Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan Akibat Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah Pada Sistem Distribusi Tiga Fasa Menggunakan DVR Berbasis Pengendali Logika Fuzzy

SIMULASI PEMULIHAN KEDIP TEGANGAN AKIBAT GANGGUAN HUBUNG SINGKAT SATU FASA KE TANAH PADA SISTEM

DISTRIBUSI TIGA FASA MENGGUNAKAN DVR BERBASIS PENGENDALI LOGIKA FUZZY

TESIS

OLEH :

FRANS JOYOKO SIANTURI 087034008 / MTE

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan Akibat Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah Pada Sistem Distribusi Tiga Fasa Menggunakan DVR Berbasis

Pengendali Logika Fuzzy TESIS

Untuk memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Oleh :

FRANS JOYOKO SIANTURI 087034008/MTE

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

Judul Tesis : SIMULASI PEMULIHAN KEDIP TEGANGAN AKIBAT GANGGUAN HUBUNG SINGKAT SATU FASA KE TANAH PADA SISTEM DISTRIBUSI TIGA FASA MENGGUNAKAN DVR BERBASIS PENGENDALI LOGIKA FUZZY

Nama Mahasiswa : Frans Joyoko Sianturi Nomor Induk : 087034008

Program Studi : Magister Teknik Elektro

Menyetujui Komisi Pembimbing:

Ketua

Prof. Dr. Ir. Usman Baafai

Anggota

Ir. Sinar Terang Sembiring, MT

A.n. Ketua Program Studi Sekretaris,

Drs. Hasdari Helmi, MT

Dekan,

Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME

Telah diuji pada

Tanggal : 19 Januari 2012

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Anggota : Ir. Sinar Terang Sembiring, MT

Ir. Soeprapto, MT Ir. Ashuri, MT

ABSTRAK

Kedip tegangan pada saluran distribusi tenaga umumnya diakibatkan oleh gangguan hubung singkat pada saluran tenaga listrik yang dapat menurunkan kualitas daya. Permasalahan kualitas daya listrik adalah masalah yang sangat penting yang dihadapi oleh pengguna maupun penyedia tenaga listrik. Konsumen industri maupun komersil menginginkan kualitas daya yang diterimanya berada pada tingkat yang baik, untuk

menghindari kerugian yang ditimbulkannya. Dynamic Voltage Restorer (DVR) adalah

merupakan solusi yang fleksibel, efisien, dan cepat untuk mengatasi masalah kedip tegangan. DVR adalah perangkat daya berbasis elektronik yang terhubung seri pada saluran tenaga. Kedip tegangan pada saluran yang akan dideteksi oleh DVR menggunakan metode transformasi Park, dan besar tegangan yang disuntikkan oleh DVR ke saluran tenaga dikendalikan dengan pengendali logika fuzzy. Pada tesis ini akan disajikan dan disimulasikan pemulihan kedip tegangan yang terjadi akibat gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah pada saluran distribusi tiga fasa, dengan menggunakan DVR berbasis pengendali logika fuzzy. Besar tegangan yang disuntikkan oleh DVR akan sesuai dengan kebutuhan beban sensitif yang dilindungi.

Nilai THDv

Kata kunci : Kualitas Daya, Kedip Tegangan, Dynamic Voltage Restorer,

logika fuzzy, Matlab/Simulink.

dengan menggunakan DVR berbasis logika fuzzy akan diperbaiki dari 2,32% menjadi 1,06% dan waktu pemulihan relatif singkat yaitu 0,0167-0,0168 detik, sehingga mutu listrik menjadi lebih baik.

ABSTRACT

Voltage sag on distribution lines is generally caused by the interruption of short circuit on the power lines that can degrade the quality of power system. Electrical power quality issues is a very important problem faced by users and providers of electric power. Industrial and commercial consumers want to receive the power of good quality, to avoid the losses caused. Dynamic Voltage Restorer (DVR) is a flexible and efficient solution, and quick to fix the problem of flashing voltage. DVR is an electronic based power devices, connected in series to the power lines. DVR designed to protect sensitive loads from the effect of sagging on the line voltage feeders of a distribution systems. Voltage sags detection is using Park Transformation method and the amount of voltage injected by the DVR to the power lines is controlled by using fuzzy logic controllers. This thesis will present and simulate the recovery of voltage sag disturbances caused by single phase to ground short circuit on the three phase distribution line using fuzzy logic controllers-based DVR. The amount of power injected by the DVR will meet the protected sensitive load needed. The value of network THD by using fuzzy logical-based DVR will be improved from 2.32% to 1.06% and the recovery time is relatively short 0.0167 – 0.0168 second, that the power quality becomes better. The simulations employed the software of Matlab-Simulink program.

Keywords : Power quality, voltage sag, Dynamic Voltage Restorer, Fuzzy Logic Controller, Matlab/Simulink

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, atas berkat dan karuniaNya sehingga penulisan tesis ini dapat diselesaikan. Penulisan tesis ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat kurikulum Program Studi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan. Tesis ini

berjudul “Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan Akibat Gangguan Hubung

Singkat Satu Fasa Ke Tanah Pada Sistem Distribusi Tiga Fasa Menggunakan DVR Berbasis Pengendali Logika Fuzzy”, dimana penulis merasa tertarik dengan masalah peningkatan kualitas daya listrik dengan menjaga tidak terjadinya kedip tegangan pada sisi beban yang akan dilindungi.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai dan Bapak Ir. Sinar Terang Sembiring, MT, sebagai pembimbing atas segala saran, bimbingan dan nasehatnya selama penelitian berlangsung dan selama penulisan tesis

ini juga kepada Bapak Ir. Ashuri, MT, Bapak Ir, Soeprapto, MT dan Bapak Ir. Refdinal Nazir, MS, Ph.D sebagai penguji atas segala saran dan arahannya

penulisan tesis ini dapat diselesaikan.

Terima kasih juga disampaikan kepada Bapak Rektor Universitas Sumatera Utara dan Bapak Prof. Dr.Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Elektro, Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT selaku

Sekretaris Program Studi Magister Teknik Elektro dan seluruf staff pada Program Studi Magister Teknik Elektro.

Penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya atas dukungan istri tercinta, anakku tersayang beserta seluruh keluarga yang telah banyak memberikan dorongan semangat dan telah sudi mengorbankan waktunya.

Harapan penulis kiranya tesis ini dapat menghasilkan tesis yang akan memberikan kontribusi pada dunia pendidikan secara umum dan disiplin ilmu Teknik Elektro secara khusus.

Medan, Januari 2012 Penulis,

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

ABSTRACT... ii

KATA PENGANTAR... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ...vii

DAFTAR GAMBAR ...viii

BAB 1. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Perumusan Masalah... 8

1.3 Pembatasan Masalah ... 8

1.4 Tujuan Penelitian ... 9

1.5 Metode Penelitian ... 9

1.6 Manfaat Penelitian ... 10

1.7 Sistematika Penulisan ... 10

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ... 12

2.1 Sistem Distribusi... 12

2.2 Kualitas Daya ... 13

2.3 Kedip Tegangan ... 16

2.3.1 Standar kedip tegangan ... 16

2.3.2 Penyebab kedip tegangan ... 18

2.3.3 Pengaruh kedip tegangan terhadap beban sensitif ... 19

2.3.4 Menentukan besar kedip tegangan ... 21

2.4 Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah ... 22

2.5 Dynamic Voltage Restorer (DVR) ... 24

2.5.1 Struktur dasar DVR ... 26

2.5.2 Metode kompensasi kedip tegangan pada DVR ... 35

2.6 Teknik Deteksi Kedip Tegangan pada DVR ... 41

2.7 Sistem Kendali Logika Fuzzy DVR ... 44

2.7.2 Model sistem pengendalian ... 49

2.7.3 Skema kendali fuzzy ... 51

BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN... 53

3.1 Bahan-Bahan Penelitian ... 53

3.2 Langkah-Langkah Pelaksanaan Penelitian ... 53

3.2.1 Perancangan model penelitian ... 55

3.2.2 Teknik analisa data ... 60

3.2.3 Pengujian kualitas hasil penelitian ... 60

3.3. Alat Penelitian ... 61

3.4. Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian ... 62

BAB 4. HASIL SIMULASI DAN PEMBAHASAN ... 63

4.1. Paramater Model Pengujian ... 64

4.2. Perancangan Model Simulasi ... 64

4.3. Hasil Simulasi Sebelum Terjadi Gangguan Satu Fasa ke Tanah ... 66

4.4. Hasil Simulasi Setelah Gangguan Satu Fasa ke Tanah Tanpa DVR 68 4.4.1. Beban 2.5 kW ... 70

4.4.2. Beban 5 kW ... 71

4.4.3. Beban 7.5 kW ... 71

4.4.4. Beban 10 kW ... 72

4.5. Hasil Simulasi Setelah Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah Menggunakan DVR Tanpa Pengendali Logika Fuzzy ... 72

4.5.1. Dengan beban 2.5 kW ... 75

4.5.2. Dengan beban 5 kW ... 77

4.5.3. Dengan beban 7.5 kW ... 79

4.5.4. Dengan beban 10 kW ... 81

4.6. Hasil Simulasi Setelah Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah Menggunakan DVR Dengan Pengendali Logika Fuzzy ... 85

4.6.1. Dengan beban 2.5 kW ... 91

4.6.2. Dengan beban 5 kW ... 95

4.6.3. Dengan beban 7.5 kW ... 97

4.6.4. Dengan beban 10 kW ... 99

BAB 5. KESIMPULAN...104

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Hal

1.1.

2.1. 2.2. 4.1. 4.2.

Perbandingan penelitian yang telah dilakukan dan yang akan •

dilakukan tentang Dynamic Voltage Restorer

Karakteristik gangguan tegangan Himpunan aturan logika fuzzy

Data hasil simulasi DVR tanpa pengendali logika fuzzy Data hasil simulasi DVR berbasis pengendali logika fuzzy

7

15 47 84 102

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Hal

1.1. Model pengendali DVR yang digunakan oleh F Jurado 3

1.2. Model sistem pengendali oleh P, Ajay et al 4

1.3. Model sistem pengujian P. Ajay et at 4

1.4. Skema diagram pengendali PI Adaptif FL 6

1.5. Model sistem simulasi pemgemdali PI Adaptif FL 6

2.1. Tipikal jaringan distribusi 12

2.2. Kurva CBEMA dan 1TIC 15

2.3. Bentuk gelombang kedip tegangan 17

2.4. Tipikal hubungan beban satu fasa dan beban tiga fasa 19

2.5. Kurva tingkat kepekaan peralatan terhadap kedip tegangan 21

2.6. Model pembagi tegangan 21

2.7. Diagram rangkaian gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah 22

2.8. Jaringan yang mengalami gangguan hubung singkat satu fasa ke

tanah

24

2.9. Struk-tur dasar sistem DVR 27

2.10. Rangkaian ekivalen inverter satu fasa 27

fasa

2.12. Bentuk tegangan keluaran inverter SPWM satu fasa 30

2.13. Rangkaian inverter tiga fasa 31

2.14. Metode konduksi inverter 180° 31

2.15. Bentuk gelombang keluaran inverter pada konduksi 180o 32

2.16. Switch by pass pada DVR 33

2.17. Sistem daya dengan DVR 34

2.18. Teknik kompensasi Pre-Sag 36

2.19.

