Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n Drive  S ystem s   ( IJ PEDS )   Vo l.   1 2 ,  No.   1 M a r   202 1 , p p.  286 ~ 294   IS S N:  20 88 - 8694 DOI: 10 .11 591/ ij peds . v 1 2 .i 1 . pp 286 - 294       286       Journ al h om e page http: // ij pe ds .i aescore.c om   Grid to  vehicle wir eless powe r s upply  using singl e - phase m atr i convert er       Muham ad   H az iq M oh m ad  Ak r am R ah i mi  Baharo m   Facul ty   of Electr ic a Eng ineeri ng ,   Univer si ti T ekn ologi   MA RA Se la ngor,   Mal aysia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   A ug   28 , 20 20   Re vised  Jan  6,  20 21   Accepte Ja n   2 6 , 2 0 21       Thi pap er  pr ese nts  th co mpu te si mul a ti on  mode l   of  a   gri to  v ehi c le   (G2V wire le ss   power  supply  using  singl e - phas matrix  conv erter  (SP MC).  The   proposed   sys te uses  the  SP MC  tha op era t es  as  dir e ct   AC - AC   conve rt er  to  con ver th supply  f req uenc y   of  50   Hz  to  re ac 20   kHz  output  fre quenc y .   The  use   of  20   kH fr eque n cy  is  suita ble  for   wir el ess  power   tra nsfe r   (W PT)   oper ation  in   ord er  to  ob tain  h igh er  power   tra nsfe eff ic i enc y   bet wee n   th t ran smit te r   and   th r ec e ive r   par ts .   A adva n ce d   of  th proposed   ci rc u it   topol ogy   ca solv the  co nvent ion al   sys tem  for   G2V   ci r cu it   topol ogy   tha t   uses   multipl st age s   of   powe conv ersion   sys te m,  r esult ing   in   high  power   semi condu ct or  l oss es  tha cou ld  le ad  to  low  eff i c ie ncy .   In  thi wo rk,   mu lt ip l stage of   the  c onvent ion al  " AC - DC - AC ci rc uit h ave  be en   red uce d   to   a   single  power   co nver sion  st age   b using   th SP MC  ci r cui t   topology.  The  use   of  the  proposed   ci r cui t   topol og ca n   red uc th numb er  of  d e vic es,   thus  red uce  the  sem ic onduc tor  loss es.   par of   r educ ing   the  se mi condu ct or  losses,  th e   prop osed  c irc ui t   top ology  coul d   a lso  im p rove   th p ower  densi ty   and  eff ic i enc y   o the   pow er  sup ply  sys te m.  c omput er  si mul a t ion  model  using  MA TL AB / Simul ink   h as  b ee n   dev el oped   t inv esti ga te  the  beh avi or   of   the   proposed  sy stem .   Selecte d   simul a ti on  r esult s   are   p rese nt ed  t ver ify  the   func ti on al i ty  of   t he  proposed   sys te m.   Ke yw or d s :   AC to  A C c on ver te r     Gr i to  v e hicle   S ing le   phase  m at rix  c onver te r   W irel ess  powe tra ns fe r   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in Aut h or :   Ra himi Ba ha rom   Faculty   of Elec tric al  Engineer ing   Un i ver sit i Te knol og MARA   40450 S hah A l am,  Sela ngor,  M al aysia   Emai l:   rah imi 6579 @gmai l.co m       1.   INTROD U CTION     The   wir el ess  powe r   tran sfe t echnolo gy   imp li es  the  t ran s fe of  el ect rical   e nerg from   a   powe r   sou rce   to  a el ect rical   loa th rou gh  an  ai r   ga wit hout  t he   use   of  a ny  wires   or  co nnect ors   [ 1].   Th most   popula r   high - powe wi rel ess  powe trans fer   ( WPT)   is   the   i nd uctive   co upli ng  i nv e nted   by   Nikola   Tesl a   m or e   than   a   centu ry   a go,  w hich  ref e rs  to   the  tra ns fe of   e le c tric al   power  thr ough  the  ai [ 2 ] ,   [ 3].  