kompensasinya tetap - menimbulkan resonansi.

Parallel Seri

Hybrid APF

2

Pendahuluan Artificial Intelegence

Artificial Neural Network

Adaptive Linier Neuron (ADALINE)

ADALINE Learning

factor Fuzzy

Perhitungan Komponen Simetri

Perhitungan Komponen Urutan Positif

3

Batasan Masalah

Sistem distribusi

tegangan rendah 380 VL-L

Analisa dalam kondisi steady

state

Simulasi dilakukan pada

MATLAB Simulink R2012b

Sumber tegangan dc VSI

konstan

Pendahuluan

4

Pemodelan Sistem

5

Pemodelan Sistem

Filter ditala pada frekuensi 250 Hz dan 350 Hz.

Pengukuran faktor daya sistem.

Menghitung daya reaktif yang harus dikompensasi kapasitor.

Menghitung nilai induktansi L untuk harmonisa orde 5 dan orde 7.

6

Pemodelan Sistem

Inverter 3x1 fasa Vdc

Ideal transformer

Menentukan tegangan suplai dc inverter:

Rating tegangan sistem = 380 VL-L

Sehingga Vdc = 620.54 Volt

Filter LC

a

dc

peak mV

V 2

7

Pemodelan Sistem

Mengukur arus sumber tiga fasa.

Arus sumber dijadikan sebagai output target.

Node terdiri dari blok sinyal fundamental dan

blok-blok sinyal harmonik.

Blok sinyal harmonik dibangun hingga orde-35

8

Pemodelan Sistem Algoritma learning :

Widrow Hoff

)()()( ninine ests )()()()1( nxnenWnW

tnan sin

tnbn cos

9

Pemodelan Sistem

)()()()1( nxnenWnW Persamaan widrow-hoff:

Learning factor mempengaruhi kecepatan learning ADALINE

Fuzzy Logic Controller sebagai Pengatur Learning Factor

Sembilan fuzzy rule

10

Pemodelan Sistem

0 10 20 0 5 10

S M L L M S

0.0125 0.025 0.0375 0.05 0

S M L

mean error mean error

output

Membership function variabel input dan output :

11

Pemodelan Sistem

Kinerja Adaline-Fuzzy dalam merespon arus sumber harmonik:

Aru

s (A

mp

ere)

Waktu (detik)

Aru

s (A

mp

ere)

Waktu (detik)

Arus estimasi adaline(merah)

Output target (biru)

12

Pemodelan Sistem

Mengukur tegangan sumber tiga fasa.

Perhitungan Komponen simetri

urutan positif

c

b

a

c

b

a

c

b

a

v

v

v

jv

v

v

v

v

v

011

101

110

32

1

1

1

1

3

1

21

21

21

21

21

21

)(

)(

)(

13

Pemodelan Sistem

Dapat ditentukan besarnya injeksi tegangan:

scsc

sbsb

sasa

scub

sbub

saub

VV

VV

VV

V

V

V

Teg

an

ga

n (

Vo

lt)

Waktu (detik)

Tegangan sumber (biru)

Tegangan beban (merah)

Tegangan injeksi

14

Pemodelan Sistem Pemodelan Keseluruhan Sistem

15

Simulasi dan Analisa Parameter Sistem

DATA PASSIVE POWER FILTER

Beban 2 Parameter

Harmonisa orde-5 C5 = 0.4275 mF, L5 = 0.94803 mH

Harmonisa orde-7 C7 = 0.4275 mF, L7 = 0.48369 mH

Beban 3 Parameter

Harmonisa orde-5 C5 = 0.42358 mF, L5 = 0.95678 mH

Harmonisa orde-7 C7 = 0.42358 mF, L7 = 0.488 mH

DATA SUMBER

Impedansi sumber R = 0.01 , L =0.3 mH

Sumber seimbang Parameter

Fasa a 310.2687 sin (t)

Fasa b 310.2687 sin (t-2/3)

Fasa c 310.2687 sin (t+2/3)

Sumber tidak seimbang Parameter

Fasa a 300 sin (t)

Fasa b 280 sin (t-2/3)

Fasa c 250 sin (t+2/3)

DATA BEBAN

Beban 1 Parameter

Beban linier R= 0.01 , L= 10 mH

Beban 2 Parameter

Beban nonlinier Dioda rectifier 3

R= 10 , L= 0.01 mH

Beban 3 Parameter

Beab nonlinier Dioda rectifier 3

R= 20 , C= 0.1 mF 16

Simulasi dan Analisa

Suplai tegangan tiga fasa tidak seimbang (Vpeak): Vsa = 300 Volt Vsb = 280 Volt Vsc = 250 Volt

