i
DESAIN FILTER AKTIF MENGGUNAKAN KONTROL PROPORTIONAL INTEGRAL (PI) - PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (PSO) UNTUK
MENGURANGI HARMONISA DARI BEBAN NON- LINEAR
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi
Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata 1 Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh : Lisa Dwi Pratiwi 201610130311043
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2021
ii
iii
iv
v
LEMBAR PERSEMBAHAN
Bismillah, segala puji syukur saya panjatkan kepada Allah Subhanahu Wa Ta'ala atas rahmat dan hidayah-Nya telah memberikan saya kekuatan dan membekali dengan ilmu sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Sholawat dan salam selalu terlimpahkan kepada Nabi Muhammad Shalallahu 'Alaihi Wassalam. Dalam proses penyusunan skripsi ini saya tidak terlepas dari berbagai pihak yang senantiasa memberikan dukungan, bimbingan, bantuan dan do’a sehingga saya dapat menyelesaikan dengan baik. Pada kesempatan yang berharga ini, tak lupa saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Orang tua saya Bapak Kabit dan Ibu Asmiatun yang selalu memberikan do’a, dukungan, semangat serta materi.
2. Bapak Ir. Diding Suhardi, M.T dan Bapak Novendra Setyawan, S.T., M.T yang telah mendukung, meluangkan banyak waktu, tenaga, dan pikiran untuk membimbing saya dalam menyelesaikan skripsi ini.
3. Ketua Program Studi Teknik Elektro Bapak Zulfatman, M.Eng., Ph.D. dan Sekretaris Program Studi Teknik Elektro Bapak Widianto, S.T., M.T.
beserta seluruh staf Program Studi Teknik Elektro
4. Dekan Fakultas Teknik Elektro Bapak Dr. Ir. Ahmad Mubin, M.T. dan seluruh jajaran dekanat serta keluarga besar Universitas Muhammadiyah Malang.
5. Dosen Wali Bapak Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, M.T. yang selalu memberikan dukungan dan motivasi kepada keluarga Teknik Elektro A 2016.
6. Seluruh civitas akademika (dosen, asisten, dan karyawan) Universitas Muhammadiyah Malang yang telah membekali ilmu dan membantu selama proses studi.
7. Sahabat saya yaitu Guntur Wisnu Gumelar, Nanda Silvia, Alpian Nur, Albarkati Erhami, Agung Prasetya dan Sandy Setyawan yang selalu membantu dan menemani saya selama proses pengerjaan tugas akhir.
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas segala Nikmat-Nya, Rahmat-Nya, serta Hidayah-Nya. Sholawat serta salam semoga senantiasa tercurah kepada Rasulullah Muhammad Shalallahu 'Alaihi Wassalam. Atas kehendak dan karunia Allah penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul:
“ DESAIN FILTER AKTIF MENGGUNAKAN KONTROL
PROPORTIONAL INTEGRAL (PI) - PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (PSO) UNTUK MENGURANGI HARMONISA DARI BEBAN NON-
LINEAR”
Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik di Universitas Muhammadiyah Malang. Selain itu penulis berharap skripsi ini dapat memperluas pustaka dan pengetahuan utamanya dalam bidang sistem tenaga listrik.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu Penulis berharap saran yang membangun, agar kedepannya menjadi lebih baik dan bermanfaat. Penulis mohon maaf apabila terdapat kesalahan dalam penulisan baik yang sengaja maupun tidak disengaja.
