JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Vol.
No.
Maret 2025, pp.
DOI: https://doi.
org/10.
35313/jitel.
p-ISSN: 2774-7972 e-ISSN: 2775-6696 Filter harmonik aktif shunt untuk mereduksi harmonik akibat charger sistem DC di unit pembangkit tenaga listrik Muhamad Surya Alfriana1.
I Made Wiwit Kastawan2*.
Wahyu Budi Mursanto3
1,2,3
Jurusan Teknik Konversi Energi.
Politeknik Negeri Bandung Jl.
Gegerkalong Hilir.
Ds.
Ciwaruga.
Kec.
Parongpong.
Kab.
Bandung Barat, 40559.
Indonesia suryaalfriana@gmail.
com, 2*wiwit.
kastawan@polban.
id, 3wahyumursanto@gmail.
ABSTRAK
Charger sistem arus searah (DC) adalah perangkat yang bekerja mengonversi arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah.
Sistem ini menggunakan saklar elektronika daya yang dapat diatur untuk menghasilkan tegangan keluaran DC yang variatif.
Perangkat ini pada pembangkit listrik digunakan untuk mengisi baterai dan menyuplai beban DC.
Perangkat ini memiliki topologi rangkaian berupa penyearah terkendali tiga-fasa.
Penyearah terkendali menarik arus sumber yang tidak linier karena proses switching dari thyristor, hal ini mengakibatkan distorsi harmonik pada sinyal arus yang ditarik.
Distorsi sinyal arus ini menyebabkan beberapa masalah yang dapat mengurangi efisiensi dan keandalan sistem tenaga listrik.
Studi ini memodelkan dan mensimulasikan filter harmonik aktif shunt untuk mengurangi harmonik.
Filter ini menggunakan metode ekstraksi daya aktif reaktif sesaat dan kontrol arus histerisis pada inverter untuk mengurangi Total Demand Distortion (TDD) harmonik yang awalnya lebih dari 30% menjadi di bawah 5% berdasarkan pada standar Ie 519-2022.
Hasil simulasi menunjukkan efektivitas filter ini pada berbagai kondisi beban dapat mereduksi TDD harmonik dengan efektivitas sekitar 97%.
Kata kunci: harmonik, elektronika daya, filter aktif shunt, efisiensi.
TDD
ABSTRACT
A direct current (DC) charger system is a device that converts alternating current (AC) into direct current (DC).
This system uses power electronic switches that can be controlled to produce variable DC output voltage.
In power plants, such devices are used to charge batteries and supply DC loads.
The system typically employs a three-phase controlled rectifier topology.
Controlled rectifiers draw non-linear source currents due to the switching operation of thyristors, resulting in harmonic distortion in the current waveform.
This distortion can lead to several issues that reduce the efficiency and reliability of the power system.
This study models and simulates a shunt active harmonic filter to mitigate these harmonics.
The filter utilizes the instantaneous active and reactive power .
theory for harmonic extraction and applies hysteresis current control in the inverter to reduce the Total Demand Distortion (TDD) of harmonics from an initial value above 30% to below 5%, in accordance with Ie 519-2022 standards.
Simulation results demonstrate that the filter is effective under various load conditions, achieving harmonic TDD reduction with approximately 97% effectiveness.
Keywords: harmonic, power electronic, shunt active filter, efficiency.
TDD
PENDAHULUAN
Perangkat elektronika daya seperti penyearah terkendali sangat penting dalam sistem kelistrikan modern, terutama untuk mengonversi arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC) untuk menyuplai berbagai beban listrik DC.
Penyearah terkendali tiga-fasa adalah salah satu perangkat yang pasti digunakan di pembangkit listrik untuk mengisi baterai dan menyuplai beban DC dan UPS.
Kelebihan dari perangkat elektronika daya yang memiliki efisiensi konversi yang tinggi, namun proses switching thyristor menghasilkan distorsi harmonik arus yang signifikan .
Distorsi harmonik arus ini dapat berdampak negatif pada efisiensi dan keandalan sistem tenaga listrik, sehingga diperlukan upaya mitigasi harmonik yang efektif .