Maksimum deviasi dari nilai rata-rata

Rata- rata magnitude tegangan tiga fasa x 100% %unbalance =

%100

3)250280300(

2503)250280300(

9.6385%

Presentasi ketidakseimbangan berdasarkan standard NEMA:

17

Simulasi dan Analisa

18

Teg

an

ga

n (

Vo

lt)

Waktu (detik)

Teg

an

ga

n (

Vo

lt)

Waktu (detik)

Teg

an

ga

n (

Vo

lt)

Waktu (detik)

Tegangan beban= Tegangan sumber

Tegangan tiga fasa seimbang

Tegangan referensi tiga fasa

Fasa a Fasa b Fasa c

Simulasi dan Analisa

19

Teg

an

ga

n (

Vo

lt)

Waktu (detik)

Tegangan beban tiga fasa seimbang

Presentasi ketidakseimbangan menjadi 0.09%

Tegangan beban sebelum Kompensasi (Vpeak)

Tegangan beban Setelah Kompensasi (Vpeak)

Fasa a 300 Volt 310.7 Volt

Fasa b 280 Volt 310.7 Volt

Fasa c 250 Volt 311.8 Volt

Simulasi dan Analisa

20

Percobaan dilakukan dengan penurunan tegangan hingga 50% (pada fasa b).

Teg

an

ga

n (

Vo

lt)

Fasa a Fasa b

Fasa c

Teg

an

ga

n (

Vo

lt)

Waktu (detik)

Tegangan beban sebelum Kompensasi (Vpeak)

Tegangan beban Setelah Kompensasi (Vpeak)

Fasa a 150 Volt 311.5 Volt

Fasa b 70 Volt 311.6 Volt

Fasa c 100 Volt 311.8 Volt

Simulasi dan Analisa

Dilakukan percobaan pada dua tipe beban nonlinier:

21

Beban nonlinier (beban 2)

Beban linier (beban 1)

Beban nonlinier (beban 3) A

rus

(Am

per

e)

Waktu (detik)

Waktu (detik)

Aru

s (A

mp

ere)

Simulasi dan Analisa

Konfigurasi Beban linier (beban 1) dan beban nonlinier (beban 2)

22

Parameter

Nilai

Fasa a Fasa b Fasa c

Tegangan (Vs-rms) 215.4 Volt 215.1 Volt 215.2 Volt

Arus (Is-rms) 88.3 Ampere 88.3 Ampere 88.3 Ampere

Daya Aktif (P) 12.59 kW 12.59 kW 12.59 kW

Daya Reaktif (Q) 13.99 kVAR 13.99 kVAR 13.99 kVAR

Daya Total (S) 19.019 kVA 18.99 kVAR 19 kVAR

power factor 0.66 0.66 0.66

THDi 12.3% 12.29% 12.28%

THDv 8% 6% 7%

Parameter

Nilai

Fasa a Fasa b Fasa c

Tegangan (Vs-rms) 218.7 Volt 219 Volt 218.8 Volt

Arus (Is-rms) 60.15 Ampere 60.12 Ampere 60.12 Ampere

Daya Aktif (P) 13.09 kW 13.08 kW 13.08 kW

Daya Reaktif (Q) 0.991 kVAR 0.993 kVAR 0.986 kVAR

Daya Total (S) 13.15 kVA 13.16 kVA 13.15 kVA

power factor 0.99 0.99 0.99

THDi 5% 5% 5%

THDv 4% 7% 5.7%

Pengukuran jaringan Sebelum kompensasi

Pengukuran jaringan setelah dikompensasi Oleh filter pasif

Simulasi dan Analisa

Arus sumber tiga fasa setelah terkompensasi oleh filter pasif:

23

Aru

s (A

mp

ere)

Waktu (detik)

Amplitudo harmonisa orde 5 dan orde 7 tereduksi

Simulasi dan Analisa

24

Parameter

Nilai

Fasa a Fasa b Fasa c

Tegangan (Vs-rms) 218.5 Volt 218.5 Volt 218.6 Volt

Arus (Is-rms) 60.38 Ampere 60.44 Ampere 60.45 Ampere

Daya Aktif (P) 13.14 kW 13.15 kW 13.13 kW

Daya Reaktif (Q) 0.963 kVAR 0.929 kVAR 0.939 kVAR

Daya Total (S) 13.18 kVA 13.2 kVA 13.2 Kva

power factor 0.99 0.99 0.99

THDi 3.7% 3.6% 3.7%

THDv 3.8% 3.5% 3.7%

Aru

s (A

mp

ere)

Waktu (detik)

