## ELIMINASI HARMONISA PADA DOUBLY-FED INDUCTION GENERATOR MENGGUNAKAN FILTER PASIF
Muhammad Farhan 1) , Istiyo Winarno 2)
1,2) Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik dan Ilmu Kelautan, Universitas Hang Tuah Surabaya
muhammad.farhan486@yahoo.com 1 , istiyo.winarno@hangtuah.ac.id 2
Jln. Arief Rachman Hakim No. 150, Kota Surabaya 60111, Jawa Timur

## ABSTRAK
Saat ini berbagai cara untuk memanfaatkan sumber energi  terbarukan seperti angin, matahari, pasang surut,  hidro,  dan  lain-lain  untuk  menggantikan  energi  fosil  menjadi  perhatian  khusus.  Energi  angin merupakan yang paling umum digunakan. Karena Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) mengubah tegangan  dari  AC  ke  DC  lalu  diubah  kembali  ke  AC  dengan  menggunakan Rotor  Side  Converter (RSC)  dan Grid  Side  Converter (GSC)  yang  mana  saat  kecepatan  berubah  secara  signifikan  akan menyebabkan masalah seperti jatuh tegangan, timbulnya distorsi harmonik, tegangan tidak stabil, dan lain-lain.  Dengan  menggunakan  filter  pasif  dapat  mengurangi  harmonisa  sekecil  mungkin  hingga bentuk gelombangnya semakin mendekati sinusoidal. Pada penelitian ini untuk mengurangi harmonisa yang timbul pada sistem DFIG menggunakan filter pasif jenis passive single tuned (LC) . Menunjukan kondisi lebih baik setelah menggunakan filter pasif tipe single tuned . Analisa besar total harmonic distortion (THD) dilakukan dengan 5 skema penggunaan kecepatan angin yang berbeda-beda dengan rata-rata  THD  pada  5    kecepatan  angin  yang  meningkat  saat  sebelum  menggunakan  filter  pasif  tipe single  tuned 15.35%  THDi,  dan  sesudah  menggunakan  filter  pasif  tipe single  tuned 1.40%  THDi. Besar rata-rata total eliminasi menghasilkan 11.63%.
Kata kunci: Filter Pasif , Single Tuned , Doubly-Fed Induction Generator ( DFIG ) , Total Harmonic Distortion (THD)

## ABSTRACT
Currently,  various  ways  to  utilize  renewable  energy  sources  such  as  wind,  solar,  tidal,  hydro,  and others  to  replace  fossil  energy  are  of  particular  concern.  Wind  energy  is  the  most  commonly  used. Because the Doubly-Fed Induction Generator (DFIG)  converts the voltage from AC  to  DC and then converts it back to AC using a Rotor Side Converter (RSC) and a Grid Side Converter (GSC) which when the speed changes  significantly it will cause problems such as voltage drops, the emergence of harmonic distortion, unstable voltage, etc. By using a passive filter, you can reduce the harmonics as small as possible until the waveform is closer to sinusoidal. In this study, to reduce the harmonics that arise in the DFIG system, a single tuned filter (LC) passive filter is used. Shows better conditions after using  a  single  tuned  passive  filter.  Analysis  of  the  total  harmonic  distortion  (THD)  was  carried  out with 5 schemes using different wind speeds with an average THD at 5 increasing wind speeds before using a single tuned passive filter of 15.35% THDi, and after using a single tuned passive filter. 1.40% THDi. The average size of the total eliminations resulted in 11.63%.
Keywords: Passive Filter, Single Tuned, Doubly-Fed Induction Generator (DFIG), Total Harmonic Distortion (THD)

## 1. PENDAHULUAN
Saat ini berbagai cara untuk memanfaatkan sumber energi terbarukan seperti  angin,  matahari,  pasang  surut,  hidro, dan  lain-lain  untuk  menggantikan  energi  fosil menjadi  perhatian  khusus  [1].  Energi  angin merupakan  yang  paling  umum  digunakan  dan lebih  berpotensi  dari  energi  terbarukan  yang lainnya  karena  tersedia  dalam  jumlah  yang melimpah, tidak ada habisnya, tersedia di alam, tidak  menimbulkan  polusi  dan  didistribusikan secara  luas. Doubly-Fed  Induction  Generator (DFIG)  adalah  salah  satu  mesin  induksi  yang paling  banyak  digunakan  untuk  menghasilkan energi listrik pada sistem konversi energi angin.
Terdapat beberapa kelebihan dalam
menggunakan Doubly-Fed Induction Generator (DFIG)  seperti  biaya  konverter  yang  rendah, mengurangi rugi-rugi s witching , dan meningkatkan efisiensi.
Penggunaan dua buah perangkat konverter  yang  dikenal  dengan  konverter frekuensi  membuat  DFIG  lebih  efisien  dan itulah  mengapa  mesin  induksi  jenis  ini digunakan  pada  sistem  konversi  energi  angin. Namun,  terlepas  dari  efisiennya  mesin  induksi ini,  masih  terdapat  masalah  yang  ditimbulkan. Masalah utamanya adalah perubahan kecepatan. Hal  ini  terjadi  karena  DFIG  mengkonversi tegangan AC /  DC  /  AC dengan menggunakan dua  buah  perangkat  konverter  yang  dikenal dengan Rotor  Side  Converter (RSC)  dan Grid Side  Converter (GSC).  Perubahan  kecepatan yang  signifikan  menyebabkan  masalah  seperti jatuh  tegangan,  timbulnya  distorsi  harmonik, tegangan tidak stabil, dan lain-lain. Pada sistem konversi  energi  angin,  konverter  frekuensi sangat  membantu  dalam  mengoptimalkan penyaluran  energi  listrik  meskipun  terdapat beberapa  kekurangan.  Pada  penelitian  yang dilakukan  oleh  [2]  dijelaskan  bahwa  pada DFIG,  konverter  frekuensi  adalah  salah  satu sumber  utama  yang  menyebabkan  timbulnya harmonisa pada grid .
Untuk  mengurangi  besarnya  distorsi harmonik pada DFIG maka digunakanlah filter pasif,  yang  mana  dengan  penambahan  filter
pasif  pada  suatu  sistem  tenaga  listrik  yang mengandung  sumber-sumber  harmonisa,  maka penyebaran arus harmonisa keseluruh jaringan
dapat  di  eliminasi  sekecil  mungkin  sehingga bentuk  gelombangnya  semakin  mendekati sinusoidal.  Maka  dari  itu  pada  penelitian  ini menggunakan  filter  pasif  jenis single  tuned filter (LC) untuk  mengurangi  harmonisa  yang timbul  pada  sistem  DFIG,  sehingga  dihasilkan bahwa besar THD pada DFIG akibat konverter frekuensi  dengan  menggunakan  filter passive single  tuned sebagai  pemilah  sinyal  listrik berdasarkan pada frekuensi dari sinyal tersebut berhasil di eliminasi dan sesuai dengan standar yang ditetapkan IEEE 519-2014.

