BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Meningkatnya

BAB I
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Meningkatnya penggunaan power electronic pada sitem tenaga listrik telah
menimbulkan permasalahan kualitas daya. Komponen power
electronic tersebut
seperti dioda, thyristor, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), Mosfet sebagai
perangkat switching yang banyak digunakan aplikasinya pada beban elektronik
seperti: mesin cuci, personal komputer dan laptop, handphone, pengatur kecepatan
motor listrik pada sistem saluran tegangan rendah.
Beban yang bersifat tidak linier dapat menimbulkan distorsi bentuk
gelombang, baik arus maupun tegangan. Distorsi gelombang ini biasa disebut
harmonisa, yang merupakan salah satu parameter dalam menentukan kualitas dari
sistem tenaga. Adanya harmonisa dapat menimbulkan permasalahan antara lain
adalah faktor daya rendah, overheating, dan dapat meningkatkan rugi-rugi energi [1].
Harmonisa juga dapat menurunkan kualitas sistem tenaga listrik yang dapat
menyebabkan dampak negatif terhadap peralatan-peralatan lain pada instalasi.
Banyak usaha yang telah dilakukan untuk menyelesaikan masalah yang
diakibatkan adanya harmonisa. Cara yang paling sederhana dan sering dilakukan
adalah dengan menggunakan filter pasif. Filter pasif tersebut paling sering digunakan
karena biaya pembuatan yang rendah dan strukturnya yang sederhana. Namun, filter
ini tidak dapat menyelesaikan masalah yang ditimbulkan oleh variasi acak dari bentuk
1
Universitas Sumatera Utara
2
gelombang pada beban karena filter ini biasanya ditala pada frekuensi tertentu. Selain
itu ada permasalahan yang sangat mendasar dalam filter pasif karena filter ini dapat
menghasilkan resonansi seri dan paralel dengan impedansi sumber [2].
Penggunaan filter pasif tidak memandang kondisi beban, artinya dalam
kondisi apapun, rangkaian filter pasif menjadi bagian dari sistem itu sendiri. Untuk
memecahkan masalah ini, maka telah dikembangkan penggunaan filter aktif. Filter
akan bekerja ketika kondisi beban dirasakan sudah mulai mengganggu. Ketika beban
tidak cukup mengganggu maka filter tidak bekerja atau bernilai nol. Peralatan
penalaan yang berasal dari filter aktif ini pada dasarnya haruslah memiliki dua jenis
karakteristik, yaitu mampu ditala dengan frekuensi tinggi dan kemampuan untuk
bekerja pada rating daya tinggi.
Parameter penting yang memerlukan perhatian yaitu proses kontrol, karena di
sinilah yang akan menentukan filter aktif tersebut bisa berjalan dengan efektif atau
tidak. Sistem kontrol merupakan sebuah sistem yang terdiri atas satu atau beberapa
peralatan yang berfungsi untuk mengendalikan sistem lain yang berhubungan dengan
sebuah proses. Dalam sistem kontrol, semua variabel, baik masukan maupun keluaran
dari suatu proses harus dapat dimonitor dan diolah setiap saat. Semua variabel
tersebut dikontrol sesuai dengan tujuan yang diharapkan.
Dalam perkembangannya, filter aktif dengan metode kontrol yang bermacammacam masih terus dikembangkan, akan tetapi masih terdapat banyak kerumitan pada
rangkaian. Karena kemampuan metode kontrol ini yang akan sangat mempengaruhi
kinerja dari performansi filter aktif yang akan di desain. Pada awalnya yang cukup
Universitas Sumatera Utara
3
populer, dikenal sistem kontrol yaitu kontroller PI (Proportional Integral), fungsi
kontrol yang melakukan penalaan penguatannya secara manual. Untuk mengatasi
kelemahan tersebut dikenal kontroller seperti logika fuzzy, robust, adaptif, Neural
network, algoritma genetika, optimal dan controller lain yang bisa berupa gabungan
[3].
Banyak penelitian sebelumnya seperti Tabel 1.1 yang telah dilakukan
berkaitan dengan filter aktif dengan menggunakan fuzzy logic [4-11]. Tetapi
mengingat konsep dari logika fuzzy sendiri yang tidak memerlukan perhitungan
matematis yang rumit, sehingga masing-masing peneliti bebas membentuk fungsi
keanggotaan dari sistem fuzzy. Hal ini mengakibatkan penelitian tentang logika fuzzy
masih cukup relevan untuk dilakukan sebagai alternatif dari sistem PI (Proportional
Integral) ataupun PID (Proportional Integral Derivative).
