STUDI PEMODELAN PENGATURAN FREKUENSI UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MINI HIDRO

STUDI PEMODELAN PENGATURAN FREKUENSI UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MINI HIDRO

M. Ikbal / 13204230 Program Studi Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika

Institut Teknologi Bandung

mail4ikbal@yahoo.com

ABSTRAK

Tugas akhir ini berisi tentang pemodelan pengaturan frekuensi untuk sistem pembangkit listrik tenaga mini hidro yang tidak terhubung ke jaringan utility (off grid). Pada umumnya sistem hidro skala kecil yang ada, menggunakan load controller dengan dump load sebagai sistem load management untuk menjaga kestabilan frekuensi keluaran. Skema sistem yang dikembangkan bertujuan untuk menjaga frekuensi keluaran sistem tetap stabil dan meniadakan fungsi dump load yang membuang energi. Input sistem dikontrol dengan dua katup, yaitu katup switch ON/OFF dan katup yang dikontrol oleh motor servo. Ditentukan juga fungsi transfer dari model sistem untuk memperoleh respon transien sistem untuk berbagai kondisi kebutuhan daya yang dimodelkan menggunakan software Matlab-Simulink.

I. PENDAHULUAN

Kebutuhan

energi sebagai penggerak kehidupan semakin lama semakin meningkat. Hal ini didorong oleh lonjakan jumlah populasi manusia terutama di negara berkembang dan negara industri baru. Sumber energi utama saat ini adalah energi fosil yang cadangannya pun semakin lama semakin menurun. Terlebih lagi dampak buruk akibat penggunaan energi ini berupa gas-gas yang dapat merusak lingkungan, salah satu nya CO2, gas

penyebab rumah kaca (greenhouse effect).

Pada tugas akhir ini dilakukan analisis unjuk kerja sistem pembangkit listrik tenaga mini hidro yang menggunakan teknik alternatif pengaturan frekuensi tanpa menggunakan dump

load sebagai load management.

II. TEORI DASAR

II.1 Kontrol Frekuensi Beban Otomatis Untuk Area Tunggal

Prinsip dasar dari penggunaan kontrol frekuensi beban otomatis (Automatic Load Frequency Control) adalah mempertahankan kestabilan daya keluaran dari generator dan menjaga frekuensi tetap pada nilai nominalnya.

Automatic Load Frequency Control (ALFC) akan

mengontrol parameter frekuensi selama terjadi

perubahan yang kecil di dalam sistem [5]. Jika terjadi perubahan besar maka dibutuhkan kontrol darurat yang bereaksi jika terjadi perubahan besar daya dari sisi beban.

Analisis yang dilakukan adalah analisis sinyal kecil, yaitu analisis yang digunakan ketika perubahan variabel sistem relatif kecil dari nilai nominal. Dalam analisis ini digunakan simbol ∆f, dan ∆P, untuk menyatakan perubahan frekuensi, dan daya.

II.1.1 Sistem Governing Kecepatan

Daya nyata pada sistem tenaga diatur dengan mengontrol torka pada turbin sistem. Dengan mengontrol posisi katup, XE, maka dapat

diatur jumlah bahan bakar yang masuk ke sistem. Perubahan XE ini sebanding dengan perubahan

daya yang melewati katup, ∆PV dan sebanding

dengan perubahan daya yang melewati turbin, ∆PT.

Gaya mekanik besar yang dibutuhkan untuk mengontrol posisi katup, diperoleh dengan mendesain penguat hidrolik dalam beberapa tingkatan. Input dari penguat ini disimbolkan dengan XD, katup pilot dan outputnya disimbolkan

dengan XE, piston utama. Gambar berikut

merupakan skema kontrol utama dari sistem

governing kecepatan,

Gambar 1. Kontrol Utama dari Sistem Governing Kecepatan

Perubahan posisi titik hubung A, B, C, D, dan E pada gambar diatas sebanding dengan peningkatan daya. Perpindahan diasumsikan positif untuk searah

dengan arah tanda panah. Keluaran governor, ∆Pg

diukur berdasarkan perubahan posisi ∆XC.

Pada gambar juga tampak governor memiliki dua input, yaitu,

• Perubahan ∆Pref sebagai referensi daya.

• Perubahan ∆f sebagai perubahan kecepatan putar generator yang diukur sebagai ∆XB.

