DYNAMIC VOLTAGE RESTORER (DVR) UNBLOCKING ZERO SEQUENCE UNTUK PERBAIKAN KUALITAS TEGANGAN MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY POLAR

DYNAMIC VOLTAGE RESTORER (DVR) UNBLOCKING ZERO SEQUENCE UNTUK PERBAIKAN KUALITAS TEGANGAN MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY POLAR

Jurusan Teknik Elektro – FTI ITS 3 Maret 2011

Oleh : Margo Pujiantara

Promotor : Prof. Dr. Ir Mauridhi Hery Purnomo

Co Promotor : Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng.

Permasalahan Umum Pada Kualitas Tegangan di Industri

92% permasalahan listrik pada proses operasi di

industri adalah kedip tegangan dan daya hilang

sesaat … [3]

Kedip Tegangan

Kedip tegangan adalah drop tegangan 0.1 pu sampai

0.9 pu dalam interval pemulihan yang singkat . . . . .

[ IEC 61000-2-8, 2000 ]

Karakteristik Kedip Tegangan

• Amplitudo

• Durasi

Swell

Voltage Sag

Overvoltage

Undervoltage

Momentary Temporary Sustianed interuption 0.5 cycle 3 sec 1 min

Event duration 110%

90%

10%

Normal operating voltage

Event magnitude Notch/transientTransient

. . . Standar IEEE std 1159-1995

Fenomena Kedip Tegangan

Fault occurs here

Line suffers outage

][

Circuit Breaker

Remainder of system suffers voltage sag

Penyebab Kedip Tegangan

• Gangguan hubungan singkat, baik terjadi di instalasi itu sendiri ataupun di penyulang lain.

• Surja alih-hubung akibat operasi pemutus tenaga disaluran tegangan tinggi atau sistem distribusi.

• Perubahan beban yang cukup besar secara tiba- tiba.

• Karakteristik pembebanan konsumen

Kemampuan peralatan sensitif menahan kedip tegangan

• Drop out kontaktor beradasarkan sensitivitas terhadap

tegangan kedip

Kemampuan peralatan sensitif menahan kedip tegangan

• Kurva toleransi voltage sag untuk 7 lampu gas discharge

(Hg=mercury, HPS = Sodium bertekanan tinggi, MH = Metal Halide)

Kemampuan peralatan sensitif

menahan kedip tegangan

Perbandingan Metoda Pemulihan Gangguan Power Quality …. [3]

Type of Fault % of Total PQ Faults

Voltage

Regulator (CVT) DVR UPS

Systems

Spikes 5% Solves Solves Solves

Sag to 80% 35% Solves Solves Solves

Sags from 50% - 80% 45% No Solves Solves

Outage 0-0.15 sec 7% No Solves Solves

Outage 0.15-500 sec 4% No No Solves

>500 sec Outage 4% No No Some

% Faults Solved 100% 40% 92% 96%

Konfigurasi Dasar DVR

• Komponen Utama:

Energy Storage DC

VSI 3 fasa

Booster Transformer

Voltage Regulator

Sensor Tegangan

Diagram Segaris Sistem kelistrikan dengan DVR

Road-map penelitian

DVR

Metode Kompensasi Konfigurasi Kontroler

Pre-Sag

In-Phase

In-Phase Advance

Blocking Zero Sequence Unblocking Zero

Sequence

PI/PID AI

NN

Fuzzy Logic Fuzzy Polar

Perkembangan metode kompensasi, konfigurasi dan kontroler DVR

TAHUN

2010 [17] [16]

2009 [14] [15]

2008 [4] [12] [13]

2007 [11] [19]

[10]

2006 [9]

2005 [8]

2004 [7]

2003 [6]

2002 [18]

2001 [5]

2000 [28] [30]

[27]

1998 [20]

1997

[26]

[24]

[22]

1994 [29]

1992 [25]

KONTROLER PI/PID NN FLC FP PI/PID NN FLC FP PI/PID NN FLC FP PI/PID NN FLC FP

KONFIGURASI Blocking Zero Sequence Blocking Zero Sequence Blocking Zero Sequence Unblocking Zero Sequence METODE