Perbedaan dengan penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya adalah
implementasi inverter filter aktif. Kalau sebelumnya yang digunakan adalah inverter
konvensional (dua tingkat) dengan metode PWM (Pulse Width Modulation), pada
tesis ini implementasi filter aktif menggunakan multilevel inverter. Metode filter aktif
dengan PWM
memang cukup diketahui kehandalannya, tetapi untuk daya yang
cukup besar dan frekuensi yang tinggi mengakibatkan potensi loss dari peralatan
elektronik juga cukup besar. Untuk mengatasi hal tersebut dikembangkan metode
Cascade Multilevel Inverter (CMI) sebagai alternatif pengganti dari metode kontrol
yang konvensional.
Universitas Sumatera Utara
4
Tabel 1.1 Data penelitian pendukung
Peneliti
Judul Penelitian
Metode
Hasil Yang
dicapai
Jayakrishna, G,
Fuzzy Logic Control Based
Anjaneyulu,K.S.R Three Phase Shunt Active
[4]
Filter for Voltage
Regulation and Harmonic
Reduction, International
Journal of Computer
Application (0975-8887)
Volume 10 - No.5.
November 2010
Filter Aktif:
PWM
Converter, fuzzy
subset sebanyak
7, membership
metode
triangular,
Simulasi:
Matlab/Simulink
Setelah
menggunakan
SAF baik THD
arus dan THD
tegangan
mengalamai
penurunan dari
26,35% menjadi
3.56% dan 25%
menjadi 3,9%
dibandingkan
sebelum
pemasangan filter
Sarasvathi, K,
Rajalakshmi, R
[6]
Performance Analysis Of
Shunt Active Filter Using
Different
Controllers,International
Journal of Engineering
Trends and Technology
(IJETT), Volume 4 Issue 5
- May 2013
Membandingkan
metode PI dan
FLC, PWM VSI
Inverter, FLC:
Fuzzy Subset 7,
Metode
triangular, Load
(R, DC Motor,
Motor Induksi),
Simulasi
Matlab/Simulink
Hasil simulasi
untuk semua jenis
beban APF
dengan FLC
menghasilkan
hasil yang lebih
baik. Dimana
bebant Motor
Induksi
menghasilkan
THD terbesar
yaitu 10,6%
Zellouma, L. S
Saad, H.
Djeghloud [8]
Fuzzy Logic Controller of
Three Level Series Active
Power Filter, International
Symposium on
Environment Friendly
Energies in Electrical
Applications, 2010
APF terpasang
secara seri,
PWM 3 tingkat,
Metode
Tringular, Fuzzy
Set 5, Simulasi:
Matlab/Simulink
Dari hasil
simulasi filter
aktif bisa
mereduksi THDi
sampai dibawah 2
persen dan respon
transient sekitar
0.01 detik
Universitas Sumatera Utara
5
Tabel 1.1 Data penelitian pendukung (lanjutan)
Peneliti
Hasil Yang
dicapai
Judul Penelitian
Metode
Shunt Active Power Filter
for Harmonic Mitigation by
Using Fuzzy Logic
Controller, International
Journey of Advanced
Research in Computer
Engineering & Technology
(IJARCET) Volume 2, Issue
6, Juni 2013
PWM VSI
Inverter, FLC:
Fuzzy Subset 7,
Metode
triangular,
Simulasi
Matlab/Simulink
Dengan
menggunakan FLC,
THD menurun dari
28,61 menjadi
3,85%
Reddy, N T,
Fuzzy Logic Controlled
Subramanyam, Shunt Active Power Filter
MV [10]
for Mitigation of Harmonics
with Different Membership
Function, International
Conference on Advances in
Computing, Control, and
Telecommunication
Technologies, 2009
Filter Aktif:
Metode PWM,
FLC: Metode
triangular,
Trapezoid,
Gbell, Gauss,
membership 7,
Simulasi:
Matlab/Simulink
Semua metode FLC
menghasilkan THD
dibawah standar
IEEE, dimana
fungsi keanggotaan
dengan
menggunakan
metode Gauss dan
Triangular
memberikan hasil
terbaik untuk
mereduksi
harmonisa orde 3
ke level 4,29% dan
4,54%
Bentria,
Hamza [11]
PWM, Metode
membangkitkan
arus harmonisa
menggunakan
sychronous dan
noth filter, fuzzy
subset
Dengan
menggunakan
algoritma FLC
THD menjadi
1,82% dibawah
standart IEEE
Agrawal S,
Bhuria V [9]
A shunt Active Power Filter
Controlled by Fuzzy Logic
Controller for Current
Harmonic Compensation
and Power Factor
Improvement, Journal of
Theoretical and Applied
Information Technology,
Vol 32 No 1 2012
Universitas Sumatera Utara
6
