i
Perbaikan Voltage Sag dengan Metode Kontrol Dynamic Voltage Restorer (DVR) Berdasarkan Kontrol PI FUZZY
Pada Jaringan 20KV
SKRIPSI
Untuk memenuhi salah satu persyaratan Mencapai derajat Sarjana S1
Disusun oleh : Erik Rezki Pratama
201510130311026
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Malang
2022
ii
iii
iv
v
KATA PENGANTAR
Bismillahirrahmanirrahim
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat, rahmat, dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Strata I Jurusan Teknik Elektro pada Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang. Penulis menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini, sangatlah sulit bagi penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T. selaku dosen pembimbing I yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan pengarahan dari awal penyusunan proposal hingga tugas akhir ini sehingga tugas akhir ini menjadi lebih baik.
2. Bapak Khusnul Hidayat, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing II yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan pengarahan sehingga tugas akhir ini menjadi lebih baik.
3. SeluruhDosen dan Staf prodi Teknik Elektro yang sejak awal penulis memulai perkuliahan sampai akhir perkuliahan ini telah memberikan ilmu dan tenaga sehingga penulis mendapat banyak wawasan dan menjadi mahaasiswa yang lebih baik dari sebelumnya.
4. Kedua orang tua dan seluruh keluarga yang telah memberikan bantuan serta dukungan baik itu materi maupun non materi sehingga tugas akhir ini dapat disusun dengan baik.
5. Rekan – rekan seperjuangan dari awal perkuliahan hingga detik-detik akhir perkuliahan bersama geng saya yang bernama songgo fams,
vi splindit fams dan KALBAR Fams yang selalu bersedia membantu dalam pengerjaan tugas akhir ini dan meluangkan waktu untuk pengerjaan tugas akhir ini di lokasi tempat ngopi maupun di kontrakan.
6. Penyemangat saya ketika penyelesaian tugas akhir ini, yang membuat saya untuk terus semangat di waktu saya malas untuk mengerjakan tugas akhir saya (Arizha Ervinnawati S).
7. Pihak – pihak lain yang secara langsung maupun tidak langsung membantu terselesaikannya pengerjaan tugas akhir ini, namun tidak dapat disebutkan satu persatu. Semoga Allah SWT melipat gandakan kebaikan-kebaikannya.
Penulis menyadari bahwa penulisan tugas akhir ini masih jauh dari kaya sempurna dan memiliki banyak kekurangan. Penulis dengan senang hati menerima dan berusaha menanggapi kritik, saran, maupun pertanyaan dari pembaca. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat dikemudian hari bagi yang memerlukan dan membaca tulisan ini.
Malang, Juli 2022
Penulis
vii
ABSTRAK
Pada jaringan distribusi umumnya sering terjadi gangguan yang di sebabkan oleh beberapa hal, salah satunya ialah bisa di sebabkan oleh faktor dari hubung singkat (short circuit), sehingga mengakibatkan penurunan tegangan yang di sebut dengan Voltage Sag. Perbaikan voltage sag dengan mengaplikasian Dynamic Voltage Restorer (DVR) menggunakan metode kontrol PI Fuzzy sebagai solusi memperbaiki kualitas daya yang mempengaruhi konsumen dan industri. Dimana logika fuzzy digunakan untuk menghasilkan nilai Kp dan Ki sebagai tuning PI (Propotional Integral) yang memberikan keuntungan lebih cepat respon dibandingkan dengan yang konvensional.
Analisis pengujian sistem perbaikan penurunan tegangan (voltage sag) 3 phase dilakukan dengan perbandingan nilai tegangan dan THD ketika diberikan gangguan sebesar 30% pada jaringan distribusi 20kv saat sebelum dan sesudah penerapan DVR PI Fuzzy dimana ketika tidak menggunakan kontrol DVR didapatkan hasil tegangan sebesar 0.000352 dengan THD 23.63%, sedangkan saat menggunakan DVR PI Fuzzy didapatkan nilai tegangan sebesar 0.0003516 serta penurunan THD sebesar 22.57%.
