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.
Kesetimbangan beban dan pembangkitan
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.
Kesetimbangan beban dan pembangkitan
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.
Speed Regulation (Droop)
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
Speed Regulation (Droop)
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
Speed Regulation (Droop)
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)
Kelu
aran
Gen
erat
or (
MW
)
43 MW
Jika Frekuensi Naik50,5 Hz
Speed Regulation (Droop)
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)
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