2.20.

Teknik kompensasi In-Phase

Teknik kompensasi optimasi energi

37

39

2.21. Aliran daya aktif dan reaktif pada sistem dengan DVR 40

2.22. Blok diagram sederhana PLL 41

2.23. teknik pengendalian DV-R herdasarkan transformasi Park 42

2.24. Blok diagram sistem pengendali logika fuzzy 44

2.25. Fungsi keanggotaan untuk masukan dan keluaran 46

2.26. Teknik defuzzification memakai metode centroid 48

2.27. Rangkaian ekivalen sistem daya satu fasa 49

3.1. Blok diagram skema kendali DVR 55

3.3. Blok regulator tegangan DVR berbasis pengendali logika fuzzy 57

3.4. Voltage loop control pada DVR 57

3.5. Rancangan rangkaian filter LC tiga fasa pada Simulasi penelitian 58

3.6. Skema hubungan inverter dengan transformator penyuntik 59

4.1. Simulasi sebelum gangguan satu fasa ke tanah 67

4.2. Hasil simulasi tegangan beban atau sumber tegangan sebelum

terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah

67

4.3. Simulasi setelah terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke

tanah tanpa menggunakan DVR

69

4.4. Hasil simulasi tegangan sumber dan beban sensitif setelah terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah tanpa menggunakan DVR pada beban 2,5 kW

69

4.5. Hasil simulasi tegangan sumber pada saat terjadi gangguan hubung

singkat satu fasa ke tanah tanpa menggunakan DVR pada beban 5 kW

70

4.6. Hasil simulasi tegangan sumber pada saat terjadi gangguan

hubung singkat satu tasa ke tanah tanpa menggunakan DVR pada beban 7,5 kW

70

4.7. Hasil simulasi tegangan sumber pada saat terjadi gangguan

hubung singkat satu fasa ke tanah tanpa menggunakan DVR pada beban 10 kW

4.8. Simlasi DVR setelah terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy

72

4.9. Blok DVR tanpa pengendali logika fuzzy 73

4.10. Tegangan sumber dan tegangan beban sensitif DVR tanpa

pengendali logika fuzzy pada beban 2,5 kW

74

4.11. Tegangan keluaran inverter menggunakan DVR tanpa

pengendali logika fuzzy pada beban 2,5 kW

74

4.12. Hasil simulasi tegangan suntik dengan DVR tanpa pengendali

logika fuzzy pada beban 2,5 kW

75

4.13. Analisa FFT gelombang keluaran transformator penyuntik 75

4.14. Hasil simulasi tegangan sumber, tegangan beban sensitif dan setelah terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 5 kW

76

4.15. Tegangan suntik menggunakan DVR tanpa pengendali logika

fuzzy pada beban 5 kW

76

4.16. Tegangan keluaran inverter menggunakan DVR tanpa

pengendali logika fuzzy pada beban 5 kW

77

4.17. Analisa FFT gelombang keluaran transfprmator penyuntik pada

beban 5 kW

77

4.18. Hasil simulasi tegangan sumber, tegangan beban sensitif dan setelah terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah menggunakan D V R tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kW

4.19. Tegangan keluaran inverter menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kW dan Vdc = 160 Volt

78

4.20. Hasil Simulasi tegangan suntik menggunakan DVR tanpa

pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kW dan Vdc = 48 volt

79

4.21. FFT Analisis gelombang keluaran transformator penyuntik 79

4.22. Tegangan sumber dan tegangan beban sensitif menggunakan

DVR tanpa pengendali logika fuzzy pada beban 10 kW dan Vdc = 160 volt

80

4.23. Tegangan keluaran inverter menggunakan DVR tanpa

pengendali logika fuzzy pada beban 10 kW dan Vdc = 160 Volt

80

4.24. Tegangan suntik menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy

pada beban 10 kW

81

4.25. Analisa FFT gelombang keluaran transfprmator penyuntik pada

beban 10 kW

81

4.26. Grafik hubungan tegangan keluaran inverter terhadap perubahan

besar (daya) beban menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy

83

4.27. Grafik hubungan tegangan suntik output filter terhadap perubahan besar (daya) beban menggunakan DVR tanpa pengendali logika fuzzy

83

4.28. Blok regulator tegangan DVR berbasis pengendali logika fuzzy 84

4.29. Simulasi DVR berbasis pengendali logika fuzzy 85

4.31. Analisa FFT tegangan keluaran inverter setelah filter pasif 88

4.32. Hasil simulasi tegangan sumber dan tegangan beban sensitif setelah gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah menggunakan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 2,5 kW

89

4.33. Tegangan keluaran inverter setelah gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah menggunakan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 2,5 kW

90

4.34. tegangan suntik setelah gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah

menggunakan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 2,5

kW

90

4.35. Analisa FFT gelombang keluaran transformator penyuntik 91

4.36. Hasil simulasi tegangan sumber dan tegangan beban sensitif setelah gangguan dgn DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 5 kW

92

4.37. Hasil simulasi tegangan keluaran inverter setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 5 kW

93

4.38. Hasil simulasi tegangan suntik setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 5 kW

93

4.39. Analisa FFT gelombang keluaran transformator penyuntik

setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 5 kW

94

4.40. Hasil simulasi tegangan sumber dan tegangan beban sensitif

setelah gangguan dgn DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada

beban 7,5 kW

4.41. Hasil simulasi tegangan keluaran inverter setelah gangguan

dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kW

95

4.42. Hasil simulasi tegangan suntik setelah gangguan dengan DVR

berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kW

96

4.43. Analisa FFT gelombang keluaran transformator penyuntik

setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 7,5 kW

96

4.44. Hasil simulasi tegangan sumber dan tegangan beban sensitif

setelah gangguan dgn DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada

beban 10 kW

97

4.45. Hasil simulasi tegangan keluaran inverter setelah gangguan

dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 10 kW

97

4.46. Hasil simulasi tegangan suntik setelah gangguan dengan DVR

berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 10 kW

98

4.47. Analisa FFT gelombang keluaran transformator penyuntik

setelah gangguan dengan DVR berbasis pengendali logika fuzzy pada beban 10 kW

98

4.48. Grafik hubungan daya beban dan Vout inverter 99

4.49. Waktu pemulihan terhadap terjadinya kedip tegangan 100

4.50. Grafik hubungan daya beban dan tegangan suntik keluaran

inverter

ABSTRAK

Kedip tegangan pada saluran distribusi tenaga umumnya diakibatkan oleh gangguan hubung singkat pada saluran tenaga listrik yang dapat menurunkan kualitas daya. Permasalahan kualitas daya listrik adalah masalah yang sangat penting yang dihadapi oleh pengguna maupun penyedia tenaga listrik. Konsumen industri maupun komersil menginginkan kualitas daya yang diterimanya berada pada tingkat yang baik, untuk

menghindari kerugian yang ditimbulkannya. Dynamic Voltage Restorer (DVR) adalah

merupakan solusi yang fleksibel, efisien, dan cepat untuk mengatasi masalah kedip tegangan. DVR adalah perangkat daya berbasis elektronik yang terhubung seri pada saluran tenaga. Kedip tegangan pada saluran yang akan dideteksi oleh DVR menggunakan metode transformasi Park, dan besar tegangan yang disuntikkan oleh DVR ke saluran tenaga dikendalikan dengan pengendali logika fuzzy. Pada tesis ini akan disajikan dan disimulasikan pemulihan kedip tegangan yang terjadi akibat gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah pada saluran distribusi tiga fasa, dengan menggunakan DVR berbasis pengendali logika fuzzy. Besar tegangan yang disuntikkan oleh DVR akan sesuai dengan kebutuhan beban sensitif yang dilindungi.

Nilai THDv

Kata kunci : Kualitas Daya, Kedip Tegangan, Dynamic Voltage Restorer,

logika fuzzy, Matlab/Simulink.

dengan menggunakan DVR berbasis logika fuzzy akan diperbaiki dari 2,32% menjadi 1,06% dan waktu pemulihan relatif singkat yaitu 0,0167-0,0168 detik, sehingga mutu listrik menjadi lebih baik.

ABSTRACT

Voltage sag on distribution lines is generally caused by the interruption of short circuit on the power lines that can degrade the quality of power system. Electrical power quality issues is a very important problem faced by users and providers of electric power. Industrial and commercial consumers want to receive the power of good quality, to avoid the losses caused. Dynamic Voltage Restorer (DVR) is a flexible and efficient solution, and quick to fix the problem of flashing voltage. DVR is an electronic based power devices, connected in series to the power lines. DVR designed to protect sensitive loads from the effect of sagging on the line voltage feeders of a distribution systems. Voltage sags detection is using Park Transformation method and the amount of voltage injected by the DVR to the power lines is controlled by using fuzzy logic controllers. This thesis will present and simulate the recovery of voltage sag disturbances caused by single phase to ground short circuit on the three phase distribution line using fuzzy logic controllers-based DVR. The amount of power injected by the DVR will meet the protected sensitive load needed. The value of network THD by using fuzzy logical-based DVR will be improved from 2.32% to 1.06% and the recovery time is relatively short 0.0167 – 0.0168 second, that the power quality becomes better. The simulations employed the software of Matlab-Simulink program.

Keywords : Power quality, voltage sag, Dynamic Voltage Restorer, Fuzzy Logic Controller, Matlab/Simulink

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Sistem Distribusi daya listrik idealnya harus dapat memberikan kepada pelanggan mereka aliran energi yang tidak terganggu, dalam bentuk gelombang tegangan sinusoidal yang mulus dan pada tingkat besaran dan frekuensi yang baik. Masalah kedip tegangan adalah penyebab utama (80%) dari masalah kualitas daya. Kedip tegangan biasanya disebabkan oleh sumber gangguan, seperti gangguan hubung singkat satu-fasa ke tanah [1,2].

Kualitas daya merupakan isu yang semakin penting bagi konsumen listrik pada semua tingkat penggunaan. Peralatan yang sensitif sekarang lebih umum ditempatkan dalam kedua sektor, yaitu industri maupun rumah tangga. Sekarang ini kesadaran di kalangan pengguna daya listrik mengenai kualitas daya yang diterimanya semakin meningkat.

Gangguan hubung singkat, baik pada saluran transmissi maupun pada saluran

distribusi dapat menyebabkan transient, kedip tegangan (sag voltage) ataupun

tegangan membengkak (swell voltage) di seluruh sistem atau sebagian besar sistem.

Juga di bawah kondisi beban yang berat, drop tegangan yang berarti dapat terjadi

dalam sistem. Kedip tegangan dapat terjadi setiap waktu, dengan amplitudo mulai

10% - 90% dan durasiberlangsung dari 0,5 siklus sampai 1 menit. Selanjutnya, kedip

mereka bisa memiliki besaran yang tak terduga, tergantung pada faktor-faktor seperti jarak dari titik gangguan dan hubungan belitan transformatornya [3].