viii
ABSTRACT
In distribution networks, disturbances often occur which are caused by several things, one of which can be caused by a factor from a short circuit, resulting in a voltage drop called Voltage Sag. Improvement of voltage sag by applying Dynamic Voltage Restorer (DVR) using PI Fuzzy control method as a solution to improve power quality that affects consumers and industry. Where fuzzy logic is used to generate the values of Kp and Ki as PI (Propositional Integral) tuning which gives the advantage of faster response compared to conventional ones. Analysis of testing the 3 phase voltage sag improvement system is carried out by comparing the voltage value and THD when a 30%
disturbance is given to the 20kv distribution network before and after the application of the Fuzzy PI DVR where when not using the DVR control the voltage result is 0.000352 with THD 23.63%, whereas when using the Fuzzy PI DVR, the voltage value is 0.0003516 and the THD decrease is 22.57%.
ix
DAFTAR ISI
COVER ... i
LEMBAR PERSETUJUAN ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
LEMBAR PERNYATAAN ... iv
KATA PENGANTAR ... v
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR TABEL ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Tujuan Penelitian ... 3
1.5 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Sistem Daya Listrik ... 5
2.2 Sistem Distribusi ... 6
2.2.1 Pengertian Sistem Distribusi ... 6
2.2.2 Jenis-Jenis Gangguan Distribusi... 8
2.3 Voltage Sag ... 9
2.3.1 Karakteristik Voltage Sag ... 10
2.3.2 Faktor Awal Terjadinya Votage Sag ... 11
2.3.3 Pengaruh Voltage Sag ... 12
2.4 Dynamic Voltage Restorer ... 13
2.4.1 Voltage Source Inverter ... 14
2.4.2 Injection Transformer ... 14
x
2.4.3 Energi Storage ... 14
2.4.4 Harmonik Filter ... 14
2.5 Sistem Kendali ... 15
2.5.1 Pengendali propotional (P) ... 15
2.5.2 Pengendali Integral (I) ... 15
2.6 Fuzzy Logic Controller ... 16
2.6.1 Fuzzification ... 17
2.6.2 Rule Base ... 18
2.6.3 Operasi Himpunan (Inearence Mechanism)... 19
2.6.4 Defuzzification ... 20
2.7 DVR Dengan PI Fuzzy Controller ... 20
BAB III METODE PENELITIAN ... 22
3.1 Studi Literatur ... 23
3.2 Data Penelitian ... 23
3.3 Pemodelan Sistem ... 24
3.3.1 Model Sistem Jaringan Distribusi Listrik Tanpa DVR ... 24
3.3.2 Model Sistem Jaringan Distribusi Listrik Dengan DVR ... 25
3.4 Perancangan Model Kontrol Inverter ... 27
3.5 Desain Fuzzy Controller ... 28
3.6 Desain Kontrol DVR Menggunakan PI Dengan Tuning Fuzzy ... 31
3.7 Pengujian Sistem ... 32
BAB IV HASIL DAN ANALIS ... 33
4.1 Pengujian Sistem Distribusi Tanpa DVR ... 33
4.2 Pengujian Sistem Distribusi Listrik dengan DVR Kontroler P ... 37
4.3 Pengujian Sistem Distribusi Listrik dengan DVR Kontrol Fuzzy ... .41
BAB V PENUTUP ... 47
5.1 Kesimpulan ... 47
5.2 Saran ... 47
DAFTAR PUSTAKA ... 48
FORM PLAGIASI ... 50
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sistem Daya Listrik ... 5
Gambar 2.2 Distribusi Tenaga Listrik Secara Umum ... 6
Gambar 2.3 Gangguan Siklus Pendek Satu Fasa ke Tanah ... 8
Gambar 2.4 Gangguan Siklus Pendek Dua Fasa ... 8
Gambar 2.5 Gangguan Siklus Pendek Dua Fasa ke Tanah ... 8
Gambar 2.6 Gangguan Siklus Pendek Tiga Fasa ... 9
Gambar 2.7 Voltage Sag ... 10
Gambar 2.8 Spesifikasi Voltage Sag ... 10
Gambar 2.9 Ragkaian Proporsional untuk Analisis Voltage Sag ... 11
