i
ABSTRAK
Judul : Simulasi Mengurangi Harmonisa Pada Jala-Jala Listrik Satu Fasa Menggunakan Metoda Ramptime Current-Controlled Hybrid Active Power Filter
Nama : Mughni Yumashar NRP: 0722060
Email : Mughnimail@gmail.com
Semakin banyaknya beban yang non linier menyebabkan masalah harmonisa menjadi hal yang banyak diperbincangkan. Pada tugas akhir ini disimulasikan penggunaan Hybrid Active Power Filter (HAPF) paralel yang merupakan sebuah Active Power Filter (APF) paralel yang digabung dengan filter pasif LCL untuk mengkompensasi harmonisa pada arus jala-jala satu fasa. Selain itu dilakukan juga perbandingan hasil antara penggunaan APF dan HAPF. Sistem yang digunakan untuk mengendalikanAPF adalah Ramptime Current Controlled. Sistem yang dibuat cukup sederhana dan mudah dimengerti serta memberikan hasil yang baik. Di mana arus jala-jala berbentuk sinusoidal dan satu fasa dengan tegangan jala-jala berdasarkan hasil simulasi mengunakan MATLAB. Penggunaan HAPF memberikan hasil kompensasi yang lebih baik dibandingkan dengan system yang hanya menggunakan APF sedangkan distorsi harmonisa total dapat dikurangi hingga mencapai kurang dari 5%.
ii
ABSTRACT
Title : Harmonic Mitigation On One Phase Power Line Using Ramptime Current-Controlled Hybrid Active Power Filter Method Simulation
Name : Mughni Yumashar NRP: 0722060
Email : Mughnimail@gmail.com
Increasement of non linier load these days give impact in increasing of harmonic problem. In this thesis the used of Shunt Hybrid Active Power Filter (HAPF) which is a Shunt Active Power Filter (APF) combined with LCL passive filter is simulated for harmonic compensation on one phase power line current. This thesis also present result comparation between the used of APF and HAPF. Control system for APF is Ramptime Current Controlled. The system is quite simple and easy to understand. It gives good result where is able to make power line current back to sinusoidal and one phase with power line voltage based on simulation in MATLAB. Simulation shown that HAPF gives better result compared with APF while total harmonic distortion can be reduced until below 5%.
iii
DAFTAR ISI
Abstrak i
Kata Pegantar iii
Daftar Isi v
Daftar Gambar vii
Daftar Tabel xi
Bab 1. Pendahuluan 1
1.1 Latar Belakang Masalah 1
1.2 Identifikasi Masalah 1
1.3 Perumusan Masalah 2
1.4 Tujuan 2
1.5 Batasan Masalah 2
1.6 Metodologi 2
1.7 Sistematika Penulisan 2
Bab 2. Landasan Teori 4
2.1 Gelombang Harmonisa 4
2.2 Penentuan Distorsi Harmonisa 5
2.3 Penghilangan Harmonisa 6
2.3.1 Filter Pasif 6
2.3.2 Active Power Filter (APF) 7
2.3.3 Hybrid APF(HAPF) 8
2.3.4 Konsep Penghilangan Arus Harmonisa Dengan APF 9
2.4 Sistem Pengendalian APF 10
2.4.1 Ramptime Current Controlled (RCC) 11
Bab 3. Perencanaan Simulasi 13
3.1 Rangkaian Sumber 13
3.2 Rangkaian Beban 13
3.2.1 Rangkaian Beban 1 14
3.2.2 Rangkaian Beban 2 15
3.2.3 Rangkaian Beban 3 16
iv
3.3 Rangkaian APF 17
3.3.1 Rangkaian HAPF 17
3.3.2 Penentuan Parameter Pasif Filter LCL 18
3.4 Pengukuran Nilai Parameter 21
3.4.1 Pengukuran Vs 21
3.4.2 Pengukuran IL 22
3.4.3 Pengukuran Vdc 22
3.4.4 Pengukuran THD 23
3.5 Blok Kendali 24
3.5.1 Voltage Control Loop 25