T hus the  r em ov al   of  the   tradit ion al   cabl co nnect or  be tween   the   po w er  s uppl a nd  i ts  loa ca be   conve nient  f or  chargin mil li on s   of   dev ic es  [4 ] - [ 6]. T he key  com pone nts  of  t he WPT  sy ste m a re th e  transmi tt er a nd the  recei ver coil [2].   The  el ect ric  ve hicle   (E V)  is  car  powe red  by  a el ect ric   mo t or  instea of  a inter nal   com busti on   eng i ne,  a nd the  engi ne uses a   batte ry powe r system  [7]. As   a fu t ur e  trend,   the  el ect ric v e hi cl (EV) h a s gai ned  more  a nd  m or e   interest   due  to   it low  or  ze r ca rbo emiss ion s   an pote nt ia ll high  pow er  ou t pu [ 8] ,   wh ic can  be   util iz ed   to   pr ov i de  s up portive   ser vice s.  With   sys te m   sup port  f or  bi - directi onal   tra ns missi on  of  e nerg y   betwee E a nd   gri d,   E ca be  c ha rg e f rom  the  gr i d,   r efer red   t as  gri to  ve hicle   ( G2V)   [ 9] .   As  EV  is  discha rg i ng  an se nd i ng   el ec tric it to  the  gri d,   it   is  cal le Veh ic le   to  G r id  ( V2G)  [ 10 ] ,   [ 11] S imi la to  the   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Grid  t ve hicle  ( G 2V wi rel es s power s upply  u si ng sin gle - phase  matri . ..   (Muh ama d Hazi M ohm ad A kram)   287   V2G  c oncept wh e re  E V   will   rec ycle  it ba tt ery   s urplu e nerg back  to   reside ntial   ho mes  f or  local   energ us e,  n a med  V e hicle  to Home   (V2H)  [12 ],   or  back to  buil dings, c al le veh i cl e to buildi ng  (V2B) [ 13].   The  t yp ic al   el ect ric  ve hicle   chargin g   sy ste us es  a   c onne ct or   cable  t connect  t he  el ect ric  sup pl from  the   gri to  the  el ect ric   veh ic le   f or  c hargin purpo ses  [ 14].   T he  disad va ntages  of   wire c onnecte chargin sy ste are   the   me ssy  wire a nd  safet c oncer ns   i t he  wet   en vir onme nt  [15].  T he   ph ysi cal   requireme nts  of  wire c onne ct ed  cha r ging   sy ste m   prese nt   so me  oppo rtun it ie f or  da mage.  W he re  misl ai cables  ma ca us tri pp i ng  ha zard s Durin t he  rain seas on,  t he  water  m ay  ca us s hort - ci rcu it t hro ugh  the   cables.   In   orde to   so l ve  the   li mit at i on s   or  disad va ntages  of  the  wire co nnect ed  c hargin s yst em,  wi reless   batte ry   c ha rg i ng  te ch no l ogie hav bee devel op e [ 16].  T he  use of  wireless  cha rg i ng   sy ste ca re move   exp e ns i ve  an intensive  gr i cables.  M ore over this  te ch nolo gy   ca al s pro vid e   a dd it io nal  protect io against  el ect rical   sh oc hazar ds   duri ng  the  c hargi ng  proce ss  [ 17] H oweve r,   the  us e   of  wir el ess  chargin G2V   sy ste ms   has   disad va ntage  due  to  the  r eq ui reme nt  to  us high  switc hi ng  fr e qu e nc ope rati on   to  pe rfo rm  an  eff ic ie nt  wi reless   powe tra nsfer  functi on.  Ther e f or e,  t he   conve ntion al   G2V  wireless  chargin s ys te us es  "AC - DC - AC"  conve rters  t conve rt  lo f reque ncy  ( 50   Hz  or   60   Hz)  to  the   hi gh  s witc hing  fr e quency    (>20   kH z ).  Th us of  m ulti ple  sta ges   of  powe c onve rsi on  syst em,  res ul ti ng   i high  powe semic onduct or  losses   that  co uld  le ad   to   l ow  e ff ic ie ncy.  In  this   work,   mu lt iple  sta ge of  the   c onve ntion al   " AC - DC - AC"  ci rcu it ha ve  be en  re duced  t sing le   po we co nv e rsion  ci rcu it   by  usi ng  the  SP M ci rc uit  topolo gy.  