KOMPENSASI In-Phase In-Phase advance Pre-Sag

Metode Yang Diusulkan

Mengembangkan DVR berbasis Fuzzy

Polar controller dengan unblocking zero

sequence pada peralatan tiga fasa empat

kawat

Kontribusi dan Originalitas

Kontribusi :

- Blocking transformer tidak diperlukan lagi - Kontroler menggunakan fuzzy polar

Fuzzy Polar

• Fuzzy polar pertama kali diperkenalkan oleh Takashi Hiyama pada tahun 1991. Fuzzy Polar merupakan sebuah metode optimal decision

yang melakukan pemetaan sinyal dalam bidang polar.

• Prinsip utama dari fuzzy polar yaitu

menentukan besar pergeseran magnitude sinyal input yang akan dikontrol menuju kondisi

equilibrium (kondisi yang dikehendaki).

Fuzzy Polar

Switching Line

Sector A

Sector B

D(k)

p(k) α/2

θ(k) As.

45

α/2

Za(k)

Zs(k)

O

Zs merupakan representasi dari sinyal input Za merupakan representasi penurunan sinyal

input

As merupakan faktor pengali derivatif

α merupakan sudut membership function p merupakan representasi sinyal input dalam

bidang polar

D merupakan representasi magnitude sinyal input dalam bidang polar

θ merupakan representasi sudut sinyal input dalam bidang polar

Fuzzy Polar

Switching Line

Sector A

Sector B

D(k)

p(k) α/2

θ(k) As.

45

α/2

Za(k)

Zs(k)

O

Operating Point :

p(k) =[Zs(k), AsZa(k)]

2

2 ( . ( ))

) ( )

(k Zs k AsZa k

D = +

θ(k) = tan^-1(As.Za(k)/Zs(k))

Fuzzy Polar

1 grade

0 Dr Distance D(k)

G(D(k))

Defuzzyfikasi

max ))].

( ( )) ( ( ))[

( ( )

(k G D k N k P k U

U = θ − θ

Membership function

N(θ) merupakan membership function pertama dari sudut

P(θ) merupakan membership function kedua dari sudut

Dr merupakan pemulihan maksimum yang diinginkan

Umax merupakan nilai maksimum sinyal kontrol

135 180 - 45 0 45

- 180 - 135 1

grade

) (

_d

N θ P ⁽ θ

d

⁾

Degree

θ

d

= 90

α

Fuzzy Polar

• Signal Conditioning.

Rule

Fuzzy Polar dt

d U

Zs Za

Input

Signal

PEMODELAN

Pemodelan Kontroler

Konversi ke Bentuk Polar

Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar

• Pada metode Fuzzy polar perlu ditentukan beberapa parameter antara lain U

_max

dan As. Nilai U

_max

dapat diketahui dari persamaan :

• Untuk mendapatkan Umax, sistem distribusi diberikan gangguan 3 fasa dengan impedansi yang sangat kecil sehingga diperoleh tegangan kedip mendekati 0%. Ini akan mewakili kontrol maksimum yang diperlukan.

max

1

( ( ))[ ( ( ) ( ( ))]

U ⁼ G D k N θ k −P θ k

Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar (abc ke dq0)

Gangguan 3 fasa Sinyal galat

maksimum d = 1 Dipilih As = 0.19

Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar (d ke polar d)

Sinyal galat sumbu d yang diubah menjadi Magnitude D(k)_d dan Sudut θ (k)_dpada bidang polar

2

2 ( . ( ))

) ( )

(k Zs k As Za k

D = + θ(k) = tan^-1(As.Za(k)/Zs(k))

Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar (amplitudo d ke nilai membership function d)

Sinyal output dari rule base fuzzy G(D(k)_d) 1

grade

0 Dr Distance D(k)

G(D(k))

Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar (sudut d ke nilai membership function N)

Sinyal output dari rule base fuzzy N(θ(k)_d) 180

45 135 - 45 0

- 180 - 135 1

grade

) ( _d

N θ P⁽θd ⁾

Degree θd

= 90

α

Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar (sudut d ke nilai membership function P)