3.5.2 Ramptime Current Controlled (RCC) 28 3.5.3 Penentuan nilai variable y 31
Bab 4. Hasil 33
4.1 Rangkaian Beban 1 33
4.2 Rangkaian Beban 2 36
4.3 Rangkaian Beban 3 4.4 Rangkaian Beban 4
49 42
4.5 Rangkuman Hasil 45
Bab 5. Kesimpulan dan Saran 46
5.1 Kesimpulan 46
5.2 Saran 46
Daftar Pustaka 47
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gelombang Sinusoida dan gelombang yang terdistorsi 4 Gambar 2.2 Titik PCC pada sistem jala-jala listrik 5
Gambar 2.3 Full bridge inverter satu fasa 7
Gambar 2.4 APF paralel 7
Gambar 2.5 APF seri 8
Gambar 2.6 HAPF full bridge LCL paralel satu fasa 8
Gambar 2.7 Blok sederhana jala-jala listrik dengan beban linier 9 Gambar 2.7 Blok sederhana konsep penghilangan harmonisa dengan
APF
9
Gambar 2.8 Blok sistem kendali APF 10
Gambar 2.13 Arus error ideal 11
Gambar 3.1 Sumber AC satu fasa 13
Gambar 3.2 Rangkaian beban 1 14
Gambar 3.3 Parameter dioda pada rectifier 14
Gambar 3.4 Rangkaian beban 2 15
Gambar 3.5 Rangkaian beban 3 16
Gambar 3.6 Rangkaian beban 4 16
Gambar 3.7 APF full bridge satu fasa dengan menggunakan IGBT 17 Gambar 3.8 HAPF full bridge LCL satu fasa dengan menggunakan
IGBT
18
Gambar 3.9 Simulasi untuk memperolah komponen perhitungan Iripm 20
Gambar 3.10 Blok untuk pengukuran 21
Gambar 3.11 Posisi pengukuran Vs 22
Gambar 3.12 Posisi pengukuran IL 22
Gambar 3.13 Posisi pengukuran Vdc 23
Gambar 3.14 Menu analisis blok powergui 23
vi
mengukur THD menggunakan analisis FFT pada blok powergui Gambar 3.16 Menu analisis FFT pada menu analisis powergui untuk menghitung THD
24
Gambar 3.17 Blok discrete 1-phase pll 25
Gambar 3.18 Parameter discrete 1-phase pll 25
Gambar 3.19 Keluaran port Sin_Cos pada blok discrete 1-phase pll saat diberikan masukan gelombang sinus 100v 50Hz
26
Gambar 3.20 Rangkaian Vdcr 26
Gambar 3.21 Rangkaian voltage control loop 27
Gambar 3.22 Rangkaian voltage control loop dalam blok dan proses menghasilkan arus error serta proses mengubahnya ke bentuk sinyal pulsa
27
Gambar 3.23 Rangkaian Ramptime Current Controlled 28
Gambar 3.24 Arus error ideal untuk RCC 28
Gambar 3.25 Rangkaian komparator 29
Gambar 3.26 Bentuk gelombang masukan (es) dan keluaran (s) pd proses RCC dengan masukan pulsa berperiode 0.5s
30
Gambar 3.27 Pemrosesan sinyal s untuk dimasukkan ke APF 30
Gambar 3.28 Rangkaian lengkap blok kendali 31
Gambar 3.29 Pembagian ramp 31
Gambar 4.1 Arus harmonisa (a) dan tegangan sumber (b) rangkaian beban 1 sebelum dihubungkan dengan filter
33
Gambar 4.2 Spektrum arus harmonisa rangkaian beban 1 sebelum dihubungkan dengan filter
33
Gambar 4.3 Arus harmonisa (a) dan tegangan sumber (b) rangkaian beban 1 setelah dihubungkan dengan filter menggunakan HAPF
34
Gambar 4.4 Spektrum arus harmonisa rangkaian beban 1 setelah dihubungkan dengan filter menggunakan HAPF
34
Gambar 4.5 Arus harmonisa (a) dan tegangan sumber (b) rangkaian beban 1 setelah dihubungkan dengan filter menggunakan APF
35
Gambar 4.6 Spektrum arus harmonisa rangkaian beban 1 setelah dihubungkan dengan filter menggunakan APF
35
vii beban 2 sebelum dihubungkan dengan filter
Gambar 4.8 Spektrum arus harmonisa rangkaian beban 2 sebelum dihubungkan dengan filter
36