Kedip tegangan dan tegangan membengkak dapat menyebabkan peralatan yang sensitif (seperti dijumpai dalam semi konduktor atau pabrik bahan kimia) gagal

atau shut down serta menciptakan ketidak-seimbangan arus yang besar yang bisa

memutuskan sekering atau trip circuit breaker. Efek ini bisa sangat mahal untuk

pelanggan, mulai dari tingkat kualitas daya yang kecil sampai tingkat yang dapat mematikan produksi dan merusak peralatan [4,5].

Ada banyak metode yang berbeda untuk mengurangi kedip tegangan, tetapi penggunaan perangkat daya yang bisa dianggap metode yang paling effisien adalah

menggunakan Dynamic Voltage Restorer (DVR). Selajutnya mengenai perangkat dan

prinsip kerja DVR untuk memperbaiki dan memperkecil pegaruh kedip tegangan pada saluran distribusi yang mengalami gangguan hubung singkat akan dibahas pada tesis ini [6,7].

Pada penelitian yang dilakukan oleh Fransisco Jurado dan Manuel Valverde [8] dilakukan pengujian terhadap DVR pada sistem tiga fasa dengan menggunakan Fuzzy Logic Controller untuk mengendalikan besar tegangan yang disuntikkan oleh

DVR ke sistem beban yang dilindungi. Model sistem pengendali logika fuzzy yang

Gambar 1.1 Model pengendali DVR yang digunakan oleh F. Jurado [8].

Pada penelitian ini Jurado memakai inverter SPWM yang terbuat dari Insulated

Gate Bipolar Transistor (IGBT) dan dikendalikan dengan sistem logika fuzzy. Keluaran dari pengendali inverter ini kemudian disuntikkan ke terminal beban yang dilindungi agar tegangan beban dipulihkan ke nilai nominalnya. Namun pada penelitian ini hanya terhadap kedip tegangan seimbang yang disebabkan oleh gangguan hubung singkat tiga fasa.

Pada penelitian yang dilakukan oleh P. Ajay et. al [9], juga dilakukan pemodelan

dan pegujian terhadap DVR dengan menggunakan pengendali Proportional Integral

Gambar 1.2 Model sistem pengendali oleh P. Ajay et al [9].

Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan perangkat inverter cascade 11 tingkat yang memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan inverter tipe yang lain. Dalam sistem DVR dipakai sistem kendali loop terbuka, dan tegangan pada sisi

sumber DVR Vabc

Pada penelitian ini juga dilakukan perbandingan hasil kompensasi yang dihasilkan DVR yang menerapkan sistem kendali PI dengan sistem kendali logika fuzzy. Kesimpulan yang diperoleh menyatakan bahwa sistem kendali logika fuzzy menunjukkan kinerja yang lebih baik.

dibandingkan dengan tegangan referensi �_��� di sisi beban dan

kesalahan (error) diumpankan ke pengendali logika fuzzy untuk melakukan perhitungan guna mendapatkan keluaran (output).

Pada penelitian yang dilakukan oleh B. Ferdi et al [10], sistem pengendali yang diusulkan terdiri dari pengendali logika fuzzy dan pengendali PI. Pengendali PI tidak dapat memberikan kinerja pengendalian yang dibutuhkan, ketika ada variasi dalam

parameter-parameter sistem atau kondisi operasi. Pengendali fuzzy secara on line

dapat disesuaikan dengan dua parameter pengendali PI di berbagai kondisi operasi yang berbeda.

Kerugian pengendali PI adalah ketidak-mampuannya untuk bereaksi bila ada

perubahan yang tiba-tiba dari sinyal kesalahan ε, karena pengendali PI hanya mampu

menentukan nilai sesaat dari sinyal kesalahan tanpa mempertimbangkan perubahan naik turunnya kesalahan. Dengan aturan dasar, nilai-nilai konstanta KP dan KI berubah sesuai dengan nilai sinyal kesalahan ε, dan tingkat kesalahan ∆ε. Struktur

dan aturan dasar penentuan dilakukan dengan menggunakan metode trial and error atau melalui coba-coba.

Adapun skema pengendali PI adaptiflogika fuzzy dan model simulasi pengendali

ini pada DVR adalah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.4 dan Gambar 1.5

Gambar 1.4 Skema Diagram Pengendali PI Adaptif FL [10].

Gambar 1.5 Model Sistem Simulasi Pengendali PI Adaptif FL [10].

Tabel 1.1 di bawah ini memuat daftar penelitian yang pernah dilakukan dan

Tabel 1.1. Perbandingan penelitian yang telah dilakukan dan yang akan dilakukan No . Nama Peneliti Sistem Fasa Metode Kontrol Program Simulasi

Kondisi Tahun

Penelitian 1 Fransio Jurado dan Manuel Valverado Tiga Fasa Fuzzy Logic Controller

Matlab Beban

Konstan Gangguan hubung singkat tiga fasa 2004

2 P. Ajay et

al Tiga fasa Fuzzy Logic Controller

Matlab Beban

konstan, dan Multi Level

Inverter

2008

3 B.Ferdi et

al Tiga fasa Adaptive PI Control dan Fuzzy Logic

Matlab Beban

Konstan Gangguan Variabel

2010

4. Penulis Tiga

Fasa Fuzzy Logic Controller

Matlab Beban

variabel, Gangguan satu fasa ke tanah

2012

Pada penelitian ini akan dibuat pemodelan sistem distribusi tiga fasa yang mengalami gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah dan memasok beban sensitif yang dilindungi bervariasi. Pada jaringan distribusi sekunder 380 volt dipasangkan DVR berbasis pengendali logika fuzzy untuk melindungi variasi beban sensitif terhadap pengaruh kedip tegangan yang timbul akibat gangguan satu fasa ke tanah pada jaringan sistem distribusi. Dari hasil pemodelan ini selanjutnya akan dianalisa pemulihan kedip tegangan yang terjadi pada beban sensitif yang dayanya bervariasi,

yang dilindungi oleh DVR berbasis logika fuzzy terhadap pengaruh kedip tegangan akibat gangguan hubung singkat satu fasa pada sistem.

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah maka dirumuskan permasalahan adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana Dynamic Voltage Restorer berbasis pengendali logika fuzzy dapat

mengatasi masalah kedip tegangan yang diakibatkan oleh terjadinya gangguan hubung singkat satu-fasa ke tanah pada saluran distribusi arus bolak balik tiga fasa.

2. Bagaimana memodelkan Dynamic Voltage Restorer berbasis pengendali logika

fuzzy untuk melindungi peralatan sensitif terhadap gangguan hubung singkat satu-fasa ke tanah.

3. Bagaimana hubungan besar tegangan yang disuntikkan DVR dengan besar beban

sensitif yang dilindungi bervariasi.

1.3. Pembatasan Masalah

Karena luasnya masalah yang berkaitan dengan kualiatas daya, maka pada penelitian ini hanya akan membahas pemulihan kedip tegangan yang diakibatkan oleh gangguan hubung singkat satu-fasa ke tanah pada jaringan distribusi, dimana beban sensitif terhubung.

1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui sejauh mana DVR yang dikendalikan dengan pengendali logika fuzzy dapat memulihkan kedip

tegangan (sag voltage) akibat gangguan hubung singkat satu-fasa ke tanah pada

sistem distribusi tiga fasa, sehingga beban sensitif yang dilindungi tetap memperoleh pasokan tegangan sebesar 1 pu atau mendekati.

1.5 Metode Penelitian

Metodologi penelitian yang digunakan pada tesis ini adalah sebagai berikut : a. Studi Literatur

Langkah awal yang dikerjakan pada tugas akhir ini adalah studi literatur, yaitu mencari informasi atau data mengenai sebagian atau keseluruhan sistem dari buku teks, jurnal, internet dan lain-lain.

b. Pemodelan

Dalam tesis ini simulasi menggunakan perangkat lunak Matlab 7,

pemodelan dalam bentuk M-file dan Simulink.

c. Analisis

Data yang akan dianalisa adalah perubahan tegangan yang dihasilkan oleh

1.6 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah :

a. Dapat memberikan kontribusi terhadap perkembangan sistem distribusi

daya listrik khususnya permasalahan kedip tegangan yang terdapat pada sistem distribusi arus bolak balik tiga fasa, yang disebabkan oleh gangguan hubung singkat satu-fasa ke tanah.

b. Dapat memberikan masukan yang bermanfaat pada industri ataupun

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sistem Distribusi

Jaringan transmisi dan jaringan distribusi pada sistem daya listrik berfungsi sebagai sarana untuk menyalurkan energi listrik yang dihasilkan dari pusat pembangkit ke pusat-pusat beban.

Sistem jaringan distribusi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu sistem jaringan distribusi primer dan jaringan distribusi sekunder. Kedua sistem dibedakan berdasarkan tegangan kerjanya. Pada umumnya tegangan kerja pada sistem jaringan distribusi primer adalah 20 kV, sedangkan tegangan kerja pada sistem jaringan distribusi sekunder adalah 220/380 volt, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1 [11].

Gambar.2.l. Tipikal jaringan distribusi [11]

Untuk menyalurkan daya listrik yang dibutuhkan oleh konsumen (tegangan rendah 220/380 volt) dipasok dari gardu-gardu distribusi yang bersumber

Saluran Distribusi Primer 20 kV Saluran

Distribusi Sekunder 20 kV

dari jaringan primer (penyulang 20 kV) dan jaringan sekunder (gardu-gardu hubung 20 kV/380 volt).

Semua jaringan distribusi terdiri dari 4 (empat) tipe, yakni sebagai berikut: 1. Jaringan distribusi sistem radial

2. Jaringan distribusi sistem loop/ring

3. Jaringan distribusi sistem interkoneksi

4. Jaringan distribusi sistem spindle

2.2. Kualitas Daya

Operator sistem distribusi daya listrik berkomitmen untuk menjamin para pelanggannya untuk memperoleh tingkat keamanan sistem, keandalan sistem dan kualitas daya yang diterima dalam kondisi yang baik. Dengan meningkatnya beban-beban elektronik yang sensitif terhadap level tegangan yang diterimanya (misalnya; adjustable speed drive dan micro-processor), kualitas daya telah menjadi perhatian yang meningkat untuk fasilitas produsen, konsumen dan perusahaan listrik dua dekade terakhir ini [1,2].

Tujuan utama untuk menangani isu kualitas daya adalah tidak hanya untuk mengidentifikasi karakteristik gangguan dari peristiwa kualitas daya, tetapi juga untuk memberikan solusi yang sesuai untuk utilitas dan pengguna. Untuk mengatasi masalah kualitas daya, sumber dan penyebab yang berkaitan dengan gangguan listrik harus ditentukan berdasarkan teori sebelum diambil tindakan. Proses ini meliputi pemantauan gangguan daya, menganalisa karakteristiknya, dan menentukan solusi

untuk mengatasi masalah tersebut [12].

