Rangkuman: Filter harmonik aktif merupakan pendukung opsional filter harmonik pasif dalam mengatasi gangguan harmonik.

Perkenalan

Apa itu passive harmonic filter atau filter harmonik pasif? Apa bedanya dengan active harmonic filter atau filter harmonik aktif? Temukan penjelasannya di artikel berikut.

Secara singkat, active harmonic filter (AHF) menggunakan elektronika untuk menyuntikkan gelombang untuk meniadakan harmonik yang melanda sistem distribusi listrik. Dengan kata lain, AHF secara aktif mengukur dan melakukan kompensasi untuk membersihkan harmonik. Inilah kenapa AHF disebut sebagai filter harmonik aktif. 

Berbeda dengan passive harmonic filter (PHF) yang menggunakan kapasitor dan reaktor untuk menyaring harmonik yang melanda sistem distribusi listrik. Pada dasarnya, harmonik sangat suka mengalir ke arah kapasitor dan reaktor (dikarenakan impedansi nya yang rendah bagi harmonik). Dengan kata lain, PHF secara pasif menarik gelombang harmonik ke arahnya agar bisa disaring dan dibersihkan. Analogi nya seperti grounding bagi harmonik. Inilah kenapa PHF disebut sebagai filter harmonik pasif. 

Mengingat perbedaan tersebut, lantas tipe mana yang paling baik dan tentunya ekonomis dalam membersihkan harmonik? Mari kita simak fakta dan jurnal ilmiahnya.

Dominansi Harmonik Ke-5 dan 7

Sumber utama harmonik di pabrik umumnya adalah dari beban inverter. Inverter menghasilkan berbagai macam harmonik, namun yang paling dominan selalu harmonik ordo ke-5 dan ke-7. Menurut berbagai studi ilmiah harmonik ke-5 dan 7 menyumbang sekitar 79% dari gangguan THD (total harmonic distortion). Adapun studi ilmiah yang dimaksud adalah:

  • Rice, D.E. 1994, ‘A detailed analysis of six-pulse converter harmonic currents’, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 30, no. 2, pp. 294–304. • Peng, F.Z. 2001, ‘Harmonic sources and filtering approaches’, IEEE Industry Applications Magazine, vol. 7, no. 4, pp. 18–25.
  • Hansen, S., Nielsen, P. & Blaabjerg, F. 2000, ‘Harmonic cancellation by mixing nonlinear single-phase and three-phase loads’, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 36, no. 1, pp. 152–159. 
  • Bhattacharya, S. & Divan, D.M. 2002, ‘Harmonic filtering of high-power 12-pulse rectifier loads with a selective hybrid filter system’, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 38, no. 3, pp. 773–782.

Dengan kata lain, jika kita bisa menangani harmonik ke-5 dan ke-7, maka sebagian besar (hampir 80%) dari gangguan harmonik sudah bisa terselesaikan dan ini sudah lebih dari cukup menurut standar IEEE 519. 

Contoh Kasus

Berikut adalah beberapa contoh kasus yang terdokumentasi dengan jelas di jurnal ilmiah terkait filter harmonik pasif:

  • Penurunan THDV dari 9.27% ke 2.82%.
    • Referensi: Park, B., Lee, J., Yoo, H. & Jang, G. 2021, ‘Harmonic mitigation using passive harmonic filters: case study in a steel mill power system’, Energies, vol. 14, no. 8, article 2278. 
  • Penurunan THDV dari 5% ke 2.4%.
    • Referensi: Badrzadeh, B., Smith, K.S. & Wilson, R.C. 2011, ‘Designing passive harmonic filters for an aluminum smelting plant’, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 47, no. 2, pp. 973–983.
  • Penurunan THDV dari 8.17% ke 2.63% dan THDI dari 34.16% ke 3.83%.
    • Referensi: Andrews, D., Bishop, M.T. & Witte, J.F. 1996, ‘Harmonic measurements, analysis, and power factor correction in a modern steel manufacturing facility’, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 32, no. 3, pp. 617–624.
  • Penurunan THDI dari 20.77% ke 4.32%.
    • Referensi: Das, J.C. 2004, ‘Passive filters—potentialities and limitations’, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 40, no. 1, pp. 232–241.
  • Penurunan THDI dari 14.93% ke 4.87%  .
    • Referensi: Ishaya, M.M. et al. 2023, ‘Single-tuned passive filter (STPF) for mitigating harmonics in a 3-phase power system’, Scientific Reports, vol. 13, article 20754.
  • Penurunan THDV dari 16% ke 3.2%.
    • Referensi: Gonzalez, D.A. & McCall, J.C. 1987, ‘Design of filters to reduce harmonic distortion in industrial power systems’, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. IA-23, no. 3, pp. 504–511.

Dan masih banyak lagi yang tidak dapat disebutkan satu per satu di artikel ini. 

