Electronic Theses and Dissertation

Penelitian ini memberikan kontribusi komprehensif dalam analisis dan mitigasi fenomena transien akibat switching kapasitor bank pada sistem tenaga listrik modern melalui pendekatan terintegrasi berbasis perangkat solid-state. Studi diawali dengan analisis kuantitatif pengaruh metode switching terhadap karakteristik transien sistem dengan membandingkan tiga konfigurasi utama, yaitu kapasitor bank konvensional, kapasitor bank dengan reaktor pembatas, dan kapasitor bank berbasis IGBT. Evaluasi dilakukan terhadap parameter transien kritis, meliputi arus dan tegangan puncak, durasi transien, serta frekuensi osilasi, sehingga memberikan pemahaman yang lebih sistematis mengenai mekanisme redaman dan percepatan transien. Untuk meningkatkan keandalan switching solidstate, penelitian ini mengusulkan model penguat histeresis yang dirancang untuk menghilangkan fenomena multi-switching pada sinyal gerbang IGBT. Analisis kuantitatif menunjukkan bahwa karakteristik lebar pita histeresis berpengaruh langsung terhadap frekuensi switching, rugi-rugi switching, dan respons transien perangkat semikonduktor daya. Selanjutnya, dikembangkan kerangka mitigasi transien terintegrasi dengan mengombinasikan kontrol PWM berbasis IGBT, teknik zero-crossing switching, dan optimasi jaringan snubber Rs–Cs. Interaksi terkopel antar-parameter kontrol dan rangkaian proteksi dianalisis melalui studi parametrik sistematis terhadap variasi parameter R–L input, snubber Rs–Cs, dan duty cycle PWM. Hasil analisis mengidentifikasi titik operasi optimal yang mampu menurunkan puncak arus dan tegangan secara signifikan sekaligus meminimalkan energi transien yang terdisipasi (ELoss) dan stres tegangan VCE pada IGBT. Validasi kinerja menunjukkan bahwa pendekatan PWM-based soft switching mampu mereduksi intensitas dan durasi transien secara konsisten hingga lebih dari 50–80% dibandingkan metode switching konvensional. Temuan ini menegaskan bahwa integrasi strategi kontrol dan proteksi berbasis solid-state efektif dalam meningkatkan kualitas daya, memperpanjang umur peralatan, dan meningkatkan keandalan sistem kompensasi daya reaktif pada sistem tenaga listrik modern.

Kata Kunci: Mitigasi Transien; Switching Kapasitor Bank; Perangkat Solid-state; IGBT; PWM; Zero-crossing Switching; Snubber Rs–Cs

This research provides a comprehensive contribution to the analysis and mitigation of transient phenomena caused by capacitor bank switching in modern power systems through an integrated solid-state device-based approach. The study began with a quantitative analysis of the effect of switching methods on system transient characteristics by comparing three main configurations, namely conventional capacitor banks, capacitor banks with limiting reactors, and IGBT-based capacitor banks. Evaluations were conducted on critical transient parameters, including peak current and voltage, transient duration, and oscillation frequency, thereby providing a more systematic understanding of the mechanisms of transient damping and acceleration. To improve solid-state switching reliability, this study proposes a hysteresis amplifier model designed to eliminate the multi-switching phenomenon in IGBT gate signals. Quantitative analysis shows that the hysteresis bandwidth characteristics directly affect the switching frequency, switching losses, and transient response of power semiconductor devices. Furthermore, an integrated transient mitigation framework was developed by combining IGBT-based PWM control, zero-crossing switching techniques, and optimization of the Rs–Cs snubber network. The coupled interaction between control parameters and protection circuits was analyzed through a systematic parametric study of variations in input R–L parameters, Rs–Cs snubber, and PWM duty cycle. The results of the analysis Translated with DeepL.com (free version) Keywords: Transient mitigation; Capacitor bank switching; Solid-state device; IGBT; PWM; Zero-crossing switching; Snubber Rs–Cs