Ada berbagai jenis gangguan yang berpengaruh terhadap keandalan daya utilitas dan fasilitas, tetapi kedip tegangan adalah penyebab utama (80%) dari masalah kualitas daya. Kedip tegangan biasanya disebabkan oleh sumber gangguan, seperti beroperasinya motor-motor, dan atau transformator, gangguan hubung singkat pada saluran daya akibat induksi langsung sambaran petir dan sebagainya.

Dalam pasar global yang kompetitif saat ini, kualitas dari catu daya yang baik dan dapat diandalkan sangat penting untuk menghindari kerugian pada semua jenis industri. Hasil survey yang dilakukan di berbagai negara berguna bagi pelanggan untuk mengetahui tingkat kualitas daya agar meningkatkan imunitas peralatannya disamping untuk memberikan biaya yang effektif untuk produsen peralatan elektronik dan listrik yang kompatibel untuk lingkungan listrik.

Standard IEEE 519-1992 [13] dan IEEE 1159-1995 [13] mendeskripsikan tingkat kesesuaian peralatan terhadap koneksi jaringan. Tabel 2.1 menunjukkan karakteristik dari gangguan pada sistem daya.

Tabel 2.1. Karakteristik Gangguan Tegangan [14]

Jenis Gangguan Besaran Tegangan Lama Terjadi Gangguan

Sag (Kedip) 10 % – 90% 0.5 – 30 cycle

Swell 110 % – 180 % 0.5 – 30 cycle

Flicker 0 – 1% Steady state

Pemutusan < 10 % 0.5 cycle – 3 detik

Ketidakseimbangan 0.5 – 3% Steady state

Pada tahun 1970-an Assosiasi pembuat komputer (Computer Business Equipment Manufacturers Association = CBEMA) telah mengeluarkan suatu batasan kesensitifan peralatan proses industri terhadap besar kedip tegangan dan lamanya kedip tegangan yang terjadi, dimana peralatan tetap bekerja. Misalnya kedip tegangan terjadi dengan besar 0,1 % waktu kejadian berlangsung selama 0,5 siklus dan bila kedip tegangan yang terjadi 87% berlansung selama 30 siklus. Kurva CBEMA dapat dilihat pada Gambar 2.2a.

Gambar 2.2a Kurva CBEMA [14]

Pad tahun 1990-an kurva CBEMA ini disempurnakan dan digantikan oleh kurva yang

dikeluarkan oleh Information Technology Industry Council (ITIC), seperti yang di

tunjukkan Gambar 2.2b.

Gambar 2.2b Kurva ITIC [14]

2.3 Kedip Tegangan

Kedip tegangan atau sag voltage adalah penurunan nilai rms tegangan

nominal sistem daya listrik yang tiba-tiba, sedangkan beban tetap terhubung ke sumber daya listrik. Kedip tegangan dapat menyebabkan kesalahan operasi atau kegagalan fasilitas pelanggan yang sangat sensitif terhadap perubahan besaran yang kecil [4,5,15,16]. Penurunan tegangan dalam saluran daya juga terjadi akibat pengoperasian beban yang berat, atau oleh gangguan pada saluran sistem transmissi maupun pada saluran sistem distribusi daya listrik, dapat mengubah karakteristik beban seperti motor induksi dan mesin las.

2.3.1 Standar dan karakteristik Kedip Tegangan

Menurut Standar IEEE 1159-1995, kedip tegangan didefinisikan sebagai penurunan nilai rms tegangan nominal sistem antara 0,1 pu sampai 0,9 pu, dengan

durasi 0,5 siklus sampai 1 menit, ditunjukkan pada Gambar 2.3 [7].

Gambar 2.3 Bentuk Gelombang Kedip Tegangan [7]

Kedip tegangan dapat dikarakteristikkan dalam parameter sebagai berikut [3]:

1. Besar kedip tegangan

2. Keseimbangan sistem tiga fasa

3. Lama (Durasi) kedip

4. Lompatan sudut fasa, karena perbedaan dalam rasio X/R antara sumber dan

penyulang (feeder).

Kedip tegangan digabungkan dengan waktu membebaskan atau menghilangkan gangguan (clearing) menunjukkan karakteristik yang berbeda, dan mungkin memprediksi besaran untuk gangguan individu dengan menghitung penurunan tegangan pada beban sensitif. Masalah kedip tegangan dapat dikarakteristikkan melalui dua komponennya, yaitu besar (magnitude) dan lama (durasi), namun sudut fasanya dimasukkan ke dalam perhitungan dalam rangka mengidentifikasi fenomena untuk menemukan solusinya.

2.3.2 Penyebab Kedip Tegangan

Kedip tegangan dapat terjadi akibat adanya gangguan pada saluran sistem transmisi atau sistem distribusi sistem daya atau dapat juga diakibatkan oleh switching pada beban dengan daya yang cukup besar yang berakibat terjadinya inrush current, seperti pada motor, transformator dan sumber daya DC yang cukup besar. Karakteristik kedip tegangan durasi pendek akibat gangguan hubung singkat pada sistem daya diantara penyebab utamanya. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi karakteristik kedip tegangan, yaitu [3]:

a. Jenis gangguan

Jenis gangguan merupakan faktor utama yang mempengaruhi karakteristik kedip tegangan. Besar dan sudut fasa tergantung pada jenis gangguan yang terjadi.

b. Lokasi terjadinya gangguan

Sebagaimana halnya dengan jenis gangguan, lokasi terjadinya gangguan mempunyai dampak yang cukup besar pada besar tegangan. Beban-beban sensitif pada level distribusi akan dapat merasakan gangguan yang terjadi meskipun gangguan tersebut terjadi dalam jarak yang cukup jauh pada sistem distribusi.

c. Ratio X/R pada jaringan

Dengan mengganti ratio X/R pada jaringan, maka akan mengganti ratio X/R pada sumber gangguan, karena impedansi sumber akan mempengaruhi

2.3.3 Pengaruh Kedip Tegangan Terhadap Beban Sensitif.

Pada industri biasanya dihubungkan dengan jaringan distribusi sekunder 380 Volt, beban dapat dikategorikan terhadap jenis dan hubungan terhadap sistem daya, seperti pada Gambar 2.4 berikut :

Gambar 2.4 Tipikal Beban Satu Fasa dan Beban Tiga Fasa [5]

Kesensitifan peralatan terhadap kedip tegangan sangat tergantung pada jenis beban, setting pengaturan dan aplikasi. Karakteristik kedip tegangan yang paling berpengaruh pada peralatan-peralatan sensitif tersebut adalah waktu dan besar kedip tegangan, meskipun untuk beberapa peralatan, karakteristik seperti pergeseran fasa dan ketidakseimbangan juga mempengaruhi pada saat terjadi kedip tegangan.

Secara umum kesensitifan peralatan terhadap kedip tegangan dapat dibagi menjadi 3 kategori yaitu:

Beban tiga fasa

Beban tiga fasa

a. Peralatan yang sensitif hanya terhadap besaran kedip tegangan.

Peralatan yang termasuk kategori ini seperti relay undervoltage, peralatan

kendali proses, pengaturan motor dan mesin-mesin otomatis.

b. Peralatan yang peka terhadap besaran dan lama kedip tegangan.

Peralatan yang termasuk pada kategori ini adalah peralatan-peralatan yang menggunakan komponen elektronika daya.

c. Peralatan yang peka terhadap karakteristik lain

Beberapa peralatan dapat dipengaruhi oleh karakteristik kedip tegangan selain daripada besar dan lama terjadinya kedip tegangan, seperti ketidakseimbangan

fasa selama terjadinya kedip tegangan dan osilasi transient akibat gangguan

hubung singkat tidak seimbang.

Pada kurva CBEMA dan ITIC (Gambar 2.5), ditunjukkan perangkat Adjustable Speed Drive (ASD) merupakan beban yang sangat peka terhadap kedip tegangan. ASD tersebut akan trip apabila terjadi kedip tegangan dibawah 0,9 pu selama 4 siklus dan kurva kontaktor akan mengalami trip apabila terjadi kedip tegangan di bawah 0,5 pu dengan lama lebih dari 1 siklus.

Gambar 2.5 Kurva Tingkat Kepekaan Peralatan Terhadap Kedip Tegangan [1]

2.3.4 Menentukan Besar Kedip Tegangan

Untuk menghitung besar kedip tegangan pada sistem radial, pembagi tegangan ditunjukkan model pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6. Model pembagi tegangan [3]

Vs

Beban Sensitif yang dilindungi

+ Ea Eb Ec -+ -+ a b c

Ia = In

Zn

Ia

Ib

Ic

Pada Gambar 2.6 Zs adalah impedansi sumber dan ZF

���� = _���

�+�� V

adalah impedansi

diantara PCC dengan lokasi terjadinya gangguan. Point of common coupling (PCC)

adalah titik dimana gangguan dan beban yang dicatu. Pada model tersebut, tegangan pada PCC dirumuskan oleh Persamaan (2.1) [11]:

S

dengan anggapan tegangan sebelum terjadi gangguan adalah 1 pu. Dari persamaan tersebut dapat dilihat apabila jarak terjadinya gangguan semakin dekat terhadap PCC, maka Z

…………...……… (2.1)

F

2.4. Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah

akan semakin kecil yang mengakibatkan kedip tegangan semakin kecil, atau dapat saja terjadi apabila impedansi sistem mempunyai nilai yang cukup besar.

Diagram rangkaian untuk gangguan tunggal dari fasa ke tanah pada generator yang terhubung Y dengan netralnya ditanahkan melalui reaktansi ditunjukkan pada Gambar 2.7. berikut ini :

Pada Gambar 2.7 diperlihatkan fasa a adalah posisi terjadinya gangguan fasa ke tanah. Persamaan akan dikembangkan pada keadaan gangguan sebagai berikut :

�� = 0; �� = 0; �� = 0

Dengan �_� = 0 ��� �_� = 0 komponen simetris akan diberikan oleh Persamaan (2.2)

����0�1

��2

�= 1₃ �

1 1 1

1 � �2

1 �2 �

� ��0� 0

� ……….………..(2.2)

Sehingga �_�0,�_�1����_�2 masing-masing akan sama dengan ���₃ dan akan diperoleh

bahwa Ia1 = Ia2 = Ia0,

����0�1

��2

�= � 0

�� 0

� − ��0

0 0

0 �₁ 0

0 0 �₂

� ����0�1

��2

� ……….………(2.3)

dan dengan menggantikan �_�0,�_�1 ����_�2 pada Persamaan (2.3)

Maka akan diperoleh Persamaan (2.16):

����0�1

��2

�= � 0

�� 0

� − ��0

0 0

0 �₁ 0

0 0 �₂

� ����1�1

��1

�……….(2.4)

Dengan mengerjakan perkalian dan pengurangan matriks dihasilkan suatu kesamaan matriks dan akan diperoleh suatu Persamaan (2.5) :

��0+ ��1+ ��2 = −��1�0+ ��− ��1�1− ��1�2……….(2.5)

V = 0 p.u. V = 1 p.u.

