Perbaikan Kualitas Arus Output pada Buck-Boost

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
1
Perbaikan Kualitas Arus Output pada Buck-Boost
Inverter yang Terhubung Grid dengan Menggunakan
Metode Feed-Forward Compensation (FFC)
Faradisyah Nugrahani, Dedet Candra Riawan, dan Mochamad Ashari
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Surabaya
E-mail: [email protected]
Abstrak—Kualitas tegangan DC yang digunakan sebagai
masukan inverter sering kali mengandung ripple dan
mengalami fluktuasi. Tegangan DC tersebut bisa berasal
tegangan generator AC yang disearahkan menggunakan
rectifier. Ripple pada tegangan input inverter akan
mempengaruhi kuliatas dari output inverter. Hal ini berlaku
untuk kondisi inverter baik yang stand alone maupun yang
terhubung grid. Oleh karena itu, diperlukan metode untuk
memperbaiki kualitas arus output inverter supaya sesuai
dengan yang dibutuhkan jaringan.
Pada Tugas Akhir ini akan dibahas perbaikan kualitas
arus output dari buck-boost inverter yang terhubung grid.
Metode yang digunakan adalah memanfaatkan deteksi ripple
pada tegangan DC sumber yang dikombinasikan dengan
sistem PWM pada inverter. Teknik tersebut disebut FeedForward Compensation (FFC). Dari simulasi menunjukkan
bahwa distorsi arus output pada buck-boost inverter dapat
diturunkan ketika metode FFC diterapkan. Pemakain metode
FFC pada tegangan input 400 Vdc dengan ripple 8,69 % (peakto-peak) dapat menurunkan THD arus mula sebesar 4,778 %
menjadi 1,324 %.
Kata Kunci— Buck-boost Inverter, FFC, Ripple.
I. PENDAHULUAN
P
ENGGUNAAN energi terbarukan saat ini terus
mengalami perkembangan karena teknologi yang
semakin canggih dan modern, sehingga bisa dikonversikan
menjadi energi untuk pembangkit tiga fasa. Diantara energi
terbarukan tersebut adalah energi angin atau wind turbine
[1]. Dalam sistem pembangkit tiga fasa digunakan beberapa
jenis konverter untuk mengubah jenis tegangan atau arus
dan besar level dari tegangan atau arus sesuai dengan yang
dibutuhkan [2]. Salah satunya ialah buck-boost converter
yang berfungsi mengubah level tegangan DC sebagai
sumber untuk inverter, baik untuk sistem yang stand alone
ataupun yang terhubung dengan grid.
Terdapat beberapa jenis konverter yang dapat digunakan,
diantaranya adalah kenverter AC-DC, DC-DC, dan DC-AC
[2]. Pengaturan tegangan keluaran konverter dilakukan
dengan cara mengatur switch yang digunakan dalam
konverter sehingga mengubah besar pulsa tegangan keluaran
dari konverter. Hal ini dinamakan sebagai kontrol dengan
Pulse Witdh Modulation (PWM) [3]. Keluaran DC yang
dihasilkan dari uncontrolled rectifer sering kali mengandung
banyak ripple sehingga keluarannya bukan berupa DC
murni [2]. Konverter yang digunakan untuk mengubah
gelombang DC menjadi AC disebut inverter. Konverter DC-
AC dapat digunakan sebagai forced-commutation
penghubung antara sistem dengan jaringan, caranya yaitu
menyalurkan arus ke grid dan mengatur arus yang
dikeluarkan dari inverter untuk disalurkan ke grid.
Kualitas arus keluaran dari suatu sistem merupakan hal
yang penting dijaga, dimana salah satunya dengan cara
menjaga kestabilan kualitas arus keluaran dari buck-boost
inverter [4]. Arus keluaran inverter mengalami gangguan
akibat timbulnya ripple ketika penyearahan gelombang AC
ke DC, sehingga mempengaruhi arus keluaran dari sistem.
Selain itu, gangguan dapat terjadi akibat pengaturan
switching dari buck-boost inverter [4]. Gangguan-gangguan
ini mengakibatkan gelombang arus keluaran terdistorsi
disebabkan timbulnya ripple di dalam tegangan masukan
inverter tersebut.