## 2. DASAR TEORI

## 1.1.Doubly-Fed Induction Generator
Energi  angin  merupakan  salah  satu sumber energi terbarukan yang dapat digunakan untuk menghasilkan listrik. Meskipun  tingkat  energi  yang  dihasilkan bervariasi  dengan  kecepatan  angin,  energi angin  hampir  selalu  tersedia.  Untuk  mengubah energi kinetik dari angin menjadi energi listrik, diperlukan turbin angin untuk mengubah energi angin menjadi  energi mekanik, yang kemudian diubah  menjadi  energi  listrik  oleh  generator. Total  daya  yang  ditangkap  oleh  turbin  angin merupakan  fungsi  dari  kecepatan  angin  dan luas bilah turbin.
(1) dengan: Pwt = Daya input turbin angin, berupa daya mekanik (Watt) R = Diameter turbin (m) ρ = Kerapatan udara (Kg/m 2 ) Vw = Kecepatan udara (m/s)
Gambar 2.1 Topologi Pembangkit Tenaga Angin
DFIG  terdiri  dari  motor  induksi  yang digunakan
sebagai generator
untuk menghasilkan  energi  listrik  dengan  mengubah energi  mekanik  yang  dihasilkan  oleh  turbin angin  dengan daya pengenal  yang lebih tinggi. Struktur  DFIG  terdiri  dari  mesin  induksi  rotor belitan  yang  beroperasi  sebagai  generator. Tujuan  penggunaan  motor  induksi  rotor  yang berkelok-kelok karena pada DFIG bagian rotor dari  motor  induksi  terhubung  ke  konverter, sehingga pengaturan daya dapat dilakukan dari bagian rotor tersebut.

## Tabel 2 Nilai Dasar Pada Motor

## Nilai-Nilai Dasar
Tegangan V b = V n
Daya S b = S n
Arus I b =
Impedansi Z b =
Kecepatan                                ω b = 2 f n
Torsi T b =
Fluks                                        ψ b =
Torsi T b =

## 1.2.Energi Listrik
Energi  merupakan  kemampuan  untuk melakukan  kerja  [3],  energi  merupakan  kerja tersimpan.  Pengertiaan  ini  tidaklah  jauh  beda dengan  ilmu  fisika  yaitu  sebgai  kemampuan melakukan  usaha.  Hukum  kekekalan  energi
menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan  dan  tidak  dapat  pula  dimusnahkan. Energi hanya dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk energi yang lain.
Demikianlah  pula  energi  listrik  yang merupakan  hasil  perubahan  energi  mekanik (gerak)  menjadi  energi  listrik.  Keberadaan energi listrik ini dapat dimanfaatkan semaksimal mungkin. Adapun kegunaan energi listrik  dalam  kehidupan  sehari-hari  merupakan penerangan,  pemanas,  motor-motor  listrik  dan lain-lain.  Energi  yang  digunakan  alat  listrik merupakan  laju  penggunaan  energi  (daya) dikalikan  dengan  waktu  selama  alat  tersebut digunakan.  Bila  daya  diukur  dalam  watt  jam, maka:
W = P x t (4)
Dengan: P = daya dalam watt t = Waktu dalam jam
W = Energi dalam watt jam Watt jam (wattt hour = Wh) merupakan energi yang dikeluarkan jika 1 watt digunakan selama 1 jam.

