Peran Elektronika Daya Pada Perbaikan Kualitas DayaPeran Elektronika Daya Pada Perbaikan Kualitas Daya

Peran Elektronika Daya Pada Perbaikan Kualitas Daya

Fauzan Bryantara, Syahrial Ramadhan,

Rachmat Sannia Putra, Nabiel Erfan

Mahasiswa Teknik Tenaga Listrik Institut Teknologi Bandung

Pada artikel ini dibahas peranan bidang ilmu elektronika daya pada aplikasi perbaikan kualitas daya. Beberapa alasan utama yang menyebabkan kualitas daya menjadi hal yang sangat diperhatikan ialah sebagai berikut :

1. Banyak peralatan elektrik modern yang menggunakan komponen elektronika daya dengan kendali berbasis mikroprosesor. Peralatan elektrik yang bertindak sebagai beban non linear tersebut sangat sensitif terhadap masalah kualitas daya meski ternyata sebagian permasalahan kualitas daya disebabkan oleh peralatan elektrik itu sendiri.
2. Proses kerja industri modern yang sangat kompleks membutuhkan kualitas daya yang sesuai standard agar keandalan dan ketersediaan pasokan daya terjaga. Jika hal tersebut tidak terpenuhi, maka dapat terjadi kegagalan kerja yang dapat menimbulkan kerugian ekonomi yang besar.
3. Interkoneksi sistem tenaga yang kompleks yang memiliki resiko kegagalan beruntun jika salah satu komponen gagal bekerja. Untuk mengantisipasinya, maka kualitas daya yang dihasilkan atau disalurkan suatu komponen harus dipastikan sesuai standard.
4. Terjadi peningkatan pembangunan sistem pembangkitan terdistribusi yang beberapa diantaranya memanfaatkan energi terbarukan. Hal tersebut dapat menyebabkan masalah kualitas daya, misalnya voltage flicker dan harmonisa gelombang arus.
5. Pengembangan sistem pasar kelistrikan yang cerdas dan kompetitif (smartgrid system) yang memberikan hak pada konsumen untuk menuntut ketersediaan pasokan daya dalam kualitas yang tinggi.

ISU KUALITAS DAYA

a. Definisi Kualitas Daya

Istilah “kualitas daya” masih menjadi sebuah kontroversi diantara insinyur tenaga listrik. Meskipun begitu, hal tersebut telah digunakan secara luas untuk menjelaskan interaksi antara pengguna dan peralatan. Definisi dari kualitas daya pada kamus IEEE [1] yang berasal dari IEEE Std 1100 adalah:

Power quality is the concept of powering and grounding sensitive equipment in a matter that is suitable to the operation of that equipment.

Organisasi standard internasional di bidang elektroteknik (IEC) belum menggunakan istilah kualitas daya pada dokumen standardnya. Untuk saat ini, IEC menggunakan istilah “kompatibilitas elektromagnetik”. Definisi berikut disebutkan dalam IEC 610001-1:

Electromagnetic compatibiliy is ability of equipment or a system to function satisfactorily in its electromcignetic environment without introducing intolerable electromagnetic disturbances to anything in that environntent.

Dari dua definisi kualitas daya dan kompatibikitas elektromagnetik, dapat dinyatakan bahwa kedua istilah tersebut tidak sama tetapi mereka memiliki hubungan yang kuat.

Pengguna tenaga listrik kedepannya akan menggunakan bentuk gelombang tegangan ideal. Sehingga perhatian pengguna pada kualitas daya umumnya pada kualitas tegangan. Di sisi lain, perhatian dari peralatan difokuskan baik pada kualitas tegangan maupun arus.

1. Kualitas Tegangan

Kualitas tegangan adalah kualitas dari hasil yang dikirimkan oleh peralatan ke pengguna. Dengan memperhatikan deviasi dari bentuk gelombang tegangan dari bentuk gelombang sinusoidal ideal.

