6. Load Frequency Control Oleh :

PENGATURAN FREKUENSI TG – TB = I x d/dt … (1) Berdasarkan Hukum Newton, hubungan antara kopel mekanis penggerak generator dengan perputaran generator : TG – TB = I x d/dt … (1) Dimana : TG = Kopel penggerak generator TB = Kopel beban yang membebani generator I = Momen inersia dari generator beserta mesin penggeraknya = kecepatan sudut perputaran generator , = 2f f  = /2 …(2)  frekuensi secara mekanis dengan melihat persaman (1) dan (2) maka : TG – TB = ∆T < 0 , maka   < 0 frekuensi turun TG – TB = ∆T> 0 , maka    > 0  frekuensi naik

PENGATURAN FREKUENSI Generator Model  

KESETIMBANGAN PEMBANGKITAN-BEBAN Sesuai persamaan pada generator Model, maka perubahan kesetimbangan beban dengan pembangkit berpengaruh pada frekuensi sistem

KESETIMBANGAN PEMBANGKITAN-BEBAN

KESETIMBANGAN PEMBANGKITAN-BEBAN

PENGATURAN FREKUENSI Pengaturan frekuensi pada Sistem Tenaga Listrik Sistem tenaga listrik harus mampu menyediakan tenaga listrik bagi para pelanggan dengan frekuensi yang praktis konstan. Penyimpangan frekuensi dari nilai nominal harus selalu dalam batas toleransi yang diperbolehkan. Daya aktif mempunyai hubungan erat dengan nilai frekuensi dalam sistem, sedangkan beban sistem yang berupa daya aktif maupun daya reaktif selalu berubah sepanjang waktu.  Harus ada penyesuaian antara daya aktif yang dihasilkan dalam sistem pembangkitan dengan beban daya aktif. Penyesuaian daya aktif ini dilakukan dengan mengatur besarnya kopel penggerak generator

PENGATURAN FREKUENSI Mengapa perlu Frequency Control : Pengguna Peralatan di design dan dioptimasi pada frekuensi nominal Mempengaruhi efisiensi peralatan (motor dan peralatan bergerak lainnya) Mempengaruhi kualitas produk yang dihasilkan Network Peralatan dioptimasi pada 50 Hz; khususnya peralatan dengan belitan magnetik Mempengaruhi aliran daya di network Mempengaruhi stabilitas unit pembangkit

PENGATURAN FREKUENSI

Pelaksanaan Pengaturan Frekuensi Kondisi sistem normal: Pengaturan Daya Aktif Pembangkit Otomatis Pengaturan primer (Governor free, pembangkit merespon sendiri setiap perubahan) Pengaturan sekunder (LFC atau AGC) dari Control Center Manual oleh dispatcher : Menambah atau mengurangi MW keluaran pembangkit Perintah lisan dari pusat pengatur beban (control centre) Mengikuti rencana pembebanan pembangkit Bila frekuensi di luar rentang (50,0 ± 0,2) Hz

Pelaksanaan Pengaturan Frekuensi Kondisi Siaga & Gangguan: Pelepasan Beban (Load Shedding) Otomatic Load Shedding Manual Load Shedding

KONDISI OPERASI SISTEM NORMAL KONDISI SIAGA (ALERT) DARURAT/ GANGGUAN PEMULIHAN (RESTORATIF)

Pelaksanaan Pengaturan Frekuensi Hz 50,50 50,20 50,00 49,80 49,50 49,00 48,40 48,30 48,00 47,50 Tahapan frekuensi sistem Operasi normal, frekuensi 50 + 0,2 Hz Ekskursi, + 0,5 Hz, brown-out Df/dt + 1,25 Hz/s Load shedding tahap 4, 6, 7 (1959 MW) Df/dt + 0,84 Hz/s Load shedding tahap 6, 7 (1508 MW) 49,30 Load shedding skema A & B ( 250 MW - 500 MW) 49,10 Df/dt + 0,75 Hz/s Load shedding tahap 6, 7 (1508 MW) Load shedding tahap 1 s.d. 6 ( 2544 MW ) Load shedding tahap 7 ( 856 MW ) 48,30 Islanding Operation, mulai 48,30 - 48,00 Hz Host load unit-unit pembangkit

PENGATURAN FREKUENSI Regulasi primer (Governor Free) Merespon dengan cepat terjadinya generation-load mismatch Masih terdapat steady state error (deviasi frekuensi) sesuai karakteristik speed droop Mengakibatkan perubahan aliran daya Primary Regulation (Governor Free) adalah pengendali utama dan cepat bereaksi. Bertugas mengatasi dinamika beban suatu unit pembangkit dengan cepat. Bekerja secara lokal atas dasar penyim pangan Frekuensi system ( Df ).