Harmonik arus yang tinggi dapat meningkatkan rugi daya pada penghantar dan inti dari berbagai peralatan listrik seperti transformator, motor dan generator yang bermuara pada penurunan efisiensi dan pemanasan berlebih, kesalahan dalam operasi alat ukur listrik, kondisi operasi motor dan generator yang tidak normal karena tingkat vibrasinya bertambah, aliran arus Naskah diterima tanggal 28 Juli 2024, disetujui tanggal 18 Februari 2025 *E-mail korespondensi Muhamad Surya Alfriana: Filter harmonik aktif shunt untuk A Vol.
5 No.
1 Maret 2025 netral pada sistem kelistrikan tiga-fasa serta kegagalan/kesalahan operasi alat-alat proteksi listrik seperti circuit breaker dan lain-lain .
, .
, .
, .
Untuk itu perlu dilakukan upaya untuk mengatasi permasalahan harmonik arus ini seperti misalnya penggunaan filter pasif, filter aktif dan transformator penggeser fasa.
Reduksi harmonik arus dengan filter pasif dan aktif bersifat lebih umum karena dapat dilakukan untuk harmonik arus yang dibangkitkan oleh berbagai jenis perangkat elektronika daya.
Sementara reduksi harmonik arus dengan transformator penggeser fasa bersifat lebih khusus karena hanya dapat dilakukan untuk harmonik arus yang dibangkitkan oleh perangkat elektronika daya yang berupa penyearah tiga-fasa yang digunakan dalam jumlah cukup banyak .
ua atau lebih penyearah tigafas.
, .
, .
Penggunaan filter harmonik aktif shunt merupakan salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan harmonik yang kompleks akibat aplikasi elektronika daya seperti pada variabel speed drive atau variable frequency drive pada .
, .
, .
Filter harmonik aktif shunt bekerja dengan menginjeksikan arus kompensasi yang berlawanan fasa dengan arus harmonik yang muncul untuk mereduksi harmonik yang dihasilkan oleh beban non-linier .
Metode ekstraksi arus kompensasi didasarkan pada perhitungan daya aktif-reaktif sesaat (PQ-Theor.
dan dibangkitkan oleh Voltage Source Inverter (VSI) menggunakan metode kendali arus histerisis .
Reduksi harmonik arus menggunakan gabungan metode ini efektif dalam mengurangi harmonik secara signifikan dan dapat merespons secara dinamis terhadap kondisi beban yang variatif .
, sehingga cocok dalam aplikasi penyearah terkendali tiga-fasa atau Charger Sistem DC.
Penelitian ini dilakukan pemodelan dan simulasi penggunaan filter harmonik aktif shunt untuk mereduksi harmonik arus yang disebabkan oleh charger sistem DC atau penyearah terkendali tiga fasa dengan contoh spesifikasi yang terpasang di suatu pembangkit listrik.
Proses pemodelan dan simulasi dititik beratkan untuk mengoptimalkan kinerjanya dalam mereduksi harmonik arus pada berbagai kondisi pembebanan penyearah terkendali tiga-fasa.
Acuan distorsi harmonik yang digunakan berdasarkan standar Ie 519-2014.
Hasil dari filter yang diusulkan diharapkan secara signifikan mengurangi Total Demand Distortion (TDD), meningkatkan kualitas daya keseluruhan, dan keandalan sistem dengan menghilangkan pengaruh negatif harmonik pada sistem tenaga listrik .
METODE PENELITIAN
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai pemodelan dan perancangan sistem kelistrikan dengan filter harmonik aktif shunt dengan metode ekstraksi harmonik menggunakan teori daya aktif-reaktif sesaat dan kontrol pembangkit arus inverter tiga-fasa menggunakan metode histerisis arus.
1 Blok Diagram Sistem Sistem filter harmonik aktif shunt berdasarkan Gambar 1.
dirancang untuk bekerja mereduksi harmonik arus yang disebabkan oleh beban non-linier berupa penyearah terkendali tiga-fasa.
Sumber yang digunakan untuk menyuplai penyearah terkendali tersebut berupa sumber 3-fasa seimbang dengan tegangan fasa-fasa 380 V dan frekuensi 50 Hz.
