REDUKSI HARMONISA DAN KETIDAKSEIMBANGAN … · Presentasi ketidakseimbangan menjadi 0.09% Tegangan...
Transcript of REDUKSI HARMONISA DAN KETIDAKSEIMBANGAN … · Presentasi ketidakseimbangan menjadi 0.09% Tegangan...
Reduksi Harmonisa dan Ketidakseimbangan
Tegangan menggunakan Hybrid Active Power Filter Tiga Fasa berbasis ADALINE-Fuzzy
Oleh:
Marselin Jamlaay – 2211 201 206
Dosen Pembimbing:
1. Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng
2. Prof. Dr. Ir. Mauridhi Hery Purnomo, M.Eng
Overview
Pendahuluan
Pemodelan Sistem
Simulasi dan Analisa
Kesimpulan
Pendahuluan
Meningkatnya permintaan kebutuhan kontrol
Penggunaan peralatan elektronika daya dan konverter semakin tinggi
Menyebabkan permasalahan kualitas daya, diinjeksikannya harmonisa ke power system
1
Pendahuluan
Solusi Filter
Filter Pasif L-C Filter Aktif
- kompensasinya tetap - menimbulkan resonansi.
Parallel Seri
Hybrid APF
2
Pendahuluan Artificial Intelegence
Artificial Neural Network
Adaptive Linier Neuron (ADALINE)
ADALINE Learning
factor Fuzzy
Perhitungan Komponen Simetri
Perhitungan Komponen Urutan Positif
3
Batasan Masalah
Sistem distribusi
tegangan rendah 380 VL-L
Analisa dalam kondisi steady
state
Simulasi dilakukan pada
MATLAB Simulink R2012b
Sumber tegangan dc VSI
konstan
Pendahuluan
4
Pemodelan Sistem
5
Pemodelan Sistem
Filter ditala pada frekuensi 250 Hz dan 350 Hz.
Pengukuran faktor daya sistem.
Menghitung daya reaktif yang harus dikompensasi kapasitor.
Menghitung nilai induktansi L untuk harmonisa orde 5 dan orde 7.
6
Pemodelan Sistem
Inverter 3x1 fasa Vdc
Ideal transformer
Menentukan tegangan suplai dc inverter:
Rating tegangan sistem = 380 VL-L
Sehingga Vdc = 620.54 Volt
Filter LC
a
dc
peak mV
V 2
7
Pemodelan Sistem
Mengukur arus sumber tiga fasa.
Arus sumber dijadikan sebagai output target.
Node terdiri dari blok sinyal fundamental dan
blok-blok sinyal harmonik.
Blok sinyal harmonik dibangun hingga orde-35
8
Pemodelan Sistem Algoritma learning :
Widrow Hoff
)()()( ninine ests )()()()1( nxnenWnW
tnan sin
tnbn cos
9
Pemodelan Sistem
)()()()1( nxnenWnW Persamaan widrow-hoff:
Learning factor mempengaruhi kecepatan learning ADALINE
Fuzzy Logic Controller sebagai Pengatur Learning Factor
Sembilan fuzzy rule
10
Pemodelan Sistem
0 10 20 0 5 10
S M L L M S
0.0125 0.025 0.0375 0.05 0
S M L
mean error mean error
output
Membership function variabel input dan output :
11
Pemodelan Sistem
Kinerja Adaline-Fuzzy dalam merespon arus sumber harmonik:
Aru
s (A
mp
ere)
Waktu (detik)
Aru
s (A
mp
ere)
Waktu (detik)
Arus estimasi adaline(merah)
Output target (biru)
12
Pemodelan Sistem
Mengukur tegangan sumber tiga fasa.
