Analisis Tegangan Sag Pada Sistem Distribusi GI Sengkaling

https://jurnaleeccis.ub.ac.id/

p-ISSN : 1978-3345, e-ISSN(Online): 2460-8122

Jurnal EECCIS Vol. 14, No. 2, Agustus 2020

pp 58-62

Manuscript submitted on June 2020, accepted and published on August 2020

Analisis Tegangan Sag Pada Sistem Distribusi

GI Sengkaling Penyulang Pujon Menggunakan

Kompensasi DVR Arief Trisno Eko Suryo1, Wijono2, Bambang Siswojo3

1,2,3 JurusanTeknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya.

Email: [email protected], [email protected], [email protected]

Abstract—This paper discusses the voltage sag analysis in

distribution systems. Voltage sag caused by 1 phase short

circuit to ground. Voltage sag provides damage to the Pujon

load. Voltage sag overcome by voltage compensation from

one of the most effective Custom Power Devices is Dynamic

Voltage Restorer (DVR). The method ANN control added

in the Hysteresis Control is proposed to improve the DVR

performance compensating the load voltage. The simulation

results show that the DVR is able to compensate the load

voltage to the sag voltage from an average short-circuit

single line to ground of 98.73%, 2-phase to ground an

average of 99.07% and an average of 3-phase to ground by

99.34%.

Index Terms—Voltage sag, DVR, short circuit,

Hsyteresis, ANN

Abstrak–Makalah ini mendiskusikan tentang analisis

tegangan sag dalam sistem distribusi. Tegangan sag

disebabkan gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah.

Tegangan sag memberikan dampak kerusakan pada beban

Pujon. Tegangan sag diatasi dengan kompensasi tegangan

dari salah satu Costum Power Device paling efektif yaitu

Dynamic Voltage Restorer (DVR). Metode kontrol ANN

ditambahkan dalam Kontrol Hystereisis diusulkan untuk

meningkatkan kinerja DVR mengkompensasi tegangan

beban. Hasil simulasi menunjukan bahwa DVR mampu

mengkompensasi tegangan beban terhadap tegangan sag

dari gangguan hubung singkat fasa ke tanah rata-rata

sebesar 98.73%, gangguan 2 fasa ke tanah rata-rata sebesar

99.07% dan gangguan 3 fasa ke tanah rata-rata sebesar

99.34%.

Kata Kunci— Tegangan sag, DVR, Gangguan hubung

singkat, Hysteresis, ANN.

I. PENDAHULUAN

Penelitian ini membahas tentang tegangan sag.

Tegangan sag merupakan permasalahan yang paling

sering terjadi pada sistem distribusi, tidak terkecuali

sistem distribusi GI sengkaling[1]. Tegangan sag

mengakibatkan kerusakan besar terhadap beban industri

dan komersil pada penyulang Pujon sistem distribusi GI

sengkaling[2]. Tegangan sag disebabkan gangguan

hubung singkat sangat sering terjadi pada sistem

distribusi dan membuat penurunan tegangan beban

dalam waktu singkat, sehingga diperlukan kompensasi

tegangan untuk menjaga tegangan beban[3].

Kompensasi tegangan dipasang untuk mengurangi

terjadinya tegangan sag pada beban, yang mana dengan

memasang Dynamic Voltage Restorer (DVR) pada

saluran beban. DVR merupakan perangkat yang paling

efektif dibandingkan perangkat Custom Power Device

lain seperti D-STATCOM, SVC, UPFC dan UPS[4].

DVR bekerja tergantung controller dalam mendeteksi

perubahan tegangan dan pengaturan kompensasi

tegangan beban terhadap terjadinya tegangan sag.

Penelitian ini mendiskusikan tentang analisis tegangan

sag oleh gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah.

Gangguan hubung singkat tersebut membuat tegangan

pada tiap fasa berbeda kondisi penurunan tegangannya.

Penurunan tegangan dikarenakan impedansi gangguan

membuat fasa lain yang tidak mengalami gangguan

terjadi penurunan. Penurunan tegangan tersebut

mengakibatkan kompensasi beban sulit dicapai. Oleh

karena itu diusulkan metode ANN yang ditambakan

dalam kontrol Hysteresis untuk medeteksi tegangan sag

dan mengatur kompensasi tegangan beban secara tepat.

Kontrol Hysteresis dipilih karena dapat secara tepat

mendeteksi perubahan tegangan dibandingkan RMS Value

Evaluation, Peak Value Evaluation dan Missing Voltage

technique[5]. Kontrol ANN dipilih karena dapat secara

tepat meningkatkan kompensasi tegangan beban

dibandingkan kontrol PID dan Fuzzy[6]. Kontrol ANN

yang ditambahkan dalam kontrol Hystresis diharapkan

dapat meningkatkan kompensasi tegangan beban

terhadap analisis tegangan sag yang terjadi pada sistem

distribusi penyulang Pujon GI Sengkaling.

