October 11, 2019

E. HaryadiPLN UIP2B

Defense SchemeLimiting the Impact of Large Disturbance in Jawa-Bali

www.pln.co.id |

Outline

1. Existing Defense Scheme

2. System Contingency & Future Defense Scheme

Existing Defense Scheme in Jawa-Bali

www.pln.co.id |

Defense Scheme di PLN

Defense Scheme

UFLS

OLS

OGS

Islanding

UVLS

SPS

Generation ≠ Load

demand

www.pln.co.id |

Installed Defense Scheme in Jawa-Bali

Based on the sensors, DS in Jawa Bali can be chaptered in 2:

1. Frequency1. Under Frequency Load Shedding (UFLS)

2. Over Frequency Generation Shedding (OFGS)

2. Loading (Amps) 1. Over Load Shedding (OLS)

2. Over Generation Shedding (OGS)

Islanding Operation

www.pln.co.id |

Island Operation Illustration

timefrequency

Island Operation

www.pln.co.id |

Over Load Shedding Illustration

3 2 12 3 1

1 2

500 kV Substation A

1 2

TP

OLS

TP

Stage12 s

TP

3

time

IBT Loading

(%)

IBT 500/150 kV

100%

Failure in Grid

Disconnect Load

Disconnect Load by Transfer trip

OCR

150 kV Substation A

www.pln.co.id |

Installed Number of DS

www.pln.co.id |

Defense Scheme in 500 kV Grid

Paiton

SrlyaLBE

Jawa 7

Tjjati

OGS

OGS & OLS

OGS

OLS

Installed Installing Q4 - 2019

www.pln.co.id |

Load Shedding Strategy in Jawa Bali

ROT 2019

47.5

Plant House Load

48.3-48.1

Islanding (Auto)

49 – 48.4

UFLS (Auto)

49.5 – 49

MLS

50.2-49.8

Normal Operation

System Contingency & Planned Defense Scheme

www.pln.co.id |

Jawa Bali System Stiffness

Several factors that influence Frequency Responses

1. Generator/System Inertia

2. Primary/Secondary generator Frequency Control (Gov free, AGC, LFC)

3. Operation Reserve

4. Fast response generator reserve

5. UFLS success rate

Year Stiffness (MW/Hz)

2015 917

2016 948

2017 888

2018 890

2019 907

www.pln.co.id |

500 kV Transfer Capacity

SBBRT

GRATI

PAITON

KEDIRI

GRSIK

NGBNG

TJ JATI

UNGRN

PEDAN

KSGHN

MDRCN

CLCAPADPLA

TASIK

NUJBRG

BDSLN

SGLNG

CBATU

CRATACBNG

DEPOK

GNDUL

MTWR

BKSI

SLYA

SLYBR LBE

BLRJCLG BRKMBNG

PMLNG

Batas Transfer Tengah -Barat

Batas

KIT Paiton / Batas Transfer Outlet

Paiton

Kontingensi

Tengah UPKT

CWG

DLTMS

BJGR

DKSBI

LNKG

Kontingensi

Tengah UPTD

Kontingensi

Tengah PMKT

Kontingensi

Timur PKPG

Kontingensi

Timur GKPG

Kontingensi

Tengah UPPK

Kontingensi

Tengah SBDT

Kontingensi

Tengah SCDT

2500A2500A

KontingensiBarat BALE

BatasKIT SUralaya / Batas Transfer

Komplek Suralaya

East Transfer Limit

East-West Transfer Limit

West Transfer

Limit

www.pln.co.id |

Example of 500 kV East – West Limit based on Contingency \

TJ JATI

UNGRN

PEDAN

KSGHN

MDRCN

CLCAPADPLA

TASIK

NUJBRG

BDSLN

SGLNG

CBATU

CRATACBNG

DEPOK

GNDUL

MTWR

BKSIKMBNG

PMLNG

Control PointTransfer Limit

Kontingensi

Tengah II

CWG

DLTMS

DKSBI

LNKG

Kontingensi

Tengah I

Kontingensi

Tengah III

Kontingensi

Tengah IV

Kontingensi

Tengah V

Barat I. Control Point Barat

Kontingensi

Tengah .....