Malang,19 Oktober 2021
Lisa Dwi Pratiwi
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PERSETUJUAN ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
LEMBAR PERNYATAAN ... iv
ABSTRAK ... v
ABSTRACK ... vi
LEMBAR PERSEMBAHAN ... vii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 2
1.3. Batasan Masalah... 2
1.4. Tujuan Penelitian ... 3
1.5. Manfaat Penelitian ... 3
1.6. Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1. Photovoltaic (PV) ... 5
2.1.1. Photovoltaic (PV) Terhubung Secara Paralel ... 5
2.1.2. Photovoltaic (PV) Terhubung Secara Seri ... 6
2.2. Filter Aktif ... 6
2.3. Total Harmonic Distortion (THD) ... 8
2.3.1. Harmonisa ... 9
2.4. Beban Non-Linier... 11
2.5. PQ Theory ... 11
2.6. Hysterisis Current Control ... 12
2.7. Proportional-Integral-Derivative Controller (PID Controller) ... 13
2.1.1. Proportional-Integral Controller (PI Controller) ... 14
viii
2.5. Particle Swarm Optimization (PSO) ... 15
BAB III PERANCANGAN SISTEM ... 17
3.1. Perancangan Simulasi ... 17
3.1.1. Data PLN Rengat ... 17
3.1.2. Data Modul Photovoltaic (PV) ... 20
3.1.3. Data Step-Up Transformer ... 20
3.2. Pemodelan dan Perancangan Sistem ... 21
3.2.1. Pemodelan Maximum Power Point Tracking(MPPT) Perturb and Observe ... 21
3.2.2. Pemodelan DC Boost Converter ... 22
3.2.3. Pemodelan Inverter DG ... 23
3.2.4. Pemodelan Beban Non-Linear ... 24
3.2.5. Pemodelan Shunt Active Power Filter ... 25
3.2.5.1. Theory-PQ ... 26
3.2.5.2. Phase Locked Loop ... 26
3.2.6. Pemodelan Hysteresis Current Control ... 27
3.2.7. Tuning Kontrol Proportional-Integral ... 27
3.2.8. Perancangan Sistem ... 28
3.2.8.1. Perancangan Particle Swarm Optimization ... 30
3.2.8.2. Perancangan Perhitungan 𝐼𝑆𝐶/𝐼𝐿 ... 31
3.3. Model Matematis Economic Dispatch pada Sistem Kelistrikan Jawa-Bali 500 kV ... 30
3.4. Symbiotic Organism Search ... 31
BAB IV HASIL SIMULASI DAN PEMBAHASAN ... 33
4.1. hasil Simulasi ... 34
4.1.1 Kompensasi Harmonisa ... 34
4.1.2. Pengujian Sistem Filer Aktif SAPF ... 34
4.1.3. Filter Aktif Menggunakan Kontrol PI ... 37
4.1.4 Filter Aktif Menggunakan Kontrol PI ... 39
ix
4.2. Perbandingan Hasil Pengujian pada Sistem ... 42
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 43
5.1. Kesimpulan ... 43
5.2. Saran ... 43
DAFTAR PUSTAKA ... 44 LAMPIRAN
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema kerja Active Filter ... 7
Gambar 2.2 Skema kerja Active Filter Hubung Paralel ... 7
Gambar 2.3 Gelombang Harmonisa ... 10
Gambar 2.4Model Hysteresis Current Control ... 13
Gambar 2.5 Output Kontrol Arus ... 13
Gambar 2.6 Diagram Blok Kontrol PID ... 14
Gambar 3.1 SLD Keseluruhan Sistem ... 17
Gambar 3.2 Single Line Diagram (SLD) Sistem Kelistrikan PLN Rengat ... 19
Gambar 3.3 Pemodelan Perturb and Observe Algorithm... 21
Gambar 3.4 Pemodelan DC Boost Conveter ... 22
Gambar 3.5 Single Line Diagram (SLD) Inverter DG ... 24
Gambar 3.6 Pemodelan Beban Non-Linear ... 25
Gambar 3.7 Pemodelan Shunt Active Power Filter ... 25
Gambar 3.8 Single Diagram Kontrol Filter Shunt Active Power Filter ... 26