Sinyal output dari rule base fuzzy P(θ(k)_d) 180

45 135 - 45 0

- 180 - 135 1

grade

) ( _d

N θ P⁽θd ⁾

Degree θd

= 90

α

Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar

Parameter-parameter sumbu d

Parameter Nilai

G(D(k)_d) 1

N( (k)_d) 0,6196

P( (k)_d) 0,3804

max

1

( ( ))[ ( ( )) ( ( ))]

U

G D k N θ k P θ k

= −

max

1

1.[0.6196 0.3804]

U =

−

max

4,18

U =

Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar

Sinyal galat pada sistem tenaga listrik yang mengalami gangguan 1 fasa ketanah dalam koordinat dq0

Penentuan Parameter Kontrol Fuzzy Polar

No

Fuzzy Polar Parameter Direct

input d

Quadrature input q

Zero input 0

1. As 0.19 0.19 0.19

2. Dr 1 1 1

3. α 90º 90º 90º

4. Umax 41.841 57.799 82.706 No

Fuzzy Polar Parameter Direct

input d

Quadrature input q

Zero input 0

1. As 0.19 0.19 0.19

2. Dr 1 1 1

3. α 90º 90º 90º

4. Umax 4.18 4.18 4.18

PARAMETER KONTROL KEDIP TEGANGAN

PARAMETER KONTROL HARMONISA TEGANGAN

Pemulihan Profil Tegangan Akibat Harmonisa

Kondisi sistem distribusi dengan beban harmonisa dan THD = 8,31%

Kondisi pemulihan THD menjadi 1,76%

Pemulihan Profil Tegangan Akibat Harmonisa

Pemulihan profil tegangan akibat harmonisa

Kondisi Awal THD (%)

Setelah Pemulihan THD (%)

Persentase Pemulihan

(%)

13,80 3,60 73,91

10,78 2,42 77,55

8,31 1,76 78,82

Pemulihan kedip tegangan

Pemulihan kedip tegangan 50% untuk gangguan 3 fasa

Pemulihan kedip tegangan

Pemulihan kedip tegangan 50% untuk gangguan 2 fasa

Pemulihan kedip tegangan

Pemulihan kedip tegangan 50% untuk gangguan 2 fasa ketanah

Pemulihan kedip tegangan

Pemulihan kedip tegangan 50% untuk gangguan 1 fasa ketanah

Hasil simulasi pemulihan profil tegangan

Studi Kasus

Tanpa beban Harmonisa

Dengan Beban Harmonisa THD 13,08%

Dengan Beban Harmonisa THD 10,78%

Dengan Beban Harmonisa THD = 8,31%

Kedip Tegangan

Pemulihan (%)

Pemulihan (%)

THD (%)

Pemulihan (%)

THD (%)

Pemulihan (%)

THD (%)

70%3F 100 99 7,23 100 5,79 100 4,71

50%3F 100 98 8,53 98 6,70 98 5,02

30%3F 100 97 8,05 97 6,45 97 4,79

70%2F 100 100 5,90 100 5,23 100 4,72

50%2F 99 99 6,47 99 5,46 99 4,66

30%2F 100 97 8,04 98 6,12 98 4,90

70%2FG 100 100 6,06 100 5,31 100 4,76

50%2FG 100 99 8,37 100 6,63 99 5,20

30%2FG 100 97 11,53 97 8,80 97 6,58

70%1FG 99 100 7,40 100 5,92 99 5,87

50%1FG 100 98 9,07 99 6,91 98 7,01

30%1FG 100 96 8,72 97 6,55 97 5,41

Rata-rata 99,83% 98,33 7,94 98,75 6,32 98,58 5,30

KESIMPULAN

Dari hasil penelitian, pemulihan profil tegangan akibat gangguan kedip tegangan dan distorsi harmonisa menggunakan Dynamic Voltage

Restorer (DVR) unblocking zero sequence menggunakan kontrol Fuzzy polar dapat dilakukan dengan lebih mudah karena tidak membutuhkan expert system untuk menentukan rule base seperti pada metode Fuzzy umumnya. Pada metode Fuzzy Polar hanya perlu dilakukan penentuan beberapa parameter yaitu α, Dr, As dan U_max. Parameter α ditentukan berdasarkan besar pergesaran sudut maksimum fasa sinyal tegangan yaitu 90⁰. Parameter Dr menentukan tingkat pemulihan yang diinginkan.