## 1.3.Akibat Yang Ditimbulkan Harmonik
Pengaruh harmonik pada peralatan tenaga listrik secara umum terbagi
menjadi tiga, yaitu:
1. Nilai  rms  baik  tegangan  maupun  arus meningkat.
2. Nilai  puncak (peak  value) tegangan  dan arus meningkat.
3. Frekuensi sistem menurun.
Masing-masing  elemen  membangkitkan distorsi  yang  spesifik.  Nilai  rms  lebih  besar dapat menyebabkan pemanasan lebih dan nilai puncak  lebih  besar  yang  dapat  membuat  alat ukur terganggu kinerjanya sehingga memberikan  indikasi  yang  salah.  Frekuensi mempengaruhi  impedansi  kabel  dan  dengan
frekuensi  400  Hz  atau  lebih  maka  akan  sulit untuk  mengatasi  jatuh  tegangan.  Fenomena resonansi  dapat  terjadi  pada  frekuensi  tertentu dan dapat menyebabkan arus meningkat.
Secara  khusus  efek  yang  ditimbulkan harmonik  pada  sistem  tenaga  listrik  dapat dibagi menjadi:
a. Efek negatif jangka pendek
1. Tegangan harmonik dapat mengganggu pengendalian  yang  digunakan  pada sistem elektronik.
2. Harmonik  dapat  menyebabkan  kesalahan pada  peralatan  pengukuran  listrik  yang menggunakan prinsip induksi magnetik.
Efek  yang  bersifat  kontinu  dan  yang  dapat
mengkibatkan pemanasan.
1. Pemanasan kapasitor
Kapasitor  sensitif  terhadap  perubahan  beban maka ketika terjadi harmonik akan menyebabkan  rugi-rugi  meningkat.  Ketika terjadi  harmonik,  beban  semakin  reaktif sehingga kapasitor harus mencatu lebih banyak daya reaktif kepada sistem.
2. Pemanasan pada mesin-mesin listrik
Akibat harmonik pada mesin adalah bertambahnya  rugi-rugi  pada  mesin.  Hal  ini diakibatkan  oleh  meningkatnya  rugi-rugi  pada stator dan perbedaan kecepatan yang diakibatkan  oleh  medan  yang  dihasilkan  oleh harmonik  dengan  rotor.  Arus  harmonik  juga menimbulkan  panas  lebih  dan  apabila  mesin terus-menerus  dioperasikan  pada  kondisi  ini akan mengurangi umur dan merusak mesin.
3. Transformator
Transformator  distribusi  yang  mencatu  daya beban  non  linear  akan  menimbukan  arus harmonik  kelipatan  tiga  ganjil.  Harmonik  ini akan  menghasilkan  arus  netral  yang  lebih tinggi  dari  arus  fasa.  Akibatnya  terjadi penigkatan  temperatur  pada  kawat  netral. Dampak  lanjutannya,  akan  terjadi  sirkulasi
arus  urutan  nol  pada  belitan  delta  sehingga temperatur meningkat. Hal ini akan mengakibatkan penurunan efisiensi
transformator dan dapat mengakibatkan kerusakan.  Rugi-rugi  yang  terjadi  pada transformator  adalah  rugi-rugi  inti  dan  rugi- rugi  belitan.  Rugi-rugi  inti  karena  fluks  yang dibangkitkan  di  dalam  inti  bila  transformator dieksitasi.  Rugi-rugi  belitan  yang  terdiri  dari dan stray  losses dibangkitakan  oleh  arus yang  mengalir  melalui  transformator.  Akibat dari  harmonik  lain  ialah  interferensi  frekuensi pada  sistem  telekomunikasi  karena  biasanya sistem komunikasi letaknya berdekatan dengan sistem tenaga listrik.  Sistem pengaman seperti relay dapat  berkurang  kemampuannya  untuk merasakan  gangguan  ketika  terjadi  harmonik karena  sifar relay itu  sendiri  yang  sensitif terhadap perubahan frekuensi dan arus.

## 1.4.Harmonik
Harmonik  merupakan  bentuk  tegangan ataupun arus sinusoidal yang memiliki kelipatan frekuensi dari bilangan bulat frekuensi fundamentalnya 50Hz, 60Hz.
Harmonik merupakan jenis gangguan yang ada pada  sistem  kelistrikan  akibat  karakteristik beban non-linier yang mengakibatkan harmonik pada tegangan dan arus [4].
Besar  harmonik  diukur  dalam  besaran THD  dalam  persen  (%).  THD  merupakan  akar kuadrat rata-rata (rms) dari harmonik fundamentalnya, dapat dihitung dengan persamaan berikut:
(5) (6) Dimana merupakan  tegangan Root Mean  Square (RMS)  frekuensi  tunggal  pada orde  harmonik  ke-n,  N  merupakan  orde harmonik  maksimum  yang  di  ukur,  dan tegangan rms dari frekuensi fundamental.

## 1.5.Orde Harmonik
Orde dari harmonik merupakan
perbandingan  frekuensi  harmonik  dengan frekuensi dasar [5], dimana:
(7) Keterangan:   n = orde harmonik f n
= frekuensi harmonik ke-n
F = frekuensi dasar
Sesuai  dengan  definisi  di  atas  maka  orde harmonik  frekuensi  dasar  F  adalah  1.  Artinya orde ke-1 bukan harmonik melainkan orde ke-2 sampai orde ke n.