Penyearah terkendali menghasilkan harmonik arus pada sisi sumber AC dan sisi masukan Filter harmonik aktif shunt dipasang secara paralel pada titik kopling (PCC) untuk mengeliminasi harmonik arus pada sisi sumber AC dengan menginjeksikan arus yang berlawanan dan sebanding dengan arus harmonik.
Gelombang arus yang harus diinjeksikan oleh filter harmonik aktif shunt ini didapatkan dengan mengekstraksi arus harmonik yang muncul pada sisi masukan penyearah untuk kemudian dilakukan perhitungan menggunakan teori daya aktif-reaktif sesaat (P-Q Teor.
yang merujuk pada .
Pembangkitan arus kompensasi harmonik oleh inverter tiga-fasa selanjutnya dikendalikan oleh kontrol histerisis arus (Hysteresis Current Controlle.
JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Muhamad Surya Alfriana: Filter harmonik aktif shunt untuk A Vol.
5 No.
1 Maret 2025 Gambar 1.
Diagram blok sistem keseluruhan 2 Pemodelan Penyearah Terkendali Tiga-Fasa (Charge.
Penyearah terkendali memiliki dua mode operasi, yakni mode operasi floating dan mode operasi Pada mode operasi floating, penyearah menyuplai beban-beban DC, menyuplai UPS, dan mengisi baterai dengan menjaga tegangan keluaran yang konstan.
Sedangkan pada mode operasi Boosting, penyearah memberikan pengisian daya tambahan .
oost charg.
untuk mengisi daya baterai dengan cepat hingga mencapai tegangan penuh, dengan menaikkan tegangan keluaran hingga 120% dari tegangan floating.
Parameter yang menjadi acuan pemodelan didasarkan spesifikasi pada Tabel 1.
Tabel 1.
Spesifikasi penyearah terkendali tiga-fasa Parameter Nominal Voltage Nominal Frequency Floating Output Voltage Output Voltage Adjustment Nominal Output Current Output Current Adjust Boost Charge Voltage Output Ripple Dynamic Response Nilai 380 VAC A15% 50 Hz A5% 110 VDC A1% Antara 90 Ae 160 VDC 0Aa100% terhadap Nominal Current 100% to 120% terhadap Floating Output Voltage 1% RMS AC terhadap Output Voltage A10% terhadap Output Voltage pada 200 ms .
ari 0% hingga 100% beba.
Pemodelan penyearah terkendali tiga-fasa mengikuti rangkaian penyearah thyristor jembatan penuh pada Gambar 2.
Rangkaian penyearah terdiri dari 6 buah saklar thyristor, rangkaian filter, dan JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Muhamad Surya Alfriana: Filter harmonik aktif shunt untuk A Vol.
5 No.
1 Maret 2025 Penyearah dipisahkan secara magnetik pada sisi masukan oleh trafo isolasi yang terhubung dengan sumber AC tiga-fasa.
Gambar 2.
Rangkaian penyearah terkendali tiga-fasa 3 Rangkaian Filter Harmonik Aktif Shunt Rangkaian pembangkit arus berupa rangkaian inverter tegangan tiga-fasa yang ditunjukkan pada Gambar 3.
Rangkaian ini digunakan untuk menghasilkan gelombang keluaran yang variabel dengan cara mengatur switching dari komponen semikonduktor.
Pada aplikasi filter harmonik aktif shunt ini, inverter tegangan digunakan karena karakteristiknya yang dapat menghasilkan gelombang arus keluaran lebih fleksibel dan akurat .
Saklar semikonduktor MOSFET digunakan pada VSI untuk membangkitkan gelombang arus yang varibel.
Penggunaan MOSFET cocok karena dapat bekerja pada aplikasi frekuensi tinggi .
Gambar 3.
Rangkaian inverter tiga-fasa Penentuan Tegangan Referensi DC Tegangan DC masukan inverter harus lebih besar atau sama dengan tegangan puncak jaringan .
Hal ini agar arus dapat mengalir dari inverter ke jaringan untuk mengeliminasi harmonik serta agar kendali arus histerisis dapat dilakukan selama satu siklus penuh gelombang AC.
Dengan frekuensi kerja penyaklaran yang tinggi, nilai induktansi dianggap kecil sehingga tidak terjadi drop tegangan pada induktor dan dengan asumsi bahwa konverter PWM beroperasi pada modulasi linear .