Peningkatan pada ∆Pg menyebabkan peningkatan

pada ∆Pref dan penurunan pada ∆f. Dapat ditulis

dalam persamaan sebagai berikut [5],

ref 1 P g P f R ∆ = ∆ − ∆ ....(1)

dengan konstanta R adalah regulasi atau drop yang berdimensi hertz

megawatt jika sistem dalam ukuran megawatt. Dalam transformasi laplace diperoleh,

( )

Pref

( )

1

( )

g

P s s f s

R

∆ = ∆ − ∆ ....(2)

II.1.2 Katup Hidrolik

Katup aktuator dengan input ∆XD

sebanding dengan ∆Pg dan berbanding terbalik

dengan ∆PV. Sehingga jika ∆Pg dan ∆PV sama,

maka ∆XD akan sama dengan nol, dengan

persamaan,

D g V

X P P

∆ = ∆ − ∆ ....(3)

dengan ∆PV adalah perubahan daya pada katup.

Untuk perubahan kecil ∆XD, laju aliran

bahan bakar sebanding dengan perubahan posisi ∆XD dari katup pilot. Sehingga diperoleh

persamaan,

V H D

P k X dt

∆ =

∫

∆ ....(4)

konstanta kH tergantung dari geometri silinder dan

tekanan fluida bahan bakar.

Dengan mengeliminasi ∆XD dan dilakukan

transformasi laplace diperoleh fungsi transfer aktuator, yaitu

( )

1 1 V H g H P G s P sT ∆ = = ∆ + ....(5) dengan konstanta waktu hidrolik adalah H 1

H

T k

=

II.1.3 Respon Turbin dan Generator

Pada keadaan tunak, perubahan daya turbin, ∆PT dijaga seimbang dengan perubahan

daya mekanik celah udara, ∆PG, sehingga

menghasilkan kecepatan dan frekuensi yang konstan. Perubahan daya pada turbin, ∆PT

tergantung dari perubahan daya pada katup bahan bakar ∆PV dan respon karakteristik turbin. Model

dinamik turbin dapat diformulasikan dengan fungsi transfer sebagai berikut,

T T V P G P ∆ = ∆ ....(6)

Nilai GT tergantung jenis turbinnya dan pada tugas

akhir ini turbin yang dimodelkan adalah turbin air yang akan dijelaskan lebih lanjut pada III.2.2.

Dari fungsi transfer diatas diperoleh diagram blok kontrol utama dari sistem governing kecepatan pada gambar 1. tanpa respon dari sistem tenaga yaitu, ∆PG ∆Pref 1 R ∆F H G ∆ GT V P _{∆ ∆} T G P - P ∆PT

Governor Hydraulics Turbin ∆P = PD ∆ G

Gambar 2. Diagram Blok Kontrol Utama Sistem Governing Kecepatan

II.1.4 Konstanta Sistem Tenaga

Konstanta ini menggambarkan hubungan antara perubahan daya turbin dan perubahan frekuensi. Untuk itu dilakukan beberapa ketetapan, yaitu [5]:

• Jika sistem beroperasi pada keadaan

normal, berlaku

persamaan 0 0

G D

P =P +lossesdan

frekuensi nominal adalah f0. Semua komponen yang berputar di repesentasikan dengan energi kinetik, Wkin = Wkin0.

• Jika terjadi peningkatan beban, ∆PD, maka

sistem akan meningkatkan output, ∆PG

untuk mencapai persamaan ∆PG = ∆PD.

• Energi kinetik sistem sebanding dengan kuadrat frekuensi, baik pada keadaan normal, frekuensi f0, dan keadaan gangguan, frekuensi f. 2 0 0 kin kin f W W f   =     ….(7) • Beban sebelum gangguan memiliki

ketergantungan frekuensi dengan persamaan, ∂ = ∂ D P D f ……(8)

Keseimbangan terjadi jika peningkatan daya turbin sama dengan jumlah beban sebelum dan setelah gangguan serta laju perubahan energi kinetik. Dapat dijelaskan dengan persamaan,

kin T D dW P P D f dt ∆ = ∆ + + ∆ ....(9) dengan 0 f = f + ∆f

Jika ∆f relatif kecil dibanding f0, maka persamaan (7) menjadi, kin

W

= 0 0 1 2 kin f W f  _∆  +    ....(10)

Lalu persamaan (10) disubtitusi ke persamaan (9) sehingga diperoleh, 0 2 kin T D W d f P P D f dt f − ∆ ∆ ∆ = + ∆ MW....(11)

dengan membagi persamaan (11) dengan rating generator PR , yaitu konstanta inersia,

0 P kin R W H .

Diperoleh persamaan (11) menjadi,

0 2 T D H d f P P D f dt f − ∆ ∆ ∆ = + ∆ pu….(12)

Persamaan diatas menjadi dalam per unit dengan basis PR , dan D dalam per unit per hertz serta nilai

H berada pada selang 2-8 sekon.