II. SISTEM DYNAMIC VOLTAGE RESTORER (DVR)

Kompensasi tegangan beban dihasilkan DVR

merupakan tegangan AC dari sumber DC melalui

Voltage Source Inverter (VSI). VSI merupakan inverter

dari 6 Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) yang

diatur dengan control, sehingga menghasilkan tegangan

yang menuju Low-pass filter (LPF) untuk mengurangi

harmonisa keluaran inverter. Setelah tegangan melewati

LPF akan masuk menuju Step-up Transformator untuk

diinjeksikan pada beban Pujon. Gambar 1 merupakan

konfigurasi dasar sistem DVR pada saluran beban.

Jurnal EECCIS Vol. 14, No. 2, Agustus 2020, p-59


DVR diletakkan secara seri antara sumber dan beban.

DVR berfungsi untuk mengkompensasi tegangan beban

dari terjadinya tegangan sag. Tegangan sag merupakan

penurunan tegangan Root Mean Square (RMS) antara 0.1

pu sampai dengan 0.9 pu dan berlangsung dari waktu 0.5

siklus gelombang sampai dengan 1 menit[7]. Tegangan

sag mengakibatkan kerusakan peralatan beban maupun

kegagalan sistem. Gambar 2 menunjukkan tegangan sag

pada sistem yang dikompensasi dengan DVR[8].

III. KONTROL HYSTERESIS

Kontrol Hysteresis merupakan kontrol untuk

mendeteksi tegangan sag. Kontrol Hysteresis berkerja

berdasarkan perubahan tegangan beban. Perubahan

tegangan beban dihasilkan dari perbandingan tegangan

referensi (Vref) dan tegangan beban (Vload), yang bisa

disebut sebagai tegangan error (Verror). Tegangan error

membentuk tegangan pulsa sinyal trigger inverter untuk

mengkompensasi tegangan dalam DVR dengan masuk

ke Upper Hysteresis Band (UHB) dan Lower Hysteresis

Band (LHB)[9], [10].

Tegangan error (e(t)) didapatkan dari persamaan

sebagai berikut.

𝑒(𝑡) =1

2𝑉𝑙𝑜𝑎𝑑 − 𝑉𝑟𝑒𝑓 (1)

Vref mewakili tegangan referensi yang diperoleh dari

persamaan sebagai berikut.

𝑉𝑟𝑒𝑓 =1

2𝑉𝑠 (2)

Vs merupakan tegangan sumber pada kondisi tegangan

beban tanpa gangguan.

Kontrol Hysteresis mengatur berdasarkan besarnya

perubahan tegangan yang terjadi akibat tegangan

sag[11]. Perubahan tegangan terjadi pada beban

walaupun sedikit akan mengakibatkan pengaturan

menjadi berubah dan perlu ditambahkan pengontrolan

lain agar tidak terjadi kesalahan injeksi tegangan beban,

sehingga kontrol ANN digunakan untuk membantu

kontrol Hysteresis.

IV. METODE ARTIFICIAL NEURAL NETWORK (ANN)

Kontrol ANN merupakan metode Artificial Intelegent

(AI) yang berkerja seperti layaknya otak manusia.

Kontrol tersebut digunakan untuk meningkatkan

pengaturan kontrol Hysteresis agar tidak terjadi

kesalahan injeksi terhadap tegangan sag pada beban.

Kontrol ANN bekerja secara real time sesuai dengan

penurunan tegangan yang diberikan[12]. Data tegangan

error dari kontrol Hysteresis digunakan untuk pelatihan

ANN. Data masukan dan keluaran terdiri dari 20.000,

yang mana dibagi menjadi beberapa sub yaitu sub

pertama 70% untuk pelatihan, 15% untuk pengujian dan

sub terakhir 15% untuk valiadasi pemodelan sistem.

ANN diukur kinerjanya dengan menghitung Mean-

Square Error (MSE) pada persamaan (3).

𝑒 =1

𝑝∑ ‖𝑦(𝑖) − 𝑣(𝑖)‖

2𝑝𝑖=1 (3)

Dimana p merupakan jumlah input data pelatihan, y

mewakili vektor keluaran kontrol ANN, v yaitu output

yang diinginkan.

Gambar 1. Konfigurasi Perangkat Dynamic Voltage Restorer

(DVR)

Gambar 2. Tegangan sag pada sistem distribusi dengan

peletakan DVR

Gambar 3. Prinsip operasi Kontrol Hysteresis

Gambar 4. Diagram Alir Kontrol Hysteresis



ANN dilatih dengan alogaritma training Levenberg-

Marquardt (LM). Alogarima tersebut digunakan karena

keefisiensiannya yang memiliki keakuratan tinggi dan

kecepatan konvergensi sistem[13]. ANN terlatih

diletakkan antara keluaran tegangan error dan masukan

UHB maupun LHB.