, .
, tegangan referensi .
cOyayaycyceyce ) dapat dihitung dengan persamaan .
JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Vol.
5 No.
1 Maret 2025 Muhamad Surya Alfriana: Filter harmonik aktif shunt untuk A ycOyayaycyceyce = 2Oo2 ycOyciycycnycc Tegangan referensi diterapkan pada sisi DC rangkaian inverter yang terhubung dengan saklar Tegangan referensi dijadikan acuan sebagai tegangan minimum yang dapat ditahan oleh saklar semikonduktor, sehingga spesifikasi saklar tidak kurang dari tegangan referensi DC.
Penentuan Kapasitor DC Daya nyata (P) yang harus disuplai oleh filter harmonik aktif harus kurang dari 0.
1 per unit .
, pada sistem 50 Hz satu periode (T) dari satu siklus AC adalah 20 milidetik .
, sehingga nilai kapasitor DC .
ayaya ) dapat dihitung berdasarkan persamaan .
1ycE .
yayaya = ycO 2 yaya Penentuan Kopling Induktor Pemasangan induktor bertujuan untuk memfilter arus harmonik frekuensi tinggi dari penyaklaran inverter ke jaringan (PCC).
Nilai induktansi kopling .
ayce ) ditentukan dengan menetapkan dan mengasumsikan batas ripple arus maksimum (OI ya.
) pada titik zero-crossing tegangan AC fundamental keluaran .
dan frekuensi switching saklar inverter .
ceyc ) .
Nilai induktansi dapat dihitung menggunakan persamaan .
ycO yayce = 6 yce OI yayaya yc .
4 Metode Ekstraksi Daya Aktif-Reaktif Sesaat (Teori P-Q) Prinsip ekstraksi arus harmonik pada blok diagram Gambar 4.
menggunakan teori daya aktif-reaktif sesaat (Teori P-Q) berdasarkan .
Lima bagian blok ini memiliki tujuan akhir memisahkan sinyal arus harmonik dari pengukuran sinyal arus yang ditarik penyearah terkendali dan mengondisikannya menjadi sinyal referensi untuk mengatur inverter agar menginjeksikan kembali sinyal arus berdasarkan referensi tersebut ke jaringan sehingga penjumlahannya akan mengeliminasi harmonik yang muncul dan menghasilkan arus sinusoidal pada sisi sumber AC jaringan.
Gambar 4.
Diagram blok ekstraksi harmonik Pada Blok Tranformasi Clarke, tegangan sumber atau jaringan yang terdiri dari tiga-fasa tegangan a, b, dan c (Vab.
serta arus beban yang terdiri dari tiga-fasa arus a, b, dan c (Iab.
diubah menjadi 2 vektor tegangan dan (V) dan arus beban diubah menjadi 2 vektor arus (I) oleh .
Transformasi Clarke.
JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Muhamad Surya Alfriana: Filter harmonik aktif shunt untuk A Vol.
5 No.
1 Maret 2025
Transformasi Clarke untuk variabel tegangan tiga-fasa
Oo2
[ ycyu ] = Oo 3
Oo2
Oe2
Oo3
[ 0
Oo2 Oe 2 [ ycyca ] Oo3 Oo2 Oe 2 [ ycnyca ] Oo3 Transformasi Clarke untuk variabel arus tiga-fasa:
Oo2
[ ycnyu ] = Oo 3
Oo2
Oe2
Oo3
[ 0
Pada Blok Perhitungan Daya Aktif-Reaktif Sesaat, setelah didapatkan vektor tegangan sumber dan arus beban 2 fasa selanjutnya dapat dihitung daya aktif-reaktif sesaatnya.
Dengan sistem tiga-fasa tigakabel tanpa netral, daya aktif dan reaktif sesaat dihitung dengan matriks pada .
Oeycyu
ycy yc
]= [
Daya aktif-reaktif sesaat yang dihitung terdiri dari komponen harmonik dan fundamental dinyatakan pada .
Untuk memisahkan komponen harmonik (AC) dari komponen fundamentalnya (DC) digunakan Low Pass Filter (LPF).