Persamaan (12) dapat ditulis sebagai berikut,

0 0 0 2 T D d f f P P H Df dt f f − _∆  _∆  ∆ ∆ =  +       pu MW..(13)

kemudian dilakukan transformasi laplace, sehingga,

( )

( )

0 2H s f s D f s f = ∆ + ∆ ….(14)

Persamaan diatas dapat ditulis menjadi,

( )

P

( )

T

( )

D

( )

f s G s P s P s ∆ = _∆ − ∆ _….(15) dengan

( )

1 P P P K G s sT + dan 0 2 P H T f D, 1 P K D

Dari persamaan-persamaan fungsi transfer diatas diperoleh diagram blok fungsi transfer sistem sebagai berikut,

Gambar 3. Diagram Blok Kontrol Frekuensi Beban Otomatis Area Tunggal

III. TEKNIK ALTERNATIF

PENGENDALIAN FREKUENSI III.1 Skema dan Deskripsi Kerja Sistem

Sistem yang dianalisis terdiri dari dua buah katup yang mengatur debit aliran air dari bak pengendap sebelum masuk ke pipa pesat. Secara ringkas teknik kontrol alternatif ini mengatur aliran air yang menggerakkan turbin dan selanjutnya generator.

Deskripsi Kerja

Pada sistem ini, debit aliran air sebelum masuk ke pipa pesat diatur menjadi dua bagian pipa, debit air pada pipa pertama diatur dengan sebuah katup ON/OFF yang mengatur setengah dari sumber energi potensial air yang digunakan sebagai pembangkitan. Pengaturan laju aliran air pada pipa kedua menggunakan motor servo DC sebagai pengontrol katup.

Diagram sistem tampak pada gambar berikut,

Gambar 4. Skema Sistem Alternatif Kecepatan aliran dari kedua pipa dikontrol secara kontinyu dengan mengatur sinyal input berupa perubahan frekuensi sistem. Katup pipa pertama diasumsikan selalu terbuka penuh atau tertutup penuh tergantung pada kondisi beban sistem. Jika beban pada suatu waktu lebih kecil dari setengah (50%) beban maksimum, katup ON/OFF akan menutup, lalu motor servo akan mengatur katup kedua untuk menjaga frekuensi yang dihasilkan konstan terhadap perubahan beban sistem.

III.2 Model Dinamik Sistem

Model dinamik sistem diartikan sebagai

hubungan matematik yang menghubungkan keluaran sistem dengan masukannya.

III.2.1 Turbin Air

Turbin air berfungsi sebagai penggerak

mula dan mengubah daya jatuh air (energi potensial) menjadi daya putar. Aliran air menekan sudu-sudu gerak dari turbin menyebabkan gaya pada tiap sudu-sudu gerak yang menimbulkan torka pada turbin. Kecepatan aliran air pada sudu penggerak tergantung tinggi jatuh efektif dari air, dengan persamaan sebagai berikut,

.

a s

V =k H….(16) dengan Va = Kecepatan aliran air (m/s)

s

k = Konstanta saluran

H = Tinggi jatuh efektif air (m) P P K 1 + sT 1 R

Tekanan rata-rata dari air yang mengalir ke sudu penggerak dapat ditulis sebagai berikut,

2

a

P=ρV ….(17) dengan ρ = massa jenis air (kg/m3)

Sehingga tekanan rata-rata adalah sebagai berikut,

2 2

s

P=ρk H ….(18)

Gaya yang bekerja pada sudu-sudu gerak turbin adalah sebanding dengan tekanan air yang mengenai sudu dengan arah tegak lurus. Arah air yang mengenai sudu diatur oleh sudu pengarah yang membentuk sudut sebesar γ terhadap sudu gerak. Oleh karena itu besarnya tekanan air yang tegak lurus terhadap sudu gerak adalah,

sin t

P =P γ ….(19)

dengan γ = sudut kemiringan dari sudu terhadap sumbu vertikal.

