Desain Filter Aktif Shunt menggunakan kontroler Hysterisis

Untuk Mengkompensasi Harmonisa dengan

Sumber Tegangan Yang Tidak Ideal.

RESKY OKTANTYA

2206 100 075

LATAR BELAKANG

Semakin meluas dan banyaknya penggunaan

beban-beban non linear.

Beban-beban non linear dapat menyebabkan

distrorsi bentuk gelombang arus dan

tegangan disebut dengan harmonisa.

Rendahnya faktor daya pada suatu sistem

kelistrikan adalah suatu kerugian.

Sumber Tegangan Yang tidak Ideal.

TUJUAN

Memberikan gambaran tentang penggunaan filter

aktif menggunakan metode theory p-q dan dq frame

dengan teknik kontrol hysteresis band dalam mengatasi

permasalahan harmonisa yang timbul pada sistem

tenaga listrik .

Melakukan desain ,simulasi dan analisa kinerja filter

aktif tiga fasa menggunakan metode theory p-q dan dq

frame dengan teknik kontrol hysteresis band dengan

sistem konfigurasi sistem yang sederhana .

HARMONISA

Distorsi gelombang arus dan tegangan ini disebabkan adanya

pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi

kelipatan bulat dari frekuensi fundamentalnya.

gelombang

terdistorsi

harmonisa

I fasa

HARMONISA

HARMONISA

1

2h

2

h

I

1

2h

2

h

VI

I

THDatauV

V

THD

Vh, Ih = Komponen Harmonisa

V1, I1 = Komponen Fundamental

h = orde harmonisa

DESAIN FILTER AKTIF

SISTEM SEDERHANA

BLOK KONTROL

Rangkaian Kontrol dibagi menjadi 2 blok utama yaitu :

•Blok Harmonic Detection.

1.Transformasi dq dan LPF

2. Theory p-q

•Blok Hysteresis Band Control.

BLOK Tranformasi dq dan LPF

Hasil dari Transformasi dq dan low pass filter yaitu berupa

sumber tegangan yang ideal.

Theory p-q

Theory p-q (Instanteneous Theory) adalah

suatu perhitungan Tegangan dan arus

dalam kordinat α-β yang menghasilkan

komponen-komponen p dan q.Theory ini

digunakan untuk mendapatkan arus

referensi untuk kompensasi harmonisa .

TRANSFORMASI CLARKE

Transformasi Clarke (Clarke Transformation) adalah sebuah

transformasi aljabar dari tegangan dan arus tiga-fasa dalam

kordinat abc ke αβ koordinat.

Vc

Vb

Va

V

V

2/32/30

2/101

2

3

Ic

Ib

Ia

I

I

2/32/30

2/101

2

3

Perhitungan komponen p-q :

Theory p-q

Real power :

Imaginary power :

PP~

P

qq ~ q

I

I

VV

V

q

p V

Jika diinginkan arus dalam koordinat α-β :

Theory p-q

q

p

VV

V

I

I1

V

Kompensasi harmonisa arus Icα dan Icβ dihitung dengan

menggunakan komponen dan seperti yang diberikan

di bawah ini :

Theory p-q

q

p

VV

V

Ic

Ic~

~V1

P~ q~

Sehingga didapatkan arus referensi

yaitu Ica,Icb,Icc

Theory p-q

Ic

Ic

Icc

Icb

Ica

2/32/1

2/32/1

01

2

3

Arus referensi Ic*abc dibandingkan dengan referensi

arus fedback dari inverter Ic.abc yang dihasilkan oleh

algoritma kontrol

BLOK HYSTERESIS KONTROL

Arus kontrol Hyteresis Band menentukan pola switch dari filter

aktif.Dengan pola switch yang memiliki fungsi sebagai berikut :

BLOK HYSTERESIS KONTROL

If Ica < (Ica* − HB)

upper switch is OFF and lower switch is ON for leg “a” (SA = 1).