Gambar 3.9 Diagram Alur Blok Sistem Theory-PQ ... 26
Gambar 3.10 Pemodelan Phase Locked Loop... 27
Gambar 3.11 Pemodelan Hysteresis Current Control Pada Shunt Active Power Filter ... 27
Gambar 3.12 Pemodelan Tuning Proportional-Integral Pada Shunt Active Power Filter ... 28
Gambar 3.13 SLD Kontrol DC Converter Dan Inverter DG Yang Terhubung Ke Jaringan PLN ... 28
Gambar 3.14 SLD Hysteriss Control Pada Shunt Active Power Filter ... 29
Gambar 3.15 Pendekatan metode Particle Swarm Optimization Untuk Kontrol PI ... 30
Gambar 3.16 Blok Diagram Kontrol PI-PSO ... 30
Gambar 3.17 Diagram Alir Algoritma PSO ... 31
Gambar 4.1 Pemodelan Keseluruhan Sistem ... 33
Gambar 4.2 Gelombang Tegangan Dan Arus Pada Bus Grid ... 35
Gambar 4.3 THD Arus Detik 0,1 sampai 0,4 Pada Bus Grid ... 35
xi
Gambar 4.4 THD Arus Detik 0,4 sampai 0,7 Pada Bus Grid ... 35
Gambar 4.5 THD Arus Detik 0,8 sampai 1 Pada Bus Grid ... 36
Gambar 4.6 Gelombang Arus Pada Bus PCC ... 36
Gambar 4.7 THD Arus Detik 0,4 sampai 0,7 Pada Bus PCC ... 37
Gambar 4.8 THD Arus Detik 0,8 sampai 1 Pada Bus PCC ... 37
Gambar 4.9 THD Arus Detik 0,4 Sampai 0,7 Pada Bus Grid ... 38
Gambar 4.10 THD Arus Detik 0,8 Sampai 1 Pada Bus Grid ... 38
Gambar 4.10 THD Arus Detik 0,8 Sampai 1 Pada Bus Grid ... 38
Gambar 4.10 THD Arus Detik 0,4 Sampai 0,7 Pada Bus PCC ... 38
Gambar 4.12 THD Arus Detik 0,8 Sampai 1 Pada Bus PCC ... 39
Gambar 4.13 THD Arus Detik 0,1 Sampai 0,4 Pada Bus Grid menggunakan PI-PSO ... 40
Gambar 4.14 THD Arus Detik 0,4 Sampai 0,7 Pada Bus Grid menggunakan PI-PSO ... 40
Gambar 4.15 THD Arus Detik 0,8 Sampai 1 Pada Bus Grid menggunakan PI-PSO ... 41
Gambar 4.16 THD Arus Detik 0,4 Sampai 0,7 Pada Bus PCC menggunakan PI-PSO ... 41
Gambar 4.17 THD Arus Detik 0,8 Sampai 1 Pada Bus PCC menggunakan PI-PSO ... 42
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Data Harmonisa Tegangan Pada Sistem Standar IEEE 59 – 1992 ... 9
Tabel 2.2 Data Harmonisa Arus pada Sistem Standar IEEE 59 – 1992 ... 9
Tabel 2.3 Hysterisis Band Up-Down ... 13
Tabel 3.1 Data Spesifikasi Sumber Generator PT. Wijaya Karya ... 18
Tabel 3.2 Data Beban Feeder PLN Rengat ... 18
Tabel 3.3 Data Beban Area Feeder Pasar Ringgit... 18
Tabel 3.4 Data Beban Area Feeder Japura ... 19
Tabel 3.5 Data Transformator ... 19
Tabel 3.6 Spesifikasi Photovoltaic Pada Data Sheet ... 20
Tabel 3.7 Data Transformator ... 21
Tabel 3.8 Parameter Konverter ... 22
Tabel 3.9 Spesifikasi Parameter Beban ... 25
Tabel 3.10 Parameter Optimasi Pengujian Sistem ... 31
Tabel 4.1 Hasil Percobaan Mencari nilai Kp dan Ki Menggunakan Kontrol PI-PSO ... 39
Tabel 4.2 Perbandingan Hasil Total Harmonic Distortion (THD) Arus Pada Sistem ... 42
44
DAFTAR PUSTAKA
[1] Dzulfikar, D., & Broto, W. (2016). “,Optimalisasi Pemanfaatan Energi Listrik Tenaga Surya Skala Rumah Tangga” Vol.5, Hal. SNF2016-ERE-73-SNF2016-ERE-76
[2] Dani, I. N., Ba’afai, U., & Ramli, M. (2014). “Desain Filter Aktif dengan Skema Fuzzy Logic Controller untuk Mereduksi Harmonisa”. Jurnal Rekayasa Elektrika,Vol. 11.
