Desain Filter Aktif Shunt menggunakan kontroler

Desain Filter Aktif Shunt menggunakan kontroler Hysterisis
Untuk Mengkompensasi Harmonisa dengan
Sumber Tegangan Yang Tidak Ideal.
RESKY OKTANTYA
2206 100 075
LATAR BELAKANG
Semakin meluas dan banyaknya penggunaan
beban-beban non linear.
Beban-beban non linear dapat menyebabkan
distrorsi bentuk gelombang arus dan
tegangan disebut dengan harmonisa.
Rendahnya faktor daya pada suatu sistem
kelistrikan adalah suatu kerugian.
Sumber Tegangan Yang tidak Ideal.
TUJUAN
 Memberikan gambaran tentang penggunaan filter
aktif menggunakan metode theory p-q dan dq frame
dengan teknik kontrol hysteresis band dalam mengatasi
permasalahan harmonisa yang timbul pada sistem
tenaga listrik .
 Melakukan desain ,simulasi dan analisa kinerja filter
aktif tiga fasa menggunakan metode theory p-q dan dq
frame dengan teknik kontrol hysteresis band dengan
sistem konfigurasi sistem yang sederhana .
HARMONISA
HARMONISA
I fasa
gelombang
terdistorsi
harmonisa
Distorsi gelombang arus dan tegangan ini disebabkan adanya
pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi
kelipatan bulat dari frekuensi fundamentalnya.
HARMONISA
Vh
THD V
h 2
V1
2
Ih
atau
Vh, Ih = Komponen Harmonisa
V1, I1 = Komponen Fundamental
h
= orde harmonisa
THD I
h 2
I1
2
DESAIN FILTER AKTIF
SISTEM SEDERHANA
BLOK KONTROL
Rangkaian Kontrol dibagi menjadi 2 blok utama yaitu :
•Blok Harmonic Detection.
1.Transformasi dq dan LPF
2. Theory p-q
•Blok Hysteresis Band Control.
BLOK Tranformasi dq dan LPF
Hasil dari Transformasi dq dan low pass filter yaitu berupa
sumber tegangan yang ideal.
Theory p-q
Theory p-q (Instanteneous Theory) adalah
suatu perhitungan Tegangan dan arus
dalam kordinat α-β yang menghasilkan
komponen-komponen p dan q.Theory ini
digunakan untuk mendapatkan arus
referensi untuk kompensasi harmonisa .
TRANSFORMASI CLARKE
V
V
3 1
2 0
0
3/ 2
I
I
3 1
2 0
0
3/ 2
Va
1/ 2
Vb
3/ 2
Vc
Ia
1/ 2
Ib
3/ 2
Ic
Transformasi Clarke (Clarke Transformation) adalah sebuah
transformasi aljabar dari tegangan dan arus tiga-fasa dalam
kordinat abc ke αβ koordinat.
Theory p-q
Perhitungan komponen p-q :
p
q
V
V
Real power
:
Imaginary power
:
V
V
~
P P P
q q q~
I
I
Theory p-q
Jika diinginkan arus dalam koordinat α-β :
I
V
V
I
V
V
1
p
q
Theory p-q
Kompensasi harmonisa arus Icα dan Icβ dihitung dengan
~ dan q~ seperti yang diberikan
menggunakan komponen P
di bawah ini :
Ic
V
V
Ic
V
V
1
~p
~
q
Theory p-q
Ica
Icb
Icc
3
2
1
1/ 2
1/ 2
0
3/ 2
3/ 2
Ic
Ic
Sehingga didapatkan arus referensi
yaitu Ica,Icb,Icc
BLOK HYSTERESIS KONTROL
Arus referensi Ic*abc dibandingkan dengan referensi
arus fedback dari inverter Ic.abc yang dihasilkan oleh
algoritma kontrol
BLOK HYSTERESIS KONTROL
Arus kontrol Hyteresis Band menentukan pola switch dari filter
aktif.Dengan pola switch yang memiliki fungsi sebagai berikut :
If Ica < (Ica* − HB)
upper switch is OFF and lower switch is ON for leg “a” (SA = 1).