Salah satu metode yang ditawarkan untuk memperbaiki
kualitas arus keluaran dari inverter adalah metode Feedforward Compensation (FFC). Prinsip yang digunakan ialah
dengan cara mendeteksi tegangan DC masukan inverter
yang mengandung ripple untuk dikombinasikan dengan
teknik modulasi pada buck-boost inverter. Tegangan
referensi yang digunakan untuk modulasi PWM adalah
tegangan keluaran grid. Daya yang didapatkan dari
perbaikan kualitas arus yang dengan metode FFC mampu
memiliki efisiensi tinggi dan memiliki standar untuk
disalurkan ke jaringan (grid-connected).
II. KONVERTER DC-DC DAN INVERTER
TERHUBUNG GRID
A. Buck-Boost Converter
Konverter ini memiliki fungsi ganda yang berasal dari
dua konverter asalnya, yaitu menaikkan dan menurunkan
tegangan (Vdc>Vo atau Vdc<Vo).
Gambar 1. Topologi dari buck-boost converter
Pengaturan tegangan keluaran yang dilakukan untuk
buck-boost converter yakni dengan mengatur duty cycle (D).
Besar tegangan keluaran konverter beradasarkan nilai dari
Proseding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro – FTI ITS
Duty cycle D diperoleh dalam persamaan (1) berikut:
D
Vo  
Vd
1 D
Dimana :
Vo : Tegangan keluaran konverter (Volt)
D
: Duty cycle
Vd : Tegangan masukan konverter (Volt)
(1)
Konverter DC-DC pada umumnya memiliki dua mode
yang berbeda, yakni Continuous Conduction Mode (CCM)
dan Discontinuous Conduction Mode (DCM). Hal yang
membedakan kedua mode ini adalah karakteristik dari arus
yang mengalir pada induktor.
B. Buck-Boost Converter dengan Modulasi |sin(wt)|
Rangkaian buck-boost dapat dimodelkan menggunakan
pengaturan modulasi SPWM (sinusoidal). Pengaturan duty
cycle-nya dilakukan dengan cara mengubah tegangan
referensi berupa absolute sine seperti yang terlihat pada
Gambar . Selain hal itu, analisa daya rata-rata dan arus dapat
juga dipakai untuk mencari duty cycle D dalam rating
tegangan masukan Vd berbeda-beda. Karena modulasi sinus
ini, duty cycle rangkaian buck-boost berubah terhadap waktu
d(t) untuk menghasilkan nilai arus yang dibutuhkan.
Sedangkan untuk mengeluarkan arus keluaran berupa
sinusoidal, dibutuhkan modulasi sinus dengan sinyal carrier
sebesar satu dan frekuensi tinggi yang berfungsi untuk
mengatur switching dari konverter.
Gambar 2. Bentuk gelombang dalam buck-boost converter dengan mode
DCM menggunakan sinyal modulasi dengan |sin(wt)| [4]
Oleh karena itu, duty cycle D dari konverter terhadap
waktu dalam fungsi absolute sine, adalah :
d t   M i sin(t )
(2)
Mi didefinisikan sebagai besarnya sinyal modulasi
(Modulation Index) dari konverter. Persamaan (2) hanya
berfungsi dalam setengah cycle pertama dan jika
disubstitusikan ke daya rata-rata dalam [4], maka:
2
2
Wd 1 V d M i

(3)
Ts
4 Ldc f s
Keterangan :
Pd
: Daya masukan rata-rata (Watt)
Wd
: Energi yang disalurkan (Joule)
Mi
: Indeks modulasi
Ldc
: Nilai induktor pada buck-boost converter (Henry)
fs
: Frekuensi switching (Hertz)
Ts
: Periode untuk 1 cycle (detik)
Pd 
2
Berdasarkan pada [4], pengaturan indeks modulasi Mi
harus dalam beroperasi dalam mode DCM dengan mengatur
duty cyclenya. Duty cycle dari konverter harus dibatasi
nilainya untuk menjaga batasan operasi DCM dan CCM.
Dari persamaan (1) dan (2), diperoleh :
Vo
M i sin(t ) 
(4)
Vo  V d
Jika sinyal modulasi diasumsikan dalam keadaan
maksimumnya yakni ketika tidak ada ripple dengan sinyal
sinusoidal murni dengan magnitude sebesar satu, maka :
Vo
Mi 
(5)
Vo  Vd
C. Full Bridge Inverter Menggunakan Zero Crossing
Detector
Gambar 3. Sikus full bridge inverter yang terhubung dengan grid [4].