Yellow line = every contingency

(N-1, N-2, N-1-2) that should be

prepared for Defense Scheme to

Improve Transfer Capacity

Example:

Contingency

N-1-1 (TD-TD) 2200 Stability

N-1-2 (TD-TD-UP) 1600 Thermal

N-1-2 (TD-UP-UP) 1600 Stabilitas

Thermal Line Rating

Ungaran - Pemalang = 1980 A

Tasik - Depok = 2400 A

Kontingensi Tengah I

500 kV Ungaran - Pemalang #1, #2

500 kV Tasik - Depok #1, #2

Transfer Limit on

Control Point

www.pln.co.id |

Example of Developing 500 kV East-West Defense Scheme

Example : Initial Real Time Control Point : 3000 MW

Final Control Point should be below 2000 MW

Contingency N-1-2 occur

Generation Drop in East

(Sending End)

Load Drop in West

(Receiving End) \

TJ JATI

UNGRN

PEDAN

KSGHN

MDRCN

CLCAPADPLA

TASIK

NUJBRG

BDSLN

SGLNG

CBATU

CRATACBNG

DEPOK

GNDUL

MTWR

BKSIKMBNG

PMLNG

Control PointTransfer Limit

Kontingensi

Tengah II

CWG

DLTMS

DKSBI

LNKG

Kontingensi

Tengah I

Kontingensi

Tengah III

Kontingensi

Tengah IV

Kontingensi

Tengah V

Barat I. Control Point Barat

Kontingensi

Tengah ..... Contingency

N-1-1 (TD-TD) 2200 Stability

N-1-2 (TD-TD-UP) 1600 Thermal

N-1-2 (TD-UP-UP) 1600 Stabilitas

Thermal Line Rating

Ungaran - Pemalang = 1980 A

Tasik - Depok = 2400 A

Kontingensi Tengah I

500 kV Ungaran - Pemalang #1, #2

500 kV Tasik - Depok #1, #2

Transfer Limit on

Control Point

www.pln.co.id |

OGS Paiton Concept

SBBRT

GRATI

PAITON

KEDIRI

GRSIK

NGBNG

Control Point Batas

KIT Paiton / Batas Transfer Outlet

Paiton

Kontingensi

Timur I

Kontingensi

Timur II

Trip N-2

OGS Paiton

Load Shedding

Real Time : Total Paiton 4000 MW

Final, Paiton should below 2600 MW

(Stability limit)

Kontingensi* Batas KIT Paiton (MW) Batas Transfer PK+PG batasan

N-1 4400 3200 stabilitas

N-1-1 (PK-PK) 4000 3000 stabilitas

N-1-1 (PK-PG) 4000 3000 stabilitas

N-2 (PK-PK) 4000 3000 stabilitas

N-1-1 (PG-PG) 2600 1700 stabilitas

N-2 (PG-PG) 2600 1700 stabilitas

N-1-2 (PK-PG-PG) 2600 1700 stabilitas

Rating Pht

SUTET Paiton - Grati #1, #2 = 2 x 2400 A

SUTET Paiton - Kediri #1, #2 = 2 x 2400 A

Kontingensi Timur ISUTET Paiton - Grati #1,#2

SUTET Paiton - Kediri #1,#2

www.pln.co.id |

OGS Schema 500 kV Paiton-Grati

KDIRI

A4

1 2 3 4

II

500

MVA

I

500

MVA

A

B

100

MVar

100

MVar

III

500

MVA

PERUSAHAAN

LISTRIK SWASTA

B

A4

II

500

MVA

I

500

MVA

U1

400

MW

A4U2

400

MW

U3

800

MW

U5

610

MW

U6

610

MW

U7

645

MW

U8

645

MW

U9

600

MW

1 2 3 4 5 6 7 8

50

MVar

50

MVar

A C

D

JP JP PEC PECPEC

PITONGRATI

II

500

MVA

I

500

MVA

A4

GT1.1

100

MW

GT1.2

100

MW GT1.