Gaya yang bekerja pada sudu-sudu turbin adalah,

t t loss

F =NP A−F ….(20) dengan N = jumlah sudu

Pt = Tekanan rata-rata yang tegak

lurus sudu A = Luas tiap sudu

Floss = Total gaya yang hilang akibat

gesekan, dan turbulensi atau

2

sin

t s loss

F =NA k Hρ γ −F ….(21)

Untuk perubahan γ yang kecil dan menganggap proses aliran air pada kondisi ideal, maka hubungan Ft dengan γ dapat dianggap linier

yaitu,

.

t f

F =k γ ….(22) dengan kf= NA k Hρ s 2 (konstanta turbin)

Sudut pengendali θ dengan sumbu tegak lurus sudu turbin (arah tangensial putaran turbin) berbanding lurus dengan sudut sudu turbin yaitu,

. t

k

γ = θ….(23) dengan

k

t= konstanta turbin

Dari persamaan (22) dan (23) diperoleh persamaan baru, yaitu,

. .

t f t

F =k kθ….(24)

Jika jari-jari rata-rata dari turbin adalah Rt,

maka torka yang dihasilkan turbin dapat ditulis sebagai, . T R Ft t τ = ….(25) . . . T R k kt t f τ = θ….(26)

Dalam bentuk transformasi laplace,

hubungan τT dengan θ dapat dituliskan sebagai,

( )

.

( )

T s kr s

τ = θ ….(27) dengan

k

r =

R k k

t

. .

t f (konstanta torka turbin)

(

1 0, 51

)

t t f sT R sT k k ω ω − = + maka r

k

=

(

1 0,51

)

sT sT ω ω − + ….(28) sehingga

( )

( ) (

1 0, 51

)

T s _sT s sT ω ω τ θ − = + ….(29)

III.2.2 Kontrol Katup dengan Motor Servo

Pada

sistem kontrol frekuensi ini digunakan motor servo DC pengaturan jangkar untuk mengontrol kecepatan aliran air. Pengontrolan ini dilakukan dengan mengatur posisi katup.

Fungsi transfer motor servo DC adalah sebagai berikut [6],

( )

( )

2

(

)

a a a a a b s K E s s L Js L b R J s R b KK θ ₌  + + + +   

dengan Ra adalah resistansi jangkar (armature), La

adalah induktansi jangkar, Ө adalah sudut perpindahan (displacement angel) shaft motor, J adalah momen inersia motor, b adalah koefisien gesekan motor dan beban (Nm/rad/s), K adalah perbandingan kecepatan sudut dan konstanta tegangan (rpm/voltage), Kb adalah konstanta.

Skema kontrol katup dengan motor servo dan fungsi transfernya adalah sebagai berikut,

Gambar 5. Skema Kontrol Katup dengan Motor Servo

Jika La diabaikan (karena sangat kecil), maka

fungsi transfernya menjadi :

( )

( )

(

1

)

v a v s K E s s sT θ ₌ + ….(30) dengan v a b K K R b KK = + a v a b R J T R b KK = +

III.3 Diagram Blok dan Fungsi Transfer Sistem Diagram blok sistem alternatif ini adalah

adaptasi dari diagram blok kontrol frekuensi beban otomatis untuk area tunggal yang dijelaskan pada II.1 dengan memperhitungkan fungsi transfer motor

servo, turbin, dan delay waktu dari unit monitoring

frekuensi.

Waktu tunda untuk pengukuran perubahan frekuensi hingga motor servo bekerja dapat

direpresentasikan dengan fungsi transfer sebagai berikut, 1 M dt M K G sT = + ….(31) dengan Gdt = Fungsi transfer waktu tunda

KM= Konstanta gain pengukuran

TM = Waktu tunda pengukuran

Fungsi transfer sistem keseluruhan dalam bentuk diagram blok adalah sebagai berikut,

Gambar 6. Diagram Blok Sistem Alternatif Pengendalian Frekuensi

Keterangan simbol :