2. Kualitas Arus

Kualitas arus adalah istilah tambahan terhadap kualitas tegangan. Hal tersebut memperhatikan deviasi dari bentuk gelombang arus dari bentuk gelombang sinusoidal ideal. Sebagai tambahan untuk bentuk gelombang arus ideal (seperti yang dibutuhkan oleh peralatan), gelombang sinusoidal arus harus sefasa dengan tegangan yang disuplai untuk meminimalkan “daya mampu” yang ditransmisikan dan, konsekuensinya, rating sistem tenaga. Karena tegangan dan arus slaing berhubungan dekat, sebuah deviasi satu di antara keduanya dari bentuk ideal dapat (dengan kemungkinan yang besar) menyebabkan yang lain mengalami deviasi dari kasus ideal.

 b. Permasalahan Kualitas Daya

Permasalahan kualitas daya meliputi gangguan dengan rentang yang luas sehingga dapat mengganggu operasi dari beban industry-sensitif dan menyebabkan kehilangan produksi. Dalam bagian ini, masalah kualitas daya yang akan diuraikan dan didiskusikan secara singkat ialah short interruptions, voltage dips, voltage swells, voltage and current transients, voltage and current harmonic distortion, voltage flicker, voltage unbalance, phase angle imbalance, and/or jump.

Beberapa masalah kualitas daya lain seperti overvoltage, undervoltage, noise dan power frequency variations tidak dijelaskan dalam paper ini.

 Short interruption

A short interruption is the complete loss of the supply voltage with a time period of 0.5 cycle up to 3 seconds [IEEE-1159-1995].

Definisi lainnya adalah [3]:

An interruption occurs when supply voltage or the load current decreases to less than 0.1 pu for a period time not exceeding 1 minute.

Penyebab dari short interruptionssama dengan long interruption: kegagalan clearing oleh proteksi, intervensi proteksi yang tidak tepat, dll. Normalnya, short interruption terjadi ketika tegangan suplai direstorasi oleh recloser secara otomatis setelah terjadi kegagalan hubung singkat.

 Voltage dips

A voltage dip is a decrease in the RMS voltage from 0.1 to 0.9 pu at the power frequency for duration from 0.5 cycles to 1 minute.

Sinonim dari voltage dip adalah voltage sag, yang diguanakan secara luas di Amerika Serikat. Voltage dips mempunyai potensi untuk mengganggu operasi beban-sensitif dan menyebabkan kehilangan produksi. Sebuah contoh dari voltage dip ditunjukkan pada Gambar 1a. Fenomena ini akan dipelajari lebih detail pada artikel ini.

 Voltage swells

A voltage swell is an increase in the RMS voltage above 1.1pu at the power frequency for duration from 0.5 cycle to 1 minute.

Voltage swells disebabkan oleh penyaklaran – off dari beban besar, penyaklaran – on pada kapasitor bank dan kegagalan pentanahan pada system pentanahan impedansi tinggi. Voltage swells dikarakterisasikan dengan besaran dan durasinya. Sebagai contoh, voltage swell digambarkan pada Gambar 1b. Efek buruk dari voltage swells adalah:

–          meningkatnya thermal stress pada beban;

–          menyebabkan komponen panas berlebih atau perusakan;

–          trip pada peralatan industry seperti motor dan relay kendali.

4. Voltage dan/atau current transients

A transient is that part of the change in a variable that appears during transition from one steady state operating condition to another [1].

Transient dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori: impulsivedan oscillatory [3]. Beberapa peralatan seperti peralatan elektronika daya sangat sensitif terhadap tegangan/arus transient. Peralatan dapat rusak disebabkan oleh transient.

1. Impulsive transient

An impulsive transient is a very short duration (µs or ms) voltage or current increase/decrease that is unidirectional in polarity.

Impulsive transient dikarakterisasi dengan waktu puncak, naik, dan ekor. Petir, kegagalan hubung singkat dan penyaklaran dari beban besar adalah alas an utama dari impulsive transient. Contoh dari impulsive transient akibat petir ditunjukkan pada Gambar 1c.

1. Oscillatory transient

An oscillatory transient is a sudden, non-power frequency change in the steady state conditions, which includes both polarities (positive and negative).

