pengaturan frekuensi

Frekuensi adalah salah satu besaran listrik yang merupakan

gelombang sinusoidal dari tegangan atau arus

listrik dalam satu detik dan diukur dengan besaran Hertz. Standar Frekuensi dalam batas kisaran operasi normal (50 ± 0,2 Hz), kecuali penyimpangan dalam waktu singkat diperkenankan pada kisaran (50 ± 0,5 Hz)

Menyetimbangkan daya nyata (watt) keluaran pembangkit dengan daya nyata yang dikonsumsi pemanfaat tenaga listrik (beban)

‣ menambah atau mengurangi daya nyata keluaran pembangkit sesuai perubahan konsumsi beban

‣ mengoperasikan unit pembangkit dengan mode primary control.‣ mengoperasikan unit pembangkit dengan mode secondary control

(program LFC = Load Frequency Control atau AGC = Automatic Generation Control).

Pengaturan Frekuensi Sistem

Kesetimbangan beban dan pembangkitan

MW Pembangkitan

MW Beban

50 51495248

hertz

� Frekuensi sistem (hertz) menunjukkan keseimbangan sesaat antara daya nyata (MW) yang dibangkitkan dengan daya nyata (MW) yang dikonsumsi beban.

� Pada saat daya nyata yang dibangkitkan = daya nyata yang dikonsumsi beban, frekuensi = 50 hertz.

MW Pembangkitan

MW Beban

50 51495248

hertz� Pada saat daya nyata yang

dibangkitkan > daya nyata yang dikonsumsi beban, frekuensi > 50 hertz.

� Mengurangi daya (MW) yang dibangkitkan, agar frekuensi kembali ke 50 hertz.


50 51495248

hertz

MW Pembangkitan

MW Beban

� Pada saat daya nyata yang dibangkitkan < daya nyata yang dikonsumsi beban, frekuensi < 50 hertz.

� Menambah daya (MW) yang dibangkitkan, agar frekuensi kembali ke 50 hertz.


Pelaksanaan Pengaturan FrekuensiKondisi sistem normal

Menambah atau mengurangi MW keluaran pembangkitMengatur dari pusat pengatur beban (control centre)Mengikuti rencana pembebanan pembangkitBila frekuensi di luar rentang (50,0 ± 0,2) Hz

OtomatisPengaturan primer free governor (pembangkit merespon sendiri

setiap perubahan: kapan/seberapa cepat/seberapa besar ia harus merespon)

Pengaturan sekunder (LFC atau AGC)

Pelaksanaan Pengaturan FrekuensiKondisi gangguan

Melakukan pengurangan beban: brown out, load curtailment

Melakukan manual load sheddingOtomatis

• automatic load shedding oleh under frequency relay (UFR) atau oleh aplikasi melalui SCADA

Strategi Pengaturan Frekuensi (Skema Load Shedding)Hz

50,5050,2050,0049,8049,50

49,00

48,4048,3048,00

47,50

Normal operation, 50 + 0,2 Hz

Excursion, + 0,5 Hz, brown-out

Load shedding scheme A & B (394MW & 394MW)

Islanding operation, 48,30 - 48,00 Hz

Load shedding tahap 1 to 7 ( 2756 MW )

Host load of power plant or generator

49,10Df/dt + 0,6 Hz/s LS T 5,6,7+ 788 (1181 MW)

Df/dt - 1,0 Hz/s LS T 5,6,7+ 788 (1969 MW)Df/dt + 0,8 Hz/s LS T 5,6,7+ 788 (1575MW)

Strategi Pengaturan FrekuensiILUSTRASI

PT. PLN (Persero) P3B

Review

- t anpa load shedding

- dengan load shedding ( t ahap 1,2 dan 3)

Frekuensi sistem saat pembangkit (3x600 MW) trip, beban sistem 13.000 MW

Strategi Pengaturan FrekuensiILUSTRASI

PT. PLN (Persero) P3B

Review ;

t anpa load shedding

dengan load shedding t ahap 1,2 dan 3

Frekuensi sistem saat pembangkit (3x600 MW) tr ip, beban sistem 10.000 MW

Pengaturan Primer

Perubahan MW keluaran pembangkit sebagai respon

terhadap perubahan frekuensi sistem (respon individu dr

pembangkit)

Bersifat individu

Membawa frekuensi ke nilai referensinya (misal 50 Hz)

Pengaturan Primer

Generator akan :• menambah keluaran MW, ketika merasakan frekuensi sistem rendah;• mengurangi keluaran MW, ketika merasakan frekuensi sistem tinggi.