Penggunaan filter ini akan memisahkan komponen sinyal harmonik yang memiliki frekuensi tinggi dari sinyal fundamentalnya yang memiliki frekuensi rendah.
ycy = ycyI ycyE yc = ycI ycE Setelah didapatkan hanya komponen harmonik dari daya aktif dan reaktif yang digunakan untuk menghasilkan arus referensi, kemudian komponen tersebut dihitung pada blok Perhitungan Arus Kompensasi dengan ditransformasikan kembali ke bentuk arus kompensasi 2-fasa menggunakan .
] = yc 2 yc 2 [ O Oeycyca OeycyE Oeyc Arus kompensasi harmonik tersebut dikembalikan ke bentuk arus referensi aktual 3-fasa dengan menggunakan .
Inverse Transformasi Clarke.
cnyayca ] = Oo 3 Oe2 Oo3 Oo3 Oe2 Perlu diperhatikan bahwa komponen harmonik daya aktif sesaat mendapatkan feedback tambahan berupa PLoss yang merupakan rugi-rugi dihasilkan oleh switching dan konduksi saklar inverter .
, hal ini agar drop tegangan akibat arus kompensasi yang dibangkitkan menjaga tegangan tetap lebih besar atau sama dengan jaringan untuk menjaga agar arus tetap mengalir dari inverter ke jaringan .
JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Muhamad Surya Alfriana: Filter harmonik aktif shunt untuk A Vol.
5 No.
1 Maret 2025 5 Kontrol Tegangan Referensi DC Tegangan masukan inverter atau tegangan referensi DC (DC-Lin.
perlu dijaga agar tetap pada nilai pengaturannya.
Inverter dengan sumber DC berupa kapasitor, tegangannya akan variatif tergantung seberapa besar arus yang perlu diinjeksikan.
Pengaturan tegangan ini menggunakan kontrol Proportional-Integral (PI) untuk menjaga agar tegangan DC tetap pada nilai setpoint-nya.
Prinsip pengaturan tegangan ini dengan membandingkan tegangan DC-Link yang terukur dengan tegangan referensi DC-Link .
yang ditentukan sebelumnya .
Blok diagram kontrol tegangan referensi DC ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5.
Blok kontrol tegangan referensi DC 6 Kontrol Arus Histerisis Pembangkitan arus oleh inverter tiga-fasa agar sesuai dengan arus referensi kompensasi diatur menggunakan Kontrol Arus Hisetrisis.
Arus referensi yang telaah diekstraksi dibandingkan dengan arus aktual keluaran inverter, perbandingan ini akan menghasilkan sinyal error.
Jika nilai perbedaan .
menghasilkan nilai positif, kendali histerisis akan memberikan sinyal penyaklaran ON untuk menaikkan arus aktual.
Sebaliknya, jika perbedaan negatif, maka sinyal penyaklaran OFF untuk mengurangi arus Output keluaran dari blok kendali ini berupa pulsa yang mengatur apakah inverter harus aktif atau tidak.
Blok kontrol arus histerisis dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6.
Blok kontrol tegangan referensi DC 7 Standar Acuan Harmonik Pada penelitian ini, standar acuan harmonik arus yang digunakan sebagai batas minimum yang dapat diterapkan pada sistem tenaga listrik berdasarkan standar Ie 519-2014 pada Tabel 2.
Tabel 2.
Batas harmonik arus pada tegangan nominal 120V Ae 69kV
ISC/IL
< 20
20 < 50
50 < 100
100 < 1000
> 1000
Individual Harmonic Order .
dd harmonic.
1 O h < 11 11 O h < 17 17 O h < 23 23 O h < 35 35 O h < 50 TDD JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Muhamad Surya Alfriana: Filter harmonik aktif shunt untuk A Vol.
5 No.
1 Maret 2025 Keterangan:
ISC
= Arus hubung singkat maksimum pada titik kopling.
= Arus beban maksimum .
omponen frekuensi fundamenta.
pada titik kopling.
= Orde harmonik individual.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil usulan perancangan filter harmonik akif shunt dilakukan pengujian dengan simulasi secara menyeluruh seperti pada Gambar 7.
dengan menghubungkan penyearah terkendali tiga-fasa atau Charger dengan Filter Harmonik Aktif Shunt secara paralel pada titik PCC dengan suplai tegangan AC tiga-fasa sebesar 380V, 50Hz.