V = Vsag V = Vsag

Xs

A

B

C

sebagai berikut :

��1 = _�1+�_��_2+�0...(2.6) Dari Persamaan dapat disimpulkan bahwa apabila terjadi gangguan pada salah satu fasa, maka akan berakibat pada fasa yang lain. Seperti pada Gambar 2.8 berikut ditunjukkan bahwa apabila pada fasa B terjadi gangguan fasa ke tanah, maka pada fasa A dan fasa C akan terjadi kedip tegangan.

Gambar 2.8. Jaringan yang mengalami gangguan

2.5. Dynamic Voltage Restorer (DVR)

Peralatan-peralatan listrik berteknologi tinggi yang digunakan dalam industri terus meningkat dalam upaya mendukung peningkatan kualitas dan jumlah produksinya. Seiring dengan upaya tersebut, pihak konsumen makin membutuhkan dan menuntut tersedianya kualitas daya listrik yang kontinu dari pihak pemasok daya listrik atau agar tidak seringnya terjadi gangguan pada sistem tenaga listrik dan kalaupun terjadi gangguan harus dapat diatasi secepatnya. Kualitas pasokan daya

listrik ditentukan oleh magnitude, bentuk gelombang dan frekuensi tegangan. Salah satu jenis gangguan yang berpengaruh terhadap kualitas pasokan daya listrik adalah

kedip tegangan. Kedip tegangan adalah drop tegangan dalam waktu singkat yang

disebabkan oleh gangguan dalam sistem pasokan dan starting beban-beban besar

yang sangat berpengaruh terhadap kontinuitas operasional industri karena dapat merusak peralatan-peralatan listrik yang sensitif terhadap perubahan tegangan [4],[6], [7].

Karakteristik kedip tegangan dapat ditentukan berdasarkan interval penurunan nilai rms tegangan dalam per-unit dan durasi waktunya saat terjadi penurunan tegangan hingga tegangannya kembali normal yaitu sebesar 0,1 sampai 0,9 pu dan selama 0,5 cycle sampai 1 menit.

Upaya untuk mengatasi gangguan kedip tegangan dapat dilakukan berda- sarkan penyebabnya. Apabila kedip tegangan berasal dari sistem pasokan maka pihak pemasok tenaga listrik melakukan perbaikan dengan jalan mengelompokkan beban-beban yang sensitif dan mengupayakan perbaikan pada sistem sirkuit agar daya yang disalurkan ke konsumen sesuai dengan standar kualitas yang dikehendaki atau dapat juga dengan mendisain inverter untuk peralatan proses yang lebih tahan terhadap fluktuasi tegangan atau memasang peralatan untuk memperbaiki kedip tegangan tersebut. Jika kedip tegangan berasal dari sisi beban (konsumen) maka perbaikan dilakukan dengan cara memanfaatkan teknologi elektronika daya sebagai

Dynamic Voltage Restorer merupakan peralatan yang digunakan untuk memulihkan tegangan atau memperbaiki mutu tegangan di sisi beban dan posisinya dipasang secara seri antara sumber dan beban. DVR dirangkai secara seri dengan sistem distribusi untuk melindungi peralatan sensitif terhadap terjadinya kedip tegangan [6,7].

Penghematan energi yang digunakan oleh DVR untuk memulihkan tegangan menjadi salah satu pertimbangan utama dalam menentukan jenis metode kompensasi yang digunakan. Oleh karena itu daya suntik minimum menjadi salah satu solusi yang bertujuan mengurangi kapasitas batere.

2.5.1. Struktur Dasar Dynamic Voltage Restorer

Fungsi dasar DVR adalah mendeteksi terjadinya kedip tegangan yang terjadi pada saluran sistem daya, kemudian menyuntikkan tegangan untuk mengkompensasi kedip tegangan yang terjadi. Oleh karena itu DVR ditempatkan dekat dengan beban sensitif yang dilindungi.

DVR mempunyai power circuit dan control circuit [17],[18]. Control circuit atau rangkaian kendali berfungsi untuk mengatur parameter-parameter dari sinyal kendali yang harus disuntikkan oleh DVR pada sistem antara lain : besar tegangan, frekuensi, pergeseran fasa dan lain-lain. Berdasarkan sinyal kendali yang diperoleh

dari control circuit maka dihasilkan tegangan yang akan disuntikkan pada power

circuit.

DVR bekerja tergantung dari tipe gangguan atau suatu kejadian yang terjadi di dalam sistem, menghasilkan tegangan yang akan disuntikkan yang diperoleh dari unit

penyimpan energi DC dan kemudian dirubah menjadi tegangan AC oleh Voltage Source Inverter (VSI). Pada kebanyakan waktu kerja DVR melakukan “nothing to

do” yang berarti DVR tidak menyuntikkan suatu tegangan apapun kecuali hanya

memonitoring tegangan bus.

DVR dirangkai seri dengan sistem distribusi. DVR umumnya mempunyai unit

penyimpan energi capacitor DC, inverter VSI, filter low pass dan transformator

penyuntik tegangan.

Pada Gambar 2.9 berikut ini ditunjukkan komponen-komponen dasar DVR:

Gambar 2.9. Struktur Dasar Sistem DVR[19] Fungsi masing-masing komponen DVR adalah sebagai berikut:

a. Unit Penyimpanan Energi DC

Unit penyimpan energi dc berfungsi untuk menyediakan kebutuhan daya aktif selama terjadi kompensasi oleh DVR. Perangkat penyimpan energi DC adalah

kapasitor DC, baterai, penyimpan magnetik super dan flywheels. Rating kapasitor DC

Ukuran kapasitor harus dipilih sedemikian rupa, sehingga selama kedip diharapkan magnitude maksimum dan durasi, tegangan beban dijaga pada nilai ratingnya dan

tegangan DC tidak berkurang dibawah nilai minimum yang dipilih.

Besar energi yang tersimpan dalam kapasitor, dihitung dengan memakai Persamaan (2.7) dan (2.8) dibawah ini:

Estorage = ½ CDCV2DC ...

P

(2.7)

series = (1- Vpcc /Vrs) Pload ...

Dimana: V (2.8)

DC

V

= tegangan kapasitor DC link rs

V

= rating tegangan pasokan pcc

C

= tegangan fasa selama kedip DC

P

= kapasitansi kapasitor DC link series

P

= daya suntik tiga fasa load

b. Voltage Source Inverter (VSI)

= daya beban tiga fasa

Voltage Source Inverter (VSI) atau sederhananya inverter, adalah sistem perangkat elektronika daya yang dan sekaligus membangkitkan tegangan kompensasi yang akan disuntikkan DVR kedalam sistem untuk mengurangi kedip tegangan yang terjadi dalam bentuk sinusoidal (AC) dengan besar, frekuensi dan sudut fasa yang

satu fasa yang dibangun dari jembatan penuh Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) satu fasa dan dimodulasi dengan metode Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) yang dipakai sebagai strategi switching VSI. SPWM merupakan teknik

penyulutan gate switch IGBT pada inverter yang digunakan untuk mengendalikan

indeks modulasi, oleh sebab itu akan mengendalikan tegangan keluaran inverter.

Dalam generator SPWM, sinyal referensi sinusoidal yang frekuensinya sama dengan frekuensi tegangan sumber (50 Hz) akan dibandingkan dengan sinyal

pembawa segitiga yang frekuensinya lebih tinggi. Bila besar (magnitude) sinyal

referensi sinusoidal lebih besar dari sinyal pembawa segitiga maka swicth S3 dan S4

akan ditrigger dan pada setengah siklus yang lain switch S1 dan S2 ditrigger.

Gambar 2.10. Rangkaian ekivalen inverter satu fasa [14]

Dalam tipe inverter SPWM ini, lebar pulsa divariasikan mengikuti pola

gelombang sinusoidal dan harmonik orde rendah dieliminasi. Inverter SPWM

mempunyai kecepatan switching yang cepat dan operasi yang kuat. Inverter SPWM

akan mengendalikan indeks modulasi, oleh sebab itu akan mengendalikan tegangan keluaran inverter.

Prinsip kerja pembangkitan sinyal keluaran SPWM satu fasa adalah mengatur lebar pulsa mengikuti pola gelombang sinusoidal. Frekuensi sinyal referensi

menentukan frekuensi keluaran inverter. Untuk mengetahui rasio modulasi frekuensi

dari pembangkitan SPWM dapat dihitung dengan Persamaan: Mf

Dimana : �_��� = frekuensi sinyal referensi sinusoidal = ����

����

�_��� = frekuensi sinyal pembawa segitiga

Dan besar tegangan keluaran inverter SPWM adalah∶

... (2.9) Gelombang Sinyal

Pembawa Segitiga Referensi Sinusoidal

Gambar 2.11 Pembangkitan tegangan keluaran sinusoidal inverter SPWM satu fasa [19]

Besar sinyal referensi sinusoidal menentukan indeks modulasi sinyal genarator PWM yang tergantung kepada sinyal error. Besar sinyal referensi sinusoidal dikendalikan oleh pengendali logika fuzzy didasarkan kendali umpan balik

yang menyetel besar sesuai dengan besar sinyal error dan sebab itu mengenda likan indeks modulasi.

Bentuk tegangan keluaran inverter SPWM satu fasa ditunjukkan pada

Gambar 2.12 berikut.

Gambar 2.12 Bentuk tegangan keluaran inverter SPWM satu fasa [19]

c. Inverter SPWM tiga fasa

DVR dapat juga menggunakan satu unit inverter tiga fasa yang dibangun dari jembatan penuh IGBT tiga fasa dan dimodulasi SPWM untuk melindungi beban sensitif terhadap kedip tegangan sebagai akibat gangguan hubung singkat, seperti ditunjukkan Gambar 2.13 berikut.

Gambar 2.13 Rangkaian inverter tiga fasa [20]

AC tiga fasa pada terminal keluaran inverter. Switching inverter dapat dilakukan pada konduksi 120o atau 180o. Konduksi 180o

Pada konduksi 180

mempunyai penggunaan switch yang lebih baik dan metode ini yang diusulkan pada penelitian ini.

o

terdapat enam mode operasi per-siklus dengan durasi

setiap mode adalah 60o yang diidentifikasi dengan urutan switching 123, 234, 345,

456, 561 dan 612 [20]. Pada Gambar 2.14 dan 2.15 ditunjukkan mode konduksi 180o

dan bentuk gelombang keluaran inverter pada mode konduksi 180o.

Gambar 2.15 Bentuk gelombang keluaran inverter pada konduksi 180o [20]

d. Unit Filter Pasif Low Pass

Fiter low pass terdiri dari induktor dan kapasitor, yang dapat diletakkan pada sisi tegangan rendah transformator penyuntik atau pada sisi tegangan tinggi transformator penyuntik tegangan. Dengan menempatkan filter pada sisi inverter atau sisi tegangan rendah transformator penyuntik, harmonisa yang terjadi dan yang bersumber dari VSI dapat dicegah masuk kedalam transformator penyuntik.

e. Unit Transformator Penyuntik Tegangan

Fungsi dasarnya adalah untuk menaikkan pasokan tegangan AC yang dihasilkan oleh VSI menjadi tegangan yang dibutuhkan beban. Kedalaman kedip tegangan maksimum yang dapat dikompensasi menjadi suatu batasan untuk menentukan rating inverter dan transformator penyuntik.

