Perancangan Sistem Pengaturan Frekuensi Turbin-Generator Uap Menggunakan Model Predictive Control Pada Simulator

Transkripsi

1 ugas Akhir-E Perancangan Sistem Pengaturan Frekuensi urbin-generator Uap Menggunakan Model Predictive Control Pada Simulator PLU Disusun oleh Dhimas Satriya Wishnu Aji

2 LAAR BELAKANG Frekuensi merupakan parameter acuan kestabilan dari sistem pembangkit Perubahan beban menyebabkan terjadinya ketidakstabilan frekuensi pada sistem pembangkit Perancangan simulator PLU digunakan sebagai konsep pembelajaran dan penelitian untuk mengendalikan frekuensi pada turbin generator

3 PERMASALAHAN Perubahan kapasitas beban mempengaruhi perubahan torsi dan kecepatan berdampak pada ketidakstabilan sistem yang mengakibatkan fluktuasi pada frekuensi.

4 UJUAN Merancang simulator PLU Implementasi kontroler Model Predictive Control (MPC) untuk menjaga kestabilan sistem pada turbin generator Menjaga kestabilan turbin generator dengan mempertahankan nilai pada setpoint frekuensi

5 PRINSIP KERJA PLU Alur Sistem Kerja Pembangkit Listrik enaga Uap

6 PEMODELAN SIMULAOR PLU Perancangan Deaerator Perancangan Level Boiler Flow Steam G emperature Flow Steam G 2 G 12 Flow rate water G 22 G Level Feed Water G Level Perancangan Steam Drum dan Combustion Perancangan urbin Generator Frekuensi GAS Current in AKUAOR AIR Pressure Pressure FURNICE BOILER AKUAOR urbin Shaft Generator egangan COAL

7 PERANCANGAN KOMUNIKASI DAA HMI 2 HMI 3 HMI 1 OPC CLIEN OPC CLIEN OPC CLIEN Ethernet Communication OPC SERVER Virtual Plant Perancangan komunikasi data pada simulator turbin generator

8 PERANCANGAN HMI SIMULAOR PLU Perancangan HMI simulator PLU terdiri menjadi tiga bagian dari plant proses water treatment, combustion dan power distribution

9 URBIN SEAM Steam urbin jenis non-reheat Keterangan : MSV CV HP LP G = Main Stop Valve = Control valve = High Pressure = Low Pressure = Generator

10 PEMODELAN URBIN GENERAOR PLAN Keterangan : CCCC CCCC FF HHHH LLLL MM = ime constant dari volume main inlet dan steam chest = ime constant dari pipa crossover dan volume inlet = Fraction daya total yang dibangkitkan turbin dari HP = Fraction daya total yang dibangkitkan turbin LP = otal torsi turbin dalam daya maksimum turbin

11 PEMODELAN ORSI MEKANIK URBIN GENERAOR G J ω JG ωg GL L B BG urbin Generator Keterangan : = orsi urbin(nm) G = orsi Generator(Nm) J = Inersia urbin(kgm 2 ) J G = Inersia Generator(Kgm 2 ) B = Bumper urbin ω ω G G (s) (s) = G (s) = = J (J s (s) = 1 (J s G d ω dt (J s + B ) B G B + ( ) ω B ) ω (s) ( G (s) G (s) (s) ) L (s) )

12 OPEN LOOP SIMULAOR URBIN GENERAOR F urbin Generator

13 KONROLER PI SIMULAOR URBIN GENERAOR Parameter Kontroler PI Kp =1.019 Ki =0.28

14 MODEL PREDICIVE CONROL SIMULAOR URBIN GENERAOR Parameter Model Predictive Control Np =10 Nc = 4 Kx = [ ] Ky = [0.645]

15 PERANCANGAN KONROLER PI Frekuensi(Hz) Parameter kontroler PI respon setpoint ime(s)

16 PERANCANGAN KONROLER MPC 1. Mengubah model plant turbin generator kedalam kedalam bentuk persamaan berikut 2. Mengubah model plant turbin generator kedalam bentuk diskrit. Mencari Matriks Augmentasi untuk mendapatkan

