DYNAMIC VOLTAGE RESTORER (DVR) UNBLOCKING ZERO SEQUENCE UNTUK PERBAIKAN KUALITAS
TEGANGAN MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY POLAR
Jurusan Teknik Elektro – FTI ITS3 Maret 2011
Oleh : Margo PujiantaraPromotor : Prof. Dr. Ir Mauridhi Hery Purnomo
Co Promotor : Prof. Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng.
Permasalahan Umum PadaKualitas Tegangan di Industri
92% permasalahan listrik pada proses operasi diindustri adalah kedip tegangan dan daya hilangsesaat … [3]
Kedip TeganganKedip tegangan adalah drop tegangan 0.1 pu sampai0.9 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
Even
t mag
nitu
de
Notch
/tran
sient
Tran
sient
. . . . . . Standar IEEE std 1159-1995
Fenomena Kedip Tegangan
Fault occurs here
Line suffers outage ][Circuit Breaker
Remainder ofsystem suffersvoltage sag
Penyebab Kedip Tegangan
• Gangguan hubungan singkat, baik terjadi diinstalasi itu sendiri ataupun di penyulang lain.
• Surja alih-hubung akibat operasi pemutustenaga disaluran tegangan tinggi atau sistemdistribusi.
• 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)
Perbandingan Metoda Pemulihan Gangguan Power Quality …. [3]
Type of Fault % of TotalPQ Faults
VoltageRegulator (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 DCVSI 3 fasaBooster TransformerVoltage RegulatorSensor 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
TAH
UN
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 SequenceMETODE
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 empatkawat
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 yaitumenentukan 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 inputZa merupakan representasi penurunan sinyal
input As merupakan faktor pengali derivatifα 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)]
22 ))(.()()( kZaAskZskD +=
θ(k) = tan-1(As.Za(k)/Zs(k))
Fuzzy Polar
1
grade
0 Dr Distance D(k)
G(D(k))
Defuzzyfikasi
max))].(())(())[(()( UkPkNkDGkU θθ −=
Membership function
N(θ) merupakan membership function pertama dari sudut
P(θ) merupakan membership function kedua dari sudut
Dr merupakan pemulihan maksimumyang diinginkan
Umax merupakan nilai maksimum sinyalkontrol
18013545- 45 0- 180 - 135
1
grade)( dN θ )( dP θ
Degree dθ
90=α
Penentuan Parameter KontrolFuzzy Polar
• Pada metode Fuzzy polar perlu ditentukan beberapaparameter antara lain Umax dan As. Nilai Umax dapatdiketahui dari persamaan :
• Untuk mendapatkan Umax, sistem distribusi diberikangangguan 3 fasa dengan impedansi yang sangat kecilsehingga diperoleh tegangan kedip mendekati 0%. Iniakan mewakili kontrol maksimum yang diperlukan.
max1
( ( ))[ ( ( ) ( ( ))]U
G D k N k P kθ θ=
−
Penentuan Parameter KontrolFuzzy Polar (abc ke dq0)
Gangguan 3 fasa
Sinyal galatmaksimum d = 1
Dipilih As = 0.19
Penentuan Parameter KontrolFuzzy Polar (d ke polar d)
Sinyal galat sumbu d yang diubah menjadi Magnitude D(k)ddan Sudut θ (k)d pada bidang polar
22 ))(.()()( kZaAskZskD += 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 KontrolFuzzy Polar (sudut d ke nilai membership function N)
Sinyal output dari rule base fuzzy N(θ(k)d)
18013545- 45 0- 180 - 135
1
grade)( dN θ )( dP θ
Degree dθ
90=α
Penentuan Parameter KontrolFuzzy Polar (sudut d ke nilai membership function P)
Sinyal output dari rule base fuzzy P(θ(k)d)
18013545- 45 0- 180 - 135
1
grade)( dN θ )( dP θ
Degree dθ
90=α
Penentuan Parameter KontrolFuzzy 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 k P kθ θ=
−
max1
1.[0.6196 0.3804]U =
−
max 4,18U =
Penentuan Parameter KontrolFuzzy Polar
Sinyal galat pada sistem tenaga listrik yang mengalami gangguan 1 fasa ketanah dalam koordinat dq0
Penentuan Parameter KontrolFuzzy Polar
NoFuzzy Polar ParameterDirectinput d
Quadratureinput 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
NoFuzzy Polar ParameterDirectinput d
Quadratureinput 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 TeganganAkibat Harmonisa
Kondisi sistem distribusi dengan beban harmonisa dan THD = 8,31%
Kondisi pemulihan THD menjadi 1,76%
Pemulihan Profil TeganganAkibat Harmonisa
Pemulihan profil tegangan akibat harmonisa
Kondisi AwalTHD (%)
Setelah PemulihanTHD (%)
Persentase Pemulihan
(%)
13,80 3,60 73,9110,78 2,42 77,55
8,31 1,76 78,82
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
TeganganPemulihan
(%)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
KESIMPULANDari 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 Umax. 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 KontrolBackpropagation 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 noluntuk mengatasi tegangan kedip akibat gangguan balance danunbalance”, 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 seriberbasis 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.