Jika tegangan system atau arus beban memiliki oscillatory transient, hal ini mengimplikasikan bahwa polaritas puncaknya berubah-ubah secara cepat. Oscilatory transient (ditunjukkan pada Gambar 1d) dijelaskan oleh frekuensi predominan, durasi, dan besarannya.

5. Harmonic distortion

Harmonic distortion is the periodic deviation of the voltage/current from the ideal sinusoidal waveform.

Harmonisa adalah tagangan/arus sinusoidal, yang memiliki frekuensi berlipat-lipat dari frekuensi fundamental. Beban non-linear memiliki kontribusi utama pada distorsi harmonisa pada utilitas tegangan atau arus beban. Sebuah gelombang sinus bersama dengan 20% harmonisa kelima ditunjukkan pada Gambar 1e. Harmonisa menyebabkan kelebihan panas pada komponen system dan dapat menyebabkan kesalahan operasi pada perlatan proteksi.

6. Voltage flicker

Fluktuasi tegangan menyebabkan cahaya lampu benderang (flicker). Flicker didefinisikan dalam standard Eropa EN 50160 [4] sebagai:

Flicker is the impression of unsteadiness of visual sensation included by a light stimulus whose luminance or spectral distribution fluctuates with time.

Tipikal fluktuasi bentuk gelombang tegangan ditampilkan pada Gambar 1h. Busur api adalah salah satu sebab paling umum dari flicker. Sinyal flicker didefinisikan dengan besaran RMS sebagai persen dari besaran fundamental. Satuan dari  pengukuran flicker adalah sebagai perception of short time (PST) severity, yang merupakan output dari IEC ficker meter setiap 10 menit. Flcker harus dimitigasi karena membuat mata manusia menjadi iritasi.

7. Voltage unbalance

Voltage unbalance is the difference in phase (or phase-to-phase) voltage magnitudes of the three-phase system.

Tegangan takseimbang dalam persen didefinisikan oleh National Electrical Manufacturing Association (NEMA) dalam [5] sebagai (tidak diterima secara umum) deviasi maksimum dari tegangan rata-rata ke tegangan rata-rata dari tiga fasa-ke-fasa. Komponen simetris digunakan untuk mengkarakterisasi tegangan tak seimbang, yang memberikan indeks untuk menjelaskan system tak seibang. Indeks ini disebutvoltage utilization factor (VUF):

%VUF = (U_n/U_p) x 100

di mana U_p adalah urutan positif komponen dan U_n adalah urutan negatif komponen dari fasa-ke-fasa ke fasa tegangan. Contoh dari tegangan tak seimbang diberikan pada Gambar 1f. Tegangan tak seimbang memiliki efek yang kurang baik pada mesin induksi di mana efisiensi mesin menurun dan dapat menyebabkan kegagalan pada motor. Konverter elektronika daya juga terkena imbas dari tegangan tak seimbang. Operasi dari rectifier dioda dipengaruhi oleh ketakseimbangan di saat harmonisa arus masukan tidak terbatas pada karakteristik harmonisa dari rectifier. Karakteristik kelipatan tiga seperti ketiga dan kesembilan dapat muncul. Tegangan takseimbang dapat menyebabkan kelebihan arus pada satu atau dua fasa, yang dapat menyebabkan trip pada rangkaian proteksi overload dari adjustable speed drives (ASD). Peningkatan arus dapat juga menyebabkan kelebihan panas pada dioda dan mengurangi waktu hidup (lifetime) dari dc link capacitor [6].

8. Phase angle jump

Phase angle jump adalah perubahan dalam sudut fasa tegangan/arus. Beberapa beban seperti thyristor dan turunannya bersifat sensitive terhadap phase angle jump, yang dapat menyebabkan kesalahan penentuan dari tegangan zero crossing. Sebuah phase angle jump pada 60 derajat ditunjukkan pada Gambar 1g.

