DESAIN FILTER AKTIF DENGAN SKEMA FUZZY LOGIC

DESAIN FILTER AKTIF DENGAN SKEMA FUZZY LOGIC

  CONTROLLER UNTUK MEREDUKSI HARMONISA OLEH

  IRFANDI NU’MAN DANI 127034014

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2014

DESAIN FILTER AKTIF DENGAN SKEMA FUZZY LOGIC

  CONTROLLER UNTUK MEREDUKSI HARMONISA TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Oleh Irfandi Nu’man Dani 127034014/TE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

  Telah diuji Pada Tanggal : 09 Juni 2014 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Anggota :

  1. Dr. Marwan Ramli, M.Si

  2. Prof. Drs. Tulus, M.Si, Ph.D

  3. Dr. Eng Ariadi Hazmi

  Judul Tesis : DESAIN FILTER AKTIF DENGAN SKEMA FUZZY LOGIC CONTROLLER UNTUK

MEREDUKSI HARMONISA

Nama Mahasiswa : Irfandi Nu’man Dani Nomor Induk : 127034014 Program Studi : Magister (S2) Teknik Elektro Bidang Keahlian : Teknik Energi Listrik / Kualitas Daya

  Menyetujui, Komisi Pembimbing

  (Prof. Dr. Ir. Usman Baafai) Ketua (Dr. Marwan Ramli,M,Si) Anggota

  Sekretaris Program Studi,

  (Drs. Hasdari Helmi, MT)

  Dekan Fakultas Teknik,

  (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME)

Judul Tesis : DESAIN FILTER AKTIF DENGAN SKEMA FUZZY

LOGIC CONTROLLER UNTUK MEREDUKSI

  HARMONISA Nama Mahasiswa : Irfandi Nu’man Dani Nomor Induk : 127034014 Program Studi : Magister (S2) Tenik Elektro Bidang Keahlian : Teknik Energi Listrik / Kualitas Daya

  

ABSTRAK

  Desain filter aktif paralel menggunakan inverter tiga tingkat dengan skema

  

fuzzy logic controller (FLC) untuk meredam harmonisa. Penggunaan Multilevel

Inverter (MLI) tiga tingkat pada filter aktif shunt mempunyai keuntungan pada

  distorsi harmonisa yang rendah dan mengurangi stress switching. Dari hasil simulasi diperoleh filter aktif shunt tiga tingkat mampu mereduksi harmonisa arus dan

  i

  tegangan di sisi sumber, THD sebelum pemasangan filter adalah sebesar 26,16% dan dapat diturunkan menjadi 2,42%. Sedangkan THD v berhasil di reduksi dari 0,45% menjadi 0,17%. Harmonisa orde ke lima merupakan komponen harmonisa yang paling mengganggu, dimana nilai IHD i sebelum pemasangan filter adalah sebesar 21,44% menjadi 1,2% setelah pemasangan filter aktif.

  Kata Kunci: MLI, FLC, THD i , THD v , IHD i

  

ABSTRACT

The design for shunt active filter with Multi Level Inverter (MLI) using Fuzzy

Logic Controller (FLC) to reduce harmonics. The use of three level inverter shunt

active filter has its own advantage in the distortion of low harmonics and reduces the

current and voltage of harmonics in the side of the source. THD i in the prior of filter

v

installment is 26,16% and can be reduced to 2,42%. Meanwhile, THD can be

reduced from 0,45% to 0,17%. The fifth order harmonics is the most disturbing

harmonics component in which the value of IHD i prior to filter installment, is 21,44%

and becomes 1,2% after the installment of active filter.

  Keywords: MLI, FLC, THDi, THDv, IHDi

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan kepada kehadirat Allah SWT, atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis ini. Penulisan tesis ini dilakukan untuk memenuhi salah satu syarat kurikulum Program Studi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan. Tesis ini berjudul ”Desain Filter Aktif dengan Skema Fuzzy Logic Controller Untuk

  Mereduksi Harmonisa ”.

  Penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga dan perhargaan setinggi-tingginya kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai dan Bapak Dr. Marwan Ramli, M.Si sebagai Pembimbing atas segala bimbingan, saran dan nasehatnya selama penelitian dan selama penulisan tesis ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang memberi kesempatan menjadi mahasiswa Program Studi Magister Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara.

  Sekretaris dan Sekretariat serta seluruh Staf Pengajar Program Studi Magister Teknik Elektro atas bantuan dan kontribusinya dalam peneyelesaian tesis ini. Semua teman kuliah Teknik Elektro bidang Kualitas Daya Program Pascasarjana terutama angkatan 2012, yang memberi masukan kepada peneliti sejak awal kuliah sampai selesainya penelitian untuk tesis ini. Orang tua di Malang dan Tegal, Istri tercinta dan Anak

• –anak tersayang yang telah memberi banyak dukungan, semangat dan pengorbanan waktunya.

  Harapan penulis kiranya tesis dapat bermanfaat bagi banyak pihak. Dengan menyadari bahwa penulisan tesis ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran bersifat kontsruktif dalam rangka penyempurnaan tesis ini

  Pematang Siantar, Juni 2014 Penulis, Irfandi Nu’man Dani

  DAFTAR ISI ABSTRAK........................................................................................................ i

ABSTRACT....................................................................................................... ii

KATA PENGANTAR...................................................................................... iii

DAFTAR ISI.................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR........................................................................................

  vii

  

DAFTAR TABEL............................................................................................ x

DAFTAR SINGKATAN.................................................................................. xi

PENDAHULUAN............................................................................

  1 BAB I 1.1 Latar belakang.................................................................................

  1 1.2 Perumusan masalah..........................................................................

  6 1.3 Tujuan penelitian..............................................................................

  7 1.4 Batasan masalah...............................................................................

  7 1.5 Manfaat penelitian............................................................................

  8 1.6 Sistematika penulisan.......................................................................

  8 BAB II TINJAUAN PUSTAKA..................................................................

  10 2.1 Harmonisa..........................................................................................

  10 2.2 Total Harmonic Distortion ................................................................

  13 2.3 Filter pasif.........................................................................................

  14 2.4 Filter aktif.........................................................................................

  15 2.4.1 Inverter....................................................................................

  17 2.4.2 Controller................................................................................

  18 2.5 Multilevel Inverter ............................................................................

  18 2.6 Transformasi p-q...............................................................................

  26 2.6.1 Low Pass Filter........................................................................

  26 2.6.2 Implementasi transformasi Park.............................................

  28 2.7 Fuzzy Logic Control ..........................................................................

  30 2.7.1 Proses fuzzifikasi ...................................................................

  32 2.7.2 Pembentukan aturan ..............................................................

  36 2.7.3 Proses defuzzifikasi ...............................................................

  39

  2.8 Desain sistem....................................................................................

  63 3.3.1 Skenario FLC 5 fungsi keanggotaan.....................................

  90 DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................

  89 5.2 Saran.................................................................................................

  89 5.1 Kesimpulan.......................................................................................

  83 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN........................................................

  78 4.2.2 Skenario FLC 7 Fungsi Keanggotaan.....................................

  78 4.2.1 Skenario FLC 5 Fungsi Keanggotaan.....................................

  75 4.2 Setelah dipasang filter......................................................................

  75 4.1 Sebelum dipasang filter...................................................................

  70 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN........................................................

  64 3.3.2 Skenario FLC 7 fungsi keanggotaan.....................................

  59 3.3 Hasil simulasi setelah dipasang filter.............................................

  41 2.9 Pemodelan sistem menggunakan Matlab.........................................

  56 3.2 Hasil simulasi sebelum dipasang filter...........................................

  55 3.1 Parameter simulasi............................................................................