Perhitungan Komponen simetri
urutan positif
c
b
a
c
b
a
c
b
a
v
v
v
jv
v
v
v
v
v
011
101
110
32
1
1
1
1
3
1
21
21
21
21
21
21
)(
)(
)(
13
Pemodelan Sistem
Dapat ditentukan besarnya injeksi tegangan:
scsc
sbsb
sasa
scub
sbub
saub
VV
VV
VV
V
V
V
Teg
an
ga
n (
Vo
lt)
Waktu (detik)
Tegangan sumber (biru)
Tegangan beban (merah)
Tegangan injeksi
14
Pemodelan Sistem Pemodelan Keseluruhan Sistem
15
Simulasi dan Analisa Parameter Sistem
DATA PASSIVE POWER FILTER
Beban 2 Parameter
Harmonisa orde-5 C5 = 0.4275 mF, L5 = 0.94803 mH
Harmonisa orde-7 C7 = 0.4275 mF, L7 = 0.48369 mH
Beban 3 Parameter
Harmonisa orde-5 C5 = 0.42358 mF, L5 = 0.95678 mH
Harmonisa orde-7 C7 = 0.42358 mF, L7 = 0.488 mH
DATA SUMBER
Impedansi sumber R = 0.01 , L =0.3 mH
Sumber seimbang Parameter
Fasa a 310.2687 sin (t)
Fasa b 310.2687 sin (t-2/3)
Fasa c 310.2687 sin (t+2/3)
Sumber tidak seimbang Parameter
Fasa a 300 sin (t)
Fasa b 280 sin (t-2/3)
Fasa c 250 sin (t+2/3)
DATA BEBAN
Beban 1 Parameter
Beban linier R= 0.01 , L= 10 mH
Beban 2 Parameter
Beban nonlinier Dioda rectifier 3
R= 10 , L= 0.01 mH
Beban 3 Parameter
Beab nonlinier Dioda rectifier 3
R= 20 , C= 0.1 mF 16
Simulasi dan Analisa
Suplai tegangan tiga fasa tidak seimbang (Vpeak): Vsa = 300 Volt Vsb = 280 Volt Vsc = 250 Volt
Maksimum deviasi dari nilai rata-rata
Rata- rata magnitude tegangan tiga fasa x 100% %unbalance =
%100
3)250280300(
2503)250280300(
9.6385%
Presentasi ketidakseimbangan berdasarkan standard NEMA:
17
Simulasi dan Analisa
18
Teg
an
ga
n (
Vo
lt)
Waktu (detik)
Teg
an
ga
n (
Vo
lt)
Waktu (detik)
Teg
an
ga
n (
Vo
lt)
Waktu (detik)
Tegangan beban= Tegangan sumber
Tegangan tiga fasa seimbang
Tegangan referensi tiga fasa
Fasa a Fasa b Fasa c
Simulasi dan Analisa
19
Teg
an
ga
n (
Vo
lt)
Waktu (detik)
Tegangan beban tiga fasa seimbang
Presentasi ketidakseimbangan menjadi 0.09%
Tegangan beban sebelum Kompensasi (Vpeak)
Tegangan beban Setelah Kompensasi (Vpeak)
Fasa a 300 Volt 310.7 Volt
Fasa b 280 Volt 310.7 Volt
Fasa c 250 Volt 311.8 Volt
Simulasi dan Analisa
20
Percobaan dilakukan dengan penurunan tegangan hingga 50% (pada fasa b).