## a. Reduksi Harmonik
Salah  satu  upaya  untuk  mereduksi harmonik yang muncul, adalah dengan menggunakan filter .  Ada  dua  jenis filter yang dapat  digunakan,  yaitu  filter  aktif  dan  filter pasif. Namun jika dilihat dari tinjauan ekonomi, filter pasif relatif lebih murah jika dibandingkan dengan filter aktif [6]. Filter pasif yang  digunakan  untuk  mereduksi  kandungan harmonik  pada  sistem  terdiri  dari  kombinasi komponen R, L, dan C.
Secara  garis  besar  filter  pasif  dapat dipasang  pada  sistem  secara  seri  dan  paralel. Pada  umumnya  paling  banyak  digunakan adalah model single tuned filter karena  lebih  ekonomis  dan  dipasang  secara paralel  dengan  sistem,  dengan  demikian  arus harmonik  dialihkan  melalui  filter  tersebut. Menurut  [7],  keuntungan  menggunakan  filter yang dipasang secara paralel antara lain adalah:
1. Mengunakan  impedansi  yang  rendah untuk pengaturan frekuensi.
2. Sebagai  pertimbangan  hanyalah  arus harmonik  dan  tidak  memikul  arus  beban penuh  karena  hanya  memikul  tegangan fasa.
3. Meningkatkan faktor daya.
Sedangkan konfigurasi filter yang dipasang  secara  seri  pada  sistem  paling  sering
digunakan  untuk  satu  fasa  dengan  tujuan mengurangi  harmonik  ke  3,  untuk  komponen harmonik  yang  lain  juga  bisa  digunakan tergantung dengan pengaturannya. Menurut [7] juga,  keuntungan  menggunakan  filter  seri diantaranya adalah:
1. Menggunakan  impedansi  yang  tinggi untuk  memblok  arus  harmonik  masuk  ke sistem.
2. Tidak  mendatangkan  harmonik  dari sumber yang lain.
3. Meningkatkan faktor daya.

## 1.6. Efek Harmonik
Pada  suatu  sistem  tenaga  listrik,  efek yang ditimbulkan oleh harmonik antara lain :
1. Perubahan bentuk gelombang tegangan dan arus Pada  saat  tidak ada  harmonik, gelombang tegangan dan arus berbentuk  sinusoidal  murni.  Setelah adanya  harmonik,  bentuk  gelombang tersebut akan terdistorsi.
2. Rugi-rugi panas pada kawat netral dan transformator
Harmonik  yang  terjadi  pada  suatu sistem  tenaga  listrik  menyebabkan kenaikan  arus  sehingga  rugi-rugi panas meningkat.
3. Tambahan torsi pada kWh meter jenis elektromekanis
Kwh  meter  jenis  ini  menggunakan piringan  induksi  berputar.  Putaran piringan  akan  lebih  cepat  atau  terjadi kesalahan  ukur  kWh  meter  karena piringan  induksi  tersebut  dirancang hanya untuk beroperasi pada frekuensi dasar,
4. Interferensi  frekuensi  pada  sistem telekomunikasi Kabel untuk keperluan telekomunikasi ditempatkan berdekatan dengan kawat netral.  Harmonik  pada  kawat  netral dapat  memberikan  induksi  harmonik yang mengganggu sistem telekomunikasi.
5. Pengurangan kapasitas sistem
Harmonik  yang  akan  menimbulkan panas  berlebih  pada  saluran  akan membuat  transformator  dan  peralatan distribusi lainnya tidak dapat menanggung  beroperasi  pada  beban penuh.
6. Kegagalan  fungsi  kerja  rele  proteksi Rele  proteksi  dapat  bekerja  dibawah arus  pengenalnya  atau  mungkin  tidak bekerja pada arus pengenal. Rele yang dapat terhindar dari gangguan harmonik  pada  umumnya  adalah  rele yang  mempunyai  respon  terhadap arus rms sebenarnya (true-rms current) atau  kenaikan  temperatur  karena  arus lebih.
1.7.  Perhitungan Gangguan
Distorsi harmonik disebabkan oleh peralatan yang memiliki beban non linear pada sistem  tenaga  listrik.  Peralatan  yang  memiliki beban  non  linear  merupakan  kondisi  dimana arus  tidak  proporsional  dengan  gelombang tegangannya.
Pada Gambar 2.2
mengilustrasikan  konsep  distorsi  harmonik dimana  apabila  suatu  rangkaian  yang  memiliki resistor non linear diberikan tegangan sinusoidal  sempurna,  maka  arus  resultannya akan terdistorsi. Menaikkan tegangan beberapa persen  akan  meningkatkan  arus  dua  kali  lipat dan menghasilkan gelombang yang berbeda. Ini merupakan sumber dari distorsi harmonik pada sistem tenaga listrik secara umum  [5].
Gambar 2.4 Distorsi arus akibat beban non linear [5].

## a. Filter Harmonisa
Tujuan utama dari filter harmonisa adalah untuk  mengurangi  amplitudo  satu  frekuensi tertentu dari sebuah tegangan atau arus. Dengan penambahan filter harmonisa pada suatu sistem tenaga  listrik  yang  mengandung  sumber- sumber  harmonisa,  maka  penyebaran  arus harmonisa  keseluruh  jaringan  dapat  ditekan sekecil  mungkin.  Selain  itu  filter  harmonisa pada frekuensi fundamental dapat mengkompensasi daya reaktif dan dipergunakan  untuk  memperbaiki  faktor  daya sistem [8].
b. Filter Pasif
Penggunaan filter pasif merupakan metode penyelesaian yang efektif dan ekonomis  untuk  masalah  harmonisa.  Filter pasif sebagian besar didesain untuk memberikan bagian khusus untuk mengalihkan arus  harmonisa  yang  tidak  diinginkan  dalam sistem  tenaga.  Filter  pasif  banyak  digunakan untuk  mengkompensasi  kerugian  daya  reaktif akibat  adanya  harmonisa  pada  sistem  tenaga. Rangkaian filter pasif terdiri dari komponen R, L, dan C. Komponen utama yang terdapat pada filter  pasif  adalah  kapasitor  dan  induktor. Kapasitor dihubungkan seri untuk  memperoleh rating  tegangan  dan  KVAr  yang  diinginkan. Sedangkan induktor digunakan dalam rangkaian  filter  dirancang  mampu  menahan selubung frekuensi  tinggi  yaitu efek kulit  ( skin effect ) [9].
Gambar 2.5 Filter Pasif Jaringan n Filter pasif Beban