Arus sumber tiga fasa setelah terkompensasi oleh hybrid APF:

Simulasi dan Analisa

Konfigurasi Beban linier (beban 1) dan beban nonlinier (beban 3)

25

Pengukuran jaringan Sebelum kompensasi

Pengukuran jaringan setelah dikompensasi Oleh filter pasif

Parameter

Nilai

Fasa a Fasa b Fasa c

Tegangan (Vs-rms) 215.5 Volt 215.4 Volt 215.3 Volt

Arus (Is-rms) 74.22 Ampere 74.22 Ampere 74.22 Ampere

Daya Aktif (P) 8.471 kW 8.473 kW 8.472 kW

Daya Reaktif (Q) 13.37 kVAR 13.37 kVAR 13.37 kVAR

Daya Total (S) 15.99 kVA 15.98 kVA 15.97 kVA

power factor 0.5 0.5 0.5

THDi 13% 13% 13%

THDv 6% 5% 4%

Parameter

Nilai

Fasa a Fasa b Fasa c

Tegangan (Vs-rms) 219 Volt 219 Volt 218.9 Volt

Arus (Is-rms) 40.37 Ampere 40.4 Ampere 40.36 Ampere

Daya Aktif (P) 8.771 kW 8.778 kW 8.767 kW

Daya Reaktif (Q) 0.559 kVAR 0.558 kVAR 0.570 kVAR

Daya Total (S) 8.841 kVA 8.847 kVA 8.834 kVA

power factor 0.99 0.99 0.99

THDi 10% 10% 10%

THDv 3% 4% 3%

Simulasi dan Analisa

Arus sumber tiga fasa setelah terkompensasi oleh hybrid APF:

26

Aru

s (A

mp

ere)

Waktu (detik)

Aru

s (A

mp

ere)

Parameter

Nilai

Fasa a Fasa b Fasa c

Tegangan (Vs-rms) 218.8 Volt 218.8 Volt 218.8 Volt

Arus (Is-rms) 40.43 Ampere 40.39 Ampere 40.51 Amper

Daya Aktif (P) 8.811 kW 8.805 kW 8.827 kW

Daya Reaktif (Q) 0.562 kVAR 0.538 kVAR 0.562 kVAR

Daya Total (S) 8.84 kVA 8.83 kVA 8.86 kVA

power factor 0.99 0.99 0.99

THDi 5% 5% 5%

THDv 2% 2% 3%

Simulasi dan Analisa

27

Parameter sumber tegangan tiga fasa tidak seimbang sama seperti percobaan 1.

Konfigurasi Beban linier (beban 1) dan beban nonlinier (beban 2)

Waktu (detik)

Aru

s (A

mp

ere)

Teg

an

ga

n (

Vo

lt)

Waktu (detik)

Simulasi dan Analisa

28

Arus sumber dan tegangan beban setelah terkompensasi oleh hybrid APF:

Spektrum Harmonisa sebelum dan setelah kompensasi

Waktu (detik)

Aru

s (A

mp

ere)

T

ega

ng

an

(V

olt

)