PRIMARY REGULATION k = (1/s) * (Pnom/fo) DP = - k Df Dimana: k : Faktor partisipasi (MW/Hz) Pnom : Daya nominal unit (MW) fo : Frekuensi referensi (50 Hz) S : Speed droop DP = - k Df DP : Governor Action Df : Deviasi frekuensi (f – fo) (Hz)

PENGATURAN SEKUNDER LFC Definisi LFC LFC adalah suatu pengaturan frekuensi system tenaga listrik yang dikendalikan secara auto dari control center dengan cara menaik/menurunkan/mengatur keluaran daya aktif dari suatu Pembangkit melalui peralatan SCADA dengan tujuan mempertahankan frekuensi sistem optimal (50 Hz) Prinsip Mengirimkan sinyal “N Level” untuk kemudian dikonversikan oleh unit pembangkit menjadi “Pg” berdasarkan “Po” dan “Pr” setiap unit

PENGATURAN FREKUENSI Fungsi Regulasi sekunder (LFC) LFC adalah pengendali Frekuensi kedua, bereaksi lebih lambat dari Governor, tetapi lebih cepat dibandingkan Operator. LFC bertugas mengatasi variasi beban unit pembangkit dalam order 4 s/d 20 detik. LFC bekerja secara terpusat atas dasar deteksi akumulasi penyimpangan Frekuensi ( Df ) yang dipantau Control Center. LFC berfungsi pada saat system tenaga listrik kondisi normal. LFC berfungsi mengembalikan frekuensi ke nilai nominalnya

Kurva Reaksi Pengaturan Sekunder : Beban DP < 20s 1-2 menit Frek tamb regulasi sekunder Dw atau Df hanya regulasi primer tanpa regulasi Waktu

Dampak Pengaturan Pembangkit pada Profil Frekuensi Inertia & Damping Efek speed droop Secondary Control Primary Control Syarat ada cadangan putar ! 5 detik 20 detik 90 detik

Load Frequency Control Sejarah LFC di P3B Jawa Bali LFC pertama kali terpasang pada tahun 1987 ketika Java Control Centre selesai dibangun, dan unit pertama yang memasang sistem LFC adalah PLTA Saguling dengan kapasitas 4 x 180 MW Selanjutnya diikuti oleh unit PLTA Cirata dengan kapasitas 4 x 125 MW

Load Frequency Control Unit Pembangkit yang telah dipasang LFC Sistem 500kV PLTA Saguling (4 x 180 MW) PLTA Cirata (8 x 125 MW) PLTGU Gresik Blok 2 (Total blok 550 MW) PLTGU Gresik Blok 3 (Total blok 550 MW) PLTU Paiton (2 x 400 MW) PLTGU Grati (total blok 500 MW) PLTGU Muaratawar (400 MW) PLTU Suralaya ( 3 x 600 MW) Sistem 150kV PLTGU Muarakarang PLTU Muarakarang PLTGU Priok Blok 1, 2, dan 3 PLTU Tambak lorok PLTU Gresik PLTGU Gresik Blok PLTU Lontar

PENGATURAN FREKUENSI Pembagian Fungsi LFC Fungsi pengaturan Frekuensi system. Dalam fungsi ini LFC akan mengatur frekuensi sistem tenaga listrik dengan menaikkan dan menurunkan beban pembangkit berdasarkan perbedaan antara frekuensi sistem dengan frekuensi yang ditetapkan oleh operator master station di pusat pengatur beban. Bila frekuensi lebih rendah maka LFC akan memberi perintah menaikkan output pembangkit Fungsi pengaturan Beban Dalam fungsi ini LFC akan menaikkan output pembangkit berdasarkan perbedaan antar total pengukuran pembangkit dengan total perubahan beban konsumen. Fungsi Pengaturan Beban dan Frekuensi Fungsi ini merupakan gabungan dari fungsi pengaturan beban dan fungsi pengaturan frekuensi, untuk itu LFC akan menaikan atau menurunkan beban pembangkit berdasarkan beban dan frekuensi saat itu

PRINSIP LFC Pg = P’o + P’r.N Pg = Power output generator P’o = Power setter. P’r = + 50% Bandwidth power regulation N = Level ( - 1 s/d + 1 ) KDf Max P’r + P’o LFC BANDWIDH N POOP/Po PROP/Pr POAQ/P’o PRAQ/P’r Load frequency control N_Level Real power set point Maximum power variation set point Real power setting Maximum power variation setting From JCC From DCS P’r - Min KDf

PRINSIP LFC Daya keluaran pembangkit ber-LFC Pg = daya keluaran P0 = base point yang telah ditentukan Pr = paruh rentang regulasi LFC N = isyarat level LFC dari JCC -k f = penyederhanaan kerja pengaturan primer

