BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sistem Distribusi - Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan Akibat Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah Pada Sistem Distribusi Tiga Fasa Menggunakan DVR Berbasis Pengendali Logika Fuzzy

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].

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

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).

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

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

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

+ 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 :

𝐼𝑏 = 0; 𝐼𝑐 = 0; 𝑉𝑎 = 0

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

𝑉𝑎0+ 𝑉𝑎1+ 𝑉𝑎2 = −𝐼𝑎1𝑍0+ 𝐸𝑎− 𝐼𝑎1𝑍1− 𝐼𝑎1𝑍2……….(2.5)

V = 0 p.u.

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)

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.

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.

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:

= rating tegangan pasokan

pcc

C

= tegangan fasa selama kedip

DC

P

= kapasitansi kapasitor DC link

series

Voltage Source Inverter (VSI) atau sederhananya inverter, adalah sistem

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]

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 : 𝑓_𝑟𝑒𝑓 = frekuensi sinyal referensi sinusoidal = 𝑓𝑐𝑎𝑟

𝑓𝑟𝑒𝑓

𝑓_𝑐𝑎𝑟 = 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]

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

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.

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].

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

Gambar 2.18 Teknik kompensasi Pre-Sag [21]

Dimana : VDVR =

pre-sag = tegangan beban sebelum gangguan = 1 pu Iload

S = sudut antara arus beban IL dengan kedip tegangan V Pada kondisi normal, tegangan sistem (V

Sag

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.

𝑆1𝐷𝑉𝑅 = 𝐼𝐿 . V1DVR

𝑆1𝐷𝑉𝑅 = 𝐼𝐿.�𝑉𝐿2+ 𝑉𝑆2− 2𝑉𝐿𝑉𝑆cos (𝛿𝐿− 𝛿𝑆) ...….... (2.11)

...………... (2.10)

dan daya aktif DVR adalah :

𝑃1𝐷𝑉𝑅 = 𝐼𝐿(𝑉𝐿cos𝛿𝐿− 𝑉𝑆cos𝛿𝑆 ) ....……...…... (2.12)

Besaran dari VDVR

𝑉1𝐷𝑉𝑅 = �𝑉𝐿2+ 𝑉𝑆2− 2𝑉𝐿𝑉𝑆cos (𝛿𝐿− 𝛿𝑆) ..…... (2.13)

dapat dihitung dengan persamaan :

dan sudut fasa pada VDVR

𝜃1𝐷𝑉𝑅 = 𝑎𝑟𝑐tan_𝑉𝑆𝑉_{cos 𝛿−}𝑆sin 𝛿_𝑉𝐿 ...……..……...…... (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.

mendapatkan nilai 𝑉_{𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑔} sebesar 1 pu.

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

𝑆2𝐷𝑉𝑅 = 𝐼𝐿.𝑉2𝐷𝑉𝑅 ...……... (2.15)

𝑃2𝐷𝑉𝑅 = 𝐼𝐿𝑉𝐷𝑉𝑅cos𝛿𝑠 = 𝐼𝐿 (𝑉𝐿− 𝑉𝑆 ) cos𝛿𝑆 ....…... (2.16)

Besaran dan sudut fasa VDVR

𝑉2𝐷𝑉𝑅 = 𝑉𝐿− 𝑉𝑆…………...…..…... (2.17) adalah

𝛿2𝐷𝑉𝑅 = 𝛿𝑆 ...…………... (2.18)

c. Teknik kompensasi Optimasi Energi

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 𝑉_𝐷𝑉𝑅 mempunyai sudut fasa

900 terhadap arus beban. Bila dianalisa maka 𝑉_𝐷𝑉𝑅 dengan metode ini ternyata lebih besar jika dibandingkan dengan 𝑉_𝐷𝑉𝑅 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.

|𝑉_{𝑙𝑜𝑎𝑑}| =𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛

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

|𝐼_{𝑙𝑜𝑎𝑑}| =𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛

|𝑃_{𝑙𝑜𝑎𝑑}| =𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛

|𝑄_{𝑙𝑜𝑎𝑑}| =𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛

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].