Tabel 1.1 Data penelitian pendukung (lanjutan)
Peneliti
Judul Penelitian
Metode
Hasil Yang dicapai
Bangia,
Sakshi [12]
Simulation of Fuzzy Logic
Based Shunt Hybrid Active
Filter for Power Quality
Improvement, I.J. Intelligent
System and Application,
2013, 02, 96-104
Hybrid PWM
dan Pasif yang
dipasang untuk
reduksi
harmonisa ke
lima, Fuzzy
Subset 3, Metode
triangular,
Simulasi:
Matlab/Simulink
Harmonisa arus dari
ke lima sampai ke
19 dibawah standar
IEEE sebesar 5%
Mesbahi, N
, Ouari, A
[13]
A Fuzzy Logic Control For
Three Level Shunt Active
Power Filter, International
Conference On Industrial
Engineering and
Manufacturing ICIEM'10,
May 9 -10, 2010
PWM VSI
Inverter, FLC:
Fuzzy Subset 5,
Metode
triangular,
Simulasi
Matlab/Simulink
THD tereduksi dari
level 22.70%
menjadi level 3%
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Salah satu bidang dalam tenaga listrik yang mengalami perkembangan sangat
pesat adalah bidang elektronika. Di satu sisi hal ini telah memberikan peluang
lahirnya banyak sekali aplikasi teknologi, tetapi di sisi yang lain komponen
elektronika tersebut yang sebagian besar bersifat tidak linier juga memunculkan
permasalahan harmonisa. Permasalahan dalam tesis ini terkait dengan:
a.
Harmonisa yang ada di dalam suatu sistem tenaga listrik dan
pengaruhnya terhadap kualitas daya
Universitas Sumatera Utara
7
b.
Efektifitas pemasangan filter aktif shunt yang dipasang mampu
mereduksi level THD (Total Harmonic Distortion) sesuai standar
IEEE 519 - 1992
c.
Perbandingan sistem tanpa filter dan filter dengan menggunakan
algoritma fuzzy logic dengan beberapa macam fungsi keanggotaan
1.3
TUJUAN PENELITIAN
Tujuan penelitian ini untuk melihat performansi sistem filter aktif dengan
menggunakan FLC (fuzzy logic controller) untuk mereduksi harmonisa yang
disebabkan oleh adanya beban yang tidak linier.
1.4
BATASAN MASALAH
Dalam tesis ini, ada beberapa batasan masalah yang digunakan antara lain:
a.
Inverter yang digunakan adalah Multilevel Inverter Tiga Tingkat
dengan topologi Diode Clamp Inverter
b.
Fungsi keanggotaan pada FLC terdiri dari lima fungsi keanggotaan dan
tujuh fungsi keanggotaan
c.
Beban untuk ketiga fasa seimbang
d.
Beban dalam kondisi steady state
Universitas Sumatera Utara
8
1.5
MANFAAT PENELITIAN
Ada beberapa manfaat yang bisa didapatkan dari penelitian ini, antara lain:
a.
Hasil penelitian ini dapat memberikan alternatif solusi yang dapat
digunakan untuk mengatasi masalah harmonisa
1.6
b.
Menjadi pemodelan sistem filter aktif yang dapat diimplementasikan
c.
Sebagai bahan referensi untuk penelitian selanjutnya
SISTEMATIKA PENULISAN
Sistematika penulisan tesis adalah sebagai berikut:
BAB I Pendahuluan
Pada bab ini akan dibahas mengenai Latar Belakang Masalah,
Perumusan Masalah, Tujuan Penelitian, Batasan Masalah, Manfaat Penelitan
dan Sistematika Penulisan.
BAB II Tinjauan Pustaka
Bab ini akan membahas tinjauan pustaka sebagai landasan teori dari
beberapa hal yang mendukung, antara lain: Harmonisa, Total Harmonic
Distortion, Filter Aktif, Inverter Tiga Tingkat, Transformasi pq, Fuzzy Logic
Control.
Universitas Sumatera Utara
9
BAB III Metode Penelitian
Bab III akan membahas metodologi penelitian dan pemodelan dari
sistem, secara garis besar akan dibahas Pemodelan Sistem tanpa Filter beserta
komponen yang menyusun, serta pemodelan sistem dengan menggunakan
filter aktif paralel beserta komponen penyusunnya.
BAB IV Hasil dan Pembahasan
Bab ini akan membahas dari hasil simulasi, untuk sistem tanpa filter
serta filter dengan menggunakan filter aktif paralel. Hasilnya akan dianalisa
apakah sesuai dengan standar yang diijinkan.
BAB V Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil penelitian yang telah
dilakukan.
Universitas Sumatera Utara