LOGIC LFC

LOGIC LFC

SINYAL LFC Parameter Pengaturan Sekunder (LFC) yang dibutuhkan SCADA UNIT KIT N Level (RCA) AI AO Po (RCA) AI AO Pr (RCA) AI AO P’o (TM) AO AI UNIT P’r(TM) AO AI Pg (TM) JCC DCS AO AI RTU/ GATEWAY LFR (RCD) DI LFR (TSD) DO DI LFC (TSD) DO DI LFA (TSD) DO DI LFF (TSS) DO DI RTU / Faulty (TSS) DI DO

Aliran Sinyal Analog LFC (AI dan AO) LFC PROSES Aliran Sinyal Analog LFC (AI dan AO) Load Coordinator SCADA & Telekomunikasi DCS ITF RTU JCC Po 4 - 20 mA Po’ 4 - 20 mA Modem Pr 4 - 20 mA Pr’ 4 - 20 mA N 4 - 20 mA

Sinyal N Level Suatu besaran tertentu yang dihasilkan oleh komputer pada pusat kontrol. Berfungsi memberi komando ke Unit Pembangkit untuk menaik/merunkan beban. Makin banyak Unit yang ikut LFC, makin kecil perubahan N level. Dengan perubahan N level yang kecil, maka Frekuensi makin lebih stabil.

Jika disederhanakan maka nilai sesaat N : LOGIC LFC Isyarat kendali LFC N level oleh komputer di JCC dihitung dengan Jika disederhanakan maka nilai sesaat N : N value = ACE/ ∑ Pr

LOGIC LFC Area Control Error (ACE) ACE = > deviasi frekuensi (Hz) yang dikonversi menjadi selisih daya (MW) berdasarkan Bias/ Indeks Kekuatan Sistem (MW/Hz) dirumuskan : (jika hanya ada 1 pengatur frekuensi) (MW) B = Bias (Indeks Kekuatan Sistem) => MW/Hz

PERSYARATAN LFC Unit dalam kondisi baik . Unit tidak posisi “load limit” Unit harus pada “Coordinate Mode” Tidak terjadi Alarm LFC di MCP ( Main Control Panel ) RTU/Gateway dapat berkomunikasi dengan Control center “In Pool” Signal Po, Pr dikirim dari Control Center Signal P’o, P’r dikirim dari MCP. Tidak terjadi discrepancy yang besar antara Po-P’o dan Pr-P’r Signal N_Level dari Control Center tidak blok LFC Request (LFR) dari JCC “ON” LFC Switch ON dari Operator ( MCP )

SYARAT LFC Berdasarkan studi EDF Berdasarkan Grid Code LFC Bandwidth: 20% DMN untuk PLTA LFC Bandwidth: 10% DMN untuk PLTU dan PLTGU Availabilitas : 70% Kebutuhan LFC: 2.5% Beban Berdasarkan Grid Code Asumsi beban sistem 2014: 23.000 MW, kebutuhan LFC sistem: 575 MW

SYARAT LFC CONTROL BAND Catatan: Po Pr k Dfmax k Dfmin Catatan: Load limiter harus berada diluar control band ini Dalam control band ini, operasi unit harus memungkinkan tanpa intervensi manual

BANDWIDTH LFC SISTEM JAWA BALI

HIRARKI LFC COMPUTER JCC FREKUENSI SYSTEM OPERATOR (DISPATCHER) UNIT PEMB RTU COMPUTER RCC

HIRARKI LFC 150 KV 500 KV PLTU SRLYA PLTU GRSIK RCC RCC RCC PLTA CRATA FREKUENSI SYSTEM COMPUTER JCC OPERATOR (DISPATCHER) FRONT-END FRONT-END PLTU SRLYA PLTU GRSIK RCC RCC RCC 3 X 600 MW 2 X 600 MW PLTA CRATA PLTGU MTWAR PLTU MKRNG PLTU TLOROK UNIT 3 PLTU GRSIK BLOK 1 8 X 125 MW 1 X 400 MW 2 X 200 MW 1 X 200 MW 2 X 200 MW PLTA SGLNG PLTGU GRATI PLTGU MKRBR PLTGU TLOROK PLTU 1, 2 4 X 125 MW 1 X 500 MW 1 X 500 MW 2 X 500 MW PLTU PITON PLTGU PRIOK 150 KV 2 X 400 MW 500 KV 2 X 600 MW

Interaksi Control Center & Pembangkit (LFC System elenas) Frekuensi (Hz) Control Center LFC System (elenas) Nvalue Pembangkit Humans are fallible and errors are to be expected. High reliability organisation expects operators to make errors, therefore need to train operators to recognise their common mistake Po1, Pr1 Po2, Pr2 Po3, Pr3 ~ ~ ~ PG1 PG2 PG3 PG# = Po # + N.Pr #