Tingkat pemulihan 100% direpresentasikan nilai Dr sebesar 1

Dari hasil penelitian diketahui bahwa DVR menggunakan metode kontrol Fuzzy Polar mampu memulihkan gangguan kedip tegangan hingga rata- rata 99,83%.

Pada gangguan akibat distorsi harmonisa mampu memulihkan profil tegangan hingga rata-rata diperoleh THD = 2.59 %.

Sedangkan pada saat sistem diberikan gangguan kedip tegangan dengan berbagai kedalaman dan harmonisa dengan berbagai tingkat distorsi, DVR dengan metode kontrol Fuzzy Polar dapat memulihkan profil tegangan hingga rata-rata 98,89% dan THD = 6,52%.

JURNAL INTERNASIONAL

• Margo P, Mauridhi Hery P, Mochamad Ashari, Zaenal PA, T Hiyama,

“Compensation of Balanced and Unbalanced Voltage Sags using Dynamic Voltage Restorer Based on Fuzzy Polar Controller”, IJAER- RESEARCH INDIA PUBLICATIONS, Vol.3 No.3 – 2008, pp. 879-890

• Margo P, Rio Indralaksono, Mauridhi Hery P, Mochamad Ashari, T.

Hiyama, ”DVR Control Using Fuzzy Polar for Voltage Sag Restoration on 4 Wire System”, International Journal of Engineering Science and

Technology (IJEST), Vol. 2(8), 2010, 3909-3917

NASIONAL

• “Fuzzy Polar Dynamic Voltage Restorer as Voltage Sag Restorer and

Active Filter Without Zero Sequence Blocking”, Gelagar, September 2008

• “Advanced DVR with Zero-Sequence Voltage Component And Voltage Harmonic Elimination for Three-Phase Three-Wire Distribution Systems”, Iptek, November 2009

SEMINAR

SEMINAR NASIONAL

Margo P, M Heri P, M Ashari, Imanda, “Dynamic Voltage Restorer Menggunakan Boost Transformer Terhubung Bintang Dengan Kontrol Backpropagation Neural Network Untuk Pemulihan Tegangan Kedip”, SMED – Malang, 9-10 Desember 2005

Margo P, M Heri P, M Ashari, Zaenal P A,”Pemodelan Dynamic Voltage Restorer (DVR) berbasis fuzzy logic controller dengan blocking urutan nol untuk mengatasi tegangan kedip akibat gangguan balance dan

unbalance”, IES – Surabaya, 7 – 9 Nopember 2006

Margo P, M Heri P, M Ashari, “ DVR modeling based on fuzzy polar controller to restore balanced and unbalanced sag voltage”, SITIA – Surabaya, 9 Mei 2007.

Margo P, M Heri P, M Ashari, Zaenal PA, T Hiyama, “ Filter aktif seri berbasis fuzzy polar untuk kompensasi harmonisa tegangan dan arus”, SITIA-Surabaya, 14 Oktober 2009.

SEMINAR

SEMINAR INTERNASIONAL

Margo P, Mauridhi Hery P, Mochamad Ashari, Hendrik, T. Hiyama,

“Balanced Voltage Sag Correction using Dynamic Voltage Restorer Based on Fuzzy Polar Controller”, ICICIC - Kumamoto Jepang, 5-7 September 2007.

Margo P, Mauridhi Hery P, MAshari, Zaenal PA, T. Hiyama, “Dynamic Voltage Restorer Based on Fuzzy Polar as Voltage Restorer and Voltage Distortion Compensator”, ICA – Bandung, 20-22 Oktober 2009.

Terima Kasih

Semoga Bermanfaat