ix
DAFTAR ISI
Sampul Depan ... i
Sampul Dalam ... ii
Lembar Pernyataan Orisinalitas ... iii
Halaman Persyaratan Gelar ... iv
Lembar Pengesahan ... v
Ucapan Terima Kasih ... vi
Abstrak ... vii
Daftar Isi ... ix
Daftar Tabel ... xii
Daftar Gambar ... xiii
BAB I ... 1 PENDAHULUAN ... 1 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 3 1.3 Tujuan Penelitian ... 3 1.4 Manfaat ... 3 1.5 Batasan Masalah ... 3 BAB II ... 4 KAJIAN PUSTAKA ... 4 2.1 Tinjauan Muktahir... 4 2.2 Tinjauan Pustaka ... 5
2.2.1 Sistem tenaga listrik ... 5
2.2.2 Kualitas daya listrik ... 6
2.2.3 Konsep kualitas daya listrik ... 7
2.2.4 Jenis-jenis permasalahan kualitas daya listrik ... 8
2.2.5 Harmonisa pada sistem tenaga listrik ... 9
2.2.6 Sumber harmonisa ... 9
2.2.6.1 Beban non linier ... 9
x
2.2.6.1 Penyearah (rectifier) ... 12
2.2.7 Permasalahan yang ditimbulkan oleh harmonisa ... 14
2.2.7.1 Permasalahan Harmonisa pada Transformator ... 15
2.2.7.2 Permasalahan harmonisa pada motor ... 15
2.2.7.3 Permasalahan harmonisa pada kapasitor bank ... 15
2.2.7.4 Permasalahan harmonisa pada kabel ... 16
2.2.8 Permasalahan teknis yang ditimbulkan oleh harmonisa ... 16
2.2.8.1 Konsep daya ... 16
2.2.8.2 Konsep Faktor Daya... 17
2.2.8.3 Tegangan sistem ... 18
2.2.9 Standar harmonisa ... 19
2.2.10 Total harmonic distortion (THD) ... 21
2.2.11 Filter aktif ... 23
2.2.11.1 Filter aktif paralel ( shunt activ filter) ... 24
2.2.11.2 Filter Aktif Seri (Series Active filter) ... 26
2.2.12 Matlab ... 27
2.2.12.1. Simulink ... 28
2.2.13 Propotional integral derivative ( PID ) ... 29
2.2.12.1. Pengontrol proporsional ... 30 2.2.12.2. Pengontrol integral ... 31 2.2.12.3. Pengontrol derivative ... 32 2.2.12.4. Pengontrol PID ... 33 BAB III ... 35 METODE PENELITIAN ... 35
3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian ... 35
3.2. Sumber dan Jenis Data Penelitian ... 35
3.2.1. Sumber Data Penelitian ... 35
3.2.2. Teknik Pengumpulan Data ... 35
3.2.3. Jenis Data ... 36
3.3. Tahapan Penelitian ... 36
3.4. Analisis Data ... 37
xi
BAB IV ... 42
HASIL DAN PEMBAHASAN ... 42
4.1. Sistem Kelistrikan Bali National Golf Resort ... 42
4.2. Kandungan THD Arus dan Tegangan Hasil Pengukuran ... 43
4.3. Daya aktif dan daya semu ... 44
4.4. Batas Maksimum THDi dan THDv di Bali National Golf Resort ... 45
4.4.1. Batas maksimum THDI di Bali National Golf Resort ... 45
4.4.2. Batas maksimum THDV di Bali National Golf Resort ... 49
4.5. Simulasi THDi dan THDv Pada Panel Distribusi yang Belum Memenuhi Standar IEEE 519-2004. ... 50
4.5.1. Penentuan resistansi sumber dan induktansi sumber pada simulasi .. 50
4.5.2. Penentuan Beban Tiap Phasa pada Simulasi ... 52
4.5.3. Simulasi Filter aktif shunt untuk mengurangi Total Harmonic Distorsion (THD). ... 54
4.5.4. Simulasi Filter Aktif Shunt dengan Menggunakan PID Controller untuk Mengurangi Total Harmonic Distorsion (THD). ... 57
4.6. Analisis Perbandingan Simulasi THD Menggunakan Filter Aktif Tanpa Kontrol dengan Filter Aktif Menggunakan PID Controller ... 59
BAB V ... 61
SIMPULAN DAN SARAN ... 61
5.1. Simpulan ... 61
5.2. SARAN ... 61
DAFTAR PUSTAKA ... 62
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Polaritas dari Komponen Harmonisa. ... 13
Tabel 2.2 Batas Distorsi Arus Harmonik dengan rating tegangan 120V hingga 69kV ... 20
Tabel 2.3 Batas Distorsi Arus Harmonik dengan rating tegangan 69kV hingga 161 kV ... 20
Tabel 2.4 Batas Distorsi Arus Harmonik dengan rating tegangan lebih dari 161 kV ... 20
Tabel 2.5 Batas distorsi tegangan ... 21
Tabel 2.6 Karakteristik PID kontroler ... 34
Tabel 4.1 LVDP – PH ... 42
