Sistem Eksitasi Generator Sinkron – Part IX (end)

AVR akan bekerja dalam performa maksimum (fully controlled) apabila berada pada mode automatic (auto). Pada mode ini, pada umumnya terdapat 3 sub-mode yang seringkali diterapkan pada suatu AVR, sebagaimana dijelaskan di akhir chapter 8. Kinerja dari ketiga sub-mode tersebut akan ditunjukkan oleh gambar 19 yang merupakan modifikasi dari gambar 18.

Karena mode auto cukup rumit, maka pada modulnya ditandai dengan 4 nodus. Pada gambar 19 ditunjukkan bahwa perbedaan ketiga sub-mode kontrol adalah pada penentuan nilai setpoint (nodus 1). Setelah menentukan setpoint, maka modul limiter dan modul-modul lain yang bekerja adalah sama. Maka pada bahasan selanjutnya, V-controller akan dibahas lebih banyak sedang Q dan PF-controller akan dibahas dengan porsi yang lebih sedikit.

 

Gambar 19. 3 Sub-mode Controller

Sub-mode Voltage Controller (V-Controller)

 Apabila sebuah AVR dipilih dalam mode AUTO, maka secara tidak langsung AVR akan bekerja sebagai Voltage Controller. V-controller  adalah mode default  dari sebuah AVR apabila diset pada mode AUTO. Nilai setpoint tegangan bisa didapat dari 3 sumber, yaitu:

-       Control room (Remote-AUTO)

-       AVR HMI (Local-AUTO)

-       Peralatan sinkronisasi otomatis

Dari ketiga sumber setpoint tersebut, peralatan sinkronisasi memiliki prioritas utama dibandingkan Remote/Local AUTO. Kondisi ini hanya berlangsung sesaat yaitu ketika sinkronisasi unit terhadap grid. Pada awal sinkronisasi, setpoint tegangan adalah 100%. Namun pada saat sinkronisasi, nilai ini akan naik atau turun sesuai kondisi grid. Hal ini mutlak harus dilakukan untuk memenuhi kriteria sinkronisasi. Nilai setpoint tegangan terakhir sesaat sebelum CB utama sinkron, dijadikan setpoint tegangan oleh sub-mode V-controller. Misal ketika CB sinkron dan setpoint tegangan menunjukkan 102%, maka unit melakukan ramping-up daya dengan setpoint tegangan 102% sampai operator melakukan manuver.

Setpoint yang berasal dari Remote/Local AUTO dapat dilakukan ketika proses sinkronisasi manual atau ketika unit sudah masuk ke grid. Namun, nilai setpoint tegangan jarang sekali dimanuver karena akan mempengaruhi nilai tegangan pada house load  dan juga nilai daya reaktif yang disuplai ke grid. Namun demikian, dalam beberapa kasus, perubahan setpoint tegangan dipandang perlu.

Pada mode V-Controller, maka nilai tegangan terminal generator dijaga pada nilai yang ketat. Namun, karena tegangan grid berubah-ubah setiap saat, maka nilai daya reaktif (Q) yang disalurkan oleh pembangkit ke grid juga akan berubah-ubah. Ada kalanya nilainya berubah dari sending menjadi receiving. Apabila Q bernilai negatif, kadang kala nilai ini tidak disukai. Dengan demikian, perlu adanya perubahan nilai setpoint tegangan untuk mengatasi masalah tersebut.

Dalam penentuan setpoint tegangan, agar sistem bekerja di nilai yang aman, maka range setpoint tegangan kadang kala dibatasi. Pada kondisi generator no-load, maka range setpoint tegangan masih cukup lebar misal 90-110%. Namun pada kondisi operasi grid, maka setpoint tegangan dibatasi pada nilai 95-105%.

Sub-mode Reactive Power Controller (Q-Controller)

Sub-mode Power Factor Controller (PF-Controller)

Q dan PF controller  adalah fitur tambahan pada AVR, dimana tidak semua AVR memiliki kemampuan untuk menjalankan mode ini. Terlebih lagi, apabila mode ini diterapkan, maka keberadaan OLTC pada GT Generator Tranformer  mutlak diperlukan. Jika Q atau PF controller  aktif, maka nilai Q dan PF akan dipertahankan konstan. Tentu saja, dalam kasus ini, nilai tegangan terminal generator akan sedikit naik turun namun dalam range yang diijinkan. Untuk menjaga tegangan terminal generator pada nilai yang diizinkan, kinerja OLTC sangatlah penting.

Kedua kontroler tersebut dapat diaktifkan apabila pembangkit sudah dalam keadaan sinkron dengan grid dan AVR dalam mode AUTO. Apabila salah satu saja tidak terpenuhi, maka kontroler tersebut tidak dapat diaktifkan. Dan terdapat beberap keadaan yang membuat kedua kontroler mengalami de-aktifaasi, sehingga AVR kembali pada mode V-Controller.

Pada mode Q atu PF controller, nilai Q atau PF dapat dijadikan setpoint baik dari lokal HMI atau control room. Nilai setpoint akan dikalkulasi menjadi setpoint tegangan. Setelah setpoint ditransformsikan dalam bentuk setpoint tegangan, maka perjalanan sinyal pada ketiga sub-ode controller  akan sama. Beberapa limiter dan kompensator akan bekerja agar saat terjadi manuver setpoint, maka sistem akan tetap bekerja pada nilai yang aman.

Keberadaan PSS (Power System Stabilizer) pada AVR adalah sebuah opsi. Penerapan modul ini sebetulnya akan meningkatkan stabilitas pada saat terjadi gangguan. Namun, tuning PSS sangatlah sulit. Harus dilakukan perhitungan yang rumit serta studi terhadap behaviour  dari sistem daya. Tuning  PSS yang tidak tepat akan membuat actual value  menjadi tidak bisa konstan karena AVR menjadi sangat reaktif.

Penutup

9 chapter telah diterbitkan untuk memberikan sedikit penjelasan mengenai sistem eksitasi dan pengontrolannya. Detail dari sebuah AVR sangat bergantung pada pabrikan, namun secara garis besar memiliki varian dasar yang hampir sama. Semoga bisa membantu.

Referensi:

-   Geoff Klempner & Isidor Kerszenbaum. Operation and Maintenance of Large Turbo-Generators. 2004.

-   IEEE Std 421.1-1986 - IEEE Standard Definitions for Excitation Systems for Synchronous Machines

-   IEEE Std 421.1-2007 - IEEE Standard Definitions for Excitation Systems for Synchronous Machines

-   Jan Machowski, Janusz W. Bialek, James R. Bumby. Power System Dynamis: Stability and Control. 2008.

-   Siemens. Thyrisiem D Generator Voltage Controller in Redundant Design. 1996.

-   Siemens. Thyrisiem DD The Digital Voltage Regulator for Large Generators with Brushless Exciters. 2004.

-   Siemens. SPPA-E3000 Thyrisiem Plus. 2013.

-   Stephen J. Chapman. Electric Machinery Fundamentals. Fourth Edition.

Malang, 31 Oct 2015 12:17.