  54 BAB III METODE PENELITIAN...............................................................

  53 2.9.7 Multilevel Inverter...................................................................

  51 2.9.6 Hysteresis Controller...............................................................

  45 2.9.5 Transformasi pq.......................................................................

  45 2.9.4 Blok FLC Controller...............................................................

  44 2.9.3 Pemodelan beban tidak linear..............................................

  43 2.9.2 Impedansi saluran...................................................................

  42 2.9.1 Sumber.....................................................................................

  91

  

DAFTAR GAMBAR

Nomor Penjelasan Halaman

  22 2.10 Topologi Multilevel Inverter Diode-Clamped.............................

  35 2.18 Kurva trapesium............................................................................

  34 2.17 Kurva segitiga...............................................................................

  33 2.16 Representasi linier turun...............................................................

  31 2.15 Representasi linier naik.................................................................

  29 2.14 Diagram Fuzzy untuk pemodelan controller pada filter ..............

  27 2.13 Proses transformasi pq..................................................................

  25 2.12 Respon magnitude LPF.................................................................

  2.11 Topologi Multilevel Inverter Flying-Capacitor ……....................

  23

  21 2.9 Klasifikasi topologi Cascade Multilevel Inverter ........................

  2.1 Distorsi gelombang harmonisa ....................................................

  20 2.8 Tegangan keluaran Multilevel Inverter 7 tingkat ........................

  20 2.7 Tegangan keluaran Multilevel Inverter 5 tingkat ........................

  19 2.6 Tegangan keluaran Multilevel Inverter 3 tingkat ........................

  2.5 Tegangan keluaran PWM (hijau), gelombang referensi (berwarna biru) ............................................................................

  19

  2.4 Inverter dua level satu fasa (kiri) dan gelombang keluaran (kanan)..........................................................................................

  18

  17 2.3 Konfigurasi inverter CSI..............................................................

  8 2.2 Konfigurasi inverter VSI..............................................................

  36

  2.19 Prinsip algoritma filter aktif..........................................................

  42 2.20 Pemodelan simulasi tanpa filter....................................................

  43 2.21 Pemodelan sumber 3 fasa.............................................................

  44 2.22 Pemodelan impedansi saluran.......................................................

  44 2.23 Pemodelan beban..........................................................................

  45 2.24 Feature Fuzzy Inference System pada Matlab..............................

  46 2.25 Matlab FIS Editor.........................................................................

  48 2.26 Lima membership function FIS Editor.........................................

  49 2.27 Tujuh membership function FIS Editor........................................

  51 2.28 Diagram blok untuk transformasi pq ...........................................

  52 2.29 Diagram blok untuk histeresis controll .......................................

  53

  2.30 Implementasi Multilevel Inverter tiga tingkat topologi Dioda- ............................................................................................

  54 Clamp 3.1 Diagram garis sistem dengan filter aktif paralel ..........................

  55

  3.2 Arus sebelum pemasangan filter aktif (a) fasa R (b) fasa S dan (c) fasa T.......................................................................................

  60 3.3 THD i sebelum pemasangan filter aktif.........................................

  60

  3.4 Tegangan sebelum pemasangan filter (a) Fasa R (b) Fasa S (c) Fasa T............................................................................................

  61 3.5 THD v sebelum pemasangan filter aktif........................................

  62 3.6 (a) Tegangan di sisi beban (b) Arus di sisi beban (c) Arus di sisi sumber...........................................................................................

  63

  3.7 Gelombang arus dengan filter aktif FLC 5 fungsi keanggotaan (a) Fasa R (b) Fasa S dan (c) Fasa T.............................................

  64

  3.8 THD i dengan filter aktif FLC 5 fungsi keanggotaan....................

  65

  3.9 Gelombang tegangan filter aktif FLC 5 fungsi keanggotaan (a)Fasa R (b) Fasa S dan (c) Fasa T..............................................