T he  us e   of   t he  pro po se ci rc uit  topology  ca re duc the  num ber   of  de vices,  th us  reduce  the  se micond ucto lo sses.  A   par of  reduci ng  the   semic onduct or  l os ses the   pr opos e ci rcu it   t opology  c ou l al s imp rove   the   powe densi ty a nd ef f ic ie ncy   of the  powe s upply s ys te m.   Wireless   powe tra ns fe r Wir el ess  powe tr ansf e is  c ommo te rm  for  the  t ran s miss ion   of  ene r gy   by  mea ns   of  el ect ro ma gnet ic   fiel ds   in   ma ny   dif fer e nt  te ch no l og ie s T he  wireless  powe r   sy ste m   co ns is ts  of  a   "t ran smit te r"  de vice  co nn e ct ed  to  powe s ource  s uch   a p owe li ne  th at   conver ts  the   AC  powe to  ti me - varyin el ect r oma gnet ic  f ie ld  and a " receive r " d e vice that  re cei ves  the  A powe r.   Conve ntion al  w irel ess G 2V circuit   to po l ogy Fig ur e 1(a)  i ll us trat es  the  c onve ntion al   ci r cuit  topolo g of   t he  wireless G2V  s ys te m T he  first  c onversi on  stage on  t he  gr i side   is  t he  AC - DC  c onver te r   w hich   is   us e to  recti f t he  li ne  fr e quenc AC v oltage   to  the o ut pu t DC v oltage T he   se cond   co nversi on  sta ge  is   the D C - AC   conve rter,   w hi ch  is   use to   c onve rt  DC   vo l ta ge  to   high - frequ e nc y   AC  volt age  t f ulfill   the  re qu ire m ent  of  high - e ff ic ie nc WPT  operati on.  At  t he  rec ei ver   sid e,  the   high - fr e quenc co ntr ollable   recti fier  is  us ed  to   charge   the   ba tt ery .   Simi la rl y,  f or  Ve hicle - to - G rid   ( V2G ),  the   batte r y - side  c onve rter   ser ves   as   a   high - fr e qu e nc in ve rter  an the  gri d - side  c onve rt ers  are  viewe as  high - fr e quenc y,   c ontr ollable   recti fier,  and   a   gr i d - ti ed  i nvert er [1 8].   Sing le - phase   matri co nver te r T he   SP MC   re qu ire four  bi - dire ct iona switc hes   a s how in     Figure  1( b) E ach  bi - directi onal   swi tc is  switc ha ble  to  cond uct  cu rr e nt  in  both  dir ect ion a nd   t blo c k   forw a r a nd  re ver se   vo lt a ges.  Eac set   of  th bi - dir ect ion al   s witc is   bu il up   by   us in t wo  IG BTs W her e   the   so urce  a nd  outpu of  the   SP M ca be  ei t her  sin gle - ph a s DC  or  sin gle - phase  A C,   an rely  on  th s witc hing   strat egy  to  b a pp li ed   [ 19] T he   feat ur e   of  t he   wireless  p owe tra nsfer   is  tha it   co ns ist s o f  a  tran smit te for  the   high - fr e quenc po wer  tran s missi on  a nd  a   receiv er   f or  the  rec ei ve powe [ 20].  W PT  requires   a   hi gh - fr e qu e nc s w it chin range  from  kHz  t 100  M Hz 20  kHz  of  switc hing  fr e qu e nc ha an   ef fici enc of  80 %   with the  tra nsmi tt er   an the  re cei ver  c oils  of the s witc hing  fr e qu e nc y op e r at ion   [21].         (a)     (b)     Figure  1.  (a C onve ntion al  cir cuit t opolog y o G 2V,  ( b)   Sin gle  p hase   m at ri c onve rter   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele Dr i   S ys t ,   V ol 12 , N o.   1 Ma rch   202 1   :   286     294   288   Pr oble m   sta te ment Ele ct ric   ve hicle s   ha grown   in   popula rity   am ong  use rs   nowa da ys .   T he   G 2V  powe tra nsmi ssion  ca be   use as  a   plug - i el ect ric   ve hi cl f or  cha r ging  e ff ic ie nc y.  F or   c hargin pu rposes,   the  cable  is  re qu i red   t tra nsfer  t he  power  from  t he  gr id   to  the  ve hicle ’s  batte ry   [14].  