pengoperasian governor

8/11/2019 Pengoperasian Governor

1/51

ANALISIS PENGOPERASIANSPEED 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


2/51

PENDAHULUAN

2




3/51

Latar Belakang3

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

Pengaturan frekuensi dalam unit pembangkit tidak sepenuhnya menggunakan governor, namun menggunakankontrol beban load limit, sehingga ketika terjadi perubahan

frekuensi tidak cepat di respon oleh unit pembangkit.


4/51

Permasalahan4

Bagaimana memodelkan sistem kelistrikan di PLTU Gresik ke

dalam software Matlab 7.6 Simulink?

Menganalisis karakteristikspeed droop pada governor dan

kontribusinya dalam mempertahankan frekuensi dengan nilai

refrensi 50 Hz.


5/51

Batasan Masalah

1. Mode pengoperasian load limit yang membatasi kerja dari

governorPLTU Gresik.

2. Desain dan simulasi governor PLTU Gresik menggunakan

Matlab Simulink 7.6

5


6/51

Tujuan6

Mempelajari prinsip kerja governor dan karakteristikspeed

droop governorterutama 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 governorpada

unit pembangkit di PLTU Gresik unit 1/2 dan unit 3/4 sehinggadapat diberikan solusi untuk sistem tenaga listrik yang mampu

menyediakan tenaga listrik bagi para pelanggan dengan

frekuensi konstan.


7/51

TEORI PENUNJANG

7




8/51

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 denganmelakukan 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


9/51

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) padasaat daya nyata pembangkitan

sama dengan daya nyata

konsumsi beban PG = PD



10/51

10

Operasi normal, frekuensi 5 +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 M

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



11/51

Dapat dilihat pada Gambar di

samping, jika kopel penggerak

generator diperbesar maka

rotor (kutub) generator akan

bergerak maju dalam artivektor bergerak memperbesar

komponen daya aktif (watt)

dari generator seperti yang

ditunjukkan oleh vektor, E2dan I2. Kemudian daya

generator berubah dari MW2menjadi MW2. Penambahan

kopel pemutar generator

memerlukan tambahan bahan

bakar pada unit pembangkit

thermal.

11


Diagram vektor dua buah generator sinkron

yang bekerja paralel


12/51

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 mencukupikebutuhan beban dan sebaliknya frekuensi akan naik jika kelebihan daya aktif

dalam sistem. Secara mekanis apabila :

(TG-T

B) = T < 0 maka < 0 , sehingga frekuensi turun

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

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

mempengaruhi frekuensi sistem.

12

t



13/51

13

Prinsip Kerja Governor


14/51

14



15/51

Setelah ada penambahan beban, frekuensi menurun dangovernorberaksi

untuk mengembalikan frekuensi ke nilai 50 Hz.

Dalam proses mengembalikan nilai frekuensi ke nilai 50 Hz ternyata apabila

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

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

Dari uraian 1 dan 2 di atas ternyatagovernor tidak bisa mencapai nilai F0kembali secara stabil melainkan akan berosilasi di sekitar nilai F0.

15



16/51

Berdasarkan gambar diatas,governormenerima 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 Governo r

Turbin dengan

reheatG

uap

katup Tm

Te

Pm

Generator

Pe

Load (PL)

Governor Speed Droop


17/51

Speed Droop (R) =

Dimana :

R = putaran nominal

R1 = putaran tanpa beban

R2 = putaran beban penuh

17

Speed Droop Governo r

%10021

R

RR


18/51

PEMODELAN SISTEM KELISTRIKAN

PLTU GRESIK

18




19/51

Pemodelan Matematika Sistem Pembangkit

Listrik pada PLTU unit 1/2

Blok Diagram Sistem Pembangkit Listrik denganNon-Reheat Steam Turbine (TRH = 0)

19


20/51


Listrik pada PLTU 3/4

Blok Diagram Sistem Pembangkit Listrik dengan

Reheat Steam Turbine

20


21/51


Listrik pada PLTU

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

KG = gain statis dari mekanismespeed governing

TG = time-constantdari mekanismespeed governing

KT = gain sistem pembangkit listik

FHP = koefisiensi pemanas ulang (reheater)

TCH = time-constantturbin Low Pressure (tekanan rendah)

TRH = time-constantturbin 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


22/51

Pengoperasian Governor dan Speed Droop

PLTU Gresik

Jenisgovernor 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% danspeeddroop sebesar 5 %

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

pada nilai 10 % diatasgovernor.


23/51


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 nilaispeed droop diatur 5 %

Speed droop 5 % =

Speed droop dihitung pada beban nominal 200 MW.

HzHz 5.25005.0


24/51


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 denganperubahan frekuensi.