  66 3.10 THD v dengan filter aktif FLC 5 fungsi keanggotaan...................

  67 3.11 (a) Tegangan beban (b) Arus di sisi beban (c) Arus di sisi sumber

  68 …....................................................................................... 3.12 (a) Arus harmonisa (b) Arus APF FLC 5 Fungsi Keanggotaan.................................................................................

  69

  3.13 Gelombang arus dengan filter aktif FLC 7 fungsi keanggotaan (a) Fasa R (b) Fasa S dan (c) Fasa T.............................................

  70

  i

  3.14 THD dengan filter aktif FLC 7 fungsi keanggotaan..................................................................................

  71

  3.15 Gelombang tegangan filter aktif FLC 7 fungsi keanggotaan (a) Fasa R (b) Fasa S dan (c) Fasa T..................................................

  72

  v

  3.16 THD dengan filter aktif FLC 7 fungsi keanggotaan..................................................................................

  73 3.17 (a) Tegangan beban (b) Arus di sisi beban (c) Arus di sisi sumber...........................................................................................

  74 3.18 (a) Arus harmonisa (b) Arus APF FLC 7 fungsi keanggotaan..................................................................................

  74

  4.1 Perbandingan nilai IHD

  V sebelum dan sesudah pemasangan filter aktif FLC 5 fungsi keanggotaan...........................................

  80

  4.2 Perbandingan nilai IHD

  I sebelum dan sesudah pemasangan filter aktif FLC 5 fungsi keanggotaan...........................................

  82

  4.3 Perbandingan nilai IHDv sebelum dan sesudah pemasangan filter aktif......................................................................................

  84

  4.4 Perbandingan nilai IHD

  I sebelum dan sesudah pemasangan filter aktif......................................................................................

  86

  DAFTAR TABEL Nomor Penjelasan Halaman 1.1 Data penelitian pendukung...........................................................

  77 4.3 Hasil simulasi beban sebelum pemasangan filter...........................

  87 4.10 Hasil perbandingan keseluruhan skenario simulasi........................

  85 4.9 Hasil simulasi filter FLC 7 dengan Multilevel Inverter..................

  4.8 IHD I setelah pemasangan filter aktif FLC 7 Level.........................

  83

  4.7 IHD V setelah pemasangan filter aktif FLC 7 Level........................

  82

  81 4.6 Hasil simulasi filter FLC 5 dengan Multilevel Inverter..................

  I setelah pemasangan filter aktif FLC 5 Level.........................

  4.5 IHD

  79

  4.4 IHD V setelah pemasangan filter aktif FLC 5 Level........................

  78

  I sebelum pemasangan filter aktif............................................

  4 2.1 Batas harmonisa tegangan sesuai standar IEEE 519-1992..........

  4.2 IHD

  76

  4.1 IHD V sebelum pemasangan filter aktif`.........................................

  56

  50 3.1 Parameter simulasi dengan Matlab................................................

  47 2.6 Aturan set fuzzy untuk 7 fungsi keanggotaan.................................

  24 2.5 Aturan set fuzzy untuk 5 fungsi keanggotaan.................................

  2.4 Kombinasi switch untuk menghasilkan variasi tegangan keluaran

  16

  2.3 Aplikasi filter aktif tergantung pada permasalahan kualitas daya.................................................................................................

  14

  13 2.2 Batas harmonisa arus sesuai standar IEEE519-1992...................

  87

DAFTAR SINGKATAN

  CSI : Current Source Inverter FIS : Fuzzy Inference System FFT : Fast Fourier Transform FLC : Fuzzy Logic Controller

  IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers

  IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor

  IHD : Individual Harmonic Distortion PI : Proportional Integral PCC : Point Common Coupling

  PID : Proportional Integral Derivative

  PWM : Pulse Width Modulation THD v : Total Harmonic Distortion Voltage THD i : Total Harmonic Distortion Current

  VSI : Voltage Source Inverter