Download - 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
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
2/51
PENDAHULUAN
2
Presentasi Seminar Tugas Akhir (Genap 2010)
Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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.
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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.
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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.
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
7/51
TEORI PENUNJANG
7
Presentasi Seminar Tugas Akhir (Genap 2010)
Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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
Pengaturan Frekuensi dan Daya Aktif
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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
Pengaturan Frekuensi dan Daya Aktif
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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
Pengaturan Frekuensi dan Daya Aktif
Diagram vektor dua buah generator sinkron
yang bekerja paralel
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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
Pengaturan Frekuensi dan Daya Aktif
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
13/51
13
Prinsip Kerja Governor
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
14/51
14
Prinsip Kerja Governor
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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
Prinsip Kerja Governor
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
18/51
PEMODELAN SISTEM KELISTRIKAN
PLTU GRESIK
18
Presentasi Seminar Tugas Akhir (Genap 2010)
Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
19/51
Pemodelan Matematika Sistem Pembangkit
Listrik pada PLTU unit 1/2
Blok Diagram Sistem Pembangkit Listrik denganNon-Reheat Steam Turbine (TRH = 0)
19
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
20/51
Pemodelan Matematika Sistem Pembangkit
Listrik pada PLTU 3/4
Blok Diagram Sistem Pembangkit Listrik dengan
Reheat Steam Turbine
20
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
21/51
Pemodelan Matematika Sistem Pembangkit
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
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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.
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
23/51
Pengoperasian Governor dan Speed Droop
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
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
24/51
Pengoperasian Governor dan Speed Droop
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
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
25/51
25
Pemodelan governor PLTU unit 1dan 2
Pemodelan Sistem Governor pada PLTU
menggunakan Matlab Simulink 7.6
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
26/51
26
Pemodelan governor PLTU unit 3 dan 4
Pemodelan Sistem Governor pada PLTU
menggunakan Matlab Simulink 7.6
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
27/51
SIMULASI DAN ANALISIS
27
Presentasi Seminar Tugas Akhir (Genap 2010)
Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
29/51
Simulasi Sistem Awal Governor PLTU Gresik
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
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
30/51
Simulasi Sistem Awal Governor PLTU Gresik
30
Pemodelan Governor menggunakan MATLAB Simulink 7.6
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
31/51
Simulasi Sistem Awal Governor PLTU Gresik
31
SimulasiLoad Limit PLTU unit 1 dan 2
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
32/51
Simulasi Sistem Awal Governor PLTU Gresik
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
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
33/51
Simulasi Sistem Awal Governor PLTU Gresik
33
SimulasiLoad Limit PLTU unit 3 dan 4
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
34/51
Simulasi Sistem Awal Governor PLTU Gresik
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.
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
35/51
Simulasi Sistem Awal Governor PLTU Gresik
35
Hasil simulasi respon frekuensi PLTU 1/2 dan 3/4
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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 :
Simulasi Sistem Awal Governor PLTU Gresik
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
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
38/51
Simulasi Speed Droop (R) Governor
Simulasi 2 % < R < 12 % PLTU unit 3/4 menggunakan Matlab Simulink 7.6
38
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
39/51
39
Hasil imulasi 2 % R 12 % PLTU unit 1/2 menggunakan Matlab Simulink 7.6
Simulasi Speed Droop (R) Governor
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
40/51
40
Hasil imulasi 2 % R 12 % PLTU unit 3/4 menggunakan Matlab Simulink 7.6
Simulasi Speed Droop (R) Governor
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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.
Simulasi Speed Droop (R) Governor
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
42/51
42
Simulasi respon frekuensi Turbin Non-Reheater dan Turbin Reheater
Simulasi Speed Droop (R) Governor
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
45/51
45
Simulasi Respon Frekuensi dengan Governor Contro l
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
46/51
46
Hasil simulasi respon frekuensi
PLTU unit 1/2 dan unit 3/4 dengangovernor control
Simulasi Respon Frekuensi dengan Governor Contro l
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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
Unit Pembangkit Overshoot
(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
Simulasi Respon Frekuensi dengan Governor Contro l
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
48/51
KESIMPULAN
48
Presentasi Seminar Tugas Akhir (Genap 2010)
Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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.
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
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
Unit Pembangkit Overshoot
(p.u)
Time Settling
(detik)
PLTU 1 -0.002558 7.03
PLTU 2 -0.002558 7.21
PLTU 3 -0.00452 13.05PLTU 4 -0.00452 13.45
Unit Pembangkit Overshoot
(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
-
8/11/2019 Pengoperasian Governor
51/51
TERIMA KASIH
Presentasi Seminar Tugas Akhir (Genap 2010)