Pengaturan primer tanpa perintah dari pusat pengatur.

Respon Generator Terhadap Perubahan Frekuensi

Respon frekuensi yang diberikan generator ditentukan oleh:

Speed Regulation (droop)

Frequency deadband

Ramp rate

Speed regulation atau droop adalah rasio perubahan frekuensi (f)

terhadap perubahan katub (va lve /g a te ) yang dikendalikan g o ve rno r,

atau nilai persentase perubahan frekuensi terhadap persentase

perubahan keluaran daya nyata (MW) generator

Speed Regulation (Droop)

Prinsip dasar kontrol Speed DroopPrinsip dasar kontrol Speed Droop adalah bagaimana mempertahankan adalah bagaimana mempertahankan

putaran Generator yang terkoneksi dengan Sistem ( Jaringan ) pada putaran Generator yang terkoneksi dengan Sistem ( Jaringan ) pada

Frekwensi yang sesuai atau sama dengan Frekwensi SistemFrekwensi yang sesuai atau sama dengan Frekwensi Sistem

Besaran speed droop setting ini umumnya untuk masing-masing

Governing Turbin berbeda, Governing Turbin Uap, Turbin Air ataupun

Gas Turbin. Umumnya untuk internal combustion engine seperti Gas

Turbin dan Diesel akan lebih cepat dalam merespon perubahan

frekuensi, demikian pula Turbin Air. Namun untuk sistem external

combustion engine, seperti boiler uap, nuklir dan HRSG mempunyai

karakterisktik yang lebih lambat.


Pengaturan Primer

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.

a.a. Primer Primer Pengaturan besaran Speed Pengaturan besaran Speed Droop yang dimiliki Governoor secara Droop yang dimiliki Governoor secara langsung baik diperbesar atau langsung baik diperbesar atau diperkecil diperkecil perubahan S1 ke S2 pada perubahan S1 ke S2 pada gambar. Semakin kecil Speed Droop gambar. Semakin kecil Speed Droop yang dimiliki Governoor semakin peka yang dimiliki Governoor semakin peka terhadap perubahan beban dan begitu terhadap perubahan beban dan begitu sebaliknya semakin besar Speed Droop sebaliknya semakin besar Speed Droop semakin malas ( kurang peka ) semakin malas ( kurang peka ) terhadap perubahan beban.terhadap perubahan beban.

b.b. Sekunder Sekunder Pengaturan tanpa Pengaturan tanpa mengubah besaran, melainkan hanya mengubah besaran, melainkan hanya mengembalikan Frekwensi ke 100 %, mengembalikan Frekwensi ke 100 %, biasanya dilakukan oleh Operatorbiasanya dilakukan oleh Operator

Frekuensi (%)

Beban (%)0 100

104%

100%

Garis speed drop, setelah dilakukanpengaturan sekunder

S1 Speed Drop, S1 = 4%

S2 Speed Drop S2 > S1

Jenis Pengaturan Speed Regulation (Droop)

Jenis Pengaturan Speed Regulation (Droop)a.a. sesaat sebelum sinkron, sebuah mesin akan sesaat sebelum sinkron, sebuah mesin akan

berada pada a1.berada pada a1. Secara perlahan, pada saat Secara perlahan, pada saat beban naik, maka akan bergerak ke b2 dan akhir beban naik, maka akan bergerak ke b2 dan akhir berada b3.berada b3.