V. HASIL DAN PEMBAHASAN

Simulasi tegangan sag diterapkan pada saluran

penyulang Pujon sistem distribusi GI Sengkaling.

Gambar 7 menunjukkan sistem distribusi GI sengkaing

dengan tegangan sag dan penambahan DVR pada beban

pujon.

Sistem distribusi penyulang Pujon GI Sengkaling pada

saat kondisi tanpa gangguan disimulasikan.

Beban penyulang Pujon mempunyai tegangan 1 pu

menunjuukan tegangan yang disuplai dari sumber sampai

ke beban dalam kondisi normal tanpa adanya gangguan.

Selanjutnya sekenario 1 tegangan sag dari gangguan

hubung singkat 1 fasa ke tanah sebesar 50% terjadi pada

saluran penulang pujon dengan waktu terjadinya 0.3 s

sampai dengan 0.8 s.

Tegangan beban menunjukkan bahwa beban

mengalami penurunan pada fasa R sebesar 50%

dan tegangan sag sebesar 0.53571 pu atau 10741Volt.

Setelah DVR diletakkan pada beban Pujon maka hasil

simulasi ditampilkan pada gambar 8 sebagai berikut.

DVR mengkompensasi tegangan beban pujon sebesar

0.9682 pu atau 19364 Volt. Tegangan kompensasi beban

mengalami penundaan pada awal dan akhir sebesar 0.05

detik, yang mana kondisi ini masih dapat diterima beban

sistem. DVR memulihkan beban rata-rata sebesar

98.73% dari tegangan sag terjadi pada beban Pujon.

Selanjutnya skenario ke 2 tegangan sag dari gangguan




Gambar 5. Diagram Alir Pelatihan ANN

Gambar 6. Simulasi tegangan sag pada sistem ditribusi GI

Sengkaling

Gambar 7. Tegangan beban penyulang Pujon tanpa gangguan.

Gambar 8. Tegangan sag dari gangguan hubung singkat 1 fasa

ke tanah pada beban Pujon

Gambar 9. Tegangan beban Pujon dikompensasi dengan DVR

pada sistem distribusi GI Sengkaling




mengalami penurunan pada fasa R dan S sebesar 50%,

yang mana tegangan sag pada fasa R sebesar 0.535402

pu atau 10708 Volt dan fasa S sebesar 0.532945 pu atau

10658 Volt. Setelah DVR diletakkan pada beban Pujon

maka hasil simulasi ditampilkan pada gambar 8 sebagai

berikut.

DVR mengkompensasi tegangan beban pujon pada

fasa R sebesar 0,9845 pu atau 19.690 Volt dan fasa S

sebesar 0.993 pu atau 19.860 Volt. Tegangan kompensasi

beban mengalami penundaan pada awal dan akhir

sebesar 0.05 detik, yang mana kondisi ini masih dapat

diterima beban sistem. DVR memulihkan beban rata-rata

sebesar 99.07% dari tegangan sag terjadi pada beban

Pujon.

Selanjutnya skenario ke 3 tegangan sag dari gangguan





mengalami penurunan pada fasa R dan S sebesar 50%,

yang mana tegangan sag pada fasa R sebesar 0.5327612

pu atau 10655 Volt, fasa S sebesar 0.5327565 pu atau

10.655 Volt dan fasa T sebesar 0.5327485 pu atau 10654

Volt. Setelah DVR diletakkan pada beban Pujon maka

hasil simulasi ditampilkan pada gambar 8 sebagai

berikut.

DVR mengkompensasi tegangan beban pujon pada

fasa R sebesar 0.993 pu atau 19860 Volt dan fasa S

sebesar 0.9923 pu atau 19846 Volt dan fasa T sebesar

0.995 pu atau 19900 Volt. Tegangan kompensasi beban

mengalami penundaan pada awal dan akhir sebesar 0.05

detik, yang mana kondisi ini masih dapat diterima beban

sistem. DVR memulihkan beban rata-rata sebesar

99.34% dari tegangan sag terjadi pada beban Pujon.

VI. KESIMPULAN

Analisis tegangan sag pada sistem distribusi

penyulang Pujon GI Sengkaling dengan kompensasi

DVR. DVR merupakan perangkat custom device paling

efektif dalam menangani tegangan sag. Tegangan sag

disebabkan gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah dan

berdampak kerusakan pada beban Pujon. Hysteresis

dengan ANN diusulkan untuk mengatur kompensasi

tegangan beban pada DVR. Hasil simulasi menunjukan

bahwa DVR dapat mengkompensasi tegangan beban

terhadap tegangan sag dari gangguan hubung singkat fasa

ke tanah rata-rata sebesar 98.73%, gangguan 2 fasa ke

tanah rata-rata sebesar 99.07% dan gangguan 3 fasa ke

tanah rata-rata sebesar 99.34%.