Simulasi dilakukan pada Simulink MATLAB dengan skenario pengujian pembebanan penyearah terkendali dari beban nol hingga beban penuh baik pada mode operasi Floating dan Boosting.
Parameter yang digunakan dalam simulasi untuk filter harmonik aktif yang sudah di hitung ditampilkan pada Tabel 3.
Tabel 3.
Parameter simulasi filter harmonik aktif
Parameter Tegangan referensi DC-Link
Tegangan maksimum saklar
Kopling induktor
Kapasitor DC-Link
Frekuensi switching Hysteresis Band
Konstanta P kontrol DC-Link
Konstanta I kontrol DC-Link
Simbol
VDC
VSW
CDC
Nilai 1180 VDC
1180 VDC
1000 uH 150 uF 40 kHz Parameter Proportional (P) dan Integral (I) ditentukan dengan mengatur nilai keduanya dengan nilai 1,0.
Nilai Kp dan Ki ini selanjutnya ditentukan dengan metode trial and error hingga sesuai dengan spesifikasi teknis pada Tabel 1.
Respon dinamik perubahan tegangan dari beban 0% hingga 100% harus memenuhi waktu respon 200 milidetik dan deviasi maksimum A10%.
Gambar 7.
Rangkaian simulasi keseluruhan Filter harmonik aktif shunt diharapkan dapat mereduksi harmonik arus yang disebabkan oleh Charger hingga batas minimum TDD sesuai standar.
Lebih sedikit harmonik yang muncul pada sistem JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Muhamad Surya Alfriana: Filter harmonik aktif shunt untuk A Vol.
5 No.
1 Maret 2025 juga diharapkan dapat mengurangi permasalahan seperti panas berlebih pada peralatan dan permasalahan lainnya .
Arus Sumber (A ) Arus Kompensasi (A ) Arus Beban (A ) 1 Simulasi Pada Mode Floating Pada mode operasi floating, tegangan output penyearah dibiarkan mengambang .
relatif terhadap sistem baterai dengan setpoint tegangan DC sebesar 110 VDC.
Sampel hasil simulasi pada ditunjukkan dengan bentuk gelombang hasil pengukuran arus yang secara berurutan terdiri dari arus beban, arus kompensasi, dan arus sumber seperti ditunjukkan pada Gambar 8 dan Gambar 9.
Waktu .
Arus Sumber (A ) Arus Kompensasi (A ) Arus Beban (A ) Gambar 8.
Simulasi Floating arus beban 100% Waktu .
Gambar 9.
Simulasi Floating arus beban 10% Spektrum harmonik arus yang ditampilkan pada Gambar 10 dan Gambar 11 dihasilkan dari analisis FFT pada gelombang sisi sumber secara berurutan sebelum dan setelah direduksi dengan filter.
JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Muhamad Surya Alfriana: Filter harmonik aktif shunt untuk A Vol.
5 No.
1 Maret 2025 Spektrum menunjukkan orde frekuensi harmonik ke-5 dan ke-7 secara signifikan direduksi oleh filter sehingga hanya menyisakan gelombang fundamentalnya saja.
Gambar 10.
FFT pada beban 100% .
Gambar 11.
FFT pada arus beban 10% .
JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Muhamad Surya Alfriana: Filter harmonik aktif shunt untuk A Vol.
5 No.
1 Maret 2025 Arus Sumber (A ) Arus Kompensasi (A ) Arus Beban (A ) 2 Simulasi Pada Mode Boosting Selanjutnya, pada mode operasi boosting, tegangan output penyearah ditingkatkan menjadi lebih besar relatif terhadap sistem baterai dengan setpoint tegangan DC sebesar 132 VDC.
Serupa dengan pada mode Floating, sampel hasil simulasi ditunjukkan dengan bentuk gelombang hasil pengukuran arus yang secara berurutan terdiri dari arus beban, arus kompensasi, dan arus sumber seperti ditunjukkan pada Gambar 12 dan Gambar 13.
Waktu .
Arus Sumber (A ) Arus Kompensasi (A ) Arus Beban (A ) Gambar 12.