17 PERANCANGAN KONROLER MPC 3. Menentukan Prediksi State dan Variabel Keluaran 4. Mencari Gain Kmpc dan Ky Dari persamaan diatas didapatkan nilai Kx dan Ky sebagai berikut Kx Ky = [ ] = [0.645]

18 Setting pada Wonderware Intouch KOMUNIKASI OPC

19 Setting pada OPC DataHub (Master) KOMUNIKASI OPC

20 IMPLEMENASI VIRUAL PLAN URBIN GENERAOR Frekuensi(Hz) respon setpoint ime(s) Pengujian beban minimum sebesar 20 MW dengan frekuensi sebesar Hz dengan nilai τ = 3.48 s.

21 IMPLEMENASI VIRUAL PLAN URBIN GENERAOR Frekuensi(Hz) respon setpoint ime(s) Pengujian beban minimum sebesar 30 MW dengan frekuensi sebesar Hz dengan nilai τ = 3.56 s.

22 IMPLEMENASI VIRUAL PLAN URBIN GENERAOR Frekuensi(Hz) respon setpoint ime(s) Pengujian beban minimum sebesar 40 MW dengan frekuensi sebesar 48.5 Hz dengan nilai τ = 3.83 s.

23 IMPLEMENASI VIRUAL PLAN URBIN GENERAOR Frekuensi(Hz) respon setpoint ime(s) Pengujian kontroler PI dengan beban nominal sebesar 30 MW dengan frekuensi sebesar 50 Hz dengan nilai τ = 3.42 s, settling time s = 9.84 dan rise time r = 10.06

24 IMPLEMENASI VIRUAL PLAN URBIN GENERAOR Frekuensi(Hz) respon setpoint ime(s) Pengujian kontroler MPC dengan beban nominal sebesar 30 MW dengan frekuensi sebesar 50 Hz dengan nilai τ = 2.02 s, settling time s = 6.01 dan rise time r = 5.94

25 PERBANDINGAN RESPON KONROLER PI DAN MPC Frekuensi respon PI setpoint respon MPC ime(s) Respon frekuensi menggunakan kontroler PI dan MPC Kontroler PI Frekuensi = 50 Hz τ = 3.42 s, settling time(s) = 9.84 rise time( r) = Kontroler MPC Frekuensi = 50 Hz τ = 2.02 s, settling time(s) = 6.01 rise time( r) = 5.94

26 IMPLEMENASI VIRUAL PLAN URBIN GENERAOR Frekuensi(Hz) respon setpoint ime(s) Pengujian diatas merupakan hasil respon dari turbin generator dengan pemberian gangguan berupa perubahan tekanan dari steam drum boiler. Perubahan masih dalam area yang diperbolehkan.

27 IMPLEMENASI SIMULAOR URBIN GENERAOR

28 IMPLEMENASI HMI URBIN GENERAOR Gambar diatas merupakan tampilan HMI dari turbin generator

29 KESIMPULAN Berdasarkan hasil simulasi, diketahui bahwa kontroler MPC dapat bekerja dengan baik untuk menjaga agar respon frekuensi tetap berada pada respon yang ditentukan 50 Hz. Penggunaan kontroler MPC memberikan respon yang lebih baik dalam mengkompensasi fluktuasi yang terjadi dibandingkan kontroler PI. Kontroler MPC mempunyai keunggulan untuk memprediksi sinyal kontrol untuk beberapa waktu kedepan, sehingga sinyal kontrol yang dihasilkan lebih cepat dan stabil. Pada pengujian simulator turbin-generator bekerja dengan beban 20MW, 30MW dan 40 MW dengan sudut pembebanan 0 0, 5 0, dan Parameter kontroler MPC didapatkan nilai yang tepat untuk plant turbin-generator adalah prediction horizon (Np)=10 dan control horizon (Nc) = 4.

30 ERIMA KASIH

31 OPEN LOOP SIMULAOR URBIN GENERAOR 314 if L ia orsi Lawan1 1 L 200 power factor1 power factor num(s) 0.267s if ransfer exciter Product 10 Kggl Ea s ransfer armature ia ia Va %beban beban max Beban Va Va 0 % to %1 Vf