BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Sistem Distribusi daya

BAB 1
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Sistem Distribusi daya listrik idealnya harus dapat memberikan kepada
pelanggan mereka aliran energi yang tidak terganggu, dalam bentuk gelombang
tegangan sinusoidal yang mulus dan pada tingkat besaran dan frekuensi yang baik.
Masalah kedip tegangan adalah penyebab utama (80%) dari masalah kualitas daya.
Kedip tegangan biasanya disebabkan oleh sumber gangguan, seperti gangguan
hubung singkat satu-fasa ke tanah [1,2].
Kualitas daya merupakan isu yang semakin penting bagi konsumen listrik
pada semua tingkat penggunaan. Peralatan yang sensitif
sekarang lebih umum
ditempatkan dalam kedua sektor, yaitu industri maupun rumah tangga. Sekarang ini
kesadaran di kalangan pengguna daya listrik mengenai kualitas daya yang
diterimanya semakin meningkat.
Gangguan hubung singkat, baik pada saluran transmissi maupun pada saluran
distribusi dapat menyebabkan transient, kedip tegangan (sag voltage) ataupun
tegangan membengkak (swell voltage) di seluruh sistem atau sebagian besar sistem.
Juga di bawah kondisi beban yang berat, drop tegangan yang berarti dapat terjadi
dalam sistem. Kedip tegangan dapat terjadi setiap waktu, dengan amplitudo mulai
10% - 90% dan durasi berlangsung dari 0,5 siklus sampai 1 menit. Selanjutnya, kedip
tegangan bisa seimbang atau tidak seimbang, tergantung pada jenis gangguan, dan
1
Universitas Sumatera Utara
mereka bisa memiliki besaran yang tak terduga, tergantung pada faktor-faktor seperti
jarak dari titik gangguan dan hubungan belitan transformatornya [3].
Kedip tegangan dan tegangan membengkak dapat menyebabkan peralatan
yang sensitif (seperti dijumpai dalam semi konduktor atau pabrik bahan kimia) gagal
atau shut down serta menciptakan ketidak-seimbangan arus yang besar yang bisa
memutuskan sekering atau trip circuit breaker. Efek ini bisa sangat mahal untuk
pelanggan, mulai dari tingkat kualitas daya yang kecil sampai tingkat yang dapat
mematikan produksi dan merusak peralatan [4,5].
Ada banyak metode yang berbeda untuk mengurangi kedip tegangan, tetapi
penggunaan perangkat daya yang bisa dianggap metode yang paling effisien adalah
menggunakan Dynamic Voltage Restorer (DVR). Selajutnya mengenai perangkat dan
prinsip kerja DVR untuk memperbaiki dan memperkecil pegaruh kedip tegangan
pada saluran distribusi yang mengalami gangguan hubung singkat akan dibahas pada
tesis ini [6,7].
Pada penelitian yang dilakukan oleh Fransisco Jurado dan Manuel Valverde
[8] dilakukan pengujian terhadap DVR pada sistem tiga fasa dengan menggunakan
Fuzzy Logic Controller untuk mengendalikan besar tegangan yang disuntikkan oleh
DVR ke sistem beban yang dilindungi. Model sistem pengendali logika fuzzy yang
digunakan di DVR oleh Fransisco Jurado adalah seperti Gambar 1.1
Universitas Sumatera Utara
Gambar 1.1 Model pengendali DVR yang digunakan oleh F. Jurado [8].
Pada penelitian ini Jurado memakai inverter SPWM yang terbuat dari Insulated
Gate Bipolar Transistor (IGBT) dan dikendalikan dengan sistem logika fuzzy.
Keluaran dari pengendali inverter ini kemudian disuntikkan ke terminal beban yang
dilindungi agar tegangan beban dipulihkan ke nilai nominalnya. Namun pada
penelitian ini hanya terhadap kedip tegangan seimbang yang disebabkan oleh
gangguan hubung singkat tiga fasa.
Pada penelitian yang dilakukan oleh P. Ajay et. al [9], juga dilakukan pemodelan
dan pegujian terhadap DVR dengan menggunakan pengendali Proportional Integral
(PI) dan Fuzzy Logic (FL) seperti Gambar 1.2 dan 1.3
Universitas Sumatera Utara
Gambar 1.2 Model sistem pengendali oleh P. Ajay et al [9].
Gambar 1.3 Model sistem pengujian P. Ajay et al [9].
Universitas Sumatera Utara
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan perangkat inverter cascade 11
tingkat yang memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan inverter tipe yang
lain. Dalam sistem DVR dipakai sistem kendali loop terbuka, dan tegangan pada sisi
sumber DVR V abc dibandingkan dengan tegangan referensi 𝑉𝑟𝑒𝑓 di sisi beban dan
kesalahan (error) diumpankan ke pengendali logika fuzzy untuk melakukan
perhitungan guna mendapatkan keluaran (output).
Pada penelitian ini juga dilakukan perbandingan hasil kompensasi yang
dihasilkan DVR yang menerapkan sistem kendali PI dengan sistem kendali logika
fuzzy. Kesimpulan yang diperoleh menyatakan bahwa sistem kendali logika fuzzy
menunjukkan kinerja yang lebih baik.
Pada penelitian yang dilakukan oleh B. Ferdi et al [10], sistem pengendali yang
diusulkan terdiri dari pengendali logika fuzzy dan pengendali PI. Pengendali PI tidak
dapat memberikan kinerja pengendalian yang dibutuhkan, ketika ada variasi dalam
parameter-parameter sistem atau kondisi operasi. Pengendali fuzzy secara on line
dapat disesuaikan dengan dua parameter pengendali PI di berbagai kondisi operasi
yang berbeda.