Gambar 2.10 Pemodelan Tegangan Untuk Menghitung Voltage Sag dalam Sistem Distribusi Radial ... 12
Gambar 2.11 Teknik Kompensasi Selama Pre-sag ... 12
Gambar 2.12 Konfigurasi DVR Pada Sistem Distribusi ... 13
Gambar 2.13 Diagram Blok Pengendali Propotional ... 15
Gambar 2.14 Diagram Blok Pengendali Integral ... 16
Gambar 2.15 Struktur Sistem Fuzzy ... 17
Gambar 2.16 (a). Membership Function Error (e), (b). Membership Function Delta Error ... 18
Gambar 2.17 Grafik Fungsi Keanggotaan Segitiga ... 18
Gambar 2.18 Membership Function Untuk Output ... 20
Gambar 2.19 Diagram Blok DVR Dengan Fuzzy PI Controller ... 21
Gambar 3.1 Tahapan Penelitian ... 22
Gambar 3.2 Sistem Jaringan Distribusi Listrik 20kv ... 24
Gambar 3.3 Sistem Distribusi Listrik dengan DVR... 25
Gambar 3.4 Dynamic Voltage Restorer (DVR) ... 25
Gambar 3.5 Switching IGBT pada DVR ... 26
xii
Gambar 3.6 Kontrol DVR ... 27
Gambar 3.7 dq0 to abc... 27
Gambar 3.8 Algoritma Kontrol Fuzzy ... 28
Gambar 3.9 Block Inferensi Fuzzy Logic ... 29
Gambar 3.10 Grafik Segitiga Membership Error ... 29
Gambar 3.11 Grafik Segitiga Membership Delta Error ... 30
Gambar 3.12 Grafik Segitiga Membership Output ... 30
Gambar 3.13 Diagram Block Kontrol PI Fuzzy ... 31
Gambar 3.14 Bagan Didalam Kontrol PI ... 31
Gambar 3.15 Rangkaian Sistem dengan Kontrol PI Fuzzy ... 32
Gambar 4.1 Rangkaian Sistem Distribusi Listrik Tanpa Gangguan ... 34
Gambar 4.2 Gelombang Tegangan Normal ... 34
Gambar 4.3 THD Beban Tanpa Gangguan... 37
Gambar 4.4 Rangkaian Sistem Ketika Gangguan ... 35
Gambar 4.5 Gelombang Tegangan Ketika Gangguan ... 35
Gambar 4.6 THD Beban Ketika Gangguan ... 36
Gambar 4.7 Rangkaian Sistem Dengan DVR ... 37
Gambar 4.8 Gelombang Tegangan Saat Gangguan 10% dengan DVR ... 38
Gambar 4.9 Gelombang Tegangan Saat Gangguan 20% dengan DVR ... 38
Gambar 4.10 Gelombang Tegangan Saat Gangguan 30% dengan DVR ... 38
Gambar 4.11 THD Beban Saat Gangguan 10% Menggunakan DVR ... 39
Gambar 4.12 THD Beban Saat Gangguan 20% Menggunakan DVR ... 39
Gambar 4.13 THD Beban Saat Gangguan 30% Menggunakan DVR ... 40
Gambar 4.14 Rangkaian Sistem Menggunakan Kontrol PI Fuzzy ... 41
Gambar 4.15 Gelombang Tegangan Gangguan 10% Ketika Penambahan Kontrol PI Fuzzy ... 41
Gambar 4.16 Gelombang Tegangan Gangguan 20% ketika Penambahan Kontrol PI Fuzzy ... 42
xiii Gambar 4.17 Gelombang Tegangan Gangguan 30% ketika Penambahan
Kontrol PI Fuzzy ... 42 Gambar 4.18 THD Beban Saat Gangguan 10% Penambahan Kontrol PI
Fuzzy ... 43 Gambar 4.19 THD Beban Saat Gangguan 20% Penambahan Kontrol
PI Fuzzy ... 43 Gambar 4.20 THD Beban Saat Gangguan 30% Penambahan Kontrol
PI Fuzzy ... 44
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tabel Basis Aturan Fuzzy ... 19
Tabel 3.1 Parameter Model Penelitian ... 23
Tabel 3.2 Parameter Elemen IGBT ... 26
Tabel 3.3 Rule Base 25 Kemungkinan Fuzzy Logic... 31
Tabel 4.1 Hasil Pengujian DVR Kontroler P... 40
Tabel 4.2 Hasil Pengujian DVR Kontroler PI Fuzzy ... 44
Tabel 4.3 Nilai Tegangan dan THD Sistem Distribusi Listrik ... 45
48
DAFTAR PUSTAKA
1. I Gusti Agung Alit Teja Kusuma Putra, I Wayan Rinas, Yanu Prapto Sudarmojo, “Analisis Pemasangan Dynamic Volatge Restorer (DVR) terhadap Kedip Tegangan akibat Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa pada Penyulang Kampus, ISSN 1693-2951; e-ISSN: 2503-2372.