Tabel 4.2 LVDP Substaion D... 43
Tabel 4.3 Data hasil pengukuran THD arus dan tegangan di Bali Natioanal Golf Resort ... 43
Tabel 4.4 Daya Aktif dan Daya Semu pada Tiap Panel ... 44
Tabel 4.5 Hasil SC ratio pada masing-masing panel ... 46
Tabel 4.6 Batas maksimum THDI di Bali National Golf Resort ... 47
Tabel 4.7 perbandingan THDI pengukuran dengan standar IEEE Std 519 2014 .. 48
Tabel 4.8 perbandingan THDV pengukuran dengan standar IEEE Std 5192014 .. 49
Tabel 4.9 Nilai kapasitas beban (R dan L) ... 53
Tabel 4.10 Nilai THD disetiap panel setelah pemakaian filter aktif tanpa kontrol ... 56
Tabel 4.11 Nilai THD disetiap panel setelah pemakaian filter aktif dengan kontrol PID ... 58
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Penurunan Derajat Tegangan pada Jaringan yang di Sebabkan Beban
Non linier. ... 9
Gambar 2.2 Jenis Beban Non Linear ... 10
Gambar 2.3 Gelombang Arus dan Tegangan Beban Non linier. ... 10
Gambar 2.4 Arus Yang Diserap Oleh Beban Non linier ... 11
Gambar 2.5 Grafik Arus dan Spektrum Harmonisa oleh Fluorescent Lighting ... 11
Gambar 2.6 Topologi Penyearah Tak-Terkendali Satu Phasa ... 12
Gambar 2.7 Topologi Penyearah Terkendali Tiga Fasa ... 13
Gambar 2.8 Grafik Arus dan Spektrum oleh Variabel Pengatur Kecepatan ... 14
Gambar 2.9 Kurva arus dan tegangan pada beban linier ... 17
Gambar 2.10 Rangkaian Ekivalen Feeder ... 18
Gambar 2.11 Beban Non linier ... 22
Gambar 2.12 Gelombang Terdistorsi ... 22
Gambar 2.13 Konfigurasi Filter aktif ... 24
Gambar 2.14 Shunt active power filter ... 25
Gambar 2.15 Voltage source inverter ... 25
Gambar 2.16 Current source inverter ... 26
Gambar 2.17 Series active power filter ... 26
Gambar 2.22 Diagram blok kontroler proporsional ... 30
Gambar 2.23Proportional band dari pengontrol proporsional tergantung pada penguatan. ... 31
Gambar 2.24 Kurva sinyal kesalahan e(t) terhadap t pada pembangkit kesalahan nol. ... 32
Gambar 2.25 Blok diagram pengontrol Derivative ... 32
Gambar 2.26 Blok diagram kontroler PID analog ... 33
Gambar 3.1 Desain model Simulink utama ... 37
Gambar 3.2 desain model simulink filter aktif... 37
Gambar 3.3 desain simulink kontrol PID ... 38
xiv
Gambar 3.5 Blok parameters: series RLC Branch ... 39
Gambar 3.6 Fuction Blok Parameters: PID Controller ... 40
Gambar 3.7 Powergui FFT Analysis Tool ... 40
Gambar 4.1 block parameter pada simulasi ... 54
Gambar 4.2 Model simulasi filter aktif shunt ... 54
Gambar 4.3 Hasil Simulasi THDi Pada Panel LVDP PH setelah pengoperasian filter aktif shunt ... 55
Gambar 4.4 Simulasi THDv Pada Panel LVDP PH setelah pengoperasian filter aktif shunt ... 55
Gambar 4.5 Desain model Simulink filter aktif dengan kontrol PID ... 57
Gambar 4.6 Hasil Simulasi THDi Pada Panel LVDP PH setelah pengoperasian filter aktif shunt dengan kontrol PID ... 57
Gambar 4.7 Hasil Simulasi THDv Pada Panel LVDP PH setelah pengoperasian filter aktif shunt dengan kontrol PID ... 58
vii
ABSTRAK
Bali National Golf Resort merupakan salah satu tempat olah raga yang diperuntukkan untuk kalangan atas. Peralatan – peralatan yang banyak digunakan dikategorikan sebagai beban non linier. Karena begitu banyaknya beban-beban non linier yang dioperasikan, maka dapat dipastikan akan memungkinkan terjadinya distorsi harmonisa pada utility listriknya. Berdasarkan pengukuran awal yang telah dilakukan didapatkan besarnya nilai THDI tertinggi terdapat pada LVDP PH sebesar 27.5 % dan terendah pada MDP Wantilan Lot 1 sebesar 2.0 %, serta besarnya nilai THDV tertinggi pada MDP Pump Station sebesar 2.7 % dan terendah MDP Wantilan Lot 1 sebesar 1.1%.