24


25/51

25

Pemodelan governor PLTU unit 1dan 2

Pemodelan Sistem Governor pada PLTU

menggunakan Matlab Simulink 7.6


26/51

26

Pemodelan governor PLTU unit 3 dan 4

Pemodelan Sistem Governor pada PLTU

menggunakan Matlab Simulink 7.6


27/51

SIMULASI DAN ANALISIS

27




28/51

Simulasi Sistem Awal Governor PLTU Gresik

28

Kondisi awal governor, baik PLTU 1 dan 2 juga PLTU 3 dan 4 padapengaturan frekuensinya menggunakanLoad Limit.

Data yang telah didapatkan dari lapangan untuk melakukan simulasi dan

perhitungan adalah sebagai berikut :

PLTU unit 1 dan 2MVA 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


29/51


29

Parameter PLTU 1/2 dan unit 3/4 Gresik

Parameter NilaiTG1, TG2, TG3, TG4 0.09

TRH1, TRH2 0

TRH3, TRH4 7

TCH1, TCH2, TCH3, TCH4 0.3

FHP1, FHP2, FHP3, FHP4 0.3M1, 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


30/51


30

Pemodelan Governor menggunakan MATLAB Simulink 7.6


31/51


31

SimulasiLoad Limit PLTU unit 1 dan 2


32/51


32

Jika load limit diatur 100 % diatas governor, makapengambil 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


33/51


33

SimulasiLoad Limit PLTU unit 3 dan 4


34/51


34

Batasan antara load limitdengangovernoruntuk PLTU unit 3 dan4 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.


35/51


35

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


36/51

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 7.21PLTU 3 -0.00452 13.05

PLTU 4 -0.00452 13.45

Si l i S d D (R) G


37/51

Simulasi Speed Droop (R) Governor

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

37

Si l i S d D (R) G


38/51


Simulasi 2 % < R < 12 % PLTU unit 3/4 menggunakan Matlab Simulink 7.6

38


39/51

39

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



40/51

40

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



41/51

41

Governordengan nilai R = 2 % lebih cepat merespon perubahan

beban dan penurunan frekuensi tidak terlalu besar nilainya

dibandingkan dengangovernordengan nilai R = 12 %.

unit yang memiliki speed droop lebih kecil mendapat tambahanbeban (suplai) yang lebih besar daripada unit denganspeed droop

prosentase nilai yang lebih besar.

Respon frekuensi turbin non-reheater lebih baik daripada turbin

reheater. Hal ini disebabkan karena pada turbin reheaterdiperlukan waktu tunda/ delay time untuk memanaskan kembali

uap yang dihasilkan oleh boiler, agar panas uap yang masih

dapat dipakai tidak dibuang.



42/51

42

Simulasi respon frekuensi Turbin Non-Reheater dan Turbin Reheater



43/51

43

Pengaturan frekuensi di PLTU Gresik menggunakan load limitatau dengan

kata laingovernor 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 digunakanadalah generator bus ).

Simulasi Respon Frekuensi dengan Mengaktifkan

Free Governo rdan Nilai Speed Droop diperkecil


44/51

44

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

Simulasi Respon Frekuensi dengan Governor Contro l

Parameter Nilai

TG1, TG2, TG3, TG4 0.09

TRH1, TRH2 0

TRH3, TRH4 7TCH1, TCH2, TCH3, TCH4 0.3

FHP1, FHP2, FHP3, FHP4 0.3

M1, M2, M3, M4 10

R1, R2 3

R3, R4 4D1, D2, D3, D4 3.4

Beban sistem 0.05


45/51

45



46/51

46

Hasil simulasi respon frekuensi

PLTU unit 1/2 dan unit 3/4 dengangovernor control



47/51

47

Hasil respon yang ditampilkan dapat kembali ke nilai nominal 50 Hz

karena tidak menggunakan load limitdan dipasang kontroler agar respon

governordapat mengikuti perubahan frekuensi.

Semakin kecil nilai load limit, maka kemampuan boileruntuk memenuhi

kebutuhan steam flow semakin baik. Jika load limit tak mampu

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

olehgovernor.

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

menggunakangovernor 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



48/51

KESIMPULAN

48




49/51

Kesimpulan

49

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

menggunakan load limit,yang artinya bahwagovernor free tidak

diaktifkan.

2. Dari hasil analisis, apabilafree governordiaktifkan, 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, agargovernorlebih cepat merespon perubahan frekuensi

sehingga didapat nilai frekuensi yang konstan.


50/51

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 menggunakanfree governor


(p.u)

Time Settling

(detik)

PLTU 1 -0.002558 7.03

PLTU 2 -0.002558 7.21

PLTU 3 -0.00452 13.05PLTU 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


51/51

TERIMA KASIH


pengoperasian governor

Documents