Gambar 4.9 Arus harmonisa (a) dan tegangan sumber (b) rangkaian beban 2 setelah dihubungkan dengan filter menggunakan HAPF
37
Gambar 4.10 Spektrum arus harmonisa rangkaian beban 2 setelah dihubungkan dengan filter menggunakan HAPF
37
Gambar 4.11 Arus harmonisa (a) dan tegangan sumber (b) rangkaian beban 2 setelah dihubungkan dengan filter menggunakan APF
38
Gambar 4.12 Spektrum arus harmonisa rangkaian beban 2 setelah dihubungkan dengan filter menggunakan APF
38
Gambar 4.13 Arus harmonisa (a) dan tegangan sumber (b) rangkaian beban 3 sebelum dihubungkan dengan filter
39
Gambar 4.14 Spektrum arus harmonisa rangkaian beban 3 sebelum dihubungkan dengan filter
39
Gambar 4.15 Arus harmonisa (a) dan tegangan sumber (b) rangkaian beban 3 setelah dihubungkan dengan filter menggunakan HAPF
40
Gambar 4.16 Spektrum arus harmonisa rangkaian beban 3 setelah dihubungkan dengan filter menggunakan HAPF
40
Gambar 4.17 Arus harmonisa (a) dan tegangan sumber (b) rangkaian beban 3 setelah dihubungkan dengan filter menggunakan APF
41
Gambar 4.18 Spektrum arus harmonisa rangkaian beban 3 setelah dihubungkan dengan filter menggunakan APF
41
Gambar 4.19 Arus harmonisa (a) dan tegangan sumber (b) rangkaian beban 4 sebelum dihubungkan dengan filter
42
Gambar 4.20 Spektrum arus harmonisa rangkaian beban 4 sebelum dihubungkan dengan filter
42
Gambar 4.21 Arus harmonisa (a) dan tegangan sumber (b) rangkaian beban 4 setelah dihubungkan dengan filter menggunakan HAPF
43
Gambar 4.22 Spektrum arus harmonisa rangkaian beban 4 setelah dihubungkan dengan filter menggunakan HAPF
43
viii
beban 4 setelah dihubungkan dengan filter menggunakan APF Gambar 4.24 Spektrum arus harmonisa rangkaian beban 4 setelah dihubungkan dengan filter menggunakan APF
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Batas Distorsi Harmonisa 6
Tabel 3.1 Nilai Parameter LCL 21
48
LAMPIRAN
52 Gambar L.4 Rangkaian lengkap dengan rangkaian beban 4
1
BABB1B
PENDAHULUANB
1.1
Latar Belakang Masalah
Banyaknya beban yang tidak linear, seperti pengontrol AC, charger, PC,
menyebabkan munculnya arus harmonisa pada jala-jala listrik. Harmonisa adalah
sebuah distorsi pada sinyal sinusoidal. Hal ini menyebabkan menurunnya kualitas
energi listrik dan dapat merusak peralatan elektronik lain yang ada di sistem jala-jala
listrik tersebut. Besaran untuk menghitung nilai harmonisa disebut distorsi harmonisa
total atau THD (
Total Harmonic Distortion)
yang merupakan persentase dari
penjumlahan semua orde harmonisa. Tingginya THD dapat menyebabkan kerugian
secara finansial karena dapat mengakibatkan turunnya faktor daya sehingga
menambah biaya penggunaan listrik.
Masalah harmonisa tersebut dapat diatasi menggunakan filter pasif dan filter
daya aktif (
Active Power Filter
/ APF). Akhir-akhir ini APF menjadi studi yang
sering dibahas untuk digunakan sebagai penghilang harmonisa karena lebih baik
dalam menekan harmonisa dan memperbaiki faktor daya. APF yang digunakan dalam
tugas akhir ini adalah konfigurasi paralel menggunakan
Hybrid Active Power Filter
(HAPF)
yang merupakan APF
dengan penambahan filter pasif. Filter pasif yang
digunakan adalah filter pasif LCL. Sedangkan teknik untuk mengendalikan HAPF
digunakan metoda
Ramptime Current-Controlled
.