Gambar 1 – Contoh bentuk gelombang akibat masalah kualitas daya [1] : a) voltage dip, b) voltage swell, c) impulsive transient, d) oscillatory transient, e) 5th harmonic, f) voltage unbalance, g) phase angle jump, h) voltage flicker. [7]

VOLTAGE DIPS

Bagi sebagian besar pelanggan, terutama pelanggan dari kalangan industri, voltage dips atau tegangan kedip adalah gangguan sistem tenaga listrik yang paling mengganggu [2,3]. Biaya yang harus dikeluarkanakibat buruknya kualitas daya dijadikan pertimbangan untuk menentukan apakah penting memasang peralatan yang digunakan untuk kompensasinya gangguan kualitas daya tersebut. Voltage dips, bergantung pada tingkat keparahan dan lama durasinya, dapat menyebabkan komputer mati, hilangnya memori data, kondisi trip pada adjustable speed drives, hilangnya beban motor, hingga menyebabkan kerugian akibat kegagalan proses produksi.

a. Penyebab dan karakterisasi tegangan kedip

Umumnya, penyebab utama terjadinya tegangan kedip adalah kejadian hubung singkat pada saluran transmisi maupun distribusi [2]. Pengasutan mesin-mesin induksi berdaya besar dan peristiwaenergizingpada trafo juga dapat menyebabkan tegangan kedip. Di beberapa jaringan, penyaklaran beban berdaya besar juga dapat menimbulkan tegangan kedip.

Magnitude tegangan kedip adalah nilai tegangan dimana grafik tegangan mulai rata sejak pertama kali nilai tegangan turun. Nilai tersebut dapat ditentukan baik dari tegangan RMS ataupun tegangan puncak selama setengah siklus atau satu siklus pada frekuensi fundamental.

Gambar 2 – Contoh tegangan kedip akibat hubung singkat [7]

Gambar 3 – Contoh tegangan kedip akibat pengasutan motor [7]

Terdapat karakteristik yang berbeda pada kasus tegangan kedip akibat pengasutan motor. Pada kasus tersebut, kita metinjau parameter recovery time dan steady-statedrop. Durasi tegangan kedip adalah durasi dimana tegangan sistem berada pada nilai ambangnya, dalam beberapa kasus ditetapkan 90% dari nilai tegangan nominal. Jika tegangan kedip terjadi karena hubung singkat, durasi tegangan kedip utamanya ditentukan oleh fault clearing time, dimana dipengaruhi oleh kecepatan dari proteksi dan kecepatan circuit breaker.

b. Pengaruh voltage dip pada perilaku kinerja peralatan

Tegangan kedip dapat menyebabkan masalah pada peralatan daya rendah, sama halnya pada peralatan daya tinggi yang berbasis elektronika daya [2,3]. Peralatan daya rendah yang terpengaruh contohnya programmable logic controllers (PLC) dan suplai daya komputer. Tidak hanya peralatan elektronika daya yang sensitif terhadap tegangan kedip, relai elektromekanik dan kontaktor motor dilaporkan membuka bila tegangan jatuh sebesar 0,5 – 0,7 p.u [7].

1) Programmable logic controllers

PLC digunakan pada proses industri untuk memonitor keadaan dari peralatan yang terkoneksi sebagai masukan untuk proses tertentu seperti relai, saklar dan sensor [14]. Semuanya tergolong dalam sistem kontrol elektronika daya dan mempunyai software pada memori komputer. Software mengkalkulasi keadaan dari peralatan yang terkoneksi sebagai keluaran seperti alarm, lampu dan kipas. Suplai daya dari PLC dan komputer dapat terganggu sehingga dapat menyebabkan seluruh proses yang sedang dikontrol mati.

2) Suplai daya

Konfigurasi yang sering dipakai dari suplai daya komputer biasanya terdiri dari dioda penyearah satu fasa, kapasitor perata tegangan DC dan sebuah konverter DC – DC. Saat tegangan suplai turun, maka tegangan sisi DC juga turun. Drop tegangan DC bergantung pada kapasitas kapasitor dan daya beban. Tegangan DC yang turun terlalu rendah akan menyebabkan terjadinya kesalahan kinerja peralatan digital.

3)  Adjustable speed drives

Pembahasan dibedakan pada dua jenis kendali motor, yaitu AC drives dan DC drives. Kendali motor AC dilakukan dengan mengontrol besar dan frekuensi tegangan keluaran. Tegangan kedip di sisi masukan menyebabkan menurunnya tegangan DC pada DC link. Konsekuensinya, konverter sumber tegangan tidak dapat beroperasi dan kendali motor hilang.