b.b. kondisi saat terjadi perubahan frekuensi sebesar kondisi saat terjadi perubahan frekuensi sebesar ∆f maka pada kondisi b3 beban mesin akan maka pada kondisi b3 beban mesin akan mengayun mencapai c3 yang disebut ‘mengayun mencapai c3 yang disebut ‘overwound overwound speed set pointspeed set point’ akibat dari turbin valve yang telah ’ akibat dari turbin valve yang telah membuka penuh. Kerugian dari kondisi ini adalah membuka penuh. Kerugian dari kondisi ini adalah pada saat unit diminta menurunkan beban, pada saat unit diminta menurunkan beban, operator tidak akan mampu menurunkannya operator tidak akan mampu menurunkannya secara cepat untuk mencapai c2a2. Untuk secara cepat untuk mencapai c2a2. Untuk mengatasi kondisi tersebut pembangkit umunya mengatasi kondisi tersebut pembangkit umunya dilengkapi dengan alarm automatic reduction untuk dilengkapi dengan alarm automatic reduction untuk membatasi bebanmembatasi beban


Generator dengan Speed Droop 5%

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

47.5 48.0 48.5 49.0 49.5 50.0 50.5 51.0 51.5 52.0 52.5 52.5

Frekuensi (Hz)

Kel

uara

n G

ener

ator

(M

W)

50 MW

Pada Frekuensi Normal

50 Hz



0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

47.5 48.0 48.5 49.0 49.5 50.0 50.5 51.0 51.5 52.0 52.5 52.5

Frekuensi (Hz)

Kelu

aran

Gen

erat

or (

MW

)

43 MW

Jika Frekuensi Naik50,5 Hz



0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

47.5 48.0 48.5 49.0 49.5 50.0 50.5 51.0 51.5 52.0 52.5 52.5

Frekuensi (Hz)

Kel

uara

n G

ener

ator

(M

W)

67 MW

Jika Frekuensi Turun

49,0 Hz

Frequency Deadband

Frequency deadband adalah nilai perubahan frekuensi dimana governor

mulai merespon untuk merubah (menambah atau mengurangi) keluaran

MW generator. Frequency deadband tergantung dari rentang Frekuensi rentang Frekuensi

yang diijinkan dimana Turbin Generator dapat beroperasi sesuai dengan yang diijinkan dimana Turbin Generator dapat beroperasi sesuai dengan

karakteristiknya.karakteristiknya.

Frequency Deadband

Frequency Deadband

Efek d e a dband terhadap respon g o ve rno r tergantung pada nilai

perubahan frekuensi (∆f ). Jika nilai perubahan frekuensi lebih kecil dari

d e a dba nd , g o ve rno r tidak merespon.

Turbin Uap yang beroperasi diluar Frequency Deadband akan Turbin Uap yang beroperasi diluar Frequency Deadband akan

menyebabkan terjadinya Resonansi dan Disharmoni Gaya pada sudu menyebabkan terjadinya Resonansi dan Disharmoni Gaya pada sudu

tingkat akhirtingkat akhir

Rentan Frekuensi Pembangkit

Rentang frekuensi Durasi Penyimpangan

A.48,5 sampai 51,5 Hz Pengoperasian terus-menerus

B.< 48,5 Hz Pemutusan seketika

C.> 51,5 Hz Pemutusan seketika

Ramp Rate

Ramp Rate adalah suatu besaran yang membawa Turbin pada titik Ramp Rate adalah suatu besaran yang membawa Turbin pada titik

Temperatur Operasi, satuan 0C/Jam dengan berpatokan pada kenaikan Temperatur Operasi, satuan 0C/Jam dengan berpatokan pada kenaikan

First Stage Metal Turbine Temperature, tujuannya adalah menghindari First Stage Metal Turbine Temperature, tujuannya adalah menghindari

Thermal Stress pada Turbin.Thermal Stress pada Turbin.

Secara umum ramp rate juga dikenal dengan tingkat kecepatan Secara umum ramp rate juga dikenal dengan tingkat kecepatan

maksimum naik atau turunnya beban atau maksimum naik atau turunnya beban atau laju perubahan keluaran MW

generator terhadap waktu.

Ramp Rate

Ram p ra te unit pembangkit sangat dipengaruhi oleh jenis penggerak

mula dan energi primer PLTU batubara ∼ 8 MW/menit PLTGU gas-bumi ∼ 20 MW/menit PLTA ∼ 20 MW/menit

pengaturan frekuensi

Engineering