Wi red   c on necte chargin s ys te ms  ha pr ob le ms  with  the  m essy  wires  that   may  ca us tri pp i ng   haza rd and   sa fety  c on cern i n   the  wet  e nv ir onme nt  [ 15].   A   mu c sim pler   means  ca be   us e to  sim pl ify  the  proces s   by   t ran s ferrin the  powe wireless ly.   A   s ys te m   t hat  e na bles  t he   tra ns missi on   of   el ect ric  po wer   without  usi ng   a ny   c onne ct or   or   wire  has bee n pro ven reli able .   Ap a rt  from   th at the   co nvent ion al   ci rcu it   of  t he  G2V   w i r el ess  po wer  tr ansf e r   co ns ist s   of  mu lt iple   sta ges  f or  ene r gy  co nversi on.   The  first  sta ge   is  the  recti fier  to  co nvert  the  A in pu t D C.  The  ne xt  sta ge  is  high - fr e quenc inv e rter  to  c onve rt  the  recti f ie DC  to  high - fr e quenc A C.  Wireless  po wer   tra nsfer  ne eds  a   high  switc hi ng  f reque nc t trans fer  f r om  the  t ransmi tt er  to  it receive r.  T he  c onve nti on al   ci rc uit  ca nnot   conve rt  the  A source  t hig h - f re qu e nc AC  di rectl y.   T he  fi nal  sta ge   is  to  recti f t he   high - f reque nc AC   from   the  recei ver  coil  of  WPT   to   the  DC  f orm  t c harge   the  DC  batte ry   of  the   el ect ric  veh ic le .   W hile  each   sta ge  possesse it ow l os se s.  T he n,  w it h mult iple  sta ges it   c ou l le a t high pow e r   losses.   T hus,   re qu i res  a   new ci rc uit t opology t o si mp li fy the c onve ntion al   wireless   G 2V ci rcu it  to po l ogy.       2.   RESEA R CH MET HO   Figure  sho w the  flo wc hart   fo t he  pr opose s ys te m.  T he  pr opos e G 2V   wireless  powe s upply   beg i ns   with  t he   li te ratur re vi ew  of   t he  G 2V  wireless  po wer   s uppl ci r cuit  config ur at ion a nd   t he  r equ i red   com pone nts.  Var i ou s   ty pes  of   WPT   ci rc ui topolo gies  ha ve  been  re vie wed  with   hi ghli gh ts  their   ad van ta ges   and   li mit at ion s The n,   t he  use   of   SP M f or   direct  AC  t A conver te op erati on   has  bee in vestigat ed .   The   basic  ci rc uit  of  the  AC  t A conve rter  usi ng   SP M w a modele d   usi ng  MATL AB/ Simuli nk  s of t war t inv est igate   the   be ha vior  of  t he  ci rcu it   oper at ion .   F rom  t he   outp ut  volt age  a nd  c urre nt  wa vefo rms,  it   can   be  us e to  ve rif the  pro po se switc hing  al go rithms  f or  AC   to  AC  co nv e r te op e rati on  us in SP M c ircuit  topolo gy.  T h e n,   the   pro pose G 2V  wi reles powe s uppl usi ng  SP M C   has  been   m odel ed.   I order  to  ve rif the  functi onal it of  the   pr opos e s ys te m t he  sel ect e si mu la ti on  resu l ts  are   co mp a r ed  t t he  t heory  an d   hypothesis.   The  blo c dia gr a of  the  propose G2V  wireless  p owe sup ply   is  as  il lustrate in  F igure  3.  T he   op e rati on  of  th pro posed   s yst em  be gin s   f rom  the  co nversi on  sta ge   of  l ow  fr e qu e nc t the   hi gh - f re quenc AC  volt age.   T he  mai pa rt  of  su c c onve rsion  pr ocess  us es  si ng le   S PM ci rc uit  w it pro per   swit chin al gorithms  t perform   dire ct   AC  to   AC  conve rter.  The   outp ut  f reque ncy  of  t he  AC  to  AC  c onvert er  i s     20  kHz  that  is  su it able  f or  w ir el ess  power   t ra ns fe ope rati on  [21].  