Ketika terjadi voltage dip, energi motor diambil dari kapasitor sejak terjadi voltage dip sampai tegangan DC lebih rendah dibanding tegangan suplai selama voltage dip. Agar motor dapat bertahan pada voltage dip dengan magnitude dan durasi yang lebih besar, kapasitas kapasitor harus diperbesar. Namun, penambahankapasitas kapasitor menyebabkan kenaikan biaya produksi dan ukuran fisik produk [2].

Pada kendali motor DC, biasanya digunakan thyristor sebagai penyearah. Tegangan kedip dapat menyebankan menurunnya tegangan dan juga phase angle jump sehingga dapat menyebabkan masalah pada penyearah thyristor, khususnya  pada proses penentuan zero crossing tegangan AC.

c. Mitigasi voltage dips

Terdapat beberapa tingkatan solusi masalah voltage dips, yakni :

1. Menambah ketahanan dan keandalan peralatan terhadap masalah voltage dips. Hal ini berarti mendesain peralatan  yang mampu mentoleransi voltage dips. Solusi semacam ini tidak selalu dilakukan karena membutuhkan biaya produksi yang mahal.
2. Membenahi konfigurasi dan operasi sistem tenaga. Solusi semacam ini mungkin mudah ketika kita mendesain sistem baru, namun mengingat sistem tenaga yang beroperasi sekarang telah didesain 10 sampai 20 tahun yang lalu, merubah strukturnya merupakan hal yang tidak mudah.
3. Mendesain dan memasang peralatan mitigasi diantara jaringan distribusi dan peralatan tenaga. Pengembangan peralatan mitigasi ini banyak melibatkan bidang ilmu elektronika daya dan topik inilah yang akan dibahas pada bagian selanjutnya.

PERAN ELEKTRONIKA DAYA PADA PERBAIKAN KUALITAS DAYA

Konsep improvisasi sistem menggunakan peralatan mitigasi ialah melibatkan elektronika daya atau pengendali statis pada sistem distribusi tegangan menengah agar dihasilkan suplai daya yang andal dan berkualitas tinggi, terutama bagi pelanggan yang sensitive terhadap gangguan kualitas daya. Contoh basis elektronika daya yang digunakan pada peralatan mitigasi ialah static transfer switch (STS), active filters, dan devais konverter daya. Devais konverter daya sendiri dapat dibagi menjadi dua jenis, yakni devais shunt-connected dan devais series-connected.

Gambar 4 – Static transfer switch [7]

a.       Static transfer switch (STS)

STS terdiri dari dua blok thyristor. Masing – masing blok terdiri dari tiga modul thyristor sesuai dengan jumlah fasa pada sistem tenaga. Konfigurasi umum di dunia industry ditunjukkan pada gambar 4. Pada kondisi normal, suplai utama melayani beban melalui saklar 1. Ketika terjadi fault atau voltage dip yang mengganggu suplai utama, beban dilayani suplai alternatif melalui saklar 2. Waktu perpindahan pada STS berkisar ¼ sampai ½ siklus pada frekuensi fundamental. Jadi, durasi voltage dip berkurang menjadi hanya selama waktu perpindahan ini sehingga beban masih dapat bertahan. Kelemahan STS ialah STS ini mengalirkan arus beban secara kontinyu sehingga menyebabkan rugi – rugi konduksi, terutama pada aplikasi daya besar.

