Sistem tenaga listrik adalah jaringan kompleks yang dibangun khusus untuk secara efisien dan andal menciptakan, mentransfer, dan mendistribusikan listrik guna memenuhi kebutuhan pelanggan. Listrik memainkan peran kunci dalam peradaban kontemporer, memfasilitasi pengoperasian rumah tangga, industri, transportasi, dan berbagai layanan lainnya. Di era sekarang, sumber energi terbarukan semakin berkembang. Sumber-sumber ini secara alami diperbarui dalam jangka waktu yang relevan dengan aktivitas manusia. Sumber-sumber ini dianggap bermanfaat bagi lingkungan karena menghasilkan emisi karbon minimum dan memiliki dampak rendah terhadap lingkungan. Sumber-sumber ini sangat penting dalam mengurangi ketergantungan pada energi dari bahan bakar fosil dan mengurangi perubahan iklim.
Kombinasi beban nonlinier serta energi dari sumber terbarukan ke dalam sistem kelistrikan dapat menimbulkan kesulitan kualitas daya yang substansial, seperti harmonik, fluktuasi tegangan, dan masalah faktor daya. Untuk mengatasi masalah ini, diperlukan perpaduan teknologi mutakhir, strategi manajemen jaringan yang efisien, dan kepatuhan yang ketat terhadap norma peraturan untuk menjamin penyediaan listrik yang stabil dan andal. Kualitas daya berkaitan dengan atribut daya listrik yang diberikan kepada dan digunakan oleh pelanggan, serta sejauh mana daya tersebut memenuhi kriteria untuk fungsi yang benar dari perangkat listrik. Kualitas daya yang optimal menjamin pengoperasian peralatan yang efisien, andal, dan aman. Kualitas daya yang tidak memadai dapat mengakibatkan kerusakan, degradasi peralatan, pemborosan energi, dan inefisiensi operasional. Masalah kualitas daya timbul dari berbagai penyebab, seperti beban nonlinier, produksi energi dari sumber terbarukan, gangguan listrik, dan faktor lingkungan seperti kondisi cuaca. Menentukan secara akurat asal muasal masalah kualitas daya sangat penting untuk menerapkan langkah-langkah efisien dalam mengatasinya, seperti menggunakan penyaringan harmonik, mengatur tegangan, mengoreksi faktor daya, dan mematuhi prosedur pemasangan kabel yang tepat.
Perangkat FACTS memiliki fungsi penting dalam mengurangi masalah kualitas daya pada jaringan listrik. Masalah kualitas daya, seperti fluktuasi tegangan, kedipan, distorsi harmonik, dan gangguan mendadak, dapat berdampak negatif pada kinerja dan umur pakai peralatan listrik. Perangkat FACTS menawarkan solusi untuk masalah ini dengan memungkinkan kontrol sistem tenaga listrik secara real-time. Berbagai perangkat peningkatan kualitas daya tersedia yang dapat memperbaiki masalah tersebut, termasuk:
- Kompensator VAR Statis (SVC)
- Kompensator Sinkron Statis (STATCOM)
- Kapasitor Seri yang Dikendalikan Thyristor (TCSC)
- Pengontrol Aliran Daya Terpadu (UPFC)
- Pemulih Tegangan Dinamis (DVR)
- Pengontrol Aliran Daya Antar Saluran (IPFC)
- Filter Daya Aktif (APF)
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengurangi masalah kualitas daya menggunakan DVR. Banyak penulis telah memperkenalkan studi yang memanfaatkan metodologi DVR dalam literatur akademis, yang meliputi. Penelitian ini mengusulkan kerangka kerja untuk metode hibrida Dynamic Voltage Restorer yang bertujuan untuk meningkatkan efisiensi jaringan distribusi dengan mengurangi masalah kualitas daya seperti distorsi harmonik total serta harmonik beban, sehingga meningkatkan tegangan node [1]. Artikel ini mengeksplorasi pengembangan dynamic voltage restorer, yang bertujuan untuk menstabilkan tegangan beban tiga fasa jika terjadi deformasi tegangan grid yang tidak terduga, seperti penurunan tegangan, peningkatan tegangan, dan ketidakseimbangan. Sistem ini menggunakan jaringan saraf fuzzy Petri rekuren untuk mengoptimalkan stabilitas tegangan transien dan mengoptimalkan kinerja keseluruhan [2]. Investigasi berfokus