Tegangan grid dan arus keluaran buck-boost jika
direpresantasikan menggunakan tegangan AC ideal dari
buck-boost inverter sesuai pada Gambar 3, dapat
didefinisikan sebagai berikut :
v ac (t )  2V ac sin(t )
~
iac (t )  2 I ac sin(t )
(6)
(7)
Indeks modulasi dari buck-boost inverter tetap
menggunakan Mi pada persamaan (5), dikarenakan
switching dari forced-commutation mempergunakan
modulasi dengan ZCD. Oleh karena itu, nilai maksimum
dari tegangan masukan DC dan tegangan peak dari keluaran
inverter menjadi batasan pengoperasian dari indeks
modulasi dari buck-boost inverter. Substitusi persamaan (5)
dengan (6) memperlihatkan batasan pada indeks modulasi
dari buck-boost inverter :
Proseding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro – FTI ITS
Mi 
2Vac sin(t )
2Vac sin(t )  Vd
(8)
Prinsip dasar dari pengaturan tegangan pada inverter ini
menggunakan ZCD adalah menggunakan tegangan grid
sebesar 220Vrms, 50 Hz sebagai tegangan referensi kemudian
diatur dengan mengubah nilai gain dalam voltage sensor.
Hasil dari pengaturan tegangan dari grid akan dimodulasi
dengan sinyal dari zero crossing detector (ZCD) untuk
mengatur penyalaan switch pada inverter. Tujuan
penggunaan dari penggunaan modulasi dengan ZCD ini
adalah untuk menjaga supaya sistem tidak mengalami
pergeseran sudut fasa karena fasanya akan mengikuti fasa
dari jaringan atau grid. Sinyal keluaran yang dihasilkan oleh
komparator akan berbeda 180ᶿ antara satu sama lainnya
D. Kompensasi Ripple dengan Kontrol Buck-Boost Inverter
Menggunakan Feed-Forward Compensator (FFC)
Rangkaian buck-boost inverter yang diberikan tegangan
masukan dari uncontrolled three phase rectifier
menimbulkan ripple pada tegangan keluaran inverter. Oleh
kerena itu, sebuah kapasitor diberikan pada rangkaian untuk
menekan ripple yang muncul akibat penyerahan dari
rectifier. Sehingga dapat disimpulkan jika hasil tegangan
keluaran DC dari rectifier merupakan tegangan DC yang
ditambah dengan tegangan ripple (peak-to-peak). Hal ini
ditunjukkan dengan blok diagram pada Gambar 4.
~
V d (t )  Vd  v~d
(9)
Keterangan :
Vd (t) : Tegangan masukan DC mengandung ripple (V)
vd
: Tegangan ripple (peak-to-peak)
Vd
: Tegangan masukan DC
Gambar 4. Pemodelan sistem buck-boost inverter terhubung grid.
Pengaturan duty cycle untuk buck-boost dalam
persamaan (5) dijelaskan fungsi sinus ideal dengan nilai
konstan Mi. Ketika ripple muncul pada tegangan masukan
inverter tersebut maka akan mengakibatkan distorsi arus
keluaran dari inverter. Distorsi ini dikarenakan oleh
hamonisa orde rendah yang muncul dari pada arus keluaran
sehingga menurunkan kualitas arus yang disalurkan ke
jaringan. Ripple tersebut digunakan sebagai kompensasi
untuk nilai duty cycle pada konverter. Ketika semua
paramater dianggap konstan kecuali tegangan masukan Vd,
maka duty cycle tersebut haruslah berubah-ubah untuk
menjaga sistem stabil dengan daya masukan Pd yang
konstan. Sehingga persamaan (3) dapat ditulis kembali
menjadi:
4Pd Lac f s
d (t )  Mi (t ) 
(10)
~
V d (t )
Pengaturan arus keluaran inverter dapat dilakukan
dengan cara memodifikasi persamaan (3) yang dapat
digunakan sebagai kontrol terhadap nilai indeks modulasi
pada buck-boost inverter. Modifikasi Mi pada persamaan
(10) terhadap tegangan masukan yang berubah-ubah Ṽd(t)
maka dapat dituliskan :
3
1
1
M i (t )  4 Ldc f s  Pd 


  | sin t | V~ d (t )

 
command 
konstan
PLL
(11)
kompensasi
Dari persamaan diatas, diperoleh perhitungan sederhana
untuk indeks modulasi Mi berdasarkan tegangan masukan
berubah-ubah Ṽd(t). PLL berfungsi untuk menghasilkan nilai
tegangan referensi |sin(wt)| dari tegangan grid. Teknik
kompensasi ripple FFC untuk buck-boost inverter ini bisa
digabungkan dengan kontrol switching inverter dimana
sama-sama menggunakan PLL untuk mengatur tegangan
referensi dari modulasinya. Nilai tegangan masukan ṽd(t)
digunakan untuk mencari nilai dari indeks modulasi
maksimum Mi(max) dan untuk nilai induktor dan frekuensi
switching yang dipakai menggunakan nilai parameter yang
telah dihitung sebelumnya. Daya masukan Pd juga
dibutuhkan untuk sinyal command dan masukan daya yang
dibutuhkan oleh sistem.