If Ica > (Ica* + HB)
upper switch is ON and lower switch is OFF for leg “a” (SA = 0).
BLOK HYSTERESIS KONTROL
Sinyal Pulse
BLOK HYSTERESIS KONTROL
Sinyal Referensi,Sinyal Sebenarnya dan Hysteresis Band
SIMULASI DAN ANALISA
Simulasi Tanpa Filter
Arus Sumber (Isabc) Sistem Tanpa Filter THD 10.42%
Spektrum frekuensi Arus Sumber(Isabc) Sistrem Tanpa Filter.
Simulasi Tanpa Filter
Tegangan Sumber (Vsabc) Sistem Tanpa Filter THD 1.77%
Spekrum frekuensi Tegangan Sumber (Vsabc) Sistem Tanpa Filter.
Simulasi Tanpa Filter
Bentuk gelombang Arus dan sumber tanpa filter
terdistorsi oleh harmonisa sehingga menyebabkan
gelombang menjadi cacat. THDI sebesar 10.42 % pada
sistem melebihi batas maksimum yang diijinkan oleh
standart IEEE 519-1992. Dengan presentase tertinggi
terhadap arus fundemental terjadi pada harmonisa
kelima yaitu sebesar 7.61 %.
Simulasi Tanpa Filter
Hasil Pengukuran Sistem Tanpa Filter
Faktor Daya
0.7
Tegangan Fundemental (peak)
308.3 V
Arus Fundemental (peak)
167.2 A
Vrms
218 V
Irms
118.2 A
THD Tegangan Sumber
1.53 %
THD Arus Sumber
10.42 %
Simulasi Filter Theory p-q
Arus Sumber(Isabc) Sistem dengan theory p-q THD 5.95 %.
Spektrum frekuensi Arus Sumber(Isabc) Sistem metode theory p-q.
Simulasi Filter Theory p-q
Tegangan Sumber(Vsabc) Sistem dengan metode theory p-q THD 1.53%.
Spektrum frekuensi Tegangan Sumber(Vsabc) Sistem dengan metode theory pq.
Simulasi Filter Theory p-q
Didapatkan hasil reduksi THD arus dari 10.42 % menjadi
5.95 % dan cacat gelombang pada arus berkurang dan
faktor daya meningkat jika dibandingkan dengan
sebelum dipasang filter.Sehingga dari hasil simulasi
diatas bahwa filter aktif metode Theory p-q dengan
kontrol Hysteresis Band memiliki performance yang
baik untuk mereduksi harmonisa arus.
Simulasi Filter Theory p-q
Hasil Pengukuran Sistem dengan Filter aktif shunt
metode theory p-q
Faktor Daya
Tegangan Fundemental (peak)
Arus Fundemental (peak)
Vrms
Irms
THD Tegangan Sumber
THD Arus Sumber
0.78
308.2 V
166.8 A
218 V
118 A
1.53 %
5.95 %
Simulasi Filter Theory p-q dan dq Frame
Arus Sumber(Isabc) Sistem dengan theory p-q dan dq Frame THD 4.5 %.
Spektrum frekuensi Arus Sumber(Isabc)
Sistem metode theory p-q dan dq Frame.
Simulasi Filter Theory p-q dan dq Frame
Tegangan Sumber(Vsabc) Sistem dengan
metode theory p-q dan dq Frame THD 1.03 %
Spektrum frekuensi Tegangan Sumber(Vsabc)
Sistem dengan metode theory p-q dan dq Frame.
Simulasi Filter Theory p-q dan dq Frame
Didapatkan hasil reduksi THD arus dari 10.42 % menjadi
4.50 % sedangkan THD tegangan dari 1.77 % menjadi
1.03 % .Cacat gelombang berkurang dan faktor daya
meningkat jika dibandingkan dengan sebelum dipasang.