1.2
Identifikasi Masalah
BAB 1 Pendahuluan
2
1.3
Perumusan Masalah
Bagaimanakah cara mengurangi THD pada jala-jala listrik satu fasa sampai
pada tingkat yang diperbolehkan (<5%)?
1.4
Tujuan
Mengurangi THD pada arus jala-jala listrik satu fasa sampai pada tingkat yang
diperbolehkan (<5%).
1.5
Batasan Masalah
Digunakan simulasi untuk membuktikan kinerja sistem yang digunakan.
Sistem dirancang untuk jala-jala listrik satu fasa.
Sistem hanya berfokus terhadap pengurangan THD pada arus listrik.
Simulasi menggunakan MATLAB.
1.6
Metodologi
Metode yang digunakan adalah metode eksperimen dengan melakukan
simulasi menggunakan software MATLAB.
1.7
Sistematika Pembahasan
Sistematika pembahasan laporan ini disusun menjadi lima bab, yaitu sebagai berikut:
BAB I: PENDAHULUAN
Bab ini membahas tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan, pembatasan
masalah.
BAB II: LANDASAN TEORI
Bab ini membahas tentang dasar teori tetang harmonisa dan cara mengatasinya.
BAB III : PERENCANAAN SIMULASI
BAB 1 Pendahuluan
3
BAB IV : HASIL
Membahas hasil dari simulasi
BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN
BABB5BKesimpulanBDanBSaranB
B
46B
B
BABB5B
KESIMPULANBDANBSARANB
B
5.1BKesimpulanB
BerdasarkanB simulasi,B sistemB yangB dibuatB berhasilB mencapaiB tujuanB yaituB
menekanB THDB hinggaB kurangB dariB 5%.B HasilB terbaikB mampuB menekanB THDB dariB
100.34%B menjadiB 2.43%B .B SelainB ituB penggabunganB filterB pasifB LCLB denganB APFB
(HAPF)BdapatBmembuatBhasilB kompensasiBmenjadiBlebihBbaikBdibandingkanBdenganB
sistemByangBhanyaBmenggunakanBAPF.BB
B
5.2
SaranB
47
DAFTAR PUSTAKA
1. Baker D., Angelidis V. G., dan Nayar C. V. 1998. ”Implementation of a Zero Average Current Error Control Algorithm for Inverter using a Digital Signal Processor”. Industrial Electronics, 1998. Proceedings. ISIE '98. IEEE International Symposium on, Vol. 2: 450-455.
2. Borle L. J. 1999. ”Zero average current error control methods for bidirectional AC-DC converters”. Curtin University of Technology, School of Electrical and Computer Engineering. http://espace.library.curtin.edu.au/ R?func=dbin-jump-full&local_base=gen01-era02&object_id=10467 [13 Juni 2011]
3. Borle L. J. dan Nayar C. V. 1996. “Ramptime Current Control”. Applied Power Electronics Conference and Exposition, 1996. APEC '96. Conference Proceedings 1996., Eleventh Annual, Vol. 2: 828-834.
4. Liserre M., Blaabjerg F. dan Hansen S. 2005. ”Design and Control of an LCL-Filter-Based Three-Phase Active Rectifier”. Industry Applications Conference, 2001. Thirty-Sixth IAS Annual Meeting. Conference Record of the 2001 IEEE, Vol. 1: 299-307.
5. Rasyid, M. H. 1998. “Power Electronics Second Edition”. New Jersey: Prentice-Hall, Inc.
6. Sun W., Chen Z. dan Wu X. 2009. “Intelligent Optimize Design of LCL Filter for Trhee Phase Voltage-Source PWM Rectifier”. Power Electronics and Motion Control Conference, 2009. IPEMC '09. IEEE 6th International, 970-974.
7. Tumbelaka H. dan Borle L. J. 2010. ”Harmonic Mitigation Using a Polarized Ramptime Current-Controlled Inverter”. TELKOMNIKA: Indonesian Journal of Electrical Engineering, Vol. 8, No. 3: 235-244.
8. Welly L. 2009. ”Simulasi shunt active power filter tiga phasa dengan metodasyncrhonous reference frame”. Universitas Kristen Petra. http://dewey.petra.ac.id/jiunkpe_dg_11528.html [6 Oktober 2011]