3 100

MWST1.0

180

MW

1 2 3 4 5 6 7

A

B

Sirkit I GANNET 209,1 KMS

Sirkit 2 GANNET 209,1 KMS

Sirkit I GANNET 87,9 KMS

Sirkit 2 GANNET 87,9 KMS

III

500

MVA

A4

SETTING OGS SUTET PAITON-KEDIRI

Target 1 : Iset 810 A

Trip 600 MW

Skema trip : PLTU Paiton 9 /1dan2

Target 2 : Iset 920 A

Skema Trip : PLTU Paiton 7/8

Tahap 3: Iset 1020 A

Skema Trip : PLTU Paiton 5/6

t total = 300 ms

Iset 810 A

Iset 920 A

Iset 1020 A

Open CB

Target 3

Target 2

Target 1

PEDAN

KRIAN

www.pln.co.id |

West Generation DS ConceptKontingensi* Batas Transfer BL+CC batasan

N-1-1 (BL - BL) 2000 stabilitas + thermal CC

N-2 (BL - BL) 2000 stabilitas + thermal CC

Rating Pht

Kontingensi Barat ISUTET Balaraja - Lengkong #1,#2

SUTET Cilegon - Cibinong

SUTET Balaraja - Lengkong #1,#2 = 4000 A

SUTET Cilegon - Cibinong = 2400 A

Trip N-2 BRJA - LNKG

Suralaya/LBE/Jawa7 Generation Drop

Load Shedding

Example : MW BRJA-LNKNG#1 + #2 + CLGN – CBNG = 4000 MW

Final MW CLGON – CBNG should be below 2000 MW

\

CBATU

CBNG

DEPOK

GNDUL

MTWR

BKSI

SLYA

SLYBR LBE

BLRJCLG BRKMBNG

CWG

BJGR

DKSBI

LNKG

Kontingensi

Tengah V

2500A2500A

KontingensiBarat I. Control Point Barat

Batas TransferKompleks Suralaya

www.pln.co.id |

MUARAKARANG / VVIP Subsystem

1. Subsystem in Jakarta needs an Adaptive Defense Scheme for Islanding scheme

2. Adaptive DS could calculate Generation and Load to be the same for several contingencies

3. Adaptive DS could choose the Generation and Load to be opened after contingency occured, and the final condition should be Pgen = Pload.

www.pln.co.id |

Future Defense Scheme Implementation Challenge

1. Current Defense Schemes are static, but the generator and loads are dynamics.

2. Future RAS Needs adaptive scheme.

3. Stability phenomena in Jawa Bali needs very fast defense scheme operation time and telecommunication (dedicated core)

Thank You

www.pln.co.id |

UVLS (Under Voltage Load Shedding)

Tujuan

• Menjaga kualitas tegangan yang andal

• Mengantisipasi kemungkinan terjadinya ketidakstabilan

tegangan

• Mencegah terjadinya voltage collapse dan blackout

• Meminimalisir gangguan akibat tegangan rendah

• Mencegah pembangkit dari potensi loss of synchronism

• Mengurangi losses jaringan yang berlebihanSkema monitoring

• Terpusat (centralized)

• Tersebar (decentralized)