∆PL = Perubahan kebutuhan daya beban

∆PG = Perubahan pembangkitan

∆F = Deviasi frekuensi

KP = Konstanta gain sistem tenaga

KPS = Konstanta kontroller proporsional

KIS = Konstanta kontroller integral

KG = Konstanta kontroller katup on/off

KM = Konstanta gain pengukuran

KV = Konstanta gain sistem servo

TP = Konstanta waktu sistem tenaga

TM = Konstanta waktu tunda

TV = Konstanta waktu sistem servo

Tω = Konstanta waktu air penstock

∆XS = Perubahan posisi katup motor

∆XON/OFF = Perubahan posisi katup on/off

III.4 Diagram Alir Pengendalian

Dikembangkan skenario sebagai berikut, 0

L

P =Kebutuhan daya beban awal, sebelum gangguan

L

P

∆ = Perubahan kebutuhan daya beban

max

, L

P =Maksimum pembeban pada sistem
Kondisi satu :

Pada kondisi ini hanya motor servo yang bekerja mengontrol kestabilan frekuensi dengan mengatur katup dalam rentang maksimum dan minimum. Posisi katup yang direpresentasikan dengan limiter B pada transfer fungsi sistem.

Gambar 7. Diagram Alir Pengendalian Frekuensi Kodisi Satu
Kondisi dua : 0 max 0,5 , L L P > P lalu terjadi perubahan kebutuhan beban sehingga kondisi menjadi 0

max

0<PL + ∆ ≤PL 0,5PL, .

Kondisi ini artinya terjadi pengurangan beban (∆PLnegatif). Dengan kondisi awal katup ON/OFF terbuka karena 0

max

0,5 ,

L L

P > P , lalu katup ON/OFF akan tertutup sepenuhnya untuk mengimbangi kenaikan frekuensi. Pada saat yang sama akan terjadi penurunan frekuensi sistem karena daya pembangkitan berkurang setengah daya nominal. Lalu motor servo akan membuka katup untuk meningkatkan debit air agar daya yang dibangkitkan bertambah hingga deviasi frekuensi sama dengan nol.

S ?PL(s) S _ ω ω 1-sT 1+0,5 sT M M K 1+ sT V V K 1+sT S + _ KPS P P K 1+sT IS K s −KG s _ ( ) ∆X sS ( ) ∆P sG ∆_{F s}( ) + + + S ( )ON/OFF ∆X s Limiter B Limiter A + 0 0 < PL+∆PL≤0,5PL,max + 0 0,5PL,max < PL ∆PL≤PL, max dan Lakukan pengontrolan debit air dengan mengatur katup yang dikontrol Motor

Servo

Apakah terjadi perubahan frekuensi di sistem? Lakukan Monitoring Frekuensi Ya Tidak Tidak Apakah deviasi frekuensi sistem = 0 ? Ya

Gambar 8. Diagram Alir Pengendalian Frekuensi Kodisi Dua
Kondisi tiga : 0 max 0, 5 , L L P < P lalu terjadi perubahan kebutuhan beban sehingga kondisi menjadi 0

max

0,5 ,

L L L

P + ∆ >P P .

Kondisi ini mengindikasikan terjadi penambahan beban (∆PLpositif). Aksi yang akan dilakukan adalah katup ON/OFF akan terbuka sepenuhnya untuk mengimbangi penurunan frekuensi. Pada saat yang sama akan terjadi kenaikkan frekuensi sistem karena daya pembangkitan lebih besar dari kebutuhan beban. Lalu motor servo akan menutup katup untuk mengurangi debit air agar daya yang dibangkitkan berkurang sehingga deviasi frekuensi sistem sama dengan nol.

Gambar 9. Diagram Alir Pengendalian Frekuensi Kodisi Tiga

IV. SIMULASI DAN ANALISIS

Sebelum melakukan analisis transien dengan Simulink, ditetapkan rating sistem yang akan di uji. Rating sistem tersebut adalah sebagai berikut,

Kapasitas, PR = 1200 kW....(basis)

Maksimum pembebanan, PL,max = 1000 kW

Frekuensi nominal, f 0 = 50 Hz Konstanta inersia generator, H = 5 s Deviasi frekuensi = ±5% = 2,5 Hz Konstanta waktu, TM = 0,02 s TV = 0,1 s Tω = 1 s Konstanta gain, KM = 0,004 ; KV = 2,5 ; KIS = 0,4 ; KPS = 8,52 > 0 PL 0,5PL, max + 0 0 < PL ∆PL 0,5PL, max≤

Katup ON/OFF menutup penuh Apakah terjadi perubahan

frekuensi di sistem? Lakukan Monitoring Frekuensi Ya Tidak Tidak

Apakah deviasi frekuensi sistem = 0 ? Ya

Kondisi yang terjadi adalah pengurangan beban

Apakah deviasi frekuensi sistem = 0 ?