REFERENSI

[1] S. Sabir Hussain Bukhari, S. Atiq, dan B. Kwon, “A Sag

Compensator That Eliminates the Possibility of Inrush Current

While Powering Transformer-Coupled Loads,” IEEE J. Emerg.

Sel. Top. Power Electron., vol. 5, no. 2, hlm. 891–900, Jun 2017,

doi: 10.1109/JESTPE.2017.2654321.

[2] S. M. Deckmann dan A. A. Ferreira, “About Voltage Sags and

Swells Analysis,” 10th Int. Conf. Harmon. Qual. Power Proc. Cat

No02EX630, Okt 2002, doi: 10.1109/ICHQP.2002.1221423.

[3] M. H. J. Bollen, “Voltage sags in three-phase systems,” IEEE

Power Eng. Rev., vol. 21, no. 9, hlm. 8–11, 15, Sep 2001, doi:

10.1109/39.948608.

[4] C. Benachaiba dan B. Ferdi, “Voltage Quality Improvement Using

DVR,” no. 1, hlm. 8, 2008.

[5] M. Mansor dan N. A. Rahim, “Voltage sag detection - A survey,”

dalam 2009 International Conference for Technical Postgraduates

(TECHPOS), Kuala Lumpur, Malaysia, Des 2009, hlm. 1–6, doi:

10.1109/TECHPOS.2009.5412088.

[6] Md. S. Haque Sunny, E. Hossain, M. Ahmed, dan F. Un-Noor,

“Artificial Neural Network Based Dynamic Voltage Restorer for

Improvement of Power Quality,” dalam 2018 IEEE Energy

Gambar 10. Tegangan sag dari gangguan hubung singkat 2

fasa ke tanah pada beban Pujon

Gambar 11. Tegangan beban Pujon dikompensasi dengan

DVR pada sistem distribusi GI Sengkaling

Gambar 12. Tegangan sag dari gangguan hubung singkat 3

fasa ke tanah pada beban Pujon

Gambar 13. Tegangan beban Pujon dikompensasi dengan

DVR pada sistem distribusi GI Sengkaling



Conversion Congress and Exposition (ECCE), Portland, OR, Sep

2018, hlm. 5565–5572, doi: 10.1109/ECCE.2018.8558470.

[7] “IEEE Std 1159-1995,” Electrical and Electronics Engineers, Inc,

Nov 1995. doi: 10.1109/IEEESTD.1995.79050.

[8] N. G. Hingorani, “Introducing Custom Power,” IEEE Spectr., vol.

32, no. 6, hlm. 41–48, Jun 1995, doi: 10.1109/6.387140.

[9] Snehal. R.Patel dan M. D.Solanki, “Comparision of Proportional

Integral and Hysteresis Controllers for Controlling the DVR,”

dalam The 2nd International Conference on Trends in Electronics

and Informatics (ICOEI 2018), Tirunelveli, India, Mei 2018, doi:

10.1109/ICOEI.2018.8553769.

[10] F. Zare dan A. Nami, “A New Random Current Control Technique

for a Single-Phase Inverter with Bipolar and Unipolar

Modulations,” dalam 2007 Power Conversion Conference -

Nagoya, Nagoya, Japan, Apr 2007, doi:

10.1109/PCCON.2007.372961.

[11] S. K. Singh dan S. K. Srivastava, “Enhancement in power quality

using dynamic voltage restorer (DVR) in distribution network,”

dalam 2017 International Conference on Innovations in

Information, Embedded and Communication Systems (ICIIECS),

Coimbatore, Mar 2017, hlm. 1–5, doi:

10.1109/ICIIECS.2017.8275918.

[12] C. Vimalarani, M. Muthuramalingam, dan A. R. Jemimah, “Ann

Controller Based Photovoltaic Source Injected DVR,” Int. J.

ChemTech Res., vol. 11, no. 4, hlm. 107–115, 2018, doi:

http://dx.doi.org/10.20902/IJCTR.2018.110412.

[13] S. B. Ibrahim, “Voltage Quality Enhancemant in Distribution

system using Artificial Neural Network (ANN) based Dynamic

Voltage Restorer,” Niger. J. Technol. NIJOTECH, vol. 37, no. 1,

hlm. 184–190, Jan 2018, doi: 10.4314/njt.v37i1.24.

Documents

Analisis Tegangan Sag Pada Sistem Distribusi GI Sengkaling