[3] Agus Sudiatma Pratama, I. N., Rinas, I. W., & Ibi Weking, A. (2018).” Simulasi Peredaman Distorsi Harmonisa Menggunakan Filter Aktif Dan Analisis Rugi-Rugi Daya Pada Sistem Kelistrikan Di Hotel the Bene Kuta”. Jurnal SPEKTRUM, Vol. 4, Hal.113.
[4] Utomo, A. I., Warsito, A., & Handoko, S. (n.d.).(2014).” Optimisasi Filter Daya Aktif Paralel Menggunakan Particle Swarm Optimization”.Jurnal TRANSIENT, Vol.4, Hal.530-535.
[5] Arkan, Dresta Ari.(2019).” Desain Filter Aktif Berbasis Kontrol Hysterisis Sebagai Kompensasi Harmonisa dari Beban non–linear Akibat Injeksi Inverter DG”. Fakultas Teknik, Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah Malang, Malang.
[6] Mohamed-Rida Bengourina, Mostefa Rahli, Saadi Slami, L. H. (2017). “Optimization of direct power control of three-phase shunt active power filter by using PSO algorithm.
Leonardo Electronic Journal of Practices and Technologies”. Vol. 31, Hal. 16.
[7] Suharto, I., Elektro, J. T., & Pontianak, P. N. (2013). “Simulasi Pengendali Filter Aktif Sebagai Upaya Memperbaiki Kualitas Daya Listrik Di Laboratorium Teknik Listrik Politeknik Negeri Pontianak”. Vol.5, Hal. 7–12.
[8] Setiyono, Teknik Elektro, J., & Gunadarma, U. (2009). “Simulasi Eliminasi Harmonisa Menggunakan Teori Daya Sesaat P-Q (Intantaneous Power p q theory) Pada Jaringan Power Sistem Beban Tidak Seimbang Dengan Matlab Simulink”. Hal. 1–5.
[9] Wardhana, D. W., Wahyudi, A., & Nurhadi, H. (2016). “Perancangan Sistem Kontrol PID Untuk Pengendali Sumbu Azimuth Turret Pada Turret-Gun Kaliber 20mm”. Jurnal Teknik ITS, Vol. 5(2), Hal. 512–516.
45
[10] Machmud, E.,Ach. Jakfar G.,& Nurhadi. (2018).” Analisis Perbandingan Metode Mppt Menggunakan M Odified Incremental Conductance Dan Perturb And Observe Pada Konverter Sepic”. Fakultas Teknik, Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah Malang, Malang.
[11] Turksoy, A., Hames, Y., Teke, A., & Latran, M. B. (2018). “A novel adaptive switching method to reduce DC-Link capacitor ripple in PV based grid-connected inverter”. Jurnal Solar Energy, Vol. 173, Hal. 702–714.
[12] Ohnmar Oo, S., & Za Kyin, L. (2016). “Power Conversion Model and Simulation of Grid Connected Solar and Wind Hybrid Sistem”.Technology, and Sciences (ASRJETS) American Scientific Research Journal for Engineering, Vol. 26(2), Hal. 219–238.
[13] Lindstens, J. (2017). “ Study of a battery energy storagesistem in a weak distributiongrid”. Hal. 15–18.
[14] Budhrani, A. H., Bhayani, K. J., & Pathak, A. R. (n.d.).{2018) “Design Parameters of Shunt Active Filter for Harmonics Current Mitigation”. PDPU Journal of Energy &
Management, Vol. 2(2), Hal. 59–65.
[15] Bajaj, M., Rana, A. S., Maji, S., & Srivastava, P. (2019). “Harmonics Compensation of Three Phase Rectifier DC Motor Drive by Shunt Active Power Filter”.
46
