ANALISIS PENGOPERASIAN SPEED DROOP GOVERNOR · Memodelkan mode pengoperasian speed droop governor pada unit pembangkit di PLTU Gresik unit 1/2 dan unit 3/4 sehingga dapat diberikan

ANALISIS PENGOPERASIAN SPEED DROOP GOVERNOR

SEBAGAI PENGATURAN FREKUENSI

PADA SISTEM KELISTRIKAN PLTU GRESIK

Oleh :

Patriandari

2206 100 026

1

Dosen Pembimbing :

Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, PhD. Prof. Dr.Ir. Adi Soeprijanto, MT.

Presentasi Seminar Tugas Akhir (Genap 2010)

Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

PENDAHULUAN

2



Latar Belakang3

Sistem tenaga listrik harus mampu menyediakan tenaga listrik bagi para pelanggan dengan frekuensi yang konstan. Jika daya aktif yang dibangkitkan lebih kecil dari pemakaian beban, maka frekuensi turun lebih kecil dari 50 Hz.

Pengaturan frekuensi dalam unit pembangkit tidaksepenuhnya menggunakan governor, namun menggunakankontrol beban load limit, sehingga ketika terjadi perubahanfrekuensi tidak cepat di respon oleh unit pembangkit.

Permasalahan4

Bagaimana memodelkan sistem kelistrikan di PLTU Gresik ke

dalam software Matlab 7.6 Simulink ?

Menganalisis karakteristik speed droop pada governor dan

kontribusinya dalam mempertahankan frekuensi dengan nilai

refrensi 50 Hz.

Batasan Masalah

1. Mode pengoperasian load limit yang membatasi kerja dari

governor PLTU Gresik.

2. Desain dan simulasi governor PLTU Gresik menggunakan

Matlab Simulink 7.6

5

Tujuan6

Mempelajari prinsip kerja governor dan karakteristik speed

droop governor terutama dalam masalah yang berkaitan dengan

pengaturan frekuensi sistem pada unit pembangkit di PLTU

Gresik unit 1/2 dan unit 3/4.

Memodelkan mode pengoperasian speed droop governor pada

unit pembangkit di PLTU Gresik unit 1/2 dan unit 3/4 sehingga

dapat diberikan solusi untuk sistem tenaga listrik yang mampu

menyediakan tenaga listrik bagi para pelanggan dengan

frekuensi konstan.

TEORI PENUNJANG

7



Pengaturan Frekuensi dan Daya Aktif

1. Pada sistem tenaga listrik frekuensi merupakan parameter yang amat

penting, karena frekuensi sistem merupakan salah satu ukuran kestabilan

suatu sistem, sehingga frekuensi ini harus dijaga dalam batas yang

diperbolehkan.

2. Dalam sistem tenaga listrik, pengaturan frekuensi dilakukan dengan

melakukan pengaturan daya aktif pada mesin. Penyediaan daya aktif harus

disesuaikan dengan kebutuhan daya aktif beban, penyesuaian ini dilakukan

dengan mengatur kopel penggerak generator sehingga tidak ada

pemborosan penggunaan daya.

Nilai frekwensi : P = Jumlah kutub Generator

8

22

pF

9

Analogi Hubungan

Beban dengan Frekuensi

Frekuensi sistem :

• Menunjukkan keseimbangan

sesaat antara daya nyata (MW)

pembangkitan dengan daya nyata

(MW) dikonsumsi beban

• Bernilai nominal (= 50 Hz) pada

saat daya nyata pembangkitan

sama dengan daya nyata

konsumsi beban ΔPG = ΔPD


10

Operasi normal, frekuensi 50 + 0,2 Hz

Ekskursi, + 0,5 Hz, brown-out

Load shedding Skema A & B, frek 49,50 Hz ( 394 MW - 788 MW)

Islanding Operation, mulai 48,30 - 48,00 Hz

Load shedding tahap 1 s.d. 7, frek 49,00 s.d. 48,40 (2756 MW)

Host load unit-unit pembangkit

Df/dt, - 0,6 Hz/s, Load shedding tahap 5, 6, 7 (1181 MW) Df/dt, - 0,8 Hz/s, Load shedding tahap 5, 6, 7 + 394 MW

Df/dt, - 1,0 Hz/s, Load shedding tahap 5, 6, 7 + 788 MW

50,00 50,20

51,50

49,80

49,50

49,00

48,40 48,30

48,00

47,50

Hz

Gambar di atas merupakan Tongkat Frekuensi (Stick of frequency). Tongkat

frekuensi digunakan sebagai acuan batas toleransi perubahan frekuensi yang

terjadi pada sistem kelistrikan PLN


Dapat dilihat pada Gambar di

samping, jika kopel penggerak

generator diperbesar maka

rotor (kutub) generator akan

bergerak maju dalam arti

vektor bergerak memperbesar

komponen daya aktif (watt)

dari generator seperti yang

ditunjukkan oleh vektor, E’2

dan I’2. Kemudian daya

generator berubah dari MW2

menjadi MW2’. Penambahan

kopel pemutar generator

memerlukan tambahan bahan

bakar pada unit pembangkit

thermal.