Tidak

Ya Naikkan debit air dengan

mengatur katup yang dikontrol Motor Servo < 0 PL 0,5PL, max + 0 PL ∆PL > 0,5PL,max

IV.1 Hasil Simulasi

Simulasi sistem dibagi dalam tiga kondisi, antara lain,
Kondisi satu, 0 max 0<PL + ∆ ≤PL 0,5PL, dan 0 max max 0, 5PL, <PL + ∆ ≤PL PL, Beban nominal

P

L0= 900 kW 0 0 L R P D f P = = 900 50 1200× = 0,015 pu/ Hz 1 P K D = = 1 0, 015= 66,67 Hz/pu 0 2 P H T f D = = 2 5 50 0, 015 × × = 13,33 s

Kondisi awal katup ON/ OFF = 500 kW = 0,4167 pu, Kondisi awal katup motor servo = 400 kW = 0,333 pu, Rentang operasi limiter A (ON/OFF) = -500 hingga 0 kW = -0,4167 hingga 0 pu, Rentang operasi limiter B (motor servo) = 100 hingga -400 kW = 0,0833 hingga 0,333 pu

Respon transien perubahan frekuensi (∆F) pada sumbu Y terhadap waktu (sekon) pada sumbu X untuk kondisi ini jika terjadi penambahan dan pengurangan beban sebesar 100 kW dan 101 kW adalah,

Gambar 10. Respon Sistem Kondisi Satu Pada 100kW dan -101kW

L P ∆ = +

Pada grafik dan tabel diatas terlihat sistem kontrol ini efektif jika terjadi penambahan dan pengurangan beban maksimal 100 kW pada kondisi satu. Pada pengurangan beban lebih dari 100 kW puncak deviasi frekuensi masih berada dalam batas yang dibolehkan tetapi sistem kontrol tidak mampu mengembalikan nilai frekuensi ke nilai nominal.
Kondisi dua, 0

max

0,5 ,

L L

P > P lalu terjadi perubahan kebutuhan beban sehingga kondisi menjadi 0 max 0<PL + ∆ ≤PL 0,5PL, . Beban nominal 0 L P = 520 kW 0 0 PL D f PR = = 520 50 1200× = 0,00867 pu/ Hz 1 P K D = = 1 0, 015= 115,38 Hz/pu 0 2 P H T f D = = 2 5 50 0,00867 × × = 23,076 s.

Kondisi awal katup ON/ OFF = 500 kW = 0,4167 pu, Kondisi awal katup motor servo = 20 kW = 0,0167 pu, Rentang operasi limiter A (ON/OFF) = -500 hingga 0 kW = -0,4167 hingga 0 pu, Rentang operasi limiter B (motor servo) = -20 hingga 480 kW = -0,0167 hingga 0,4 pu

Pada grafik dibawah terlihat sistem kontrol ini efektif jika terjadi pengurangan beban maksimal 150 kW pada kondisi dua. Diberikan gambar perubahan frekuensi pada dua keadaan perubahan beban.

Respon transien perubahan frekuensi (∆F) pada sumbu Y terhadap waktu (sekon) pada sumbu X untuk kondisi ini jika terjadi pengurangan beban sebesar 30 kW (0,025 pu) dan 150 kW (0,125 pu) adalah,

Gambar 11 Respon Transien Sistem Kondisi Dua Pada ∆ =PL -30 dan -150 kW
Kondisi tiga, 0 max 0, 5 , L L P < P lalu terjadi perubahan kebutuhan beban sehingga kondisi menjadi 0 max 0,5 , L L L P + ∆ >P P Beban nominal 0 L P = 480 kW 0 0 L R P D f P = = 480 50 1200× = 0,008 pu/ Hz 1 P K D = = 1 0, 008= 125 Hz/pu 0 2 P H T f D = = 2 5 50 0,008 × × = 25 s

Kondisi awal katup ON/ OFF = 0 kW = 0 pu ,Kondisi awal katup motor servo = 480 kW = 0,4 pu, Rentang operasi limiter A (ON/OFF) = 0 hingga 500 kW = 0 hingga 0,4167 pu, Rentang operasi limiter B (motor servo) = -480 hingga 20 kW = -0,4 hingga 0,0167 pu.