III. PEMODELAN BUCK-BOOST INVERTER
TERHUBUNG GRID DENGAN MENGGUNAKAN FFC
A. Pemodelan Sumber
Rangkaian sumber dalam simulasi ini digunakan
rangkaian ekivalen dari sumber tiga fasa. Tegangan AC
yang dihasilkan dari sumber tiga fasa disearahkan terlebih
dahulu dengan rectifer. Sebelum tegangan DC dari rectifier
digunakan sebagai tegangan masukan rangkaian buck-boost
inverter diperlukan filter kapasitor untuk menekan ripple
yang muncul.
B. Pemodelan Buck-Boost Inverter
a. Pehitungan Modulation Index (Mi)
Mi didefinisikan sebagai besarnya sinyal modulasi
(Modulation Index) dari konverter. Sehingga disaat Vtri =1,
dan ditentukan fs = ±16 KHz, dapat dihitung nilai dari
indeks modulasi maksimum dari konverter berdasarkan nilai
dari tegangan masukan berdasarkan persamaan (5).
b. Perhitungan Komponen dari Buck-Boost Converter
Dalam rangkaian buck-boost terdapat beberapa
komponen dan elemen filter yang perlu dicari parameter
nilainya,diantaranya adalah induktor Ldc dan kapasitor Cb.
Kedua kondisi parameter tersebut masih harus memenuhi
kondisi DCM dari rangkaian buck-boost, sehingga nilai dari
induktor dan kapasitor tidak boleh terlalu besar. Melalui
persamaan (3) dihasilkan persamaan baru untuk mencari
nilai induktor dan kapasitor dimana sesuai dengan syarat
DCM.
2 2
Vd M i
L dc(max) 
(12)
4 Pd f s
Nilai dari kapasitor diperoleh dengan mencari terlebih
dahulu nilai tegangan ripple dengan ripple sebesar 10% dari
Vo. Kemudian dimasukkan dalam persamaan (13) [4] :
2
V c 
I cp L dc
2C bV o
(13)
Melalui persamaan (12) dan (13), didapatkan besar filter
yang dibutuhkan untuk rangkaian konverter buck-boost.
c. Perhitungan Parameter untuk Inverter Satu Fasa
Teknik switching yang dipakai untuk inverter adalah
sinusoidal SPWM bipolar menggunakan referensi dari
tegangan rms grid 220Volt. Rangkaian inverter memerlukan
V ac
Po
cos  2
(14)
Dimana nilai real dari Iac akan digunakan untuk mencari
nilai dari induktor pada inverter berdasarkan referensi [4].

 C b V ac
tan  2 
(15)


  2 L ac C b Re( I ac )  Re( I ac )
Gambar 7. Tegangan Masukan DC, Arus Induktor Ldc dan Arus Keluaran
Gambar 6. Inverter dengan Tegangan Masukan Vdc Ideal.
A. Buck-Boost Inverter dengan Vdc Mengandung Ripple
Dalam Gambar 7 diperlihatkan hasil simulasi kedua
adalah simulasi untuk tegangan DC yang mengandung
ripple, dimana tegangan ini didapatkan dari tegangan AC
yang disearahkan oleh rectifier tiga fasa. Efek dari ripple
yang muncul pada tegangan masukan buck-boost inverter
mengakibatkan terdistorsinya arus keluaran dari konverter
dan arus keluaran inverter yang akan disalurkan ke jaringan.
