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Design of Finite Control Set Model Predictive Controller for Modular Multilevel Converters with Common Mode Voltage Elimination

Ndoh, Eugene Tinjinui und Lotz, Marc René und Gosala, Vaidehi und Arumugam, Saravanakumar und Gosala, Dheeraj B und Rajakaruna Wanigasekara, Chathura und Ehlers, Sören (2025) Design of Finite Control Set Model Predictive Controller for Modular Multilevel Converters with Common Mode Voltage Elimination. In: 51st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON 2025. IEEE. 51st annual conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2025-10-14 - 2025-10-17, Madrid, Spain. doi: 10.1109/IECON58223.2025.11221663. ISBN 979-833159681-1. ISSN 2162-4704.

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Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/11221663

Kurzfassung

The Modular Multilevel Converter (MMC) has emerged as a key enabler for Medium Voltage Direct Current (MVDC) systems for larger vessels due to its redundancy, cost- effectiveness, and high performance. However, its complex con- trol requires advanced strategies like Model Predictive Control (MPC). This paper applies Finite Control Set Model Predictive Control (FCS-MPC) to regulate MMC parameters including input DC current, output AC current, circulating current, sub- module (SM) capacitor voltages, and Common Mode Voltage (CMV). A three-phase MMC model, including CMV effects, is utilized for improved accuracy and output quality compared to single-phase models. CMV elimination is incorporated into the cost function. The FCS-MPC approach evaluates a finite set of switching possibilities, applies a cost function to determine the optimal choice, and implements the best configuration. Simulations performed in MATLAB/Simulink demonstrate that the proposed system effectively tracks the desired output current with low Total Harmonic Distortion (THD) while significantly reducing CMV. The results highlight the potential of FCS-MPC in enhancing power quality and reliability in shipboard MVDC systems.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/221634/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vorlesung)
Titel:Design of Finite Control Set Model Predictive Controller for Modular Multilevel Converters with Common Mode Voltage Elimination
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ndoh, Eugene Tinjinuieugene.ndoh (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0008-0802-5233201405042
Lotz, Marc RenéTechnische Universität Braunschweig, elenia Institute for High Voltage Technology and Power SystemsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gosala, Vaidehivaidehi.gosala (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9709-8371201405043
Arumugam, Saravanakumarsaravanakumar.arumugam (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2785-2804201405045
Gosala, Dheeraj Bdheeraj.gosala (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4098-1603NICHT SPEZIFIZIERT
Rajakaruna Wanigasekara, ChathuraChathura.Wanigasekara (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4371-6108201405047
Ehlers, Sörensoren.ehlers (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5698-9354NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Dezember 2025
Erschienen in:51st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1109/IECON58223.2025.11221663
Verlag:IEEE
ISSN:2162-4704
ISBN:979-833159681-1
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Model Predictive Control (MPC), Modular Mul- tilevel Converter (MMC), Common Mode Voltage (CMV), Total Harmonic Distortion (THD)
Veranstaltungstitel:51st annual conference of the IEEE Industrial Electronics Society
Veranstaltungsort:Madrid, Spain
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:14 Oktober 2025
Veranstaltungsende:17 Oktober 2025
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - keine Zuordnung
Standort: Geesthacht
Institute & Einrichtungen:Institut für Maritime Energiesysteme > Energiekonverter und -systeme
Institut für Maritime Energiesysteme > Abteilung Virtuelles Schiff
Hinterlegt von: Rajakaruna Wanigasekara, Chathura
Hinterlegt am:05 Jan 2026 07:06
Letzte Änderung:05 Jan 2026 07:06

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