## 1.8. Filter LCL
Filter LCL dapat mereduksi harmonisa  arus  karena  arus  harmonisa  akan mengalir  pada  reaktansi  yang  lebih  rendah. Dengan  pemasangan  C,  arus  dengan  frekuensi tinggi  akan  mengalir  melalui  kapasitor  karena kapasitor  memiliki  impedansi  yang  rendah pada  frekuensi  tinggi.  Agar  tegangan  beban bebas  harmonisa,  dipasang  filter  C  yang paralel  dengan  beban.  Dengan  menggunakan filter  C  ini  semua  riak  arus  dengan  frekuensi tinggi akan mengalir melewati kapasitor bukan ke  beban.  Filter  L  biasanya  dipasang  secara seri  terhadap  beban.  Dengan  menggunakan filter  L,  arus  yang  mengalir  melalui  L  akan sulit berubah berbanding lurus dengan besarnya L.
Pada  Gambar  2.4  tampak  bahwa sebuah filter LCL terbuat dari resistor (Rf) dan induktor  (Lf)  pada  sisi  beban,  resistor  (R)  dan induktor  (L)  pada  sisi  jaringan,  dan  kapasitor Cf (teredam dengan resistor Rd).
Gambar 2.6 Filter LCL

## 1.9. Langkah  –  langkah  menghitung  filter
pasif single tuned.
Perencanaan desain filter pasif:
1. Menentukan  kebutuhan  kapasitor  sebagai perbaikan faktor daya, dengan memasukkan  nilai  dari  pengukuran.  Di asumsikan  bahwa  faktor  daya  di  perbaiki menjadi 0,95. Untuk menghitung kapasitas kapasitor  (Qc)  yang  di  butuhkan  di  hitung menggunakan  persamaan  berikut  :  Qc  = (tanφ1 – tanφ2)
2. Dalam  proses  identifikasi  sebelumnya telah di tentukan nilai orde harmonik yang akan  di  filter  yaitu  pada  orde  3  dan penyetelan di turunkan sedikit dibawahnya, hal ini dilakukan sebagai toleransi komponen filter untuk mencegah resonansi yang terjadi pada sistem, sehingga diketahui  sebagai  berikut :  3  – (5% x 3) =
2,85 3. Perhitungan nilai kapasitor (C) :
Xc = (8) C = (9)
Dengan :
QC  =  besarnya  kompensasi  daya  reaktif yang diperlukan
V      =  tegangan  sistem  yang  di  gunakan (220v)
F   = frekuensi fundamental (60Hz)
4. Menentukan  nilai  induktor  yang  dicari berdasarkan  prinsip  resonansi  pada  orde tuningnya. Xl = (10) L = (11)
Dengan n = orde harmonik yang di tuning
5. Menghitung nila resistansi (R) untuk faktor kualitas yang di perlukan (Q) nilai Q yaitu 50. R = (12)
Xn = (13)
Dengan Xn = Karakteristik Reaktansi
Sebelum  membahas  lebih  lanjut,  maka perlu diketahui terlebih dahulu beberapa istilah yang penting mengenai harmonik.