Menurut standar IEEE 519 tahun 2014 nilai terebut masih jauh dari memenuhi standar karena Kandungan THD yang berlebih dapat menyebabkan kualitas daya sistem menjadi terdistorsi, sehingga perlu dipasang filter untuk meredam harmonisa.
Hasil analisis menunjukkan Penggunaan PID Controller pada filter aktif mampu meredam Kandungan THDi dan THDV di Bali National Golf Resort, untuk THDi setelah di pasang filter turun rata-rata menjadi 1.89%. Untuk kandungan THDV turun rata-rata menjadi 0.59 %
viii
ABSTRACT
Bali National Golf Resort is one of the top sports venues. The widely used equipment is categorized as non linear load. Since so many non linear loads are operated, it will certainly allow harmonic distortion of utilities. Based on initial measurements, the highest THDI value was obtained at 27.5% PH LVDP and the lowest in Wantilan Lot 1 MDP 2.0%, and highest THDV at 2.7% MDP Pump Station and the lowest MDG Wantilan Lot 1 of 1.1 %.
According to IEEE 519 2014 standards, the value is still far from meeting the standards because excessive THD content can cause the system's power quality to be distorted, so it needs to be installed filter to reduce harmonics.
The analysis results show that the use of PID Controller on the active filter can reduce THDI and THDV content in Bali National Golf Resort, for THDi after the average filter pairs decrease to 1.89%. For THDV content decreased on average to 0.59%
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Energi listrik saat ini menjadi kebutuhan primer, baik dari sektor industri maupun rumah tangga. Energi listrik merupakan energi utama yang digunakan oleh manusia untuk membantu pekerjaan diantaranya untuk penerangan ,maupun menggerakkan peralatan-peralatan mekanik.
Perkembangan teknologi yang sangat cepat akan membawa dampak dalam kehidupan manusia. Peralatan listrik saat ini kebanyakan dikembangkan kebanyakan berbasis mikro elektronik. Peralatan jenis ini merupakan jenis beban non linier, dimana bentuk gelombang arus dan tegangan keluarannya tidak sebanding dengan gelombang masukannya. Hal ini dapat menyebabkan terjadinya distorsi atau gangguan pada gelombang arus dan tegangan atau disebut harmonisa. Harmonisa merupakan suatu fenomena yang timbul akibat pengoperasian beban listrik non linier, yang merupakan sumber terbentuknya gelombang frekuensi tinggi (kelipatan dari frekuensi fundamental, misal: 100Hz, 150Hz, 200Hz, 300Hz, dan seterusnya). Hal ini dapat mengganggu sistem kelistrikan pada frekuensi fundamentalnya yaitu 50/60 Hz, sehingga bentuk gelombang tegangan maupun arus yang seharusnya sinusoidal murni akan menjadi cacat akibat distorsi harmonisa yang terjadi. Besarnya harmonisa yang terjadi pada suatu sistem distribusi tenaga listrik disebut dengan Total harmonic distortion (THD). THD merupakan presentase dari total frekuensi harmonisa terhadap frekuensi fundamentalnya.