Vdc (V)
IV. SIMULASI DAN ANALISIS DATA
Secara umum desain sistem dari perbaikan arus untuk
buck-boost inverter yang terhubung grid dengan metode
Feed-forward Compensation (FFC) ditunjukkan dalam blok
diagram sebagai berikut ini.
ILdc (V)
I ac 
Iac (A)
filter induktor untuk menekan arus ripple yang muncul
akibat dari switching dari inverter. Oleh karena itu,
diperlukan induktor sebagai filter antara forcedcommutation dan grid.
Untuk mencari besarnya induktor yang digunakan untuk
rangkaian inverter, digunakan persamaan daya aktif
sehingga perlu dicari terlebih dahulu nilai real dari Iac dari
daya keluaran Po dan tegangan grid.
4
Vdc (V)
Proseding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro – FTI ITS
Ripple hasil rectifier
Gambar 5. Digram blok buck-boost inverter grid connected dengan FFC
Nilai
100V-400V
2000 Watt
245mH
19,5µF
1,23mH
220V
15625Hz
≥0,99
A. Simulasi Buck-Boost Inverter dengan Vdc Ideal
Simulasi pertama dilakukan dengan sumber tegangan
DC ideal menggunakan sumber DC murni. Parameter
rangkaian untuk buck-boost inverter yang digunakan sama
dengan parameter yang ada pada Tabel I. Berdasarkan hasil
simulasi pada Gambar 6, arus induktor Ldc di rangkaian
buck-boost dalam keadaaan DCM dan tidak mengalami
distorsi. Begitu pula dengan arus keluaran dari inverter
berupa gelombang sinusoidal murni. Hal ini disebabkan oleh
tegangan masukan Vdc dari buck-boost inverter berupa
tegangan DC ideal tanpa ada ripple. Sehingga THD arus
yang dimiliki oleh arus keluaran dari inverter sebesar 1,13
%.
Iac (A)
Parameter Rangkaian
Rating Tegangan input (Vdc)
Rating Daya input (Pd)
Induktor sisi DC (Ldc)
Capasitor sisi DC (Cb)
Induktor sisi AC (Lac)
Tegangan output (Vac)
Frekuensi switching (fs)
Power factor (Pf)
ILdc (V)
TABEL I
PARAMETER SIMULASI SISTEM
Distorsi gelombang akibat
Ripple
Gambar 7. Tegangan rms DC 400 Volt yang Mengandung Ripple, Arus
Keluaran Induktor Ldc dan Arus Keluaran Inverter yang Mengalami
Distorsi.
Simulasi dilakukan dengan kondisi inverter tetap harus
beroperasi dalam DCM untuk mendapatkan arus keluaran
yang sinusoidal karena sistem akan terhubung langsung
dengan grid. Dalam kondisi ini didapatkan nilai arus rms
induktor keluaran dari konverter sebesar 1.62 A dan arus
rms keluaran inverter sebesar 8,05 A. Besar nilai THD arus
yang diperoleh adalah 4,78 %.
Dalam Tugas Akhir ini, tegangan masukan Vdc yang
dihasilkan dari rectifier inilah yang digunakan sebagai
tegangan masukan untuk buck-boost inverter.
Proseding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro – FTI ITS
Vdc (V)
Vdc (V)
duty cycle d(t) yang mengandung ripple setelah diberikan
kompensasi dari tegangan Vdc yang sama-sama mengandung
ripple.
Semua hasil pengukuran dari perbandingan sebelum dan
setelah penggunaan metode FFC ditunjukkan pada tabel II.
Didapatkan hasil kualitas arus keluaran inverter mengalami
peningkatan ketika menggunakan FFC.
Ripple
Iac (V)
Setelah kompensasi
Kompensasi ripple
Mi
Mi, d (t)
B. Simulasi Indeks Modulasi Konstan (Mi) Pada BuckBoost Inverter Tanpa Menggunakan Metode FFC dan
Menggunakan FFC
Parameter yang digunakan dalam simulasi ini juga
menggunakan parameter yang ada pada Tabel I. Rangkaian
buck-boost inverter terhubung grid dengan nilai konstan Mi
berguna untuk melihat efek arus keluaran inverter yang akan
disalurkan ke grid.
