Rancangan bangun auto voltage regulator dan governor sebagai pengendali PLTMH

MURSANTO, Wahyu Budi, Prof. Dr. Ir. Hamzah Berahim, M.T

2009 | Tesis | S2 Magister Sistem Teknik

Pada suatu sistem kelistrikan, konsumen memerlukan daya listrik dengan tegangan dan frekuensi yang konstan. Untuk menjaga agar parameter-parameter tersebut tetap berada pada batas-batas yang dijinkan, diperlukan suatu pengendalian pada sistem pembangkit. Tegangan dijaga dengan mengendalikan tegangan eksitasi pada generator (sinkron) dan frekuensi diatur dengan cara menyesuaikan antara daya yang dibangkitkan dengan permintaan beban. Kendali eksitasi pada generator dilakukan oleh Auto Voltage Regulator (AVR) pada elektrikal kontrol, dan kendali frekuensi dilakukan oleh governor pada mekanikal kontrol. Pengaturan kedua parameter tersebut akan dianalisis dalam tesis ini. Pengendali AVR dan governor dibuat dengan menggunakan komponen elektronik analog. Pengendali jenis PI secara umum digunakan untuk mengatur perilaku sistem dalam kawasan waktu untuk berbagai kondisi dinamik. Pengendali tersebut dipilih karena merupakan pengendali yang paling populer dan mempunyai tanggapan karakteristik yang bagus untuk suatu sistem lup tertutup, dan mudah dalam penalaannya. Dalam tesis ini, suatu model motor dc yang dikombinasikan dengan suatu sistem gear-box digunakan sebagai aktuator untuk mengatur aliran air dengan cara mengendalikan gerakan putar guide vane pada turbin Francis. Guide vane akan menghasilkan suatu pengaturan yang kontinyu pada aliran air yang menuju ke turbin. Kesatuan perangkat motor dc dan gear-box ini akan diuji dan pengendali P, I, atau gabungannya (PI) akan digunakan untuk melihat kemampuannya dalam mengendalikan sistem. Pemodelan matematik untuk sistem governor diajukan dalam tesis ini dan digunakan fasilitas Simulink dari perangkat lunak Mathlab untuk menguji dan mensimulasikan model yang diajukan tersebut. Pengujian sistem dilakukan pada suatu sistem turbin Francis yang dikopel langsung dengan generator sinkron kapasitas 5 kW di Laboratorium Jurusan Teknik Energi Politeknik Negeri Bandung. Hasil pengujian memperlihatkan bahwa AVR yang dibuat mampu digunakan untuk mengendalikan tegangan dalam batas regulasi + 5 % dan -10% menggunakan jenis pengendali PI (Kp = 20, TR = 1 s). Dikarenakan adanya suatu backlash yang sangat besar pada komponen guide vane, governor hanya mampu mengendalikan frekuensi pada jelajah 50 Hz ± 2 Hz dengan menggunakan jenis pengendali P saja (Kp = 5). Hasil simulasi dari sistem governor dengan motor dc dan sistem gear-box telah sukses memperlihatkan bahwa governor mampu mengendalikan frekuensi dengan baik pada suatu pembangkit listrik tenaga mikro hidro (PLTMH).

In an electric power system, consumers require power at rated frequency and voltage. To maintain these parameters within the prescribed limit, controls are required on the system. Voltage is maintained by control of excitation on the generator and frequency is maintained by eliminating mismatch between generation and load demand. Control of excitation on the generator is performed by Auto Voltage Regulator (AVR) on the electrical control, and frequency is maintained by Governor on the mechanical control. Both problems of these maintenance are analyzed in this thesis. AVR and Governor controller were constructed using analog electronic component system. PI controller are commonly used to regulate the time domain behavior of many different types of dynamics plants. These controller are used because they are extremely popular and can usually provide good closed loop response characteristics, and can be tuned using relatively simple design rules. In this thesis, a proposed model of a dc motor combined with gear-box systems is used as actuator to control the flow of water by controlling the rotational motion of guide vanes on Francis turbine. The guide vanes causes a continuous control of the flow of water. The suitability of combining dc motor and gear box system for the control of micro hydro power plant (MHPP) is discussed, and P, I, or PI controller are used to further enhance their governing capability. Mathematical modeling for governor control systems is proposed and exhaustive simulations were performed on the proposed control scheme using the Simulink utility of Mathlab software to ascertain the efficacy of the proposed model. The test was performed on Francis Turbine that coupled with synchronous generator directly with capacity of 5 kW at the Energy Technology Department Laboratory , Bandung State of Polytechnic. The result showed that AVR can regulate the voltage in accordance with requirement of voltage regulation (+5 % and -10 %) with PI controller (Kp = 20, TR = 1 s). As there was a large backlash on the guide vane components, the frequency can be regulated by governor on the range of 50 Hz ± 2 Hz with P only controller (Kp = 5). The simulation result of governor system with dc motor and gear-box system have successfully demonstrated the suitability of the proposed model for the control of micro hydro power plant.

Kata Kunci : Tegangan, AVR, Frekuensi, Gevernor, Pengendali, Model matematis.