Apabila arus pada jaringan lebih besar dari arus pada DVR, maka suatu switch by pass akan aktif untuk mencegah arus dengan nilai yang lebih besar mengalir

melalui DVR. Switch by pass diletakkan diantara inverter dengan transformator

penyuntik tegangan seperti pada Gambar 2.16

Gambar 2.16. Switch by pass pada DVR [21] Suatu DVR dapat bekerja pada beberapa kondisi yaitu :

a. Keadaan Normal.

Apabila unit penyimpanan energi DC terisi penuh, DVR akan bekerja pada

keadaan stand by. Pada kondisi stand by DVR tidak menyuntikkan tegangan

pada jaringan.

b. Keadaan terjadi kedip tegangan.

DVR akan memasok daya aktif dari penyimpan energi, dan daya reaktif yang dibutuhkan untuk kompensasi tegangan.

c. Keadaan terjadi gangguan pada saluran distribusi.

mengalir pada rangkaian DVR, akibatnya dapat merusak komponen-komponen DVR yang peka. Untuk melindungi peralatan yang sensitif tersebut dipasang switch by pass pada DVR.

2.4.2. Metode Kompensasi Kedip Tegangan pada DVR

Suatu DVR umumnya diletakkan pada level distribusi, dengan prinsip utama menyuntikkan tegangan secara seri dengan sumber tegangan pada saat gangguan terdeteksi pada sistem daya. Beban sensitif yang akan dilindungi terhadap kedip tegangan yang terjadi akibat gangguan hubung singkat pada jaringan sistem tenaga, akan dihubungkan dengan DVR [19, 20].

Teknik kendali kompensasi pada suatu DVR adalah mekanisme yang digunakan untuk memonitor kondisi tegangan yang mengalir pada sistem distribusi. Apabila terjadi kedip tegangan pada saluran distribusi, tegangan pada beban tetap dipertahankan sama dengan tegangan sebelum terjadi kedip tegangan. Pada umumnya kedip tegangan berhubungan dengan pergeseran fasa disertai dengan perubahan besar tegangan. Oleh karena itu teknik kendali yang digunakan harus dapat mengkompensasi perubahan besar tegangan, pergeseran fasa dan bentuk gelombang, tetapi tergantung terhadap koneksi beban yang dihubungkan dengan saluran distribusi tersebut. Pada dasarnya jenis beban sangat mempengaruhi strategi kompensasi yang dipakai. Sebagai contoh, pada beban linier hanya dibutuhkan kompensasi besar tegangan, karena beban linier tidak sensitif terhadap pergeseran fasa.

Rangkaian pada sistem daya sederhana yang menggunakan DVR ditunjukkan pada Gambar 2.17

Gambar 2.17 Sistem Daya Dengan DVR [21]

Pada keadaan normal, tegangan sumber (Vs) diidentifikasi sebagai tegangan pre-sag (Vpre-sag). Pada saat DVR tidak menyuntikkan tegangan pada sistem, maka

tegangan beban Vload akan sama dengan VS. Pada saat terjadi kedip tegangan, besar

dan sudut fasa sumber tegangan dapat mengalami perubahan (Vsag). Pada kondisi

tersebut, maka DVR akan bekerja dengan menyuntikkan tegangan sebesar VDVR.

Apabila kedip tegangan yang terjadi telah dikompensasi, maka tegangan selama

terjadi kedip akan sama dengan tegangan sebelum terjadi kedip (Vsag = Vpresag

a. Kompensasi Pre-Sag

). Kompensasi dilakukan dengan menyuntikkan daya aktif dan daya reaktif. Tergantung tingkat kompensasi yang dibutuhkan oleh beban, terdapat tiga jenis metode

kompensasi yaitu : kompensasi pre-sag, kompensasi in-phase dan teknik optimasi

energi [18].

Strategi kompensasi ini direkomendasikan pada beban-beban non linier yang sensitif, membutuhkan kompensasi terhadap besaran tegangan dan sudut fasa tegangan. Pada teknik kompensasi ini, DVR akan mencatu perbedaan yang terjadi

fasa kepada nilai sebelum terjadi kedip tegangan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.18

Gambar 2.18 Teknik kompensasi Pre-Sag [21]

Dimana : VDVR =

V

tegangan yang disuntikkan DVR Sag

V

= besar kedip tegangan

pre-sag = tegangan beban sebelum gangguan = 1 pu

Iload

δ = δ

= arus beban

L = sudut antara arus beban IL dengan tegangan beban VL

δ

S = sudut antara arus beban IL dengan kedip tegangan V

Pada kondisi normal, tegangan sistem (V

Sag

pre sag) akan sama dengan tegangan

beban (V Load) dimana keduanya mempunyai nilai sebesar 1 pu dengan sudut fasa

sebesar nol. Selama terjadi kedip tegangan, maka tegangan sistem akan berkurang

dengan nilai yang lebih kecil dari nilai VS . Pengurangan nilai tegangan ini akan

tegangan dan akan menyuntikkan tegangan kompensasi VDVR

Pada Gambar 2.18 daya semu dari DVR adalah [22]:

untuk mengembalikan kembali nilai besar tegangan dan sudut fasa.

�1��� = �� . V1DVR

�1��� = ��.���2+ ��2− 2����cos (��− ��) ...….... (2.11) ...………... (2.10)

dan daya aktif DVR adalah :

�1��� = ��(��cos��− ��cos�� ) ....……...…... (2.12)

Besaran dari VDVR

�1��� = ���2+ ��2− 2����cos (��− ��) ..…... (2.13) dapat dihitung dengan persamaan :

dan sudut fasa pada VDVR

�1��� = ���tan_���_{cos �−}�sin �_�� ...……..……...…... (2.14) adalah sebesar :

b. Teknik Kompensasi In-Phase

Pada metode kompensasi ini hanya besaran tegangan yang dikompensasi. Tegangan yang dikompensasi sefasa dengan kedip tegangan dan hanya besar tegangan yang dikompensasi. Oleh karena itu pada teknik kompensasi ini, tegangan yang disuntikkan DVR dapat diminimalkan. Teknik kompensasi ini sangat cocok untuk beban-beban linier karena tidak membutuhkan kompensasi terhadap sudut fasa. Lebih lanjut teknik kompensasi ini dapat dilihat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.19.

Pada Gambar 2.19 tersebut, dapat dilihat bahwa tidak terdapat perbedaan fasa

mendapatkan nilai �_{������} sebesar 1 pu.

Gambar 2.19 Teknik kompensasi In-Phase [21] Daya semu dan daya aktif DVR adalah [22]

�2��� = ��.�2��� ...……... (2.15)

�2��� = ������cos�� = �� (��− �� ) cos�� ....…... (2.16)

Besaran dan sudut fasa VDVR

�2��� = ��− ��…………...…..…... (2.17) adalah

�2��� = �� ...…………... (2.18)

c. Teknik kompensasi Optimasi Energi

Pada teknik kompensasi optimasi energi ini pemakaian daya aktif diminimalkan atau dibuat sama dengan nol, dengan cara menyuntikkan tegangan yang dibutuhkan

DVR dengan besar sudut fasa 90o terhadap arus beban. Metode ini dapat mengurangi

konsumsi energi yang tersimpan pada DC link dengan cara menyuntikkan daya reaktif. Pengurangan konsumsi energi berarti kemampuan sistem untuk

menyuntikkan energi akan meningkat apabila kapasitas penyimpanan energi

meningkat juga. Namun pada teknik ini tegangan yang disuntikkan akan lebih besar

daripada teknik kompensasi in-phase. Oleh karena itu dibutuhkan transformator

penyuntik dengan rating yang lebih tinggi.

Pada Gambar 2.20 dibawah ini dapat dilihat bahwa �_��� mempunyai sudut fasa

900 terhadap arus beban. Bila dianalisa maka �_��� dengan metode

ini ternyata lebih besar jika dibandingkan dengan �_��� dengan metode lain.

Gambar 2.20 Teknik kompensasi optimasi energi [21]

Dari ketiga metode tersebut mempunyai tujuan utama supaya tegangan beban dikompensasi sama dengan tegangan nominal.

|�_����| =�������

Arus dan daya pada steady state yang diserap oleh beban tidak berubah, sehingga:

|�_����| =������� |�_����| =������� |�_����| =�������

dan tegangan DVR (VDVR

Pada Gambar 2.21 ditunjukkan aliran daya aktif dan reaktif pada sistem, strategi pengendalian tergantung dari jenis beban dan respon beban terhadap perubahan tegangan. Beberapa beban sangat sensitif terhadap pergeseran fasa dan pergeseran fasa tersebut harus dihilangkan pada teknik pengendalian DVR.

) yang harus disuntikkan kepada sistem.

Gambar 2.21 Aliran daya aktif dan reaktif pada sistem dengan DVR [21]

2.5 Teknik Deteksi Kedip Tegangan Pada DVR

DVR menggunakan teknik tertentu untuk mendeteksi terjadinya kedip tegangan pada sistem untuk melindungi beban-beban sensitif terhadap kedip tegangan. Teknik deteksi berguna untuk memonitor sudut fasa dan magnitudo fasa selama kondisi normal kemudian mendeteksi terjadinya kedip tegangan dimana DVR akan mengetahui titik awal dan akhir terjadinya kedip tegangan dan juga mempunyai informasi kedalaman serta pergeseran fasa kedip tegangan tersebut [23,24,25,26,27].

Pada umumnya suatu DVR menggunakan Phase Locked Loop untuk

sistem, sehingga apabila terjadi perubahan dari keadaan yang normal maka akan

dapat dideteksi. Phase Locked Loop (PLL) adalah suatu sistem kendali umpan balik

tertutup (closed loop feedback control system), yang menghasilkan sinyal dengan

frekuensi dan sudut fasa yang sama dengan sinyal input. PLL mempunyai oscillator

yang berfungsi untuk menghasilkan sinyal keluaran.

Fungsi PLL tersebut dapat dikategorikan sebagai detektor fasa, variable

oscillator dan jalur umpan balik. PLL merespon perubahan frekuensi dan perubahan sudut fasa dari sinyal masukan dengan cara menaikkan atau menurunkan frekuensi dari oscillator sehingga tercapai nilai seperti pada sinyal masukan.

Rangkaian sederhana PLL ditunjukkan pada Gambar 2.22 berikut. Sudut fasa sinyal input dibandingkan dengan keluaran umpan balik dari oscillator sehingga akan menghasilkan sinyal error. Keluaran dari detektor fasa mempunyai komponen harmonisa, sehingga perlu dilewatkan melalui suatu filter. Namun proses yang terjadi

akibat mengatasi harmonisa tersebut akan menimbulkan transient delay dalam

mengatasi kedip tegangan, dimana keadaan ini tidak diharapkan [23].