Teg
an
ga
n (
Vo
lt)
Fasa a Fasa b
Fasa c
Teg
an
ga
n (
Vo
lt)
Waktu (detik)
Tegangan beban sebelum Kompensasi (Vpeak)
Tegangan beban Setelah Kompensasi (Vpeak)
Fasa a 150 Volt 311.5 Volt
Fasa b 70 Volt 311.6 Volt
Fasa c 100 Volt 311.8 Volt
Simulasi dan Analisa
Dilakukan percobaan pada dua tipe beban nonlinier:
21
Beban nonlinier (beban 2)
Beban linier (beban 1)
Beban nonlinier (beban 3) A
rus
(Am
per
e)
Waktu (detik)
Waktu (detik)
Aru
s (A
mp
ere)
Simulasi dan Analisa
Konfigurasi Beban linier (beban 1) dan beban nonlinier (beban 2)
22
Parameter
Nilai
Fasa a Fasa b Fasa c
Tegangan (Vs-rms) 215.4 Volt 215.1 Volt 215.2 Volt
Arus (Is-rms) 88.3 Ampere 88.3 Ampere 88.3 Ampere
Daya Aktif (P) 12.59 kW 12.59 kW 12.59 kW
Daya Reaktif (Q) 13.99 kVAR 13.99 kVAR 13.99 kVAR
Daya Total (S) 19.019 kVA 18.99 kVAR 19 kVAR
power factor 0.66 0.66 0.66
THDi 12.3% 12.29% 12.28%
THDv 8% 6% 7%
Parameter
Nilai
Fasa a Fasa b Fasa c
Tegangan (Vs-rms) 218.7 Volt 219 Volt 218.8 Volt
Arus (Is-rms) 60.15 Ampere 60.12 Ampere 60.12 Ampere
Daya Aktif (P) 13.09 kW 13.08 kW 13.08 kW
Daya Reaktif (Q) 0.991 kVAR 0.993 kVAR 0.986 kVAR
Daya Total (S) 13.15 kVA 13.16 kVA 13.15 kVA
power factor 0.99 0.99 0.99
THDi 5% 5% 5%
THDv 4% 7% 5.7%
Pengukuran jaringan Sebelum kompensasi
Pengukuran jaringan setelah dikompensasi Oleh filter pasif
Simulasi dan Analisa
Arus sumber tiga fasa setelah terkompensasi oleh filter pasif:
23
Aru
s (A
mp
ere)
Waktu (detik)
Amplitudo harmonisa orde 5 dan orde 7 tereduksi
Simulasi dan Analisa
24
Parameter
Nilai
Fasa a Fasa b Fasa c
Tegangan (Vs-rms) 218.5 Volt 218.5 Volt 218.6 Volt
Arus (Is-rms) 60.38 Ampere 60.44 Ampere 60.45 Ampere
Daya Aktif (P) 13.14 kW 13.15 kW 13.13 kW
Daya Reaktif (Q) 0.963 kVAR 0.929 kVAR 0.939 kVAR
Daya Total (S) 13.18 kVA 13.2 kVA 13.2 Kva
power factor 0.99 0.99 0.99
THDi 3.7% 3.6% 3.7%
THDv 3.8% 3.5% 3.7%
Aru
s (A
mp
ere)
Waktu (detik)
Arus sumber tiga fasa setelah terkompensasi oleh hybrid APF:
Simulasi dan Analisa
Konfigurasi Beban linier (beban 1) dan beban nonlinier (beban 3)
25
Pengukuran jaringan Sebelum kompensasi
Pengukuran jaringan setelah dikompensasi Oleh filter pasif
Parameter
Nilai
Fasa a Fasa b Fasa c
Tegangan (Vs-rms) 215.5 Volt 215.4 Volt 215.3 Volt
Arus (Is-rms) 74.22 Ampere 74.22 Ampere 74.22 Ampere
Daya Aktif (P) 8.471 kW 8.473 kW 8.472 kW
Daya Reaktif (Q) 13.37 kVAR 13.37 kVAR 13.37 kVAR
Daya Total (S) 15.99 kVA 15.98 kVA 15.97 kVA
power factor 0.5 0.5 0.5
THDi 13% 13% 13%
THDv 6% 5% 4%
Parameter
Nilai
Fasa a Fasa b Fasa c
Tegangan (Vs-rms) 219 Volt 219 Volt 218.9 Volt
Arus (Is-rms) 40.37 Ampere 40.4 Ampere 40.36 Ampere
Daya Aktif (P) 8.771 kW 8.778 kW 8.767 kW
Daya Reaktif (Q) 0.559 kVAR 0.558 kVAR 0.570 kVAR
Daya Total (S) 8.841 kVA 8.847 kVA 8.834 kVA
power factor 0.99 0.99 0.99
THDi 10% 10% 10%
THDv 3% 4% 3%
Simulasi dan Analisa
Arus sumber tiga fasa setelah terkompensasi oleh hybrid APF:
26
Aru
s (A
mp
ere)
Waktu (detik)
Aru
s (A
mp
ere)
Parameter
Nilai
Fasa a Fasa b Fasa c
Tegangan (Vs-rms) 218.8 Volt 218.8 Volt 218.8 Volt
Arus (Is-rms) 40.43 Ampere 40.39 Ampere 40.51 Amper
Daya Aktif (P) 8.811 kW 8.805 kW 8.827 kW
Daya Reaktif (Q) 0.562 kVAR 0.538 kVAR 0.562 kVAR
Daya Total (S) 8.84 kVA 8.83 kVA 8.86 kVA
power factor 0.99 0.99 0.99
THDi 5% 5% 5%
THDv 2% 2% 3%
Simulasi dan Analisa
27
Parameter sumber tegangan tiga fasa tidak seimbang sama seperti percobaan 1.