11


Diagram vektor dua buah generator sinkron

yang bekerja paralel

Menurut Hukum Newton ada hubungan antara kopel mekanik penggerak

generator dengan perputaran generator :

(TG-TB) = H x

Frekuensi akan turun jika daya aktif yang dibangkitkan tidak mencukupi

kebutuhan beban dan sebaliknya frekuensi akan naik jika kelebihan daya aktif

dalam sistem. Secara mekanis apabila :

(TG-TB) = ΔT < 0 maka < 0 , sehingga frekuensi turun

(TG-TB) = ΔT > 0 maka > 0 , sehingga frekuensi naik

Dari persamaan di atas, secara tidak langsung penyediaan daya aktif dapat pula

mempengaruhi frekuensi sistem.

12

t


13

Prinsip Kerja Governor

14


Setelah ada penambahan beban, frekuensi menurun dan governor beraksi

untuk mengembalikan frekuensi ke nilai 50 Hz.

Dalam proses mengembalikan nilai frekuensi ke nilai 50 Hz ternyata apabila

telah tercapai nilai 50 Hz nilai ΔT 0 sehingga nilai 50 Hz akan berubah lagi.

Jika nilai ΔT = 0, hal ini terjadi saat frekueni F F0.

Dari uraian 1 dan 2 di atas ternyata governor tidak bisa mencapai nilai F0

kembali secara stabil melainkan akan berosilasi di sekitar nilai F0.

15


Berdasarkan gambar diatas, governor menerima umpan balik negative berupa

kecepatan output dari turbin. Kemudian turbin memberikan respon dengan

merubah posisi dari katup untuk memberikan input uap pada turbin uap,

sehingga kecepatan turbin dapat dikendalikan.

Speed Droop adalah bilangan prosentase yang menyatakan kepekaan turbin

merespon perubahan frekuensi. Semakin kecil nilai prosentase speed droop,

maka semakin peka terhadap perubahan frekuensi.

16

Speed Droop Governor

Turbin dengan reheat

Guap

katup Tm

Te

Pm

Generator

Pe

Load (PL)Governor Speed Droop

Speed Droop (R) =

Dimana :

R = putaran nominal

R1 = putaran tanpa beban

R2 = putaran beban penuh

17

Speed Droop Governor

%10021

R

RR

PEMODELAN SISTEM KELISTRIKAN

PLTU GRESIK

18



Pemodelan Matematika Sistem Pembangkit

Listrik pada PLTU unit 1/2

Blok Diagram Sistem Pembangkit Listrik dengan

Non-Reheat Steam Turbine (TRH = 0)

19


Listrik pada PLTU 3/4

Blok Diagram Sistem Pembangkit Listrik dengan

Reheat Steam Turbine

20


Listrik pada PLTU

R = konstanta pengaruh kerja governor terhadap frekuensi (speed droop)

KG = gain statis dari mekanisme speed governing

TG = time-constant dari mekanisme speed governing

KT = gain sistem pembangkit listik

FHP = koefisiensi pemanas ulang (reheater)

TCH = time-constant turbin Low Pressure (tekanan rendah)

TRH = time-constant turbin High Pressure (tekanan tinggi)

H = konstanta inersia (MWs/MVA)

D = konstanta load-damping

21

Keterangan gambar :

, artinya perubahan kecepatan sudut putaran turbin sebanding dengan perubahan

frekuensi. Di lapangan frekuensi sebesar 50 Hz sebanding dengan kecepatan putaran

3.000 rpm.

f

Pengoperasian Governor dan Speed Droop

PLTU Gresik

Jenis governor dalam sistem tenaga listrik dibagi menjadi dua

, yaitu :

22

Jenis mechanical hydrolic control (MHC)

Jenis electric hydrolic control (EHC)

Pada PLTU Gresik, baik unit 1/2 dan unit 3/4, pengaturan

frekuensinya menggunakan load limit.

PLTU unit 1/2 menggunakan load limit sebesar 100% dan speed

droop sebesar 5 %

PLTU unit 3/4 memiliki speed droop 5 % dan load limit diatur

pada nilai 10 % diatas governor.