Kapan Menggunakan Filter Harmonik Aktif

Menurut sebuah studi oleh Fujita dan Akagi di tahun 1991, filter harmonik aktif dapat digunakan sebagai pelengkap filter harmonik aktif. Filter aktif cukup menangani sekitar 5-10% dari kVA beban sedangkan sisanya ditangani oleh filter pasif. Hal ini didasari pertimbangan bahwa filter pasif cenderung lebih ekonomis dan lebih tahan dibandingkan filter aktif karena hanya terdiri dari kapasitor, reaktor dan resistor. Sebaliknya, filter aktif menggunakan komponen elektronik seperti IGBT yang cenderung memiliki lifetime yang lebih singkat.

Hal senada juga direkomendasikan oleh sebuah studi oleh Bhattacharya, Cheng dan Divan di tahun 1997. Pada studi ini, mereka merekomendasikan agar filter aktif menangani sekitar 2-3% dari beban harmonik sedangkan sisanya ditangani oleh filter pasif. 

Dengan kata lain, filter aktif bisa digunakan sebagai opsional untuk mendukung kinerja filter pasif.

Referensi:

  1. Abuelnaga, A., Narimani, M. & Bahman, A.S. 2021, ‘A review on IGBT module failure modes and lifetime testing’, IEEE Access, vol. 9, pp. 9643–9663, DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3049738. Aalborg University
  2. Abu-Rub, H., Holtz, J., Rodriguez, J.R. & Ge, B. 2010, ‘Medium-voltage multilevel converters—state of the art, challenges, and requirements in industrial applications’, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 57, no. 8, pp. 2581–2596, DOI: 10.1109/TIE.2010.2043039.
  3. Alhaider, M.M., Abdel Aleem, S.H.E., Ali, Z.M. & Zobaa, A.M. 2024, ‘Harmonics management and hosting capacity enhancement: optimal double-resistor damped double-tuned power filter with artificial hummingbird optimization’, PLOS ONE, DOI: 10.1371/journal.pone.0303207.
  4. Andrews, D., Bishop, M.T. & Witte, J.F. 1996, ‘Harmonic measurements, analysis, and power factor correction in a modern steel manufacturing facility’, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 32, no. 3, pp. 617–624, DOI: 10.1109/28.502174.
  5. Badrzadeh, B., Smith, K.S. & Wilson, R.C. 2011, ‘Designing passive harmonic filters for an aluminum smelting plant’, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 47, no. 2, pp. 973–983, DOI: 10.1109/TIA.2010.2102997.
  6. Bhattacharya, S., Cheng, P.T. & Divan, D.M. 1997, ‘Hybrid solutions for improving passive filter performance in high power applications’, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 33, no. 3, pp. 732–747, DOI: 10.1109/28.585864.
  7. Das, J.C. 2004, ‘Passive filters—potentialities and limitations’, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 40, no. 1, pp. 232–241, DOI: 10.1109/TIA.2003.821666.
  8. El-Habrouk, M., Darwish, M.K. & Mehta, P. 2000, ‘Active power filters: a review’, IEE Proceedings – Electric Power Applications, vol. 147, no. 5, pp. 403–413, DOI: 10.1049/ip-epa:20000522.
  9. Fujita, H. & Akagi, H. 1991, ‘A practical approach to harmonic compensation in power systems—series connection of passive and active filters’, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 27, no. 6, pp. 1020–1025, DOI: 10.1109/28.108451.
  10. Gonzalez, D.A. & McCall, J.C. 1987, ‘Design of filters to reduce harmonic distortion in industrial power systems’, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. IA-23, no. 3, pp. 504–511, DOI: 10.1109/TIA.1987.4504938.
  11. Ishaya, M.M., Adegboye, O.R., Agyekum, E.B., Elnaggar, M.F., Alrashed, M.M. & Kamel, S. 2023, ‘Single-tuned passive filter (STPF) for mitigating harmonics in a 3-phase power system’, Scientific Reports, vol. 13, article 20754, DOI: 10.1038/s41598-023-47614-7. ResearchGate
  12. Klempka, R. 2021, ‘Optimal double-tuned filter efficiency analysis’, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 36, no. 2, pp. 1079–1088, DOI: 10.1109/TPWRD.2020.3001219.
  13. Park, B., Lee, J., Yoo, H. & Jang, G. 2021, ‘Harmonic mitigation using passive harmonic filters: case study in a steel mill power system’, Energies, vol. 14, no. 8, article 2278, DOI: 10.3390/en14082278.
  14. Peng, F.Z. 2001, ‘Harmonic sources and filtering approaches’, IEEE Industry Applications Magazine, vol. 7, no. 4, pp. 18–25, DOI: 10.1109/2943.930987.
  15. Rice, D.E. 1994, ‘A detailed analysis of six-pulse converter harmonic currents’, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 30, no. 2, pp. 294–304, DOI: 10.1109/28.287531.
  16. Singh, B., Al-Haddad, K. & Chandra, A. 1999, ‘A review of active filters for power quality improvement’, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 46, no. 5, pp. 960–971, DOI: 10.1109/41.793345.
  17. Zhou, D., Wang, H. & Blaabjerg, F. 2020, ‘Reactive power impacts on LCL filter capacitor lifetime in grid-connected inverter’, IEEE Open Journal of Power Electronics, vol. 1, pp. 150–165, DOI: 10.1109/OJPEL.2020.2993340.

Ditulis oleh: Kelvin Sutandar