Pada grafik dibawah terlihat sistem kontrol ini efektif jika terjadi penambahan beban maksimal 150 kW pada kondisi tiga. Diberikan grafik perubahan frekuensi pada dua keadaan penambahan beban.

Respon transien perubahan frekuensi (∆F) pada sumbu Y terhadap waktu (sekon) pada sumbu X untuk kondisi ini jika terjadi penambahan beban sebesar 30 kW (0,025 pu) dan 150 kW (0,125 pu) adalah,

Gambar 12. Respon Transien Sistem Kondisi Tiga Pada ∆ = +PL 30 dan +150 kW

Simulasi perubahan gain integrator

Untuk melihat pengaruh gain integrator di ambil kondisi dua pada saat pengurangan beban sebesar 30 kW dengan semua parameter tetap kecuali nilai KIS, yaitu dengan besar 0,2 dan 0,4.

Hasilnya adalah sebagai berikut,

Gambar 13. Pengaruh Perubahan Gain Integrator Simulasi perubahan gain proporsional

Untuk melihat pengaruh gain proporsional di ambil kondisi dua pada saat pengurangan beban sebesar 30 kW dengan semua parameter tetap

kecuali nilai KPS, yaitu pada saat 7,52 dan 8,52.

Hasilnya adalah sebagai berikut,

Gambar 14. Pengaruh Perubahan Gain Proporsional Pada grafik diatas terlihat peningkatan KIS

menyebabkan penurunan nilai puncak negatif, tetapi sistem lebih cepat mencapai keadaan tunak. Sedangkan Peningkatan KPS menyebabkan

penurunan nilai puncak positif, tetapi membuat sistem lebih berosilasi.

V. KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan

Dari tugas akhir ini dapat ditarik sejumlah kesimpulan:

• Sistem kontrol frekuensi alternatif ini cocok dan efektif untuk meminimalkan deviasi frekuensi sistem mini hidro isolated.

• Peningkatan nilai KIS menyebabkan

penurunan nilai puncak negatif dan sistem lebih cepat mencapai keadaan tunak.

• Peningkatan nilai KPS menyebabkan

penurunan nilai puncak positif dan membuat sistem lebih berosilasi. • Pengendali Proporsional dan

Integral (PI) berguna agar error

pada keadaan tunak sama dengan nol (∆F=0).

V.2 Saran

• Perlu diteliti lebih lanjut mengenai teknik pengontrolan yang lebih efektif serta implementasi rangkaian kontrol sistem.

• Penerapan lebih lanjut sistem kontrol ini pada sistem dengan kapasitas daya berbeda perlu diteliti.

VI. DAFTAR PUSTAKA

[1] R. Boy Latif. Sistem Kontrol Otomatik

Frekuensi Generator Turbin Mikro Hidro.

Tugas Akhir. Program Studi Teknik Elektro. ITB. 1985.

[2] Suharsono. Perancangan dan Pembuatan Prototipe Alat Pengatur

Putaran Penggerak Mula dengan

Karakteristik Governor. Tugas

Akhir.Program Studi Teknik Elektro. ITB. 1986.

[3] Mukmin W. Atmopawiro. PLTM Curug

Malela, Studi Kelayakan. Pusat Studi

Mikrohidro ITB, Bandung. 2007.

[4] A.Harvey,A.Brown, P.Hettiararchi, A.Inversin. Micro Hydro Design Manual:

A Guide to Small Scale WaterPower

Schemes, Intermediate

TechnologyPublications,London.1993. [5] Olle.l.Elgerd. Electric Energy System

Theory An Introduction, McGrawHill

Publications, New York.1983.

[6] Doolla, S, et al., Automatic generation

Control of an Isolated Small Hydro Power Plant. Electric Power System Research.

2006,

[7] Balok Hariadi. Studi Pengendali Tegangan

dan Frekuensi Pembangkit Listrik Tenaga Air dengan menggunakan Metoda PID Swatala. Tesis. Program Studi Teknik

Elektro. ITB. 1994.

[8] Katsuhiko, Ogata. Modern Control Engineering, 3th edition. Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, USA. 1997.

[9] John.S, Gulliver et al. HydroPower

Engineering Handbook. Mc Graw Hill,