1.1 Metode Deteksi Tegangan
Deteksi tegangan sangat diperlukan karena dapat menentukan unjuk kerja dinamik dari regulator voltage sag. Oleh karena itu, deteksi tegangan yang presisi dan cepat merupakan bagian penting dari regulator voltage sag. Beberapa metode deteksi tegangan yang telah didokumentasikan pada penggunaan berbagai macam skema kompensasi tegangan antara lain:
- Metode rata-rata
- Metode deteksi RMS (RMS detection method)
- Metode deteksi dengan transformasi DQ
- Metode deteksi puncak (peak detection method)
- Menggunakan signal processing
Diantara metode-metode di atas, banyak pendekatan yang telah menggunakan transformasi DQ dengan kerangka acuan sinkron (synchronous reference frame) untuk mendeteksi adanya sag. Teknik pemrosesan sinyal seperti FFT (Fast Fourier Transformation) dan Wavelet Transformation dapat digunakan untuk mendeteksi voltage sag. Akan tetapi, untuk mendapatkan informasi besar tegangan yang akurat, FFT dapat memakan waktu sampai satu siklus frekuensi fundamental. Sedangkan penggunaan Wavelet Transformation, sekalipun dapat mendeteksi perubahan mendadak pada tegangan suplai, implementasi secara real time menjadi sulit karena jumlah pemrosesan data yang besar. Metode transformasi DQ dan metode deteksi puncak dapat dijelaskan sebagai berikut:
1.1.1 Transformasi DQ untuk Deteksi Tegangan
Teori transformasi DQ telah banyak digunakan pada aplikasi motor drive selama beberapa tahun, dan teori ini kemudian diadaptasi untuk mendeteksi voltage sag. Nilai transformasi DQ dihitung dengan menggunakan persamaan (5), dimana nilai tiga fasa ditransformasikan ke nilai stasioner dua-sumbu menjadi Vds dan Vqs. Kedua nilai ini kemudian ditransformasikan menjadi nilai dq pada kerangka rotasi
dimana θ adalah perbedaan sudut antara fase A dengan sumbu-q
Jika parameter tiga fasa seperti arus dan tegangan bernilai seimbang, nilai transformasi DQ akan menghasilkan nilai DC yang konstan. Dengan adanya pengubahan nilai AC tiga fasa menjadi nilai DC yang konstan menjadikan desain kontroler tegangan menjadi lebih mudah. Gambar 8 (atas) menunjukkan tegangan tiga fasa dan hasil transformasi dq-nya (Gambar 8 bawah). Dari gambar, terlihat jelas bahwa sekalipun terjadi voltage sag, nilai pada sumbu-d tetap bernilai nol, dan komponen sumbu-q secara langsung mengindikasikan perubahan pada besarnya tegangan. Transformasi DQ menggunakan nilai sesaat yang menjadikan waktu deteksi menjadi lebih cepat dibandingkan dengan metode lain seperti metode deteksi RMS, metode puncak dan metode rata-rata.
Gambar 8. Hasil Transformasi DQ Tegangan Tiga Fasa Seimbang
Akan tetapi, untuk voltage sag yang tidak seimbang, metode transformasi DQ tidak menunjukkan adanya perubahan seketika pada nilai DC-nya. Nilai keluaran transformasi DQ mempunyai komponen ripple 100 / 120 Hz, yang merupakan dua kali nilai frekuensi sumber tegangan. Gambar 9 menunjukkan gelombang tegangan pada sistem tiga fasa tidak seimbang dengan hanya fasa A yang mengalami sag. Hasil transformasi DQ ditunjukkan pada Gambar 9 (bawah), dan dari gambar terlihat adanya ripple 120 Hz pada kedua sumbunya. Untuk mendapatkan nilai DC, sebuah notch filter 120 Hz dapat digunakan untuk membuang komponen ripple 120 Hz atau menggunakan low-pass filter yang mempunyai frekuensi cut-off kurang dari 120 Hz. Penggunaan notch filter atau low-pass filter menyebabkan delay pada deteksi tegangan, sehingga akan memperlambat waktu deteksi, yang pada akhirnya akan menunda keseluruhan waktu tanggapnya.
Gambar 9. Hasil Transformasi DQ Tegangan Tiga Fasa Tidak Seimbang
1.1.2 Metode Deteksi Tegangan Puncak
Metode transformasi DQ memberikan waktu deteksi yang cepat untuk sistem tiga fasa yang seimbang. Akan tetapi, untuk mendapatkan komponen DC pada kerangka rotasi pada sistem yang tidak seimbang, komponen ripple 120 Hz perlu dihilangkan dengan menggunakan filter yang membuat respon deteksi menjadi lamban.
Untuk mengendalikan dan mendeteksi voltage sag, kompensator tegangan hanya membutuhkan nilai puncak tegangan input dan output. Oleh karena itu, metode sederhana yang disebut “peak detection method” digunakan. Jika transformasi DQ membutuhkan informasi ketiga fasanya, peak detection method hanya membutuhkan nilai fasa tunggalnya. Low-pass filter dengan frekuensi cut-off yang dibutuhkan untuk mengeliminasi noise pengukuran dipasang pada rangkaian pengindera. Sebagaimana yang telah disebutkan sebelumnya, penyaringan (filtering) pada transformasi DQ menyebabkan adanya detection delay. Dengan membandingkan waktu deteksinya, peak detection method mempunyai waktu deteksi yang hampir sama dengan transformasi DQ yang mempunyai notch filter 120 Hz. Peak detection method diimplementasikan sebagaimana terlihat pada Gambar 10, dan persamaan (7) menunjukkan metode deteksi puncak ini
Gambar 10. Pengukuran Tegangan dengan Peak Detection Method
Proses pengukuran magnitudo puncak dapat dijelaskan sebagai berikut. Tegangan phase-to-neutral salah satu fasa diukur, dan nilai cosinus tegangan ini dicari dengan menggunakan phase shifter 90o. Dengan mengasumsikan frekuensi suplai bernilai tetap, nilai pergeseran 90o dapat dicari dengan menggunakan rangkaian digital atau dengan pemrosesan sinyal digital. Komponen sinus dan cosinus kemudian dikuadratkan dan dijumlahkan untuk mendapatkan Vm2. Dengan mendapatkan nilai akar dari Vm2, besarnya tegangan dapat ditemukan. Gambar 11 menunjukkan hasil pengukuran tegangan menggunakan peak detection method.
Gambar 11. Hasil Pengukuran Tegangan dengan Peak Detection Method
IKHWANNUL KHOLIS 