Dalam Gambar 8. tegangan masukan pada buck-boost
inverter diberikan tegangan masukan DC yang mengandung
ripple. Dalam rangkaian kontrol, duty cycle menggunakan
fungsi sinusoidal murni sehingga nilai indeks modulasi yang
digunakan konstan sesuai dalam persamaan (5). Oleh karena
itu, kontrol Mi yang konstan tidak dapat mengkompensasi
ketika muncul ripple dalam tegangan masukan buck-boost
inverter. Hal tersebut mengakibatkan distorsi arus keluaran
seperti yang telah dijelaskan tadi.
Nilai arus keluaran Iac saat diukur menggunakan metode
FFC menghasilkan nilai rms sebesar 9.248 A dengan THD
arus keluaran tersebut berubah dari 4.778 % turun menjadi
1.324 %. Nilai daya keluaran pun ikut terjadi kenaikan dari
semula menjadi 1991.39 watt yang ditunjukkan pada tabel
II.
5
d(t)
Gambar 9. Gelombang dari tegangan masukan Vdc, arus keluaran inverter
setelah menggunakan FFC dan indeks modulasi yang mengandung
kompensasi ripple (Vdc = 400 volt, fs = 15625 Hz, Mi = 0.4375)
Ripple
TABEL II
KINERJA DARI INVERTER BUCK-BOOST DENGAN TEGANGAN
Distorsi arus keluaran
Iac (V)
KONSTAN, SEBELUM DAN SESUDAH MENGGUNAKAN FFC
Tegangan Input DC
No
1
2
Mi, d (t)
Mi
3
d(t)
4
5
Gambar 8. Gelombang dari tegangan masukan Vdc, arus keluaran inverter
dan indeks modulasi tanpa menggunakan FFC. (Vdc = 400 Volt)
Selanjutnya dilakukan perbandingan setelah diberikan
kompensasi melalui metode FFC. Metode ini menggunakan
prinsip kerja dengan mengatur nilai dari indeks modulasi Mi
dengan mengambil tegangan masukan DC yang
mengandung ripple sebagai kompensasi untuk arus dari
inverter. Tegangan DC ini dijadikan salah satu masukan
untuk kontrol dalam modulasi SPWM yang digunakan untuk
penyalaan switching dari buck-boost inverter. Daya
masukan juga berfungsi sebagai salah satu command dalam
kontrol Mi. Dimana kontrol ini sesuai dengan penurunan
rumus Mi pada persamaan (11).
Hasil simulasi ini digunakan ketika tegangan Vdc 400
Volt dengan tegangan ripple peak-to-peak sebesar 34.8 Volt.
Arus keluaran inverter Iac diperoleh dari pengaturan indeks
modulasi setelah diberikan kompensasi adalah gelombang
arus keluaran yang mendekati sinusoidal, seperti halnya
hasil simulasi yang terlihat dalam Gambar 9. Selain itu,
ditunjukkan keluaran dari indeks modulasi Mi dan nilai dari
6
Parameter Sistem
Faktor Daya
Daya Keluaran
Tegangan keluaran
Sistem (rms)
Arus Keluaran
Sistem Iac (rms)
Arus ripple Iac-ripp
(peak)
THD arus keluaran
sistem
Vdc Ideal
Vdc Mengandung Ripple
Sebelum FFC Sesudah FFC
0,97
1670,52W
0,98
1736,73W
0,98
1991,39W
220V
220V
220V
7,75
8,08A
9,25A
0,08A
0,26A
0,15A
1,11%
4,78%
1,32%
C. Pengaruh Variasi Tegangan Masukan Ṽdc Terhadap
Keluaran Sistem yang Menggunakan Metode FFC
Hasil simulasi dalam Gambar 10, dapat diketahui juga
bahwa fluktuasi tegangan masukan Vdc berpengaruh pada
nilai dari gelombang arus keluaran buck-boost inverter.