Simulasi Filter Theory p-q dan dq Frame
Hasil Pengukuran Sistem dengan filter Aktif Shunt
Menggunakan metode Theory p-q dan dq Frame
Faktor Daya
Tegangan Fundemental (peak)
Arus Fundemental (peak)
Vrms
Irms
THD Tegangan Sumber
THD Arus Sumber
0.83
309.5 V
160 A
218.9 V
113.1 A
1.03 %
4.50 %
Simulasi Filter Theory p-q dan dq Frame
Dari hasil simulasi nampak bahwa kinerja filter
aktif metode Theory p-q dan dq frame dengan
kontrol Hysteresis Band memiliki performance
yang lebih baik .Kinerja filter tersebut
megeliminasi harmonisa arus dan tegangan
serta menigkatkan power faktor.
Perbandingan Hasil Simulasi
Perbandingan Sistem Tanpa Filter dengan Sistem yang
menggunakan metode theory p-q dan dengan dq farme.
Besaran yang
diukur
THD I(%)
THD V(%)
Power Faktor
Irms
Vrms
Tanpa
Filter
(TF)
10.42 %
1.77 %
0.70
118.2 A
218 V
Metode
Theory p-q
5.95 %
1.53 %
0.78
118 A
218 V
Metode
Theory p-q
dan dq frame
4.50 %
1.03 %
0.83
113.1 A
218.9 V
KESIMPULAN
KESIMPULAN
Beberapa kesimpulan yang diperoleh adalah :
 Filter aktif shunt menggunakan metode Theory p-q dengan kontrol
hysteresis band memiliki kemampuan untuk mengkompensasi komponen
harmonisa arus.Total Harmonic Distortion (THD) arus masukan sebelum
terpasang filter aktif adalah sebesar 10.42 % dan setelah terpasang flter
aktif menjadi 5.95 % .
 Filter aktif shunt menggunakan metode Theory p-q dan dq frame
dengan kontrol hysteresis band memiliki kemampuan untuk
mengkompensasi komponen harmonisa arus dan tegangan.Total
Harmonic Distortion (THD) arus masukan sebelum terpasang filter aktif
adalah sebesar 10.42 % dan setelah terpasang flter aktif menjadi 4.50 %
sedangkan pada tegangan dari 1.77 % menjadi 1.03%.
KESIMPULAN
 Filter aktif menggunakan metode Theory p-q dan dq
frame memiliki performa yang lebih baik dibandingkan
dengan metode Theory p-q saja bahkan dengan kondisi
sumber tegangan yang tidak ideal.begitu juga terdapat
kenaikan power faktor dari 0.70 menjadi 0.83.
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR PUSTAKA
 Murat
Kale,E.Ozdemir,.
Harmonic
and
reactive
power
compensation with shunt active power filter under non-ideal mains
voltage IEEE Trans. Power Electron. 23 (Maret) (2005) 363-370.
 J. Afonso, et al., Active filters with control based on the p–q
theory,IEEE Ind. Electron. Soc. Newsletter 47 (3) (2000) 5–11.
 F.Z. Peng, G.W. Ott, D.J. Adams, Harmonic and reactive
powercompensation based on the generalized instantaneous
reactive power theory for 3-phase 4-wire systems, IEEE Trans. Power
Electron. 13 (November) (1998) 1174–1181.
 Murat Kale,E.Ozdemir,. An Adaptive Hysteresis Band Current
Contoller for Shunt Active Power Filter. 22 (September) (2004) 113119.
 J. Arrillaga, D. A. Bradley, P. S. Bodger, “Power System Harmonics”,
John Wiley & Sons, 1985.
DAFTAR PUSTAKA
 R. C. Dugan, M. F. McGranaghan, H. W. Beaty, “Electrical Power
System Quality”, New York : McGraw-Hill, 1996.
W. Mack Grady dan Surya Santoso, “Understanding Power System
Harmonics”, http://www.ece.utexas.edu/~grady, 28 Agustus 2006
Thanks For Your Attention