If Ica > (Ica* + HB)

upper switch is ON and lower switch is OFF for leg “a” (SA = 0).

BLOK HYSTERESIS KONTROL

Sinyal Pulse

BLOK HYSTERESIS KONTROL

Sinyal Referensi,Sinyal Sebenarnya dan Hysteresis Band

SIMULASI DAN ANALISA

Simulasi Tanpa Filter

Arus Sumber (Isabc) Sistem Tanpa Filter THD 10.42%

Spektrum frekuensi Arus Sumber(Isabc) Sistrem Tanpa Filter.

Simulasi Tanpa Filter

Tegangan Sumber (Vsabc) Sistem Tanpa Filter THD 1.77%

Spekrum frekuensi Tegangan Sumber (Vsabc) Sistem Tanpa Filter.

Bentuk gelombang Arus dan sumber tanpa filter

terdistorsi oleh harmonisa sehingga menyebabkan

gelombang menjadi cacat. THDI sebesar 10.42 % pada

sistem melebihi batas maksimum yang diijinkan oleh

standart IEEE 519-1992. Dengan presentase tertinggi

terhadap arus fundemental terjadi pada harmonisa

kelima yaitu sebesar 7.61 %.

Simulasi Tanpa Filter

Faktor Daya 0.7

Tegangan Fundemental (peak) 308.3 V

Arus Fundemental (peak) 167.2 A

Vrms 218 V

Irms 118.2 A

THD Tegangan Sumber 1.53 %

THD Arus Sumber 10.42 %

Hasil Pengukuran Sistem Tanpa Filter

Simulasi Tanpa Filter

Simulasi Filter Theory p-q

Arus Sumber(Isabc) Sistem dengan theory p-q THD 5.95 %.

Spektrum frekuensi Arus Sumber(Isabc) Sistem metode theory p-q.

Tegangan Sumber(Vsabc) Sistem dengan metode theory p-q THD 1.53%.

Spektrum frekuensi Tegangan Sumber(Vsabc) Sistem dengan metode theory pq.

Simulasi Filter Theory p-q

Didapatkan hasil reduksi THD arus dari 10.42 % menjadi

5.95 % dan cacat gelombang pada arus berkurang dan

faktor daya meningkat jika dibandingkan dengan

sebelum dipasang filter.Sehingga dari hasil simulasi

diatas bahwa filter aktif metode Theory p-q dengan

kontrol Hysteresis Band memiliki performance yang

baik untuk mereduksi harmonisa arus.

Simulasi Filter Theory p-q

Hasil Pengukuran Sistem dengan Filter aktif shunt

metode theory p-q

Simulasi Filter Theory p-q

Faktor Daya 0.78

Tegangan Fundemental (peak) 308.2 V

Arus Fundemental (peak) 166.8 A

Vrms 218 V

Irms 118 A

THD Tegangan Sumber 1.53 %

THD Arus Sumber 5.95 %

Arus Sumber(Isabc) Sistem dengan theory p-q dan dq Frame THD 4.5 %.

Spektrum frekuensi Arus Sumber(Isabc)

Sistem metode theory p-q dan dq Frame.

Simulasi Filter Theory p-q dan dq Frame

Tegangan Sumber(Vsabc) Sistem dengan

metode theory p-q dan dq Frame THD 1.03 %

Spektrum frekuensi Tegangan Sumber(Vsabc)

Sistem dengan metode theory p-q dan dq Frame.

Simulasi Filter Theory p-q dan dq Frame

Didapatkan hasil reduksi THD arus dari 10.42 % menjadi

4.50 % sedangkan THD tegangan dari 1.77 % menjadi

1.03 % .Cacat gelombang berkurang dan faktor daya

meningkat jika dibandingkan dengan sebelum dipasang.