Tegangan keluaran dari Loop Filter kemudian dicatu pada Voltage Controlled Oscillator (VCO) dan akan menghasilkan output. Sinyal keluaran tersebut yang berada dalam bentuk informasi sudut fasa akan diumpan balik menuju phase detector. Keluaran dari oscillator kemudian dibandingkan dengan masukan dan apabila kedua

frekuensi tersebut berbeda maka oscillator akan mengatur frekuensinya agar sesuai

dengan frekuensi masukan.

Fungsi utama dari kontroller pada DVR adalah mendeteksi terjadinya kedip tegangan pada sistem. Untuk mengatur pengendali pada DVR tersebut digunakan

transformasi dqo atau transformasi Park. Metode dqo tersebut akan memberikan

informasi kedalaman kedip dan pergeseran fasa disertai titik awal dan titik akhir kedip tegangan tersebut. Pada Gambar 2.23 ditunjukkan flow chart teknik pengendalian DVR berdasarkan transformasi Park. Dimana proses transformasi dari sistem tiga fasa ke sistem dqo ditunjukkan pada persamaan berikut [28]:

����� �� �= ⎣ ⎢ ⎢ ⎢

⎡cos (�) cos �� − 2�

3� 1

−sin(�) −sin �� − 2�₃� 1 1 2 1 2 1 2⎦ ⎥ ⎥ ⎥ ⎤ � �� �� ��

� ... (2.19)

Teknik pendeteksian dibuat berdasarkan perbandingan tegangan referensi terhadap tegangan hasil pengukuran ( Va, Vb dan Vc). Metode dqo memberikan informasi kedalaman tegangan yang jatuh (d) dan pergeseran dari fasa tegangan (q).

Kedip tegangan akan terdeteksi apabila tegangan sumber jatuh dibawah 90%

tegangan referensi. Sinyal error yang diakibatkan terdapatnya perbedaan antara

tegangan hasil pengukuran dengan tegangan referensi digunakan sebagai sinyal modulasi untuk menghasilkan pola komutasi sebagai pemicu IGBT.

Gambar 2.23 Flow chart teknik pengendalian DVR berdasarkan transformasi [28]

Setelah informasi ini diperoleh, maka DVR selanjutnya akan menyuntikkan tegangan pada sistem untuk memulihkan kedip tegangan yang timbul [26,27,28,29] Pada penelitian ini DVR menggunakan pengendali logika fuzzy untuk mengetahui besar tegangan, frekuensi dan sudut fasa dari tegangan normal sistem, sehingga apabila terjadi perubahan dari keadaan normal tersebut, maka akan dapat dideteksi.

2.6. Sistem Kendali Logika Fuzzy DVR

Dalam pengendali logika fuzzy, kendali dasarnya ditentukan oleh seperangkat aturan linguistik yang ditentukan oleh sistem. Variabel-variabel numerik dirubah menjadi variabel-variabel linguistik, sehingga pemodelan matematik sistem tidak diperlukan. Pengendali logika fuzzy diusulkan untuk mengendalikan tindakan inverter. Pada setiap fasa, pengendali logika fuzzy mempunyai dua masukan waktu

nyata yang diukur pada setiap sampel waktu, yang disebut kesalahan (error) dan

tingkat kesalahan (rated error ) dan keluarannya disebut sinyal penggerak (signal

actuating). Sinyal masukan difuzzikan (fuzzified) dan diwakili dalam notasi himpunan fuzzy (fuzzy set) sebagai fungsi keanggotaan. Didefinisikan aturan ‘ Jika ... Lalu ...’ menghasilkan sinyal keluaran penggerak (actuating) dan sinyal-sinyal ini di-defuzzified jadi sinyal kendali analog untuk dibandingkan dengan sinyal pembawa untuk mengendalikan inveter SPWM. Blok diagram sistem pengendali logika fuzzy pada DVR ditunjukkan pada Gambar 2.24.

- Parameter-parameter Masukan

Dua variabel error dan rate of change error, yaitu perbedaan tegangan antara

tegangan pasokan dan tegangan referensi, dan laju perubahan tegangan error yang diambil sebagai masukan untuk pengendali logika fuzzy. Kesalahan (error) dan tingkat kesalahan (error rate) didefinisikan sebagai :

Kesalahan (error) = �_��� - �_� ... (2.20)

Tingkat kesalahan ( Error rate) = error(n) – error(n-1) ... (2.21) Aturan kendali dievaluasi melalui mekanisme keputusan.

- Fuzzification

Kesalahan dan tingkat kesalahan didefinisikan oleh variabel linguistik seperti ; negatif besar (NB), negatif sedang (NM), negatif kecil (NS), nol (Z), positif kecil (PS), positif sedang (PM) dan positif besar (PB), ditandai dengan fungsi keanggotaan segitiga. Fungsi-fungsi ini telah dipilih untuk memenuhi kebutuhan keluaran pengendali logika fuzzy. Keluaran juga ditentukan oleh tujuh variabel linguistik seperti negatif besar (NB), negatif sedang (NM), negatif kecil (NS), nol (Z), positif kecil (PS), positif sedang (PM), positif besar (PB) ditandai dengan fungsi keanggotaan yang ditunjukkan dalam Gambar 2.25.

Gambar 2.25. Fungsi keanggotaan untuk masukan dan keluaran [27]

- Pengambilan Keputusan

Proses fuzzy diwujudkan dengan metode Mamdani. Metode keputusan Mamdani digunakan karena dengan mudah mendapatkan hubungan antara masukan dan keluaran. Himpunan aturan untuk pengendali fuzzy diwakili dalam Tabel 2.3. Ada 49

aturan untuk pengendali fuzzy. Keluaran fungsi keanggotaan untuk setiap aturan yang diberikan oleh operator minimum (Min). Operator Max digunakan untuk mendapatkan keluaran gabungan fuzzy dari himpunan keluaran operator Min. Keluaran yang dihasilkan oleh himpunan fuzzy dan operasi logika fuzzy dengan mengevaluasi semua aturan.

Tabel 2.3 Himpunan aturan logika fuzzy

- Defuzzification

Defuzzification adalah proses mengubah keluaran pengendali di label linguistik yang diwakili oleh himpunan fuzzy kepada sinyal kendali nyata (analog). Metode yang digunakan untuk defuzzification penelitian ini adalah input ke metode centroid.

Dengan menggunakan metode defuzzification yang paling umum digunakan, yaitu

metode centroid. Defuzzified nilai-nilai kenaikan dalam masukan kendali diperoleh

sebagai �∗ = (�1∗�1+�2∗�2)

�1+�2 , ������; C1, A1 adalah centroid dan turunan area (yaitu Gambar 2.26a), dari fungsi keanggotaan untuk perubahan dalam input kontrol.

Demikian pula, C2 dan A2 merupakan centroid dan area yang ditunjukkan pada Gambar 2.26.b.

Gambar 2.26 Teknik defuzzification memakai metode centroid [27].

- Pengolahan Sinyal

Keluaran dari proses pengendali logika fuzzy adalah sinyal kendali yang

digunakan dalam pembangkitan sinyal switching inverter PWM dengan

membandingkan terhadap sinyal pembawa.

2.6.1 Model Sistem Pengendalian

Dalam rangka mempelajari DVR dihubungkan secara seri dengan saluran, seperti dapat dilihat pada Gambar 2.27 berikut:

Gambar 2.27 Rangkaian ekivalent satu fasa [27]

Dalam hal ini, VSI dianggap sebagai sumber tegangan dengan amplitudo

����, dan �� adalah induktansi bocor transformator seri di sisi jaringan. Sumber

diwakili oleh sebuah sumber tegangan ideal yang memiliki amplitudo �_�dan

induktansi �_�. Tegangan yang tersedia sebelum DVR adalah �_� dan beban

dimodelkan sebagai tahanan seri �_� dan sebuah induktansi �_�.

Dalam rangka untuk membuat sebuah sistem kendali efektif, pertama kali diperlukan model sistem yang memadai dan bisa dikendalikan. Untuk melakukan ini, hipotesis berikut telah dilakukan. Sebuah model dinamis pertama dianggap tanpa filter. VSC dimodelkan sebagai sumber tegangan ideal (tidak ada penundaan). Dari Gambar 2.27 diatas dapat dibuat Persamaan (2.22) dan (2.23):

� ��1

�� + �1�1 (�) = ��(�) + ���� (t) ... (2.22) L = �_�+ �_�

dan �_� (�) = �_� ���

�� + ���� (�) ... (2.23)

Dimana ; �_�(�) =�����������������

Memakai transformasi Park’s pada kedua Persamaan (2.22) dan Persamaan (2.23) mempunyai persamaan d-q berikut;

L����

�� + �� ���(�)− �����(�) = ���(�) +�����(�) ... (2.24) L����

�� +�����(�) + �����(�) = ���(�) + �����(�) ... (2.25) Dan dari persamaan (2.25),

�_��(�) = �_�����

�� +�����(�)− ������(�) ... (2.26) �_��(�) = �_�����

�� +�����(�) + ������(�) ... (2.27) Dimana; ω = frekuensi sudut, yang memiliki sistem yang ditandai dengan �_�

dan �_�

Sebuah kedip tegangan simetris terjadi pada t = �₀ dapat diwakili dalam

sistem referensi ini dengan variasi langkah tegangan jaringan ∆�_��(q) . d dan q adalah komponen sumbu kuantitas masing-masing.

Dari itu selama kedip, persamaan (2.26) dan (2.27) dapat ditulis kembali dalam bentuk variasi tegangan jaringan sehubungan dengan kondisi pre-sag, mendapatkan sistem persamaan diffrensial biasa, dengan kondisi awal ∆�_��(�0) = ∆�_��(t0) = 0.