The n,   t he   high - fr e quen cy  AC v oltage at  the  transmitt er   sid is   tran smit te wirelessl th rou gh  the   ai r   ga f rom  t he   tra ns mit te r   to   the   recei ver  c oils  on  t he   veh ic le   sid e.  A the  ve hicle   side,  t he  hi gh - f r equ e nc AC  volt age  f r om   t he   receive c oil  is  recti fied  us i ng   t he  fu ll - br i dg e   hi gh - fr e quenc re ct ifie to  c onve rt  the A C form   to  t he  D out pu t v oltage.   Th recti fied   DC o ut put   then wil l be  u s ed  to  ch a r ge  th e D batte ry of the  v e hicle .           Figure  2. Flo w char of the  p roj ect   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Grid  t ve hicle  ( G 2V wi rel es s power s upply  u si ng sin gle - phase  matri . ..   (Muh ama d Hazi M ohm ad A kram)   289       Figure  3. Bl oc d ia gram  of th p rop os ed  G2 w irel ess  p ower   s up ply   u si ng SPMC       3.   SWITC HING   ALG ORI T H MS   The  s witc hing   al gorithms   f or  the  pro pose sy ste m   as  ta bula te in   Ta ble  ca be  di vid e int sta te s.  The   detai le ope rati on  of  t he  pro po se ci rc uit  is  il lu strat ed  i Fi gu re  4.  The   sta te are   as  f ollow  [ 22 ] - [ 24]:     Stat 1:  D ur i ng  the  i nput  po s it ive  half  c ycle  an the  outp ut  posit ive  cycle,   bo t s witc hes  S1 a nd  S 4a  ar e   tur ning  ON,  w hilst  the  oth e s witc hes  a re tur ning  OF F .     Stat 2:  D ur i ng   the  in put  ne ga ti ve  half   cycle and  the outp ut n egati ve   cycle ,   both  s witc hes  S1b  a nd  S 4b  ar e   tur ning  ON,  w hilst   the  oth e s witc hes  a re tur ning  OF F .     Stat 3:  D ur i ng  the  i nput  pos it ive  half  c ycle   an the  outp ut  ne gative  c ycle,  both  switc hes   S2 a nd  S 3a  a re   tur ning  ON,  w hilst  the  oth e s witc hes  a re tur ning  OF F .     Stat 4:  D ur i ng  the   in pu ne ga ti ve  half  cycl an the  out put  posit ive  c yc le both  s witc he S2b  a nd  S 3b  are   tur ning  ON,  w hilst  the  oth e s witc hes  a re tur ning  OF F .         (a)       (b)       (c)     (d)     Figure  4. Stat of A C - AC s witc hing ,   (a) Sta te  1   ( po sit ive c yc le ),  (b Stat 2 (n e gative c ycle ),     (c)   Stat e 3   ( po s it ive cy cl e),  (d) Sta te  4   ( neg at i ve  c ycle)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele Dr i   S ys t ,   V ol 12 , N o.   1 Ma rch   202 1   :   286     294   290   Table  1.   SP MC  sw it chin c ontr ol for AC t o AC c onve rter   Inp u t   Ou tp u t   State   ON Swit ch     Po sitiv e cycle   Po sitiv e   1   S1 a and  S4a   Neg ativ e   3   S2 a and  S3a   Neg ativ e cycle   Po sitiv e   4   S2 b  and  S3b   Neg ativ e   2   S1 b  and  S4b       4.   COMP UTER  SIMULATI O N MO DEL   The   pro pose G2V   wireless   powe tra nsfer   us i ng  S P M was  simulat ed   us in MATL A B/ Simuli nk   as  s how in   Fi gure  5 .   T his  si mu la ti on  m ode co ns ist of  se ver al   bl ock  set s uch  as   co ntr oller  a nd  S P MC I order  to  sim plify   t he  c ompu te sim ulati on   m od el ,   the  i deal  trans forme (li near   t ran s f orm er)   has  bee use to  act   as  a   wireless  power  tra nsf er,  t hus,   ne glec ti ng   a ny  l os ses   that  occ ur  dur ing  the   W PT   proces s.  I t his  work,   br id ge   of  diode   has   bee use as   recti fie with   a   20 00μ ou t put  DC  c apacit or  t re duce   the   outp ut   DC   vo lt age   rip ple.  