PLTU Gresik

PLTU 1/2 dengan kapasitas terpasang 2x100 MW, kemampuan

untuk merespon frekuensi adalah :

Speed droop 5 % =

Speed droop dihitung pada beban nominal 100 MW.

23

HzHz 5.25005.0

Pada PLTU unit 3/4 dengan kapasitas terpasang 2x200 MW

parameter nilai speed droop diatur 5 %

Speed droop 5 % =

Speed droop dihitung pada beban nominal 200 MW.

HzHz 5.25005.0


PLTU Gresik

Load Limit adalah kontrol beban unit yang menghendaki

beban konstan (bersifat pasif), tidak dipengaruhi oleh

perubahan frequency namun bila terjadi perubahan frekuensi

naik yang cukup besar maka governor akan mengambil alih

fungsi kontrol menurunkan beban sebanding dengan

perubahan frekuensi.

24

25

Pemodelan governor PLTU unit 1dan 2

Pemodelan Sistem Governor pada PLTU

menggunakan Matlab Simulink 7.6

26

Pemodelan governor PLTU unit 3 dan 4

Pemodelan Sistem Governor pada PLTU

menggunakan Matlab Simulink 7.6

SIMULASI DAN ANALISIS

27



Simulasi Sistem Awal Governor PLTU Gresik

28

• Kondisi awal governor, baik PLTU 1 dan 2 juga PLTU 3 dan 4 pada

pengaturan frekuensinya menggunakan Load Limit.

• Data yang telah didapatkan dari lapangan untuk melakukan simulasi dan

perhitungan adalah sebagai berikut :

PLTU unit 1 dan 2

MVA rated : 125 MVA

MVAR rated : 20 MVAR

Tegangan : 13.2 KV

PLTU unit 3 dan 4

MVA rated : 250 MVA

MVAR rated : 150 MVA

Tegangan : 15 KV


29

• Parameter PLTU 1/2 dan unit 3/4 Gresik

Parameter Nilai

TG1, TG2, TG3, TG4 0.09

TRH1, TRH2 0

TRH3, TRH4 7

TCH1, TCH2, TCH3, TCH4 0.3

FHP1, FHP2, FHP3, FHP4 0.3

M1, M2, M3, M4 10

R1, R2, R3, R4 5

Beban sistem 0.05 pu

Tabel 4.1 Parameter PLTU 1/2 dan unit 3/4 Gresik


30

Pemodelan Governor menggunakan MATLAB Simulink 7.6


31

Simulasi Load Limit PLTU unit 1 dan 2


32

Jika load limit diatur 100 % diatas governor, maka

pengambil alihan fungsi kontrol ini akan lebih lambat.

Pada saat inilah governor bekerja untuk mengatur

perubahan frekuensi. Di PLTU unit 1/2 menggunakan load

limit 100% dapat kembali ke nilai frekuensi nominal, 50 Hz,

jika ada penambahan suplai daya output sebesar 40 MW


33

Simulasi Load Limit PLTU unit 3 dan 4


34

Batasan antara load limit dengan governor untuk PLTU unit 3 dan

4 ini adalah 10 %, setara dengan 20 MW.

Kontrol ini digunakan dengan maksud agar ketika unit beroperasi

dengan governor, kenaikan suplai akibat penurunan frekuensi

yang cukup besar tidak boleh melebihi 20 MW.

Karena kenaikan suplai lebih dari 20 MW akan sulit diikuti oleh

boiler.


35

Hasil simulasi respon frekuensi PLTU 1/2 dan 3/4

36

Berdasarkan hasil simulasi PLTU 1/2 dengan jenis turbin non-

reheat lebih cepat merespon perubahan frekuensi akibat

kenaikan beban sebesar 0.05 pu, dibandingkan dengan PLTU

unit 3/4. Lebih detailnya respon frekuensi dari masing-masing

PLTU ditunjukkan pada Tabel 4.2 sebagai berikut :


Unit Pembangkit Overshoot

(p.u)

Time Settling

(detik)

PLTU 1 -0.002558 7.03

PLTU 2 -0.002558 7.21

PLTU 3 -0.00452 13.05

PLTU 4 -0.00452 13.45

Simulasi Speed Droop (R) Governor

Simulasi 2 % < R < 12 % PLTU unit 1/2 menggunakan Matlab Simulink 7.6

37


Simulasi 2 % < R < 12 % PLTU unit 3/4 menggunakan Matlab Simulink 7.638

39

Hasil imulasi 2 % ≤ R ≤ 12 % PLTU unit 1/2 menggunakan Matlab Simulink 7.6


40

Hasil imulasi 2 % ≤ R ≤ 12 % PLTU unit 3/4 menggunakan Matlab Simulink 7.6


41

Governor dengan nilai R = 2 % lebih cepat merespon perubahan

beban dan penurunan frekuensi tidak terlalu besar nilainya

dibandingkan dengan governor dengan nilai R = 12 %.

unit yang memiliki speed droop lebih kecil mendapat tambahan

beban (suplai) yang lebih besar daripada unit dengan speed droop

prosentase nilai yang lebih besar.