Ini memungkinkan menerapkan transformasi Laplace dan menulis Persamaan (2.26) dan persamaan (2.27) yang menghasilkan Persamaan (2.28) dan (2.29) :

sL∆�_�� (s) + �_�∆�_��(�)− ��∆�_��(�) = ∆�_��(�) +�_�∆�_��(�) .... (2.28) sL∆�_��(�) +�_�∆�_��(�) + ��∆�_��(�) = ∆�_��(�) +�_�∆�_��(�) .... (2.29) Dan dari persamaan (2.26) dan (2.27), diperoleh Persamaan (2.30) dan (2.31) ;

∆�_��(�) =��₁∆�_��(s)+�₁∆�_��(�)− ��_�∆�_���(�) ... (2.31)

∆�_��(�) =��₁∆�_��(s)+�₁∆�_��(�) +��_�∆�_��(�)] ... (2.31) Setelah beberapa manipulasi aljabar, satu dengan mudah didapatkan dari Persamaan

(2.28), (2.29), (2.30) dan (2.31) sebagai berikut ;

∆�_��(�) =�(�)[∆�_��(s)+�₁∆�_��(�) +�_�(�)∆�_��(�) ... (2.32) ∆�_��(�) =�(�)[∆�′_��(s)+�₁∆�_��(�)− �_�(�)∆�_��(�)] ... (2.33) dimana, G(s) dan �_�(s) ditetapkan sebagai;

�(�) =��1+�1

��+�1 ��� ��(�) =

��1�1

��+�1 ... (2.34)

Oleh karena itu menetapkan sistem

∆�′_��(�) =∆�′_��(s)+�₁∆�_��(�)− �_�(�)∆�′_��(�) ... (2.35) ∆�′_��(�) =∆�′_��(s)+�₁ ∆�_��(�)− �_�(�)∆�′_��(�) ... (2.36) Dapat dikontrol, dijelaskan dengan sederhana oleh

∆�_��(�) =�(�)∆�′_��(s) and ∆�_��(�) =�(�)∆�′_��(�) ... (2.37) Pasangan Persamaan diatas dalam (2.34) dapat ditulis dalam satu Persamaan tunggal

∆�_��� = �(�)�′_�� ... (2.38)

2.6.2. Skema Kendali Fuzzy

Skema kontrol umpan balik yang disebut Persamaan (2.42) diatas, telah

ditunjukkan dalam Gambar 2.21. Dalam DVR, terminal tegangan line perlu untuk

dipertahankan. Untuk mencapai ini, pengendali fuzzy seperti yang dibahas diatas

tegangan line dirasakan dan dibandingkan dengan nilai referensi. Untuk mencapai hal

ini, fungsi keanggotaan dari pengendali fuzzy adalah: error, tingkat perubahan error

dan keluaran seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.24, 2.25. Dalam pekerjaan ini, fuzzification dan fuzzifier tak seragam telah digunakan. Keluaran variabel kendali

diperoleh melalui proses defuzzification dalam pengendali fuzzy yang bertindak

sebagai masukan untuk sistem.

Jika sistem tidak seimbang, pengendali harus memperbesar variabel kendali untuk menyeimbangkan sistem sedini mungkin. Di sisi lain nilai error yang kecil ‘e’

menunjukkan bahwa sistem dekat pada keadaan seimbang. Overshoot memainkan

peran penting dalam stabilitas sistem. Overshoot yang kurang diperlukan untuk

stabilitas sistem dan menahan osilasi. Dalam kondisi seperti itu, (de/dt) memainkan

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Bahan-Bahan Penelitian

Dalam penelitian ini diperlukan informasi dari data-data yang merupakan bahan-bahan penelitian, yakni sumber dari :

a. Buku teks sebagai bahan acuan, dalam hal ini yang ada kaitannya dengan

permasalahan mengenai judul penelitian.

b. Jurnal atau artikel yang ada kaitannya dengan penelitian.

Data ini kemudian digunakan sebagai masukan terhadap perancangan yang memodelkan sistem DVR untuk melindungi beban sensitif terhadap kedip tegangan akibat gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah pada salah satu saluran penyulang

sistem distribusi, menggunakan simulasi DVR (Dynamic Control Restorer) berbasis

pengendali logika fuzzy.

3.2. Langkah-langkah Pelaksanaan Penelitian

Adapun langkah–langkah pelaksanaan pada simulasi DVR (Dynamic Voltage Restorer) berbasis pengendali logika fuzzy adalah sebagai berikut :

1. Melakukan langkah persiapan, yang meliputi pengumpulan data dan

penentuan parameter DVR, gangguan, beban dan lain – lain.

2. Dari data ini kemudian kita bangun rangkaian DVR dan simulasi dengan

BAB 5 KESIMPULAN

Dari hasil simulasi pada Penggunaan DVR (Dynamic Voltage Restorer) berbasis Pengendali logika fuzzy untuk Gangguan satu fasa ke tanah dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. DVR berbasis pengendali logika fuzzy dapat memulihkan tegangan beban sensitif yang dilindungi terhadap kedip tegangan akibat gangguan hubung singkat satu fasa, mendekati nilai nominal (1 pu) dalam waktu 0.001 detik 2. Besar tegangan yang disuntikkan oleh DVR yang menggunakan pengendali

logika fuzzy lebih kecil dari pada DVR yang tidak menggunakan, misalnya untuk beban 2500 Watt besar tegangan suntik Vinj pada DVR tanpa pengendali logika fuzzy (Tabel 4.1 = 23,2 volt) lebih kecil dari pada DVR yang memakai pengendali logika fuzzy (Tabel 4.2 = 35 volt).

3. Nilai THDv akan diperbaiki pada DVR yang menggunakan pengendali logika fuzzy dari pada DVR tanpa pengendali logika fuzzy, misalnya dapat dilihat hasil Tabel 4.1 dan Tabel 4.2, untuk beban 2500 Watt; ditunjukkan THDv pada Tabel 4.1 = 1,55% dan pada Tabel 4.2 = 1,25%.

DAFTAR PUSTAKA

1. C Dugan, Mark Mc Granaghan, Surya Santoso, M Way Beaty,” Power System Quality”, 2nd

2. Alexander Kusko,Sc.D, PE, Mark T.Thompson,Ph.D,“ Power Quality in Electrical System”, New York, Mc Graw-Hill,2007.

Edition, New York, Mc Graw Hill, 2002.

3. Patne; Thakre, “Factor Affecting Characteristic of Sag voltage Due to Fault in the Power System” Serbian Journal of Electrical Engineering, Vol.5,No.1,May 2008.

4. Mark Mc Granaghan, Dave Muller,“ Effect of Sag voltage in Process Industry Applications”, 11 August 1992.

5. Mark. F .Mc Granaghan, David R Muller and Marek J Samotyj,” Sag voltage in Industrial Systems”, IEEE Trans on Industry Application Vol.29No.2, March/April 1993.

6. SW,Wahab, AM.Yusof, “ Sag voltage and Mitigation Using Dynamic Voltage Restorer”, Elektrika, Vol. 8, No.2, 2006.

7. Arindam Ghosh, Gerard Ledwich, “ Compensation of Distribution System

Voltage Using DVR”, IEEE Transaction on Power Delivery, Vo. 17, No.4, October 2002.

8. Fransisco Jurado and Manuel Valverde, “Fuzzy Logic Control of A Dymanic Voltage Restorer”, IEEE, 2004.

9. P-Ajay-D-Vimal Raj, M. Sudhakaran, S. Sentrhil Kumar, Sapta Rishi Roy, T. G. Palanivelu, “Multi Level Inverter Based Dynamic Voltage Restorer With PI and Fuzzy Logic Controller”, XXXII National Systems Conference, NSC, 2008.

10. B. Ferdi, C. Benachaiba, S. Dib, R. Dehini, “Adaptive PI Control of Dynamic

Voltage Restorer Using Fuzzy Logic”, Journal of Electrical Engineering: Theory and Application, Vol.1, Iss.3, 2010.

11. HP. Satriya Utama,” Memperbaiki Profil Tegangan di Sistem Distribusi Primer Dengan Kapasitor Shunt”, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Vol.7 No.1, Januari-Juni 2008.

12. Ghatol et.al, “Power Quality Characteristic of Industrial Electric Distribution System : A Power Quality Survey”.

13. Power Quality Standard : “ IEEE Standard 519-1992 and IEEE Standard 1159-1995”, Pacific Gas and Electric Company.

14. Ahmed TEKE, ” Modeling of Dynamic Voltage Restorer”, MSc Thesis, University of Cukurova Institute of Natural and Applied Science, Adana, 2005.

15. Heine, Pirjo,”Sag voltage Distributions Caused by Power System Faults”, IEEE Transaction on Power System,2003.

16. Luis Guasch, Felipe Carcoles, Joaquin Pedra,” Effects of Symmetrical and Unsymmetrical Sag Voltages on Induction Machines”, IEEE Transactions on

Power Delivery, Vol.19, No.2, April 2004.

17 Nielsen, Blaabjerg, “Comparison of System Topologies for Dynamic Voltage Restorer”, Institute of Energy Technology, Aalborg University, Denmark.

18. Benachaiba, ferdi, “Voltage Quality Improvement Using DVR”, Electrical Power Quality and Utilisation, Journal Vol. XIV, No.1,2008.

19. Md. Riyasat Azim, Md. Ashraful Hoque,” A Fuzzy Logic based Dynamic Voltage Restorer for Voltage Sag and Swell Mitigation for Industrial Induction Motor Loads”, International Journal of Computer Application, Vol.30 No.8, September 2011.

20. Muhammad H, Rashid,” Power Electronics Circuit, Devices, and Applications”, International Editing, Third Edition, Electrical and Computer Engineering, University of West Florida, Prentice Hall.

21. M.V. Kasumi Perera,” control of a Dynamic Voltage Restorer to compensate single phase voltage sags”, Master of Science Thesis, KTH Electrical Engineering, Stockholm, Sweden 2007.

22. Mahmoud A El-Gammel et al,”Dynamic Voltage Restorer (DVR) for Sag voltage Mitigation”, International Journal on Electrical Engineering and Informatics,Vol.3,No.1,2011.

23. Fitzer, Barnes,”Sag voltage detection Technique For Dynamic Voltage Restorer”, IEEE Transaction on Industry Applications, Vol.40,No.1, Boonchiam; Mithulhananthan, “ Understanding of Dynamic Voltage

Restorers Through MATLAB Simulation” Thammasat International Journal Science and Technology, 2006.

24. M Tumay et al,” Simulation and Modelling of A Dynamic Voltage Restorer”,

Cukurova University, Turkey,2005.

25. Nguyen, Saha,” Dynamic Voltage Restorer Against Balanced and Unbalanced Sag voltage : Modelling and Simulation”, IEEE, 2004.

26. HP.Tiwari, Sunil K Gupta,”Dynamic Voltage Restorer against Sag voltage”, International Journal of Innovation, Management and Technology, Vol.1, No.3, August 2010.

27. B.Panda, AK Mahapatra,DP Bagarty and S Behera,”Fuzzy Logic Controller-Based Dynamic Voltage Restorer For Mitigation of Sag voltage”, IJEST , Vol.3, No.2, Feb.2011.

28. Rosli, Abdul Rahim, Sulaiman, “ Modelling And Simulation For Sag voltage/ Swells Mitigation Using Dynamic Voltage Restorer”, Journal of Theoritical and Applied Information Technology, 2009.

29. Boonchiam; Mithulhananthan, “ Understanding of Dynamic Voltage Restorers Through MATLAB Simulation” Thammasat International Journal Science and Technology, 2006.

30. Puneet C, Rintu K, Abinash Singh,” Fuzzy Logic Control for DVR to Counter Voltage Sag on a Distribution Network”, Proceeding WCE Vol II, Juli 2011, London, U.K.

Method for Single-Phase PWM Inverter”, Lab. Penelitian Konversi Energi Listrik , Jurusan Teknik Elektro, ITB, Bandung.

32. Faiz et al,” Analysis and Simulation of Three Phase UPS Inverter With Output Multiple Filter”, Armenien Journal of Physics, Vol.2 issue 4, Andi,2009