pada masalah kualitas daya yang menonjol, yaitu penurunan tegangan, peningkatan tegangan, dan gangguan, yang umumnya berdampak pada peralatan yang sensitif. Hal ini menunjukkan bahwa masalah-masalah ini dapat dikurangi secara efisien dengan menggunakan DVR alih-alih bergantung pada metode kontrol konvensional seperti pengontrol P, PI, atau fuzzy [3]. Implementasi metode modulasi dual-slope (DSDM) yang inovatif pada inverter sumber arus (CSI) yang mengandalkan penstabil tegangan dinamis terbukti sangat efisien dalam mengurangi penurunan tegangan dan harmonik [4]. Penggunaan Penstabil Tegangan Dinamis (DVR) merupakan metode yang efisien untuk mengatasi masalah kualitas daya seperti penurunan tegangan, kenaikan tegangan, dan harmonik pada sistem tenaga modern. DVR membantu menjaga profil tegangan dan meningkatkan kualitas daya pada jaringan distribusi [5]. Artikel ini memperkenalkan perekam video digital (DVR) terintegrasi fotovoltaik surya (PV) yang menggunakan pengontrol struktur referensi dq berputar untuk meningkatkan kualitas daya, termasuk penurunan tegangan, kenaikan tegangan, dan tingkat distorsi harmonik total (THD%) pada sisi beban [6]. Makalah ini menyajikan DVR satu fasa yang bertujuan untuk mengurangi penurunan tegangan pada jaringan distribusi. DVR menggunakan pendekatan kompensasi, termasuk kompensasi sefase dan kompensasi fase maju. DVR yang disarankan disimulasikan menggunakan perangkat lunak PSCAD[7]. Dalam artikel ini, penulis menjelaskan simulasi dan implementasi skema kontrol untuk penstabil tegangan dinamis (DVR) satu fase. Skema kontrol menggabungkan pengontrol proporsional integral (PI) dengan sistem inferensi neuro-fuzzy adaptif (ANFIS)[8]. Di sini, tujuan strategi kontrol adalah untuk mengurangi penurunan tegangan beban, peningkatan tegangan, dan harmonik. Artikel penelitian ini menyajikan Penstabil Tegangan Dinamis (DVR) berbasis logika PI-fuzzy untuk tujuan mengurangi penurunan tegangan, kenaikan tegangan, dan harmonik pada berbagai jenis beban[9]. Pendekatan baru untuk menggabungkan teknologi fotovoltaik surya (PV) dengan penstabil tegangan dinamis (DVR) yang menggunakan baterai lithium-ion. Integrasi ini dirancang untuk digunakan dalam jaringan distribusi untuk memenuhi kebutuhan daya dan meningkatkan kualitas daya[10].
Penstabil tegangan dinamis adalah perangkat elektronika daya yang menggunakan inverter solid-state untuk menyuntikkan tegangan secara seri dengan jaringan distribusi daya. Sisi arus searah (DC) dari perekam video digital (DVR) dihubungkan ke perangkat penyimpanan energi. Di sisi lain, sisi arus bolak-balik (AC) dari DVR dihubungkan ke saluran distribusi melalui transformator antarmuka tiga fasa. Sistem ini memiliki beberapa elemen penting yang bekerja sama untuk mengidentifikasi dan memperbaiki gangguan tegangan pada jaringan listrik. Gambar 1 menjelaskan topologi sistem yang diusulkan. Komponen utama DVR:
- Inverter Sumber Tegangan (VSI)
- Sistem Penyimpanan Energi
- Transformator Injeksi
- Sistem Kontrol
- Rangkaian Filter
Gambar 1. Topologi Sistem yang diusulkan
Hasil dan Pembahasan
Model simulasi DVR yang diusulkan biasanya melibatkan mitigasi atau kompensasi penurunan tegangan, peningkatan tegangan, ketidakseimbangan, gangguan, dan harmonik. Gambar 2 menunjukkan hasil model simulasi Matlab dari sistem DVR untuk mitigasi masalah kualitas daya. Dengan menggunakan model ini, berbagai gangguan kualitas daya yang meliputi satu fasa, dua fasa, dan tiga fasa dapat dibuat. Model ini terdiri dari berbagai blok termasuk, sumber grid (tegangan yang disuplai dari grid dipilih sebesar 11 kilovolt (kV)). Tegangan suplai diturunkan melalui transformator distribusi dengan rating 11 kilovolt menjadi 400 volt, model DVR (DVR dipasang langsung setelah transformator distribusi), dan beban.