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]:

�𝑉𝑉𝑑𝑞

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]

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) = 𝑉_𝑟𝑒𝑓 - 𝑉_𝑆 ... (2.20)

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

- Fuzzification

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

- Pengambilan Keputusan

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 𝐶∗ = (𝐶1∗ 𝐴1+𝐶2∗𝐴2)

𝐴1+𝐴2 , 𝑑𝑖𝑚𝑎𝑛𝑎; C1, A1 adalah centroid dan turunan area

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

Gambar 2.27 Rangkaian ekivalent satu fasa [27]

Dalam hal ini, VSI dianggap sebagai sumber tegangan dengan amplitudo

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

diwakili oleh sebuah sumber tegangan ideal yang memiliki amplitudo 𝐸_𝑔dan

induktansi 𝐿_𝑔. Tegangan yang tersedia sebelum DVR adalah 𝑉_𝑔 dan beban

dimodelkan sebagai tahanan seri 𝑅_𝑙 dan sebuah induktansi 𝐿_𝑙.

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):

𝐿 𝑑𝑖1

𝑑𝑡 + 𝑅1𝑖1 (𝑡) = 𝑉𝑔(𝑡) + 𝐾𝑡𝑉𝑐 (t) ... (2.22) L = 𝐿_𝑡+ 𝐿_𝑙

dan 𝑉_𝑙 (𝑡) = 𝐿_𝑙 𝑑𝑖𝑙

𝑑𝑡 + 𝑅𝑙𝑖𝑙 (𝑡) ... (2.23) Dimana ; 𝑉_𝑙(𝑡) =𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛𝑓𝑎𝑠𝑎𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛

Memakai transformasi Park’s pada kedua Persamaan (2.22) dan Persamaan (2.23)

Sebuah kedip tegangan simetris terjadi pada t = 𝑡₀ dapat diwakili dalam

sistem referensi ini dengan variasi langkah tegangan jaringan ∆𝑉_𝑔𝑑(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 ∆𝑖_𝑙𝑑(𝑡0) = ∆𝑖_𝑙𝑔(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∆𝑖_𝑙𝑑 (s) + 𝑅_𝑙∆𝑖_𝑙𝑑(𝑠)− 𝜔𝐿∆𝑖_𝑙𝑞(𝑠) = ∆𝑉_𝑔𝑑(𝑠) +𝐾_𝑡∆𝑉_𝑐𝑑(𝑠) .... (2.28)

sL∆𝑖_𝑙𝑞(𝑠) +𝑅_𝑙∆𝑖_𝑙𝑞(𝑠) + 𝜔𝐿∆𝑖_𝑙𝑑(𝑠) = ∆𝑉_𝑔𝑞(𝑠) +𝐾_𝑡∆𝑉_𝑐𝑞(𝑠) .... (2.29)

∆𝑣_𝑙𝑑(𝑠) =𝑠𝐿₁∆𝑖_𝑙𝑑(s)+𝑅₁∆𝑖_𝑙𝑑(𝑠)− 𝜔𝐿_𝑖∆𝑖_𝑙𝑄𝑞(𝑠) ... (2.31)

∆𝑣_𝑙𝑔(𝑠) =𝑠𝐿₁∆𝑖_𝑙𝑑(s)+𝑅₁∆𝑖_𝑙𝑞(𝑠) +𝜔𝐿_𝑖∆𝑖_𝑙𝑑(𝑠)] ... (2.31)

Setelah beberapa manipulasi aljabar, satu dengan mudah didapatkan dari Persamaan (2.28), (2.29), (2.30) dan (2.31) sebagai berikut ; Dapat dikontrol, dijelaskan dengan sederhana oleh

∆𝑣_𝐼𝑑(𝑠) =𝐺(𝑠)∆𝑣′_𝑐𝑑(s) and∆𝑣_𝑙𝑞(𝑠) =𝐺(𝑠)∆𝑣′_𝑐𝑞(𝑠) ... (2.37) Pasangan Persamaan diatas dalam (2.34) dapat ditulis dalam satu Persamaan tunggal

∆𝑣_𝐼𝑑𝑞 = 𝐺(𝑠)𝑣′_𝑙𝑞 ... (2.38)

2.6.2. Skema Kendali Fuzzy

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.