Simulasi Filter Theory p-q dan dq Frame

Hasil Pengukuran Sistem dengan filter Aktif Shunt

Menggunakan metode Theory p-q dan dq Frame

Simulasi Filter Theory p-q dan dq Frame

Faktor Daya 0.83

Tegangan Fundemental (peak) 309.5 V

Arus Fundemental (peak) 160 A

Vrms 218.9 V

Irms 113.1 A

THD Tegangan Sumber 1.03 %

THD Arus Sumber 4.50 %

Dari hasil simulasi nampak bahwa kinerja filter

aktif metode Theory p-q dan dq frame dengan

kontrol Hysteresis Band memiliki performance

yang lebih baik .Kinerja filter tersebut

megeliminasi harmonisa arus dan tegangan

serta menigkatkan power faktor.

Simulasi Filter Theory p-q dan dq Frame

Perbandingan Sistem Tanpa Filter dengan Sistem yang

menggunakan metode theory p-q dan dengan dq farme.

Perbandingan Hasil Simulasi

Besaran yang

diukur

Tanpa

Filter

(TF)

Metode

Theory p-q

Metode

Theory p-q

dan dq frame

THD I(%) 10.42 % 5.95 % 4.50 %

THD V(%) 1.77 % 1.53 % 1.03 %

Power Faktor 0.70 0.78 0.83

Irms 118.2 A 118 A 113.1 A

Vrms 218 V 218 V 218.9 V

KESIMPULAN

Beberapa kesimpulan yang diperoleh adalah :

Filter aktif shunt menggunakan metode Theory p-q dengan kontrol

hysteresis band memiliki kemampuan untuk mengkompensasi komponen

harmonisa arus.Total Harmonic Distortion (THD) arus masukan sebelum

terpasang filter aktif adalah sebesar 10.42 % dan setelah terpasang flter

aktif menjadi 5.95 % .

Filter aktif shunt menggunakan metode Theory p-q dan dq frame

dengan kontrol hysteresis band memiliki kemampuan untuk

mengkompensasi komponen harmonisa arus dan tegangan.Total

Harmonic Distortion (THD) arus masukan sebelum terpasang filter aktif

adalah sebesar 10.42 % dan setelah terpasang flter aktif menjadi 4.50 %

sedangkan pada tegangan dari 1.77 % menjadi 1.03%.

KESIMPULAN

Filter aktif menggunakan metode Theory p-q dan dq

frame memiliki performa yang lebih baik dibandingkan

dengan metode Theory p-q saja bahkan dengan kondisi

sumber tegangan yang tidak ideal.begitu juga terdapat

kenaikan power faktor dari 0.70 menjadi 0.83.

KESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA

Murat Kale,E.Ozdemir,. Harmonic and reactive power

compensation with shunt active power filter under non-ideal mains

voltage IEEE Trans. Power Electron. 23 (Maret) (2005) 363-370.

J. Afonso, et al., Active filters with control based on the p–q

theory,IEEE Ind. Electron. Soc. Newsletter 47 (3) (2000) 5–11.

F.Z. Peng, G.W. Ott, D.J. Adams, Harmonic and reactive

powercompensation based on the generalized instantaneous

reactive power theory for 3-phase 4-wire systems, IEEE Trans. Power

Electron. 13 (November) (1998) 1174–1181.

Murat Kale,E.Ozdemir,. An Adaptive Hysteresis Band Current

Contoller for Shunt Active Power Filter. 22 (September) (2004) 113-

119.

J. Arrillaga, D. A. Bradley, P. S. Bodger, “Power System Harmonics”,

John Wiley & Sons, 1985.

DAFTAR PUSTAKA

R. C. Dugan, M. F. McGranaghan, H. W. Beaty, “Electrical Power

System Quality”, New York : McGraw-Hill, 1996.

W. Mack Grady dan Surya Santoso, “Understanding Power System

Harmonics”, http://www.ece.utexas.edu/~grady, 28 Agustus 2006

DAFTAR PUSTAKA

Thanks For Your Attention