Kerugian pengendali PI adalah ketidak-mampuannya untuk bereaksi bila ada
perubahan yang tiba-tiba dari sinyal kesalahan ε, karena pengendali PI hanya mampu
menentukan nilai sesaat dari sinyal kesalahan tanpa mempertimbangkan perubahan
naik turunnya kesalahan. Dengan aturan dasar, nilai-nilai konstanta KP dan KI
berubah sesuai dengan nilai sinyal kesalahan ε, dan tingkat kesalahan∆ε.
Struktur
Universitas Sumatera Utara
dan aturan dasar penentuan dilakukan dengan menggunakan metode trial and error
atau melalui coba-coba.
Adapun skema pengendali PI adaptif logika fuzzy dan model simulasi pengendali
ini pada DVR adalah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.4 dan Gambar 1.5
Gambar 1.4 Skema Diagram Pengendali PI Adaptif FL [10].
Gambar 1.5 Model Sistem Simulasi Pengendali PI Adaptif FL [10].
Tabel 1.1 di bawah ini memuat daftar penelitian yang pernah dilakukan dan
yang akan dilakukan tentang Dynamic Voltage Restorer (DVR).
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1. Perbandingan penelitian yang telah dilakukan dan yang akan dilakukan
No
.
Nama
Peneliti
1
Sistem
Fasa
Metode
Kontrol
Program
Simulasi
Kondisi
Fransio
Tiga
Jurado dan Fasa
Manuel
Valverado
Fuzzy
Logic
Controller
Matlab
Beban
2004
Konstan
Gangguan
hubung
singkat tiga
fasa
2
P. Ajay et Tiga
al
fasa
Fuzzy
Logic
Controller
Matlab
Beban
2008
konstan,
dan Multi
Level
Inverter
3
B.Ferdi et Tiga
al
fasa
Adaptive PI Matlab
Control dan
Fuzzy
Logic
Beban
Konstan
Gangguan
Variabel
4.
Penulis
Fuzzy
Logic
Controller
Beban
2012
variabel,
Gangguan
satu fasa ke
tanah
Tiga
Fasa
Matlab
Tahun
Penelitian
2010
Pada penelitian ini akan dibuat pemodelan sistem distribusi tiga fasa yang
mengalami gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah dan memasok beban sensitif
yang dilindungi bervariasi. Pada jaringan distribusi sekunder 380 volt dipasangkan
DVR berbasis pengendali logika fuzzy untuk melindungi variasi beban sensitif
terhadap pengaruh kedip tegangan yang timbul akibat gangguan satu fasa ke tanah
pada jaringan sistem distribusi. Dari hasil pemodelan ini selanjutnya akan dianalisa
pemulihan kedip tegangan yang terjadi pada beban sensitif yang dayanya bervariasi,
Universitas Sumatera Utara
yang dilindungi oleh DVR berbasis logika fuzzy terhadap pengaruh kedip tegangan
akibat gangguan hubung singkat satu fasa pada sistem.
1.2
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah maka dirumuskan permasalahan adalah
sebagai berikut:
1. Bagaimana Dynamic Voltage Restorer berbasis pengendali logika fuzzy dapat
mengatasi masalah kedip tegangan yang diakibatkan oleh terjadinya gangguan
hubung singkat satu-fasa ke tanah pada saluran distribusi arus bolak balik tiga
fasa.
2. Bagaimana memodelkan Dynamic Voltage Restorer berbasis pengendali logika
fuzzy untuk melindungi peralatan sensitif terhadap gangguan hubung singkat
satu-fasa ke tanah.
3. Bagaimana hubungan besar tegangan yang disuntikkan DVR dengan besar beban
sensitif yang dilindungi bervariasi.
1.3.
Pembatasan Masalah
Karena luasnya masalah yang berkaitan dengan kualiatas daya, maka pada
penelitian ini hanya akan membahas pemulihan kedip tegangan yang diakibatkan oleh
gangguan hubung singkat satu-fasa ke tanah pada jaringan distribusi, dimana beban
sensitif terhubung.
Universitas Sumatera Utara
1.4
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui sejauh mana
DVR yang dikendalikan dengan pengendali logika fuzzy dapat memulihkan kedip
tegangan (sag voltage) akibat gangguan hubung singkat satu-fasa ke tanah pada
sistem distribusi tiga fasa, sehingga beban sensitif yang dilindungi tetap memperoleh
pasokan tegangan sebesar 1 pu atau mendekati.
1.5
Metode Penelitian
Metodologi penelitian yang digunakan pada tesis ini adalah sebagai berikut :
a.
Studi Literatur
Langkah awal yang dikerjakan pada tugas akhir ini adalah studi literatur,
yaitu mencari informasi atau data mengenai sebagian atau keseluruhan sistem dari
buku teks, jurnal, internet dan lain-lain.
b.
Pemodelan
Dalam tesis ini simulasi menggunakan perangkat lunak Matlab 7,
pemodelan dalam bentuk M-file dan Simulink.
c.
Analisis
Data yang akan dianalisa adalah perubahan tegangan yang dihasilkan oleh
pengoperasian DVR, sebelum dan sesudah penambahan kendali logika fuzzy.
Universitas Sumatera Utara
1.6
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah :
a.
Dapat memberikan kontribusi terhadap perkembangan sistem distribusi
daya listrik khususnya permasalahan kedip tegangan yang terdapat pada
sistem distribusi arus bolak balik tiga fasa, yang disebabkan oleh gangguan
hubung singkat satu-fasa ke tanah.
b.
Dapat memberikan masukan yang bermanfaat pada industri ataupun
produsen listrik untuk melindungi peralatan sensitif terhadap kedip tegangan.
Universitas Sumatera Utara