2. Erma Liana, “Metode Kontrol Dynamic Voltage Restorer (DVR) Dengan Inverter Didasarkan Pada Kontrol PI Fuzzy,” S1 Skripsi, Universitas Muhammadiyah Malang, 2020.
3. Bambang Prio Hartono, Choirul Soleh, And Taufik Hidayat,
“Implementasi Perbaikan Kualitas Tegangan Akibat Voltage Sags Unbalance Menggunakan DVR di Gardu Induk Gresik,” Institut Teknologi Malang SENIATI 2016.
4. Quds, Robert A., ”Perbaikan Voltage Sag Menggunakan Dynamic Voltage Restorer (DVR) dengan PI Controller Berdasarkan Algoritma Particle Swarm Optimization (PSO)” Universitas Muhammadiyah Malang, TA Teknik Elektro 039, 2019.
5. Bagarty, Durgesh. “Fuzzy Logic Controller-Based Dynamic Voltage Restorer for Mitigation of Voltage Sag”, Indian Institute of Technology Kharagpur, February, 2011.
6. Athia Saelan “Logika Fuzzy” Program Studi Teknik Informatika, Sekolah Teknik Elektro dan Informatika, Institut Teknologi Bandung 2009.
7. Mustofa Ihwanudin, Yanu Shalahudin, Fajar Yumono.2018. Simulasi Gangguan Voltage Sag dan Voltage Swell pada jaringan 20 KV Menggunakan Matlab Simulink. Jurnal Qua Teknika, (2018)
8. Nuryadi, I dan Dr. Alimuddin. “Sistem Jaringan Distribusi Tenaga Listrik Primer dan Sistem Distribusi Sekunder Studi Kasus (Gardu Induk PLN Menes-Caringin)”, Universitas Sultan Agus Tirtayasa, Kampus Teknik Untirta, Cilegon
9. Ardita, Ir.I Made dan Farekh Huzair, “Analisis Gangguan Hubungan Singkat untuk Penentuan Breaking Capacity Pada Penyulang Kutai,
49 Ludruk, dan Reog di GIS Gambir Lama”, Universitas Indonesia.
Departemen Teknik Elektro, Depok 2014
10. Anwar, Vinay Kumar dkk, “Mitigation of Voltage Sag and Power Quality Improvement with sn Optimum Designed Dynamic Voltage Restorer”, Department of EEE PhD Research Scholar, JNTUH Hyderabad, India, 2016
11. Sunny, Md. Samiul Haque dkk , “Artificial Neural Network Based Dynamic Voltage Restorer for Improvement of Power Quality”. Khula University of Enginering & Technology, Bangladesh, pp. 5565-5572, 2018 12. Ezoji, H dkk, “A New Control Method For Dynamic Voltage Restorer with Asymmetrical Inverter Legs Basedon Fuzzy Logic Controller”, Babol University of Technology, Department of Electrical and Computer Enginering, Simulation Modeling Practice and Theory, pp. 806-819, 2010 13. Jeong, Soon Yeong dkk, Nonlinear Control of Theree-Phase Four-Wire
Dynamic Voltage Restorer for Distribution System”, International Power Electronics Conference, pp. 2406-2412, 2014
50