Simulasi Boosting arus beban 100% Waktu .
Gambar 13.
Simulasi Boosting arus beban 10% JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Muhamad Surya Alfriana: Filter harmonik aktif shunt untuk A Vol.
5 No.
1 Maret 2025 Gambar 14.
FFT pada beban 100% .
Gambar 15.
FFT pada arus beban 10% .
Spektrum harmonik arus yang ditampilkan pada Gambar 14 dan Gambar 15 secara berurutan sebelum dan setelah direduksi dengan filter menunjukkan hasil yang hampir serupa dengan hasil pada mode Floating, yang mana spektrum menunjukkan orde frekuensi harmonik ke-5 dan ke-7 secara signifikan direduksi oleh filter sehingga hanya menyisakan gelombang fundamentalnya saja.
JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Muhamad Surya Alfriana: Filter harmonik aktif shunt untuk A Vol.
5 No.
1 Maret 2025 3 Variasi Pembebanan Charger Hasil simulasi sebelum dan sesudah dilakukan reduksi harmonik arus pada sisi sumber AC penyearah menggunakan filter harmonik aktif shunt pada mode operasi floating dan boosting dengan variasi pembebanan 0% -100% ditunjukkan pada Tabel 4 dan Tabel 5.
Tabel 4.
Hasil reduksi harmonik arus mode floating Sebelum Reduksi
Setelah Reduksi
Efektivitas Efektivitas TDD
(%)
Reduksi
THD
Reduksi
TDD
2,75
0,15
72,9%
70,1%
2,01
0,30
96,7%
97,1%
15,47
1,74
0,43
96,9%
97,2%
49,68
18,58
1,51
0,52
97,0%
97,2%
42,58
19,30
1,23
0,54
97,1%
97,2%
38,06
20,64
1,16
0,62
97,0%
97,0%
35,24
22,31
1,04
0,65
97,0%
97,1%
33,37
24,18
0,98
0,70
97,1%
97,1%
32,14
26,20
0,95
0,77
97,0%
97,1%
31,17
28,29
0,89
0,81
97,1%
97,1%
30,50
0,87
0,87
97,1%
97,1%
Beban
Arus
RMS
(A)
THD
(%)
5,52
TDD
(%)
Arus
RMS
(A)
THD
(%)
10,14
0,49
5,85
60,92
10,36
56,89
Tabel 5.
Hasil reduksi harmonik arus mode boosting Sebelum Reduksi
Setelah Reduksi
Efektivitas Efektivitas TDD
(%)
Reduksi
THD
Reduksi
TDD
2,75
0,15
72,7%
74,8%
2,01
0,27
96,7%
97,5%
15,76
1,74
0,37
96,9%
97,6%
18,35
1,51
0,44
97,0%
97,6%
42,57
19,42
1,23
0,46
97,1%
97,7%
38,02
20,75
1,16
0,52
96,9%
97,5%
35,17
22,35
1,04
0,55
97,0%
97,6%
33,28
24,16
0,98
0,59
97,1%
97,5%
32,06
26,22
0,95
0,65
97,0%
97,5%
28,28
0,89
0,68
97,1%
97,6%
30,45
30,45
0,87
0,87
97,1%
97,1%
Beban
Arus
RMS
(A)
TDD
(%)
Arus
RMS
(A)
THD
(%)
THD
(%)
5,52
10,09
0,58
5,85
60,91
10,66
56,89
49,63
Berdasarkan Tabel 4, sebelum dilakukan reduksi, pada mode floating, arus RMS pada beban 0% adalah 5,52 A dengan THD sebesar 10,14% dan TDD sebesar 0,49%.
Pada kondisi ini belum ada arus yang ditarik oleh beban penyearah sehingga nilai THD-nya kecil dan nilai TDD masih memenuhi standar < 5%.
Penambahan tingkat beban penyearah yakni beban 10%, arus RMS terukur 16,8 A dengan nilai THD arus sebesar 60,91% dan nilai TDD arus sebesar 10,66%, nilai TDD pada level beban ini sudah melampaui batas nilai TDD.
Seiring dengan peningkatan beban hingga mencapai 100%, dengan JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Muhamad Surya Alfriana: Filter harmonik aktif shunt untuk A Vol.