Respon frekuensi turbin non-reheater lebih baik daripada turbin

reheater. Hal ini disebabkan karena pada turbin reheater

diperlukan waktu tunda / delay time untuk memanaskan kembali

uap yang dihasilkan oleh boiler, agar panas uap yang masih

dapat dipakai tidak dibuang.


42

Simulasi respon frekuensi Turbin Non-Reheater dan Turbin Reheater


43

• Pengaturan frekuensi di PLTU Gresik menggunakan load limit atau dengan

kata lain governor free tidak diaktifkan.

• Penurunan beban atau kenaikan beban diatur secara manual oleh operator

unit pembangkit, sehingga governor tidak ikut aktif dalam memberikan

kontribusinya terhadap perubahan frekuensi sistem ( yang digunakan

adalah generator bus ).

Simulasi Respon Frekuensi dengan Mengaktifkan

Free Governor dan Nilai Speed Droop diperkecil

44

Tabel 4.3 Parameter PLTU 1/2 dan unit 3/4 Gresik

Simulasi Respon Frekuensi dengan Governor Control

Parameter Nilai

TG1, TG2, TG3, TG4 0.09

TRH1, TRH2 0

TRH3, TRH4 7

TCH1, TCH2, TCH3, TCH4 0.3

FHP1, FHP2, FHP3, FHP4 0.3

M1, M2, M3, M4 10

R1, R2 3

R3, R4 4

D1, D2, D3, D4 3.4

Beban sistem 0.05

45


46

Hasil simulasi respon frekuensi

PLTU unit 1/2 dan unit 3/4 dengan governor control


47

• Hasil respon yang ditampilkan dapat kembali ke nilai nominal 50 Hz

karena tidak menggunakan load limit dan dipasang kontroler agar respon

governor dapat mengikuti perubahan frekuensi.

• Semakin kecil nilai load limit, maka kemampuan boiler untuk memenuhi

kebutuhan steam flow semakin baik. Jika load limit tak mampu

mengembalikan frekuensi ke nilai nominal 50 Hz, maka akan diambil alih

oleh governor.

Tabel 4.4 Hasil respon PLTU 1/2 dan unit 3/4 Gresik

menggunakan governor control


(p.u)

Time Settling

(detik)

PLTU 1 -0.00116 8

PLTU 2 -0.00116 8

PLTU 3 -0.00296 13

PLTU 4 -0.00296 13


KESIMPULAN

48



Kesimpulan

49

1. Mode pengaturan frekuensi di PLTU Gresik unit 1/2 dan unit 3/4

menggunakan load limit,yang artinya bahwa governor free tidak

diaktifkan.

2. Dari hasil analisis, apabila free governor diaktifkan, maka kerja dari

governor dalam pengaturan frekuensi semakin baik. Respon frekuensi

menggunakanspeed droop yang nilai prosentasenya lebih kecil maka hasil

respon frekuensi lebih baik.

3. Perlu diadakan kalibrasi atau tuning (peremajaan) peralatan kontrol unit

PLTU Gresik, agar governor lebih cepat merespon perubahan frekuensi

sehingga didapat nilai frekuensi yang konstan.

Kesimpulan

50

Tabel 4.2 Respon frekuensi PLTU 1/2 dan 3/4 Gresik tanpa menggunakan free governor

Tabel 4.4 Respon frekuensi PLTU 1/2 dan 3/4 Gresik menggunakan free governor


(p.u)

Time Settling

(detik)

PLTU 1 -0.002558 7.03

PLTU 2 -0.002558 7.21

PLTU 3 -0.00452 13.05

PLTU 4 -0.00452 13.45


(p.u)

Time Settling

(detik)

PLTU 1 -0.00116 8

PLTU 2 -0.00116 8

PLTU 3 -0.00296 13

PLTU 4 -0.00296 13

TERIMA KASIH

51



ANALISIS PENGOPERASIAN SPEED DROOP GOVERNOR · Memodelkan mode pengoperasian speed droop governor pada unit pembangkit di PLTU Gresik unit 1/2 dan unit 3/4 sehingga dapat diberikan

Documents