The n,   the   10 Ω  resist or  is  us ed  as  dumm load  for  th pr opos e s ys te m Fig ur 6(a)  s hows   the  sim ulati on   m odel   of  the   SPM C w hilst the   sim ulati on  model   of   bi directi onal   s wi tc hes  is   as   s hown  in   Figure  6(b ).  S uch  a   m od el   c on sist s   of  t wo  IG BTs   a nd  tw rev e r se   bl oc king  diodes   th at   are  c onne ct ed  i a   commo emit t er  a nd   anti - paral le dio de  pair   co nf i gurati on  to  pe r f orm  t he  require bid ire ct ion al   s witc he f or  SPM C   ci rc uit  topolo gy.  Fi gu re  s hows   the   com pute sim ulati on  m od el   of  the  switc hi ng  co ntr oller  f or  the   pro po se s ys te m.   This   c on t rol le ha bee m od el e by   co m par i ng  the   si nuso idal   wa ve for us in a   sine   wav e   bl oc set   with   the   car rier   sig nal  (r e peati ng  seq uen ce )   us i ng  a   c ompar at or  (r el at io nal  operat or)  blo c set   to   pro du ce   the   S inu s oid al   P uls Wi dth  M od ulati on  ( SP W M )   si gn al .   Durin t he  i nput   posit ive   an ou t pu t   po sit ive   cycle,   the  SP WM  si gn al   is  co m pa red  with   th e   s qu a re  wa veform  usi ng  the   c omparat or  ( product1 )   blo c for  s witc S 1a  a nd  S 4a.   D ur i ng  the   input  posit ive  an ou t pu t   ne gative  c ycle,  the  SP W M   si gn al   i s   rev e rse usi ng  not  gate  a nd  com par e with   the  s qu a re  wa veform  us in t he  c omparat or   (prod uct2 bl oc f o switc S2 a   an S3 a Durin t he  in put  neg at i ve  a nd  ou t pu neg at ive   c ycle,   the  S PWM   sig nal  is  c ompare with   the  re versed  s qu a re  wa veform  us i ng  the  c omparat or   ( product3 blo c for  s witc S 1b   an S 4b.  Dur ing   t he   input  ne gative  and   outp ut  pos it ive  cycle,  the   SPWM  sig nal   is  rev erse us ing   no gate  and   c ompare with  rev e rse squa r wav e f or usi ng   the  c ompa r at or   ( pro duct 4)  blo c f or   s witc S 2a  an S 3a The  S PWM  sign al   for  eac switc is   as  s how in  Fig ur e   a nd  the   detai ( zoom  wa veform)  is   as  sho w i Fi gure   9.  The   par a mete rs use to  m od el  t he pr opos e s ys te m ar e  as tab ula te in  Table  2.           Figure  5. Sim ul at ion   m odel  of  prop os ed   G2V  wireless  po we s upply       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Grid  t ve hicle  ( G 2V wi rel es s power s upply  u si ng sin gle - phase  matri . ..   (Muh ama d Hazi M ohm ad A kram)   291     (a)     (b)     Figure  6.   (a S PM C si mu la ti on m odel , (b Si mu la ti on  m ode l of the  bid i recti on al  s witc h           Figure  7.  Sim ul at ion   m odel  of  the s witc hing  con t ro ll er           Figure  8.  SP W M   s i gn al   f or ,   ( a) S1a  & S 4a, ( b) S2a &  S 3a,   (c)   S1b  & S 4b,  (d)   S2b  & s 3b   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele Dr i   S ys t ,   V ol 12 , N o.   1 Ma rch   202 1   :   286     294   292       Figure  9. Detai l of the  SP WM  s ig nal       Table  2.  T he  paramet ers  for t he  sim ulati on  model   Para m eters   Valu es   So u rce  v o ltag e   1 8  VAC,  5 0   Hz   Switch in g  f requ en cy  ( SPMC )   2 0  kHz   Res isto   1 0 0  Ω   Cap acito r   2 0 0 0  μ F       5.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION   Figure   10(a )   shows  t he  i nput  vo lt age   wa veform  of  18  VAC   with   50   Hz  f reque ncy.  