5 No.
1 Maret 2025 arus RMS yakni 114,7 A menyebabkan TDD semakin meningkat menjadi 30,5%, jauh melampaui batas < 5%.
Pada mode operasi boosting sebelum dilakukan reduksi ditunjukkan Tabel 5, arus RMS pada beban 0% adalah 5,52 A dengan THD sebesar 10,09% dan TDD sebesar 0,58%.
Seiring dengan peningkatan beban hingga mencapai 100%, dengan arus RMS yakni 96 A, nilai TDD semakin meningkat pula menjadi 30,45%.
Pola peningkatan distorsi harmonik ini mirip dengan yang terlihat pada mode floating, di mana distorsi atau nilai TDD meningkat secara signifikan dengan peningkatan beban.
Filter harmonik aktif shunt secara signifikan dapat mereduksi harmonik arus yang ditarik oleh Charger, sebagai contoh pada mode floating, pada beban 10%.
THD turun dari 60,92% menjadi 2,01% dan TDD turun dari 10,36% menjadi 0,30%, serta pada beban 100%.
THD turun dari 30,50% menjadi 0,87% dan TDD turun dari 30,50% menjadi 0,87%.
Pada mode boosting, hasil serupa terlihat, di mana pada beban 10%.
THD turun dari 60,91% menjadi 2,01% dan TDD turun dari 10,66% menjadi 0,27%, serta pada beban 100%.
THD turun dari 30,45% menjadi 0,87% dan TDD turun dari 30,45% menjadi 0,87%.
Efektivitas reduksi THD dan TDD pada mode Floating dan Boosting dapat menurunkan harmonik sekitar 97% dari nilai awalnya.
Penurunan yang signifikan seperti ditunjukkan pada Gambar 16 dan Gambar 17 menunjukkan bahwa hasil rancangan filter pada semua kondisi beban sangat efektif dalam mengurangi harmonik hingga di bawah nilai standarnya yakni < 5%.
Gambar 16.
Grafik hasil reduksi mode floating Gambar 17.
Grafik hasil reduksi mode boosting JITEL (Jurnal Ilmiah Telekomunikasi.
Elektronika, dan Listrik Tenag.
Vol.
5 No.
1 Maret 2025 Muhamad Surya Alfriana: Filter harmonik aktif shunt untuk A Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa penggunaan filter harmonik aktif shunt terbukti efektif dalam mereduksi harmonik hingga memenuhi standar dengan jenis dan kapasitas beban yang berbedabeda, seperti pada .
, .
, .
, .
, .
Rancangan filter harmonik aktif shunt ini dapat mereduksi Total Harmonic Distortion (THD) dan Total Demand Distortion (TDD) secara signifikan pada aplikasi Charger atau penyearah terkendali tiga-fasa dengan berbagai skenario pembebanan sehingga memenuhi standar acuan harmonik.
Dibandingkan dengan .
yang menggunakan filter pasif, filter harmonik aktif shunt menunjukkan keunggulan yang lebih signifikan dalam mereduksi harmonik.
Usulan filter harmonik aktif shunt menunjukkan penurunan THD dan TDD hingga sekitar 97% dari nilai awal.
KESIMPULAN
Pemasangan filter harmonik aktif shunt terbukti berhasil dan efektif dalam mengurangi distorsi harmonik arus sumber yang disebabkan oleh Charger atau penyearah terkendali tiga-fasa, baik pada mode Floating dan Boosting.
Hal ini ditunjukkan dengan penurunan yang signifikan pada nilai THD dan TDD pada berbagai tingkat beban, mulai dari 0% hingga 100%, hingga nilai-nilai tersebut dapat memenuhi standar batasan harmonik menurut Ie 519-2014 yakni dengan nilai TDD kurang dari 5%.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa filter harmonik aktif shunt yang dirancang mampu mengurangi harmonik dengan efektivitas rata-rata A 97% pada semua tingkat beban .
-100%) sehingga hasil akhir dapat memenuhi standar harmonik Ie 519-2014.
Secara visual, filter dapat menghasilkan gelombang arus sumber yang sinusoidal dan nilai RMS arusnya berkurang.
REFERENSI