Simulasi dan Analisa

29

Parameter

Nilai

Fasa a Fasa b Fasa c

Tegangan (Vs-rms) 208.3 Volt 194.4 Volt 173.4 Volt

Arus (Is-rms) 83.22 Ampere 80.97 Ampere 72.12 Ampere

Daya Aktif (P) 11.47 kW 10.24 kW 8.445 kW

Daya Reaktif (Q) 12.78 kVAR 11.73 kVAR 9.017 kVAR

Daya Total (S) 17.334 kVA 15.74 kVA 12.5 kVA

power factor 0.66 0.65 0.67

THDi 11.28% 11.78% 14%

THDv 7.6% 8.6% 6%

Parameter

Nilai

Fasa a Fasa b Fasa c

Tegangan (Vs-rms) 212.2 Volt 197.3 Volt 176.9 Volt

Arus (Is-rms) 55.51 Ampere 54.38 Ampere 50.08 Ampere

Daya Aktif (P) 11.91 kW 10.63 kW 8.779 kW

Daya Reaktif (Q) 0.641 kVAR 1.17 kVAR 0.565 kVAR

Daya Total (S) 11.78 kVA 10.73 kVA 8.86 kVA

power factor 0.99 0.99 0.99

THDi 5.3% 5.6% 6.5%

THDv 8.7% 5.3% 9.7%

Parameter

Nilai

Fasa a Fasa b Fasa c

Tegangan (Vs-rms) 211.1 Volt 197 Volt 175.8Volt

Tegangan (VL-rms) 219.4 Volt 219.7 Volt 219.5 Volt

Arus (Is-rms) 60.27 Ampere 60.41 Ampere 60.3 Ampere

Daya Aktif (P) 12.67 kW 11.85 kW 10.56 kW

Daya Reaktif (Q) 0.965 kVAR 0.889 kVAR 0.768 kVAR

Daya Total (S) 11.78 kVA 10.73 kVA 8.86 kVA

power factor 0.99 0.99 0.99

THDi 3.6% 3.4% 3.5%

THDv 3% 3.3% 3%

Pengukuran jaringan sebelum kompensasi

Pengukuran jaringan setelah pemasangan filter pasif

Pengukuran jaringan setelah terkompensasi oleh hybrid APF

Simulasi dan Analisa

30

Konfigurasi Beban linier (beban 1) dan beban nonlinier (beban 3)

Waktu (detik)

Aru

s (A

mp

ere)

Teg

an

ga

n (

Vo

lt)

Waktu (detik)

Simulasi dan Analisa

31

Arus sumber dan tegangan beban setelah terkompensasi oleh hybrid APF:

Spektrum Harmonisa sebelum dan setelah kompensasi

Waktu (detik)

Aru

s (A

mp

ere)

T

ega

ng

an

(V

olt

)

Simulasi dan Analisa

32

Pengukuran jaringan sebelum kompensasi

Pengukuran jaringan setelah pemasangan filter pasif

Pengukuran jaringan setelah terkompensasi oleh hybrid APF

Parameter

Nilai

Fasa a Fasa b Fasa c

Tegangan (Vs-rms) 206.6 Volt 193.1 Volt 172.1 Volt

Arus (Is-rms) 69.25 Ampere 67.39 Ampere 59.43 Ampere

Daya Aktif (P) 7.585 kW 6.909 kW 5.477 kW

Daya Reaktif (Q) 11.94 kVAR 10.78 kVAR 8.48 kVAR

Daya Total (S) 14.307 kVA 13 kVA 10.227 kVA

power factor 0.53 0.53 0.53

THDi 14% 15.7% 15%

THDv 5.5% 8.6% 6%

Parameter

Nilai

Fasa a Fasa b Fasa c

Tegangan (Vs-rms) 211.7 Volt 197.5 Volt 176.3 Volt

Arus (Is-rms) 37.93 Ampere 37.24 Ampere 33.17 Ampere

Daya Aktif (P) 7.967 kW 7.263 kW 5.797 kW

Daya Reaktif (Q) 0.251 kVAR 0.584 kVAR 0.365 kVAR

Daya Total (S) 80.29 kVA 73.55 kVA 58.47 kVA

power factor 0.99 0.99 0.99

THDi 11.7% 13% 11.2%

THDv 3% 4% 3.5%

Parameter

Nilai

Fasa a Fasa b Fasa c

Tegangan (Vs-rms) 211.6 Volt 197.5 Volt 176.2Volt

Tegangan (VL-rms) 219.9 Volt 219.6 Volt 219.6 Volt

Arus (Is-rms) 40.42 Ampere 40.37 Ampere 40.35 Ampere

Daya Aktif (P) 8.52 kW 7.94 kW 7.08 kW

Daya Reaktif (Q) 0.965 kVAR 0.889 kVAR 0.768 kVAR

Daya Total (S) 11.78 kVA 10.73 kVA 8.86 kVA

power factor 0.99 0.99 0.99

THDi 5% 5% 5%

THDv 3% 3% 2.8%

Kesimpulan

Adaline-Fuzzy yang dirancang mampu beradaptasi dengan berbagai sinyal target yang diberikan sehingga dapat ditentukan gelombang murni harmonik.

Metode perhitungan komponen simetri mampu menghasilkan tegangan injeksi secara tepat dengan suplai tegangan tiga fasa tidak seimbang yang dibuat bervariasi hingga penurunan 50%.

Penggunaan filter pasif untuk beban nonlinier rectifier 3 fasa dengan RL seri menghasilkan Penurunan distorsi arus sumber yang cukup signifikan, dan jika diintegrasikan dengan series APF kemampuan reduksi harmonisa meningkat walaupun penurunannya tidak signifikan.

Penggunaan filter pasif untuk beban nonlinier rectifier 3 fasa dengan RC paralel menghasilkan Penurunan distorsi arus sumber yang tidak signifikan, namun jika diintegrasikan dengan series APF kemampuan reduksi harmonisa filter pasif lebih optimal.

Penurunan distorsi harmonik pada arus sumber mencapai 3.4% disertai dengan perbaikan tegangan beban dengan presentasi ketidakseimbangan berdasarkan standar NEMA dibawah 0.1%.

33