## 3. METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk mengurangi  nilai total  harmonic  distortion
(THD) pada DFIG akibat penggunaan konverter  frekuensi.  Dengan  menggunakan filter  pasif  jenis passive  single  tuned (LCL) sebagai pemilah sinyal listrik berdasarkan pada frekuensi  dari  sinyal  tersebut.  Pada  tahapan- tahapan dalam proses penelitian ini difungsikan sebagai  pedoman  dalam  mengambil  data-data parameter  yang  diperlukan.  Adapun  tahapan dan  proses  penelitian  seperti  pada  Gambar  3.1 sebagai berikut:
1. Merancang  konfigurasi  sistem  DFIG
pada  Simulink  di software Matlab
R2013a.
2. Filter yang digunakan jenis single tuned
filter .
3. Memasukan data filter pasif pada DFIG, seperti  tegangan,  frekuensi,  daya,  dan
power faktor.
4. Analisa  besar  spektrum  harmonik  dan besar nilai THD yang ada pada DFIG.
Gambar 3.1 Diagram blok proses penelitian
Pada  penelitian  ini  menggunakan  blok diagram  pemodelan  Double  Fed  Induction Generator yang di tunjukkan pada Gambar 3.2
Gambar 3.2 Blok diagram sistem
Konstruksi  sistem  DFIG  terdiri  dari turbin  angin,  mesin  induksi,  dan back  to  back converter. DFIG  ( Double  Fed  Induction Generator ) terdiri dari rotor 3 phase dan stator 3 phase. Rotor mengumpan sinyal  AC  3 phase untuk menginduksi arus AC pada belitan rotor, saat  turbin  angin  berputar  rotor  akan  ikut berputar sehingga menghasilkan medan magnet. Ketika kecepatan rotor sebanding dengan sinyal frekuensi  AC  menyebabkan  induksi  arus  AC pada  stator,  fluks  yang  dihasilkan  pada  medan magnet  akan  mempercepat  rotasi  rotor,  serta frekuensi  AC  yang  dihasilkan  akan  sesuai. Dalam  mengkonversi  suatu  energi  kinetik menjadi  energi  listrik  dapat  menggunakan turbin  angin  yang  dapat  dikonversikan  melalui
generator. Selain itu, pada DFIG membutuhkan konverter  untuk  menstabilkan  tegangan  pada keluarannnya. Back  to  back  converter akan digunakan pada sistem DFIG ini. Back to back converter tersebut  terpisah  menjadi  dua  yaitu converter  pada  sisi  bagian  jaringan  ( grid-side converter )  dan  konveter  pada  sisi  bagian  rotor ( rotor-side converter ) . Peneltian ini akan fokus pada grid  side  control yang  dimana grid  side control adalah converter yang dimana tersambung  di  sisi  bagian  jaringan.  Fungsi konverter  disini  untuk  menjaga  nilai  suatu tegangan DC tetap konstan dan bisa menyuplai tegangan pada sisi grid.
Gambar 3.3 Rangkaian filter pasif jenis single tuned filter pada Simulink
3.1. Perhitungan Desain Filter Pasif Single Tuned (LC)
Filter pasif Single Tuned (LC) yang mana hanya  mengeliminasi  satu  orde harmonic saja. Selain  dapat  mereduksi  harmonisa  filter  pasif jenis single  tuned  filter dapat  juga  untuk memperbaiki  faktor  daya  karena  adanya kapasitor. Filter passive single tuned yaitu filter yang  terdiri  dari  dari  2  komponen  yaitu induktor dan kapacitor yang disusun secara seri dan  di  tempatkan  paralel  pada  beban. Parameter-parameter  yang  digunakan  dalam mendesain filter passive single tuned adalah :
1. Nilai daya aktif  (P) : 1,5 MW
2. Nilai daya semu (S) : 1,66 MVA
3. Nilai Tegangan nominal (V): 575V
4. Faktor daya awal : 0,90
5. Faktor daya yang diinginkan : 0,95
3.2.Desain Filter Pasif Single Tuned (LC)
1. Langkah  awal  adalah  menentukan  nilai faktor daya (PF)
Dari  pengukuran  faktor  daya  awal  yang  di dapat  adalah  sebesar  0,90  ,  dan  faktor  daya akhir adalah 0,95
Faktor Daya Awal : 0,90 = 25,84° Faktor Daya Akhir: 0,95 = 18,19°
2. Langkah  kedua  adalah  menentukan  daya reaktif.
QC = 1,5 (Tan awal – Tan akhir)
= 1,5 (0,48 – 0,33 )
= 1500000 ( 0,15 )
= 225.000 VAR
= 225 kVAR 3. Langkah ketiga adalah menentukan
frekuensi  yang  akan  dituning,  untuk  faktor keamanan  filter  di  tuning  5%  dibawah  orde
aslinya , pada skripsi ini orde ke 3 yang akan di reduksi = 3 – ( 5% x 3 ) =2,85
4. Langkah keempat menentukan nilai kapasitor Xc=   = = 1,4 Ω C = = = 224,9 uf 5. Langkah  kelima  adalah  menentukan  nilai induktor XL = = = 0,174 ohm L = = = 0,56 mh
Didapat  nilai  nilai  perhitungan  komponen untuk  perancangan  filter  pasif  pada  Tabel  2 berikut :
Tabel 3 Hasil Perhitungan Filter Pasif Sigle Tuned
Spesifikasi Nilai L 0,56 mH X L 1,74 C 224,9 uF X C 1,4 QVAR 225 kVAR Rating Tegangan 0,575 KV

## 4. SIMULASI DAN ANALISA
Setelah  dilakukan  pembuatan  rangkaian mulai  dari  sistem  DFIG  sampai  dengan  desain filter pasif, kemudian dilakukan simulasi untuk mendapatkan  hasil  besar  THD  pada  sistem DFIG.  Analisa  dilakukan  dengan  lima  skema penggunaan  kecepatan  angin  yang  berbeda- beda.  Kecepatan  angin  pada  kondisi  awal adalah  3,8  m/s,  kemudian  meningkat  menjadi 7,7  m/s,  kemudian  meningkat  lagi  menjadi  7,8 m/s,  lalu  meningkat  lagi  menjadi  8,1  m/s, hingga  mencapai  pada  kecepatan  maksimum yaitu 8,2 m/s.

## 4.1. Kecepatan Angin 3,8 m/s
Nilai THD didapatkan dari FFT Analysis Powergui pada scope yang terhubung pada titik PCC grid sebelum  menggunakan  filter  pasif. Pada gambar 4.1 menunjukkan gelombang arus sebelum  penambahan  filter,  sumbu  vertikal menunjukkan  nilai  arus  dalam  satuan  ampere dan sumbu horizontal menunjukkan orde waktu simulasi  dalam  detik.  Sedangkan  pada  kolom diagram  blok  sumbu  vertikal  menunjukkan nilai total harmonic distorsi terhadap frekuensi pada  sumbu  horizontal  Sedangkan  gambar  4.2 dapat diamati bahwa sumbu vertikal menunjukkan  nilai  arus  dalam  satuan  ampere dan sumbu horizontal menunjukkan orde waktu simulasi dalam detik.
Gambar 4.1 THDi pada titik PCC grid tanpa filter pasif
Gambar 4.2 THDi pada titik PCC grid dengan filter pasif
Tabel 4.1 Besar THD pada titik PCC grid DFIG (Skema 1) Kecepatan Angin THD arus dalam persen (%) Tanpa Filter Dengan Filter Total Eliminasi 3,8 m/s 36.66% 3.57% 33.09%
Dari  hasil  analisa  besar  THD  pada  titik grid  terlihat  hasil  THDi  saat  sebelum menggunakan filter pasif  lebih rendah, namun besar nilai arus pada Grid sesudah menggunakan  filter  pasif    lebih  baik  3527 amper  daripada  sebelum  menggunakan  filter pasif  dengan  arus  342.4  ampeer,  hal  ini menunjukan  setelah  mengunakan  filter  pasif mendapatkan  hasil  yang  lebih  baik  sebesar 3.57%.