Tabel III menunjukkan hasil pengukuran dari simulasi
dengan tegangan masukan yang mengalami penurunan dari
tegangan sebesar 400 Volt menjadi 200 Volt, untuk daya
masukan Pd maksimum berubah dari 2000 watt menjadi
1000 watt. Dikarenakan acuan dari simulasi ini berpedoman
pada sumber wind turbine, maka tegangan masukan dan
daya masukan mengalami penurunan sebanding dengan
kecepatan dari blade dari wind turbine. Gelombang arus
mengalami distorsi dan kembali ketika fase steady-state
lagi. Oleh karena itu, kompensasi ripple dalam simulasi ini
diperoleh dari perubahan tegangan dan perubahan daya.
Jadi, ketika rangkaian buck-boost inverter yang
Proseding Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro – FTI ITS
menggunakan metode FFC ini mengalami penurunan
tegangan tanpa diikuti perubahan nilai daya masukannya
maka arus akan tetap terjadi distorsi dan tidak
terkompensasi.
TABEL III
KINERJA BUCK-BOOST INVERTER DENGAN VARIASI
TEGANGAN KETIKA SEBELUM DAN SESUDAH FFC
Vdc
(V)
Sebelum FFC
Po
THD
Iac (A)
(W)
(%)
400
8,09
1736,7 4,78
0,97
9,25
1991,4 1,32
0,98
300
7,05
1322,9 6,15
0,97
6,93
1475,9 1,94
0,97
200
4,59
837,07 7,22
0,94
4,63
960,58 5,08
0,95
100
2,22
330,83 7,78
0,77
2,22
368,75 7,45
0,78
pf
Sesudah FFC
THD
Iac (A) Po(W)
(%)
6
Metode Feed-Forward Compensation (FFC) sudah
menunjukkan kemampuan dalam perbaikan arus output dari
inverter. Namun demikian, distorsi pada sisi grid juga akan
menghasilkan distorsi pada sisi arus keluaran inverter. Oleh
karena itu, perlu adanya studi lebih lanjut untuk
memperbaiki kualitas arus dari sisi grid juga. Karena metode
FFC dalam sistem dalam Tugas Akhir ini belum memiliki
pertimbangan ketika terjadi distorsi dari sisi grid.
DAFTAR PUSTAKA
pf
[1]
[2]
[3]
Vdc = 400 volt
Vdc = 200 volt
Vac
Iac (A)
Vdc, Vac (V)
[4]
Pd, Po (W)
Mi (t)
Terdistorsi
Mi (maks)
Po
Pd
Gambar 10. Hasil simulasi dari pengaruh variasi tegangan masukan Ṽdc
terhadap arus keluaran, indeks modulasi dan daya keluaran.
V. KESIMPULAN
Berdasarkan analisis dalam Tugas Akhir ini, sistem
buck-boost inverter yang terhubung grid menggunakan
metode FFC telah dapat dilakukan perbaikan kualitas
keluaran arus inverter. Disamping itu, pemodelan dari
sistem buck-boost inverter dapat digunakan untuk rentang
tegangan input lebih rendah atau lebih tinggi dari tegangan
puncak (peak) jaringan, yaitu ketika 220√2 Volt.
Kemampuan buck-boost inverter dalam mentransfer daya
bergantung pada tegangan input DC. Oleh karena itu,
topologi dari buck-boost inverter dalam Tugas Akhir ini
sesuai untuk aplikasi sumber daya dimana daya output-nya
tergantung pada tegangan input sumber. Penggunaan metode
FFC dalam sistem dengan tegangan DC yang mengandung
ripple mampu mengurangi besar Total Harmonic Distortion
(THD) arus pada sisi keluaran inverter. Misalkan untuk
tegangan masukan maksimum 400 Vdc dengan tegangan
ripple (peak-to-peak) sebesar 8.69 %, dimana THD arus
mula turun dari nilai sebesar 4.778 % turun menjadi 1.324
%.
Riawan, D.C., “Optimum Power Control Strategy for SEIG-based
Variable Speed WECS”, Curtin University of Technology, Perth,
2010
Agrawal, Jai P., “Power Elektronic Systems: Theory and Design,”
New Jersey, 2001.
Rashid, Muhammad H., “Power Electronics Handbook Second
Edition”, Elsevier Inc, Florida.2007.
Riawan, D.C., “Grid-Connected Buck-Boost Inverter for Variable
Speed WECS Applications, Chapter 5th”, Curtin University of
Technology, Perth, 2010.