Pada publikasi penelitian [5], diperkenalkan sistem hybrid static transfer switch (HSTS). Idenya adalah circuit breaker mekanik konvensional, dihubungkan parallel dengan thyristors, mengalirkan arus pada kondisi normal. Komutasi arus dari suplai primer ke suplai alternatif membutuhkan waktu kurang dari setengah siklus tetapi total waktu perpindahan juga bergantung pada respons waktu untuk mendeteksi voltage dips. Teknik deteksi voltage dips harus sangat cepat untuk memastikan transisi yang cepat dari suplai primer ke suplai alternatif. Jika suplai utama dan suplai alternatif sama – sama terhubung ke jaringan transmisi yang mengalami voltage dips, maka STS tidak cocok untuk digunkan. Selain itu, sinkronisasi suplai primer dan suplai alternatif harus dipatikan tepat karena perbedaan sudut fasa keduanya dapat menyebabkan phase angle jumps pada terminal beban.

b.      Filter aktif

Metode tradisional untuk memitigasi harmonisa ialah penggunaan filter pasif (passive filter). Filter pasif menyediakan jalur impedansi rendah atau jalur impedansi tinggi untuk mengurangi harmonisa. Sayangnya, filter pasif memiliki respons dinamis yang lambat, bergantung pada impedansi sumber, kurang bisa beradaptasi terhadap perubahan kondisi beban dan sering mengalami resonansi dengan impedansi sumber. Karena kelemahan filter pasif tersebut, didukung semakin banyaknya penggunaan beban non linier, maka diperkenalkanlah konsep filter aktif (active filter). Filter aktif bekerja dengan cara menginjeksi arus harmonisa yang sama dengan arus harmonisa sumber, namun berlawanan arah sehingga meniadakan arus harmonisa pada point of common coupling (PCC). Aktif filter dibagi menjadi dua tipe, yakni tipe shunt dan tipe seri. Kombinasi keduanya ditunjukkan oleh gambar 5

Filter aktif tipe shunt terhubung secara shunt dengan sistem distribusi dan bertindak sebagai sumber arus non sinusoidal. Jika arus beban ialah , dimana  ialah komponen fundamental dan  ialah arus harmonisa beban, maka shunt active filters harus menginjeksikan arus  agar dihasilkan arus sinusoidal murni pada sistem distribusi. Filter aktif tipe series terhubung secara seri dengan sistem distribusi dan bertindak sebagai sumber tegangan non sinusoidal. Filter aktif tipe seri menginjeksikan tegangan  dengan besar yang sama dan fasa yang berlawanan untuk memblok aliran arus harmonisa. Peran elektronika daya pada elemen filter aktif ialah penerapan voltage-fed PWM inverter, menggunakan IGBT atau GTO. Topologi shunt active filter satu fasa jembatan penuh ditunjukkan oleh gambar 6.

Gambar 5 – Filter aktif tipe shunt (atas) dan tipe seri (bawah)

 

Gambar 6 – Topologi shunt active filter satu fasa jembatan penuh [7]

c.       Uninterruptible power supply (UPS)

Cara tradisional untuk menghindari kegagalan produksi dan kerugian ekonomi ialah menggunakan UPS. Daya beban diambil dari suplai daya utama melalui dua tahap konversi daya, yakni penyearahan (AC – DC) dan inversi (DC – AC). Selama terjadi interupsi atau voltage dip, energi dilepaskan oleh baterai sehingga tegangan beban tetap konstan. Diagram garis tunggal untuk UPS ditunjukkan oleh gambar 7. Suplai daya akan tetap terjaga untuk rentang waktu beberapa menit sampai bahkan beberapa jam, bergantung pada kaasitas baterai.

Gambar 7 – Diagram garis tunggal instalasi UPS [7]

UPS dibutuhkan bila kehilangan suplai daya menimbulkan kerugian lebih besar dibanding harga UPS itu sendiri. Untuk beban berdaya besar, penggunaan UPS tidak feasible mengingat besarnya rugi – rugi pada dua tahap konversi daya dan tingginya biaya pemeliharaan baterai.

d.       Konverter sumber tegangan (VSC) terhubung shunt (DSTATCOM)

Peralatan Distribution Static Compensator (DSTATCOM) terhubung shunt dengn sistem distribusi melalui sebuah trafo penghubung untuk menjaga tegangan feeder distribusi pada level yang seharusnya dengan cara menyuplai atau menyerap daya reaktif. DSTATCOM terdiri dari VSC, sebuah penyimpan energi DC skala kecil, dan filter keluaran seperti terlihat pada gambar 8. DSTATCOM bekerja dengan cara VSC menghasilkan sumber tegangan AC terkendali di belakang reaktansi bocor trafo sehingga perbedaan tegangan di antara reaktansi menghasilkan aliran daya reaktif antara DSTATCOM dengan sistem distribusi. Sayangnya, DSTATCOM tidak dapat mengkompensasi kedip tegangan yang besar karena pada kasus ini dibutuhkan injeksi arus yang sangat besar.