## 4.2. Kecepatan Angin 7,7 m/s
Pada  skema  2  ini  merupakan  hasil running spectrum harmonisa  dan  bentuk gelombang  dari  THD  arus  pada  DFIG  dapat dilihat pada Gambar 4.3 bahwa terjadinya cacat terhadap bentuk gelombang arus yang diakibatkan  penggunaan  konverter  frekuensi pada  generator  tersebut.  Simulasi  setelah dipasang  filter  pada  titik  PCC  grid  secara
keseluruhan  memperlihatkan  bahwa  terjadi penurunan  arus  harmonik.  Pada  Gambar  4.8 memperlihatkan  spektrum  harmonik  arus  pada titik PCC grid.
Gambar 4.3 THDi pada titik PCC grid tanpa filter pasif
Gambar 4.4 THDi pada titik PCC grid dengan filter pasif
Tabel 4.2 Besar THD pada titik PCC grid DFIG (Skema 2) Kecepatan Angin THD arus dalam persen (%) Tanpa Filter Dengan Filter Total Eliminasi 7,7 m/s 10.32% 0.84% 9.48%
Pemasangan Filter bertujuan untuk
mengurangi atau meredam komponen harmonik  pada  orde  ke-3  ke  atas.  Berdasarkan hasil  simulasi  setelah  dipasang  filter  pada  titik PCC  grid  secara  keseluruhan  memperlihatkan bahwa terjadi penurunan arus harmonik.

## 4.3. Kecepatan Angin 7,8 m/s
Penggunaan  konverter  frekuensi  pada DFIG  menyebabkan  nilai  distorsi  harmonik berada  di  atas standard .  Terlihat  gelombang arus  pada  titik  PCC  grid  masih  cukup  tinggi belum  menyerupai  sinusoidal  murni  dan muncul  ripple  yang  menandakan  terjadi harmonik.  Maka  bentuk  gelombang  sinusoidal mengalami  cacat  gelombang  atau  terdistorsi, pada  Gambar  4.5    spektrum  frekuensi  terdapat harmonik,  dan  mengalami  kenaikan  nilai yang  cukup  besar  yaitu  11.47%. Setelah dilakukan  pemasangan single  tuned  filter pada titik  PCC  grid  didapati  bahwa  nilai  distorsi harmonik  mengalami  penurunan  nilai sebesar  10.55%  yaitu  dari  11.47%  turun menjadi 0.92%, dan sudah memenuhi standard seperti pada Gambar 4.6.
Gambar 4.5 THDi pada titik PCC grid tanpa filter pasif
Gambar 4.6 THDi pada titik PCC grid dengan filter pasif
Tabel 4.3 Besar THD pada titik PCC grid DFIG (Skema 3) Kecepatan Angin THD arus dalam persen (%) Tanpa Filter Dengan Filter Total Eliminasi 7,8 m/s 11.47% 0.92% 10.55% Setelah  dilakukan  pemasangan single tuned filter pada titik PCC grid didapati bahwa nilai  distorsi  harmonik  mengalami  penurunan dan  sudah  memenuhi standard .  Tabel  4.7
menunjukan  data  harmonik  arus  mengalami penurunan nilai sebesar 10.55% yaitu dari 11.47% turun menjadi 0.92%. Nilai THD yang cukup  tinggi  ini  dapat  menyebabkan  efek-efek negatif  seperti  pemanasan, losses ,  operasi peralatan yang tidak reliable , netral
overloading ,  penurunan  umur  dari  peralatan dan  lain-lain.  Untuk  mencegah  efek-efek negatif  tersebut,  maka  perlu  digunakan  filter pasif  untuk  mengeliminasi  harmonik  arus tersebut.

## 4.4. Kecepatan Angin 8,1 m/s
Berikut  adalah  spektrum  dan  gelombang arus harmonik pada saat distorsi arus mencapai nilai  maksimum,  yaitu  9.47  %  pada  kecepatan
angin  8,1  m/s  dan  sesudah  menggunakan  filter pasif THDi sebesar 0.85%.
Gambar 4.7 THDi pada titik PCC grid tanpa filter pasif
Gambar 4.8 THDi pada titik PCC grid dengan filter pasif
Tabel 4.4 Besar THD pada titik PCC grid DFIG (Skema 4) Kecepatan Angin THD arus dalam persen (%) Tanpa Filter Dengan Filter Total Eliminasi 8,1 m/s 9.47% 0.85% 8.62%
Spektrum harmonik arus memperlihatkan harmonik  yang  cukup  besar  terjadi  pada  saat
sebelum  dipasang  filter.  Ini  menandakan distorsi  harmonik  masih  mendominasi  pada titik  PCC  grid.  Besar  harmonik  arus  pada Gambar  4.7  telah  melewati  standar  IEEE  519 2014 seperti yang terdapat pada landasan teori. Besar  THDi  titik  PCC  grid  adalah  9.47%. Dimana  untuk  harmonik  arusnya  berada  diatas batas toleransi (≤5%). Dengan kondisi tersebut, maka diperlukan filter pasif untuk  meeliminasi harmonik arus pada titik PCC grid.