www.pln.co.id |

Desain UVLS

Mengetahui tegangan operasi minimum terhadap kontingensi N-1 terbesar

• Dilakukan analisa kontingensi melalui simulasi statis maupun dinamis

Mengetahui kebutuhan VAR minimum terhadap kontingensi N-1 terbesar

Menentukan besar dan lokasi load shedding

• Dapat digunakan metode P-V curve atau Q-V curve

Menentukan setting tegangan dan waktu tunda load shedding

• Berdasarkan hasil simulasi P-V curve dan Q-V curve

• Setting disesuaikan dengan konfigurasi jaringan, kontingensi yang

direncanakan, respon beban, dan tindakan kontrol peralatan lain

• Setting waktu tunda diuji dengan simulasi statis dan dinamis

Mengetahui margin daya reaktif setelah load shedding

• Evaluasi nilai kenaikan tegangan dan kecukupan daya reaktif

www.pln.co.id |

Desain UVLS

Menentukan jumlah tahap pelepasan beban

• Ditentukan berdasarkan hasil evaluasi margin daya reaktif setelah load

shedding

Menentukan load shedding secara manual dan otomatis

• Dipengaruhi oleh kecepatan penurunan tegangan, luas wilayah yang

mengalami penurunan tegangan, dan ketersediaan daya reaktif

Monitoring metode terpusat atau tersebar

• Dipengaruhi oleh efektivitas, ketersediaan sarana teleproteksi,

keekonomian, dan sasaran yang akan dicapai

Memastikan desain UFLS selektif, tepat, dan akurat

• Tidak terpengaruh oleh dip tegangan sesaat, gangguan permanen,

switching, furnace, load tap changer, dan motor.

www.pln.co.id |

Konsiderasi UVLS

Karakteristik beban pada tiap area di sistem

Pemodelan beban pada simulasi

Skema tidak bekerja selama kondisi tegangan rendah sesaat

akibat gangguan

Trafo tegangan untuk UVLS terhubung di sisi primer trafo tenaga

Untuk keandalan, dua rele dapat digunakan untuk memonitor tegangan

pada busbar yang sama

www.pln.co.id |

Contoh Logic dan Setting UVLS

Sulit dalam menentukan

waktu tunda dan jumlah

set point untuk UVLS

www.pln.co.id |

Contoh logic meningkatkankeamanan UVLS• Pengukuran ΔV/ Δt dapat digunakan untuk meningkatkan keamanan dari setting

UVLS.

• Pengukuran rerata ΔV/ Δt dilakukan untuk beberapa sekon s/d menit, contohnya di

TEPCO digunakan 6 waktu yaitu 8, 12, 24, 40, 60, dan 120 s.

• Nilai rerata ΔV/ Δt dihitung berdasarkan teknik kalkulasi least square route value

menggunakan 20 set nilai tegangan rata-rata untuk menghilangkan perturbasi

tegangan

• Area operasi normal harus ditentukan terlebih dahulu pada kurva karakteristik rele.

www.pln.co.id |

SPS (Special Protection Scheme)

Sinonim

• RAS (Remedial Action Scheme (WECC)

• SIPS (System Integrity Protection Scheme)

Sistem proteksi otomatis yang didesain untuk mendeteksi secara cepat

kondisi sistem yang abnormal dan melakukan tindakan yang telah

didefinisikan untuk mencegah gangguan sistem.

Melakukan tindakan korektif selain dari mengisolasi komponen yang

terganggu untuk tujuan mempertahankan keandalan sistem

www.pln.co.id |

Kategori RAS

WECC RAS Reliability Subcommittee

• Wide Area Protection Scheme (WAPS)

• Local Area Protection Scheme (LAPS)

Metode deteksi

• Event based, secara langsung mendeteksi outage atau event gangguan dan

menginisasi tindakan

• Response based / parameter based, memantau respon sistem selama

gangguan dan menggabungkan proses closed-loop untuk bereaksi terhadap

kondisi sistem aktual

www.pln.co.id |

Tindakan korektif dan waktukerja SPS

www.pln.co.id |

Desain SPS/RAS

Arming condition :

• Line loading

• Generation output

• Line out of service

Contingency :