Konfigurasi Beban linier (beban 1) dan beban nonlinier (beban 2)
Waktu (detik)
Aru
s (A
mp
ere)
Teg
an
ga
n (
Vo
lt)
Waktu (detik)
Simulasi dan Analisa
28
Arus sumber dan tegangan beban setelah terkompensasi oleh hybrid APF:
Spektrum Harmonisa sebelum dan setelah kompensasi
Waktu (detik)
Aru
s (A
mp
ere)
T
ega
ng
an
(V
olt
)
Simulasi dan Analisa
29
Parameter
Nilai
Fasa a Fasa b Fasa c
Tegangan (Vs-rms) 208.3 Volt 194.4 Volt 173.4 Volt
Arus (Is-rms) 83.22 Ampere 80.97 Ampere 72.12 Ampere
Daya Aktif (P) 11.47 kW 10.24 kW 8.445 kW
Daya Reaktif (Q) 12.78 kVAR 11.73 kVAR 9.017 kVAR
Daya Total (S) 17.334 kVA 15.74 kVA 12.5 kVA
power factor 0.66 0.65 0.67
THDi 11.28% 11.78% 14%
THDv 7.6% 8.6% 6%
Parameter
Nilai
Fasa a Fasa b Fasa c
Tegangan (Vs-rms) 212.2 Volt 197.3 Volt 176.9 Volt
Arus (Is-rms) 55.51 Ampere 54.38 Ampere 50.08 Ampere
Daya Aktif (P) 11.91 kW 10.63 kW 8.779 kW
Daya Reaktif (Q) 0.641 kVAR 1.17 kVAR 0.565 kVAR
Daya Total (S) 11.78 kVA 10.73 kVA 8.86 kVA
power factor 0.99 0.99 0.99
THDi 5.3% 5.6% 6.5%
THDv 8.7% 5.3% 9.7%
Parameter
Nilai
Fasa a Fasa b Fasa c
Tegangan (Vs-rms) 211.1 Volt 197 Volt 175.8Volt
Tegangan (VL-rms) 219.4 Volt 219.7 Volt 219.5 Volt
Arus (Is-rms) 60.27 Ampere 60.41 Ampere 60.3 Ampere
Daya Aktif (P) 12.67 kW 11.85 kW 10.56 kW
Daya Reaktif (Q) 0.965 kVAR 0.889 kVAR 0.768 kVAR
Daya Total (S) 11.78 kVA 10.73 kVA 8.86 kVA
power factor 0.99 0.99 0.99
THDi 3.6% 3.4% 3.5%
THDv 3% 3.3% 3%
Pengukuran jaringan sebelum kompensasi
Pengukuran jaringan setelah pemasangan filter pasif
Pengukuran jaringan setelah terkompensasi oleh hybrid APF
Simulasi dan Analisa
30
Konfigurasi Beban linier (beban 1) dan beban nonlinier (beban 3)
Waktu (detik)
Aru
s (A
mp
ere)
Teg
an
ga
n (
Vo
lt)
Waktu (detik)
Simulasi dan Analisa
31
Arus sumber dan tegangan beban setelah terkompensasi oleh hybrid APF:
Spektrum Harmonisa sebelum dan setelah kompensasi
Waktu (detik)
Aru
s (A
mp
ere)
T
ega
ng
an
(V
olt
)
Simulasi dan Analisa
32
Pengukuran jaringan sebelum kompensasi
Pengukuran jaringan setelah pemasangan filter pasif
Pengukuran jaringan setelah terkompensasi oleh hybrid APF
