DESAIN FILTER AKTIF DENGAN SKEMA FUZZY LOGIC
CONTROLLER UNTUK MEREDUKSI HARMONISA
OLEH
IRFANDI NU’MAN DANI
127034014
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
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
Telah diuji Pada
Tanggal : 09 Juni 2014
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Anggota : 1. Dr. Marwan Ramli, M.Si
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
i
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 tegangan di sisi sumber, THDi sebelum pemasangan filter adalah sebesar 26,16% dan dapat diturunkan menjadi 2,42%. Sedangkan THDv berhasil di reduksi dari 0,45% menjadi 0,17%. Harmonisa orde ke lima merupakan komponen harmonisa yang paling mengganggu, dimana nilai IHDi sebelum pemasangan filter adalah sebesar 21,44% menjadi 1,2% setelah pemasangan filter aktif.
ii 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. THDi in the prior of filter
installment is 26,16% and can be reduced to 2,42%. Meanwhile, THDv can be
reduced from 0,45% to 0,17%. The fifth order harmonics is the most disturbing
harmonics component in which the value of IHDi prior to filter installment, is 21,44%
and becomes 1,2% after the installment of active filter.
iii
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
iv
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,
v
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
2.6.2 Implementasi transformasi Park... 28
2.7 Fuzzy Logic Control... 30
2.7.1 Proses fuzzifikasi ... 32
2.7.2 Pembentukan aturan ... 36
vi
2.8 Desain sistem... 41
2.9 Pemodelan sistem menggunakan Matlab... 42
2.9.1 Sumber... 43
2.9.2 Impedansi saluran... 44
2.9.3 Pemodelan beban tidak linear... 45
2.9.4 Blok FLC Controller... 45
2.9.5 Transformasi pq... 51
2.9.6 Hysteresis Controller... 53
2.9.7 Multilevel Inverter... 54
BAB III METODE PENELITIAN... 55
3.1 Parameter simulasi... 56
3.2 Hasil simulasi sebelum dipasang filter... 59
3.3 Hasil simulasi setelah dipasang filter... 63
3.3.1 Skenario FLC 5 fungsi keanggotaan... 64
3.3.2 Skenario FLC 7 fungsi keanggotaan... 70
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 75
4.1 Sebelum dipasang filter... 75
4.2 Setelah dipasang filter... 78
4.2.1 Skenario FLC 5 Fungsi Keanggotaan... 78
4.2.2 Skenario FLC 7 Fungsi Keanggotaan... 83
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 89
5.1 Kesimpulan... 89
5.2 Saran... 90
vii
DAFTAR GAMBAR
Nomor Penjelasan Halaman
2.1 Distorsi gelombang harmonisa ... 8
2.2 Konfigurasi inverter VSI... 17
2.3 Konfigurasi inverter CSI... 18
2.4 Inverter dua level satu fasa (kiri) dan gelombang keluaran (kanan)... 19
2.5 Tegangan keluaran PWM (hijau), gelombang referensi (berwarna biru) ... 19
2.6 Tegangan keluaran Multilevel Inverter 3 tingkat ... 20
2.7 Tegangan keluaran Multilevel Inverter 5 tingkat ... 20
2.8 Tegangan keluaran Multilevel Inverter 7 tingkat ... 21
2.9 Klasifikasi topologi Cascade Multilevel Inverter ... 22
2.10 Topologi Multilevel Inverter Diode-Clamped... 23
2.11 Topologi Multilevel Inverter Flying-Capacitor……... 25
2.12 Respon magnitude LPF... 27
2.13 Proses transformasi pq... 29
2.14 Diagram Fuzzy untuk pemodelan controller pada filter ... 31
2.15 Representasi linier naik... 33
2.16 Representasi linier turun... 34
2.17 Kurva segitiga... 35
viii
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-Clamp... 54
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 THDi sebelum pemasangan filter aktif... 60
3.4 Tegangan sebelum pemasangan filter (a) Fasa R (b) Fasa S (c) Fasa T... 61
3.5 THDv sebelum pemasangan filter aktif... 62
3.6 (a) Tegangan di sisi beban (b) Arus di sisi beban (c) Arus di sisi sumber... 63
ix
3.8 THDi 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 THDv dengan filter aktif FLC 5 fungsi keanggotaan... 67
3.11 (a) Tegangan beban (b) Arus di sisi beban (c) Arus di sisi
3.15 Gelombang tegangan filter aktif FLC 7 fungsi keanggotaan (a)
Fasa R (b) Fasa S dan (c) Fasa T... 72
4.1 Perbandingan nilai IHDV sebelum dan sesudah pemasangan
filter aktif FLC 5 fungsi keanggotaan... 80
4.2 Perbandingan nilai IHDI 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 IHDI sebelum dan sesudah pemasangan
x
DAFTAR TABEL
Nomor Penjelasan Halaman
1.1 Data penelitian pendukung... 4
2.1 Batas harmonisa tegangan sesuai standar IEEE 519-1992... 13
2.2 Batas harmonisa arus sesuai standar IEEE519-1992... 14
2.3 Aplikasi filter aktif tergantung pada permasalahan kualitas daya... 16
2.4 Kombinasi switch untuk menghasilkan variasi tegangan keluaran 24 2.5 Aturan set fuzzy untuk 5 fungsi keanggotaan... 47
2.6 Aturan set fuzzy untuk 7 fungsi keanggotaan... 50
3.1 Parameter simulasi dengan Matlab... 56
4.1 IHDV sebelum pemasangan filter aktif`... 76
4.2 IHDI sebelum pemasangan filter aktif... 77
4.3 Hasil simulasi beban sebelum pemasangan filter... 78
4.4 IHDV setelah pemasangan filter aktif FLC 5 Level... 79
4.5 IHDI setelah pemasangan filter aktif FLC 5 Level... 81
4.6 Hasil simulasi filter FLC 5 dengan Multilevel Inverter... 82
4.7 IHDV setelah pemasangan filter aktif FLC 7 Level... 83
4.8 IHDI setelah pemasangan filter aktif FLC 7 Level... 85
4.9 Hasil simulasi filter FLC 7 dengan Multilevel Inverter... 87
xi
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
THDv : Total Harmonic Distortion Voltage
THDi : Total Harmonic Distortion Current