Gambar 8 – Diagram garis tunggal instalasi DSTATCOM [7]

STATIC SERIES COMPENSATOR

Pada 26 Agustus 1996, untuk menjaga pelanggan industri tekstil dari gangguan voltage dips, pada sistem distribusi daya di Duke untuk pertama kalinya dipasang Static Series Compensator (SSC) yang kemudian secara komersial dikenal sebagai dynamic voltage restorer (DVR) [6].

Gambar 9 – Rangkaian ekuivalen SSSC pada sistem transmisi [7]

SSC ialah peralatan tambahan yang dihubungkan secara seri dan didesain untuk menginjeksikan secara dinamis besar tegangan yang hilang pada peristiwa voltage dip ke dalam jalur distribusi daya. Gambar 9 menunjukkan rangkaian ekivalen satu fasa feeder distribusi yang dilengkapi SSC, dimana  ialah tegangan suplai,  tegangan injeksi dari SSC, dan  ialah tegangan beban. SSC berperan sebagai sumber tegangan eksternal  yang amplitude, frekuensi, dan phase shift-nya dapat diatur.Dari gambar tersebut diketahui bahwa . Jika tegangan suplai menurun akibat voltage dip atau naik akibat voltage swell, maka SSC mengatur kerjanya agar tegangan sebesar dapat mengkompensasi tegangan suplai yang mengalami gangguan sehingga tegangan yang dirasakan beban tetap bernilai  seperti saat sebelum terjadi gangguan.

Komponen SSC (gambar 10) terdiri dari injection transformer, control unit, unit modulasi, unit control, filter output, penyimpan energi, switch, dan alat identifikasi gangguan. Tegangan dan arus input diukur ke ke alat identifikasi gangguan dimana sinyal akan dikontrol dan diatur jika terdapat perbedaan nilai (sesuai pengaturan/setting pengguna). Jika terjadi gangguan (terdapat perbedaan rentang nilai pada setting), maka switch akan beroperasi untuk menghasilkan nilai sinyal modulasi untuk mengatur inerja VSC. Kapasitor berguna sebagai filter keluaran untuk mengurangi riak dan mengurangi efek dv/dt pada belitan injecting transformer. Energi yang tersimpan digunakan untuk mengkompensasi tegangan ketika terjadi voltage dip. Tegangan yang telah difilterkan diinjeksikan ke sistem distribusi melalui series-injecting transformer.

Gambar 10 – Contoh Layout rangkaian SSC sebagai sumber tegangan terkendali [7]

PUSTAKA

[1]        IEEE standard dictionary of electrical and electronics terms, 6^th edition, IEEE Std 100-1996, IEEE, New York, 1997.

[2]        M.H.J. Bollen, Understanding Power Quality Problems : Voltage Sags and lnterruptions, New York, IEEE Press, 1999.

[3]        R.C. Dugan, M. F. McGranaghan, H. W. Beaty, Electrical Power Svstems Quality, New York, McGraw-Hill, 1996.

[4]        European Standard EN50160, “Voltage characteristics of  electricity supplied  by public distribution system.”

[5]        H. Mokhtari, S.B. Dewan, M.R. Travani, “Performance evaluation of thyristor  based static transfer switch,” IEEE Transcactions on Power Delivery, vol.15, no.3, July 2000, pp. 960-966.

[6]        N.H. Woodley, S. Fiddlekauff, A. Sundaram. “Dynamic Voltage Restorer  Demonstration Project Experience,” in  Proc. of  the 51^st Annual Power Distribution Conference, The University of Texas, Austin, Oct. 19-21, 1998.

[7]        H. Awad and M.H.J. Bollen. “Power Electronics for Power Quality Improvement”. IEEE Explore, 2003.