Parameter
Nilai
Fasa a Fasa b Fasa c
Tegangan (Vs-rms) 206.6 Volt 193.1 Volt 172.1 Volt
Arus (Is-rms) 69.25 Ampere 67.39 Ampere 59.43 Ampere
Daya Aktif (P) 7.585 kW 6.909 kW 5.477 kW
Daya Reaktif (Q) 11.94 kVAR 10.78 kVAR 8.48 kVAR
Daya Total (S) 14.307 kVA 13 kVA 10.227 kVA
power factor 0.53 0.53 0.53
THDi 14% 15.7% 15%
THDv 5.5% 8.6% 6%
Parameter
Nilai
Fasa a Fasa b Fasa c
Tegangan (Vs-rms) 211.7 Volt 197.5 Volt 176.3 Volt
Arus (Is-rms) 37.93 Ampere 37.24 Ampere 33.17 Ampere
Daya Aktif (P) 7.967 kW 7.263 kW 5.797 kW
Daya Reaktif (Q) 0.251 kVAR 0.584 kVAR 0.365 kVAR
Daya Total (S) 80.29 kVA 73.55 kVA 58.47 kVA
power factor 0.99 0.99 0.99
THDi 11.7% 13% 11.2%
THDv 3% 4% 3.5%
Parameter
Nilai
Fasa a Fasa b Fasa c
Tegangan (Vs-rms) 211.6 Volt 197.5 Volt 176.2Volt
Tegangan (VL-rms) 219.9 Volt 219.6 Volt 219.6 Volt
Arus (Is-rms) 40.42 Ampere 40.37 Ampere 40.35 Ampere
Daya Aktif (P) 8.52 kW 7.94 kW 7.08 kW
Daya Reaktif (Q) 0.965 kVAR 0.889 kVAR 0.768 kVAR
Daya Total (S) 11.78 kVA 10.73 kVA 8.86 kVA
power factor 0.99 0.99 0.99
THDi 5% 5% 5%
THDv 3% 3% 2.8%
Kesimpulan
Adaline-Fuzzy yang dirancang mampu beradaptasi dengan berbagai sinyal target yang diberikan sehingga dapat ditentukan gelombang murni harmonik.
Metode perhitungan komponen simetri mampu menghasilkan tegangan injeksi secara tepat dengan suplai tegangan tiga fasa tidak seimbang yang dibuat bervariasi hingga penurunan 50%.
Penggunaan filter pasif untuk beban nonlinier rectifier 3 fasa dengan RL seri menghasilkan Penurunan distorsi arus sumber yang cukup signifikan, dan jika diintegrasikan dengan series APF kemampuan reduksi harmonisa meningkat walaupun penurunannya tidak signifikan.
Penggunaan filter pasif untuk beban nonlinier rectifier 3 fasa dengan RC paralel menghasilkan Penurunan distorsi arus sumber yang tidak signifikan, namun jika diintegrasikan dengan series APF kemampuan reduksi harmonisa filter pasif lebih optimal.
Penurunan distorsi harmonik pada arus sumber mencapai 3.4% disertai dengan perbaikan tegangan beban dengan presentasi ketidakseimbangan berdasarkan standar NEMA dibawah 0.1%.
33