~ ~ ~ Diagram Alir LFC PG1 = Po1 + N.Pr 1 PG2 = Po2 + N.Pr2 Control Center System Frequency (Hz) Freq. Reference (Hz) Freq Deviation (Hz) Bias (MW/Hz) A C E (MW) ∑ Pr (MW) N value = ACE/ ∑ Pr Humans are fallible and errors are to be expected. High reliability organisation expects operators to make errors, therefore need to train operators to recognise their common mistake Pembangkit PG1 = Po1 + N.Pr 1 PG2 = Po2 + N.Pr2 PG3 = Po3 + N.Pr 3 ~ ~ ~ PG1 PG2 PG3

~ ~ ~ Contoh Kasus LFC Po = 90 MW Pr = 20 MW Pmax = 120 MW Pmin = 60 MW ~ ~ ~ Frek (Hz) 1 2 3 Sistem Tenaga Listrik dengan regulasi sekunder 50 LFC …. ? 49.8 hanya regulasi primer Humans are fallible and errors are to be expected. High reliability organisation expects operators to make errors, therefore need to train operators to recognise their common mistake tanpa regulasi Waktu

~ ~ ~ Diagram Alir LFC (Contoh Kasus) PG1 = Po1 + N.Pr 1 Control Center 50.0 Hz System Frequency (Hz) 49.8 Hz Freq. Reference (Hz) Freq Deviation (Hz) 0.2 Hz = 50.0 – 49.8 200 MW/Hz Bias (MW/Hz) A C E (MW) 40 MW = 0.2 * 200 ∑ Pr (MW) 60 MW = 3*20 N value = ACE/ ∑ Pr 0.67 = 40/60 Humans are fallible and errors are to be expected. High reliability organisation expects operators to make errors, therefore need to train operators to recognise their common mistake 0.67 Pembangkit PG1 = Po1 + N.Pr 1 PG2 = Po2 + N.Pr2 PG3 = Po3 + N.Pr 3 103.33 MW = 90 + 0.67*20 103.33 MW = 90 + 0.67*20 103.33 MW = 90 + 0.67*20 ~ ~ ~ PG1 PG2 PG3

~ ~ ~ Interaksi Control Center & Pembangkit (AGC System siemens) Frekuensi (Hz) Control Center AGC System (siemens) Economic Dispatch P’G4 P’ G5 P’G6 Pembangkit Humans are fallible and errors are to be expected. High reliability organisation expects operators to make errors, therefore need to train operators to recognise their common mistake ~ ~ ~ PG4 PG5 PG6

HMI LFC untuk engineer SCADA di JCC

HMI LFC untuk dispatcher di JCC

UNIT CONNECT TO THE NETWORK LFC ADAPTATION DI DCS DCS SCADA - + RTU / GATEWAY N Po LFC On / Off P’o Pr P’r Actual Power D P > Max P Min Setter GOVERNOR MOTOR ALARM ANALOG, MEMORY 50 Hz Ref Freq. System LFC Req On / Off LFC On / Off Switch LFC Req LFC Ava / N Ava LFC Fail LFC Desk Faulty LFC AVA Yes/No RTU Fail WD LIMITER PULSE GENERATOR FUNCTION THRESHOLD 2 1 DEAD BAND P LOAD LIMITER GOVERNOR NOR Time Relay UNIT CONNECT TO THE NETWORK AND Pr SETTER Po SETTER P Max Setter < Min POWER TURBIN NO P’o + P’r.N + KDF P’o + P’r.N 1=Governor Mode 2=Load Limit Mode

LFC ADAPTATION DI DCS

LFC ADAPTATION DI DCS

LFC HARDWARE (UNIT KONVENSIONAL) Interface Control Cubicle Contoh LFC : Muara Karang PLTU 4, 5 Tambak Lorok PLTU 3 Gresik Lama PLTU 3, 4 Operator Plate JCC RTU Relay Transducer Panel MCP ICC Interface Control Cubicle ( Micro-Z ) ( Interface Tambahan ) Relay Panel Catu Daya 48 vDC

Panel LFC di Pembangkit (Konvensional) MCP Muarakarang Unit 4 / 5 Panel Plate Power Factor Meter

Operator Panel LFC (konvensional)

Contoh HMI LFC di DCS

Contoh HMI LFC di DCS

Contoh HMI LFC di DCS

DASAR HUKUM Sesuai Peraturan Menteri ESDM No. 03 Tahun 2007 tentang “Aturan Jaringan Sistem Tenaga Listrik Jawa Bali” CC. 3.2 Persyaratan Unit Pembangkit, dimana setiap pembangkit harus dilengkapi dengan fungsi pengaturan primer (Free Governor) dan sekunder (AGC atau LFC) CCA2 : Tabel A.21 : Daftar Sinyal, yakni sinyal yang harus dikirim atau diterima antara pembangkit dengan pusat pengatur beban