Bali National Golf Resort merupakan salah satu tempat olah raga yang diperuntukkan untuk kalangan atas. Bali National Golf Resort banyak dikunjungi oleh wisatawan maupun kalangan pebisnis. Peralatan – peralatan yang banyak digunakan di Bali National Golf Resort resort seperti AC (air conditioner), Charger Boggie, Satelit Splinker, pompa dan lain sebagainya untuk menunjang fasilitas Bali National Golf Resort resort. Karena begitu banyaknya beban-beban non linier yang dioperasikan, maka dapat dipastikan akan memungkinkan
2
terjadinya distorsi harmonisa pada utility listriknya. Berdasarkan pengukuran awal yang telah dilakukan di Bali National Golf Resort didapatkan besarnya nilai THDI tertinggi terdapat pada LVDP PH phasa R sebesar 27.5 % dan terendah pada LVDP Subtation D phasa R sebesar 13.6 %, serta besarnya nilai THDV tertinggi pada MDP Pump Station sebesar 2.7 % dan terendah MDP Wantilan Lot 1 sebesar 1.1%. Standar THDI sesuai dengan nilai rasio hubung singkat dan tabel standar IEEE 519 tahun 2014 adalah sebesar 5%, maka dengan nilai THDI pada LVDP PH sebesar 27.5 % masih jauh diatas standar yang telah ditetapkan pada IEEE 519 tahun 2014. Standar THDV sesuai IEEE 519 tahun 2014 yaitu dengan range tegangan 1 kV < V < 69 kV adalah sebesar 5 %, dimana Bali Golf National Resort disuplai tegangan 20 kV maka nilai THDV terbesar yang didapat pada MDP Pump Station masih memenuhi standar.
Salah satu cara untuk mengurangi harmonisa yaitu dengan penggunaan filter. Filter harmonisa merupakan suatu teknologi elektronika daya untuk menghasilkan komponen arus spesifik yang bertujuan untuk meredam arus harmonisa yang dihasilkan oleh beban non linier. Salah satu filter yang digunakan untuk meredam harmonisa adalah filter aktif. Penggunaan filter aktif dalam mereduksi harmonisa telah banyak diteliti oleh beberapa pihak salah satunya penelitian yang dilakukan oleh Ekastawa Putra Ida Wayan (2014) yang menggunakan simulasi filter aktif shunt untuk mereduksi harmonisa yang terjadi di Hotel Amankila. Dalam perkembangannya, penggunaan filter aktif dengan berbagai macam metode kontrol saat ini banyak diteliti tetapi masih terdapat banyak kerumitan pada rangkaian kontrolnya. Metode Kontrol PID adalah salah satu solusi untuk mengatasi kerumitan pada rangkaian kontrol. Metode Kontrol PID mempunyai desain yang lebih sederhana dan tidak memerlukan banyak sensor. Salah satu keuntungan dari metode Kontrol PID adalah mempunyai modulasi frekuensi switching yang konstan.
Berdasarkan masalah tersebut, maka pada skripsi ini akan dilakukan analisis penggunaan propotional integral derivative ( PID ) controller untuk meredam harmonisa akibat beban non linier di Bali National Golf Resort dengan menggunakan software MATLAB, dan dapat melihat distorsi harmonisa yang
3
disebabkan oleh beban-beban non linier, sehingga nanti dapat digunakan sebagai referensi untuk pemasangan filter harmonisa agar dapat berfungsi maksimal, dan memperoleh nilai THD terkecil agar sesuai dengan standar IEEE519-2014.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan terdapat hal yang menjadi permasalahan dalam penelitian ini adalah Bagaimana pengaruh penggunaan propotional integral derivative ( PID ) controller pada filter aktif untuk meredam harmonisa akibat beban non linier di Bali National Golf Resort.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penggunaan propotional integral derivative ( PID ) controller pada filter aktif untuk meredam harmonisa akibat beban non linier di Bali National Golf Resort.
1.4 Manfaat
Hasil penelitian ini diharapkan bisa memberi manfaat bagi beberapa pihak. Manfaat yang dapat diambil Dengan penggunaan propotional integral derivative ( PID ) pada filter aktif diharapkan diharapkan hasil dari analisis ini dapat memberikan informasi mengenai hasil distorsi harmonisa yang di sebabkan beban-beban non linier, dan perlunya pemasanga filter harmonisa untuk meredam distorsi yang di sebabkan oleh beban-beban non linier.
1.5 Batasan Masalah
Agar permasalahan tidak berkembang luas akibat timbulnya permasalahan baru, maka perlu dilakukan beberapa batasan permasalahan sebagai berikut.
1. Perhitungan menggunakan data beban Bali National Golf Resort.
2. Simulasi pada sistem kelistrikan pada Bali National Golf Resort untuk meningkatkan kualitas daya listrik menggunakan aplikasi matlab. 3. Model sistem tenaga listrik yang digunakan pada simulasi adalah sistem
kelistrikan pada Bali National Golf Resort. 4. Hanya membahas kualitas daya THDi, dan THDv
5. Standar yang digunakan sebagai pedoman Total harmonic distortion adalah IEEE 519 Tahun 2014.