• Line

• Generation

• Transformer

Bisa juga didesain

tanpa memperhatikan

kondisi pre-

contingency atau

post-contingency

www.pln.co.id |

Contoh SPS di Sistem Kalimantan

GI SEI RAYA

GI SIANTAN

GI KOTABARU

GI PARITBARU

GI SENGGIRING

GI SINGKAWANG

GI SAMBAS

BENGKAYANG

GITET MAMBONG

GI NGABANG

GI&GITET

www.pln.co.id |

Hardware dan koordinasi kerjaSPS di Sistem Kalimantan

Koordinasi kerja

• Menggunakan metode GOOSE message

• SPS bekerja bila menerima sinyal GOOSE

dari rele GI yang mengalami gangguan

dua line dan frekuensi sistem di nilai 49.5

Hz

Hardware

• PC server UP3B Kalbar

• Panel SPS :

• Mini PC

• Solid state relay (SSR)

• Kontaktor

• Layar monitor

• Komunikasi fiber optic

• Rele standar IEC 61850

www.pln.co.id |

Prinsip kerja SPS di Sistem Kalimantan

Database SPS terhubung dengan jaringan network ke

tiap GI

Data metering feeder dan line diambil dari database

SCADA (diupdate tiap 30 s)

Aplikasi SPS menghitung dan menentukan feeder

terpilih yang akan dilepas

Feeder yang dilepas dipilih dari yang memiliki beban

terbesar hingga terkecil sampai didapatkan nilai

mendekati transfer daya saluran

www.pln.co.id |

Contoh penerapan goose di Sistem Sumatera

1. Relay Defense : Didukung Protokol IEC

61850 untuk mengirim informasi ke GI

lain yang diterapkan skema island

tersebut dengan mengunakan fasilitas

goose message

2. RTU: Mengirimkan status perubahan

skema island dari GI ke Master Station

3. Router: Sebagai tunneling agar goose

message dapat dikirimkan ke GI lain

yang memiliki jaringan LAN yang

berbeda

4. Master station: Menerima data

perubahan (telestatus) skema island

yang dikirimkan oleh RTU di Gardu

Induk untuk ditampilkan di HMI

www.pln.co.id |

Contoh penerapan goose di Sistem Sumatera

Dengan DSIO (Defense Scheme

Island Operation), pembuangan

beban bersifat dinamis sesuai

transfer yang hilang dari Sumsel ke

Lampung, sehingga pembebanan di

island yang terbentuk menjadi

seimbang

www.pln.co.id |

WAMPAC (Wide Area Monitoring Protection and Control)Sistem yang mampu untuk memantau status dari sistem tenaga secarareal time sehingga mampu untuk mengeksekusi tindakan proteksi dankendali yang otomatis dalam rangka untuk mengembalikan jaringansistem tenaga ke kondisi stabil atau mencegah deteriorasi lebih lanjutsaat sistem berada pada kondisi emergensi

www.pln.co.id |

Arsitektur WAMPAC

Arsitekstur WAMPAC di Eastern Interconnection Phasor Project di USA.

Terdapat 4 layer tipikal :

1. Synchronized phasor data acquisition

2. Synchronized data collection

3. Data services

4. Synchronized measurement application

www.pln.co.id |

Jaringan Komunikasi dari WAMPAC

26

Untuk akomodasi kebutuhankomunikasi untuk aplikasi yang berbeda dengan biaya yang hemat, dapat digunakankombinasi beberapa media komunikasi :

• Power line, microwave, daninternet/VPN → monitoring real time dan state estimation

• Phone line → post disturbance analysis

• Fibre-optic → proteksi dankontrol real time

www.pln.co.id |

Aplikasi WAMPAC

Aplikasi

Online

Wide area

phase

angular and

power flow

monitoringWide area

frequency

monitoring

Wide area

voltage

monitoring

Inter area

oscillation

monitoring

Power

system

restoration

Improved

state

estimation

Dynamic

rating of

overhead

transmission

line

Intelligent

controlled

islanding

Adaptive

under-

frequency

load

shedding

Aplikasi Offline

Post disturbance

analysis

Investigasi

dinamika sistem

saat terjadi

gangguan

menganalisa

urutan kejadian

di sistem akibat

gangguan

Benchmarking,

validation and fine-

tuning of system model

Identifikasi

potensi error

pada model

sistem tenaga

Validasi untuk

model steady

state dan

dynamic model