Model Dynamic Voltage Restorer (DVR) terdiri dari Inverter Sumber Tegangan (VSC), tegangan bank baterai 500 volt, transformator injeksi/booster, yang dirancang dengan konfigurasi khusus, bertujuan untuk meminimalkan transmisi noise dan fluktuasi daya mendadak dari kumparan primer ke kumparan sekunder. Tugas utamanya meliputi menghubungkan tegangan kompensasi yang dihasilkan oleh VSC ke tegangan suplai yang masuk serta menghubungkan DVR ke sistem distribusi melalui kumparan tegangan tinggi (HV), Sistem Kontrol, dan Sirkuit Filter.
Saat terjadi penurunan tegangan, DVR akan menghasilkan tegangan stabil yang dibutuhkan dengan sudut fasa yang tepat dan besaran yang signifikan. Hal ini memastikan bahwa tegangan beban tetap tidak terputus dan konsisten. Akibatnya, persamaan yang disebutkan sebelumnya digunakan untuk perhitungan transien dan noise. Berbagai masalah kualitas daya dapat dikompensasi dengan menggunakan model DVR ini.
Dalam MATLAB, jaringan distribusi sederhana disimulasikan untuk menunjukkan efisiensi DVR dalam mengurangi penurunan tegangan, peningkatan tegangan, ketidakseimbangan, dan gangguan. Tegangan sumber grid ditentukan sebagai 11 kilovolt (11 kV), dan transien tegangan impulsif dibuat pada fase A dan B. Gambar 2. (a) menunjukkan tegangan fase input sesaat dari jaringan distribusi. Transien tegangan dibuat menggunakan persamaan matematika pada fase A & B yang dimulai pada 0,07 detik dan mempertahankan nilainya selama 0,15 detik. Gambar 2. (a) menunjukkan tegangan fase input sesaat dari jaringan distribusi dengan noise yang dibuat pada ketiga fase yang dimulai pada 0,1 detik dan mempertahankan nilainya selama 0,3 detik. Gambar 2. (b) menunjukkan tegangan yang disuntikkan dari DVR yang dimulai dari 0 detik hingga 0,3 detik, dengan total durasi 0,3 detik. Gambar 2. (c) menunjukkan tegangan output beban dengan kompensasi transien dan noise.
Gambar 3 (a, b, c) menampilkan THD dari DVR ketika menggunakan pengontrol PI pada frekuensi dasar 50Hz. Model DVR khusus ini sangat efektif dalam mengatasi transien tegangan dan noise pada jaringan distribusi tiga fasa.
Gambar 2. (a) Tegangan sumber dengan transien dan noise, (b) Tegangan yang diinjeksikan, (c) Tegangan beban.
(a)
(b)
(c)
Gambar 3. (a) THD fase-A (b) THD fase-B (c) THD fase-C
Kesimpulan
Karya ini menyajikan pengembangan dan implementasi DVR (Dynamic Voltage Restorer) yang berhasil untuk menstabilkan tegangan beban tiga fasa di hadapan transien tegangan jaringan dan kondisi kebisingan. Untuk menyuntikkan tegangan hilang sesaat yang diperlukan yang diperoleh dengan mengurangi tegangan beban sesaat dari referensi tegangan tetap, teknik ini digunakan untuk menghasilkan pulsa switching yang diperlukan untuk sakelar elektronik daya dari inverter sumber tegangan di DVR. Pendekatan kontrol berbasis DVR terbukti berhasil dalam mengkompensasi tegangan beban yang terdistorsi dan memastikan profil tegangan yang lebih stabil dan halus dengan sedikit kandungan harmonik. THD yang diamati pada fasa-A adalah 2,77%, fasa-B adalah 3,25%, dan fasa-C adalah 1,82%. Penggunaan strategi kontrol yang berakar pada komputasi lunak, seperti pengontrol Fuzzy, Machine Learning, dan Deep Learning, untuk meningkatkan kualitas daya merupakan arah masa depan yang sangat menjanjikan dari penelitian ini.
Penulis : Muhammad Syahril Mubarok
Tautan Artikel :