## 4.5. Kecepatan Angin 8,2 m/s
Pada  kondisi  kecepatan  angin  8,2  m/s, akan  diperlihatkan  perbandingan  gelombang arus  hasil  simulasi  sebelum  dan  setelah pemasangan  filter  pasif  tipe single    tuned. Perbandingan  gelombang  tegangan  sebelum dan  sesudah  dipasang  filter  pasif  tipe single tuned. Perbandingan  gelombang  tegangan sebelum  dan  sesudah  dipasang  filter  pasif  tipe single tuned ditunjukkan pada Gambar 4.9 dan Gambar 4.10.
Gambar 4.9 THDi pada titik PCC grid tanpa filter pasif
Gambar 4.10 THDi pada titik PCC grid dengan filter pasif
Tabel 4.5 Besar THD pada WECS berbasis DFIG (Skema 5) Kecepatan Angin THD arus dalam persen (%) Tanpa Filter Dengan Filter Total Eliminasi 8,2 m/s 8.82% 0.80% 8.02%
Dari  hasil  simulasi,  dapat  diketahui  juga bahwa penggunaan filter pasif tipe single tuned dapat  menurunkan  daya  reaktif  yang  disuplai oleh  DFIG.  Hal  ini  karena  filter  bersifat kapasitif yang memiliki karakteristik menghasilkan  daya  reaktif.  Daya  reaktif  yang dihasilkan  oleh  filter  diberikan  ke  sistem sehingga  daya  reaktif  yang  dibutuhkan  beban sekarang  diberikan  oleh  DFIG  dan  filter. Akibatnya, generator tidak perlu lagi menyuplai  semua  data  reaktif  yang  diminta oleh beban.
Dari  hasil  analisa  besar  THD  pada  titik PCC  grid  dengan  5  kecepatan  angin  yang berbeda-beda  terlihat  pada  saat  sebelum menggunakan  filter  pasif  menunjukan  THDi yang  lebih  besar,  hal  ini  menunjukan penggunaan filter pasif mendapatkan hasil yang lebih  baik.  Dengan  rata-rata  besar  THD  pada
saat sebelum menggunakan filter pasif
15,35%THDi.  Rata-rata  besar  THD  saat sesudah menggunakan filter pasif 1,40%THDi.

## 5. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  dan  pembahasan  dari simulasi  serta  analisa  besar  THD  pada  sistem DFIG akibat konverter daya dengan filter pasif sebagai pemilah sinyal listrik berdasarkan pada frekuensi  dari  sinyal  tersebut,  sehingga  dapat menarik  beberapa  kesimpilan  dari  hasil simulasi sebgai berikut:
1. Eliminasi  harmonisa  arus  menggunakan filter  pasif  tipe single  tuned pada  mesin induksi  dengan  kecepatan  angin  yang meningkat  adalah  sebesar  15,35%,  telah sesuai  dengan  standar yaitu  sebesar 5%
2. Nilai-nilai  %  THD  dari  arus  sesudah  filter pasif dipasang sudah dapat  diterima/sesuai dengan  starndar  THD  yang  diperbolekan. Untuk  % yaitu  1,40%  dan  untuk  % sebelum  dipasang  filter  pasif  adalah
15,35% 3. Penggunaan filter pasif mampu mengeleminasi  % sebesar  11,63% dibandingkan dengan sebelum penggunaan filter pasif

## 6. DAFTAR PUSTAKA
[1] Kementerian Energi Sumber Daya Mineral,  2011.  “  Pusat  Penelitian  dan Pengembangan Teknologi: Potensi Energi  Angin,”.  Pusat  Penelitian  dan Pengembangan Teknologi Ketenagalistrikan, Energi Baru, Terbarukan. Kementrian ESDM, https://p3tkebt.esdm.go.id/pilot-plan- project/energi_angin/potensi-energi- angin, diakses 9 Januari 2022.
[2] A.  Mishra  and  M.  Singh,  “Suppression of  Harmonics  in  DFIG  based  WECS using  passive  LCL  filter,” Int.  Conf. Power  Energy,  Environ.  Intell.  Control , no. Apr 13-14, 2018, pp. 446–451, 2018.
[3] G. Hanapi, Mesin dan Rangkaian Listrik , Edisi Keen. Bandung: ITB, 1993.
[4] IEEE  Std  1159, IEEE  Recommended Practice  for  Monitoring  Electric  Power Quality , vol. 2019. 2019.
[5] H.  W.  B.  Roger  C.  Dugan,  Mark  F. McGranaghan, Surya Santoso, Electrical power systems . 2017.
[6] W.  P.  Mohan,  Ned,  Undeland,  Tore  M., ROBBINS,
1995_BOOK_Mohan_820p_Power
Electronics_2nd.pdf . 1995.
[7] T. L. Skvarenina, ELECTRONICS . 2001.
[8] J.  G.  Kim,  Y.  J.  Park,  and  D.  J.  Lee, “Harmonic  analysis  of  reactor  and capacitor  in  single-tuned  harmonic  filter application,” J.  Electr.  Eng.  Technol. , vol.  6,  no.  2,  pp.  239–244,  2011,  doi: 10.5370/JEET.2011.6.2.239.
[9] M. Davudi,  S. Torabzad, and B.  Ojaghi,
“Analysis  of  harmonics  and  harmonic mitigation methods in distribution
systems,” Aust. J. Basic Appl. Sci. , vol. 5, no. 11, pp. 996–1005, 2011.
E – Link P-ISSN 1858-2109 E-ISSN 2656-5676 Jurnal Teknik Elektro dan Informatika
E – Link P-ISSN 1858-2109 E-ISSN 2656-5676 Jurnal Teknik Elektro dan Informatika