At  t he  t ran s mit te r   side  of  the  wi r el ess  power   t ra ns fe r,   the  sour ce  vo lt age  of   18  V AC  is  us e as  pr eca utio f or   t he  loss  du t the  c onve rter  a nd  tra ns missi on b ef ore  c hargi ng  the  1 V DC   el ect ric v ehicl e’s  batte r y.  The  sou rce volt ag will   pas t hro ugh  t he   SP M t hat  a ct as  a AC  to   AC  c onve rter  to  c onver t   f rom  the   li ne  fr e quenc of 5 0   H to  t he  ou t pu t   hi gh  frequ e nc of  20   kHz.   T he   use   of   20  k Hz  s witc hing  freq ue ncy  ca pro vi de  a   high - e ff ic ie ncy   wireless  powe tra nsfer   oper at ion   [21 ].   Th outp ut  high - fr e qu e nc volt age  from   the   SPM C   is  as   s how i Figure  10(b).   With  the  i deal  modu la ti on  in dex   of  0.5 f or  the  20  kHz  S PWM  c on tr oller,  the  pea vo lt a ge  of   the  S PM C   ou t pu t   is  14.4  with  a   r ed uctio of  3.6  V   f rom  the   in put  s ource   vo lt age T he  outp ut  from   SP MC   will   be  tra nsmi tt ed  thr ough  wi reless  power  tr ansf e a nd  will   be   receiv ed   at   the  recei ver.  B ecause  of  the   use   of   the  ideal   tra ns f ormer   as   WPT   me d iu m,   the re  a re  no  l os se f rom   the   W P process.   T he   volt age   wa ve f orm  at   the  receive pa rt  is  a s how in  Fi gure   11(a ).   The   ou t pu t   of  the   WPT   is   the recti fied   us in the   f ull - br i dg high - fr e quenc recti fier   to   pr oduce   the   DC   ou t pu t   volt age   form   to  cha rg e   the   12  V DC  ba tt ery Fig ur e   11( b)   sh ows  t he  outpu vo lt age  of   the  recti fier  c onve rter.  The  outp ut  rip ple  of   the  load  vo lt a ge  wa vefo rm  c an  be   determi ned  ba sed  on  ( 1)   [ 25] Th us,  the  outpu volt age  ri pple   is  4% with  the   ave rag e   DC  outp ut  vo lt age  of  12.48   V T he   losses   that  occ ur  du e   to   the   rec ti fier  pr ocess  is   1.9 2V  or  13. 33%  c ompa red  t t he  receive WPT   powe r.  T he D C o utput v oltage is t hen u se d t c harge t he 12 V DC elec tri c v e hicle ’s batt ery.       %   =      × 100%     (1)         (a)     (b)     Figure  10.   (a)  Sour ce  volt age  50   Hz,   ( b)   O utp ut  SP M vo lt age  20 kHz         (a)     (b)     Figure  11.   (a)  WPT  r ecei ve r vo lt age , (b L oa d vo lt age   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Grid  t ve hicle  ( G 2V wi rel es s power s upply  u si ng sin gle - phase  matri . ..   (Muh ama d Hazi M ohm ad A kram)   293   6.   CONCL US I O N   This  pa per  des cribes   the  c om pu te sim ulati on  model  of  gri t veh ic le   (G2V)  wireless   powe s uppl us in a   si ng le - ph a se  m at rix   c onve rte (S P MC ).   T he   pr opose sy ste m   ha bee pr e sent ed  i detai wi th  a   simulat ion   model  us in MA TLAB/Si m ulin k.   T he  pr opos e ci rc uit  had   si mp li fied  t he  c onve ntion al   gri to  veh ic le   ci rc uit  with  the  wire le ss  powe tra ns fe f unct io u sin the  SP M to  reduce   the  losses   an ci rc uit   com plexity  of t he  c onve ntion a l ci rcu it  to po l ogy. T he use  of  SPM C  in  t he p rop os ed  syst em can  r e duce t he  tw conve rsion  sta ges  of  the  c onve ntio nal  sy s te to  sing l conversi on  sta ge  f or   dire ct   AC - AC  c onve rter  o pe rati on.   The   val ue  of  the   outp ut  volt ag of  12. 48V   a nd  4.45 %   rip ple  is  good   e nough  to   c harge  t he   commo nly  us e 12  batte ry  f or  an   el ect ric  ve hicle T he  adv a ntage of  the  propose s ys te su c a high - powe densi ty   an high   ef fici ency  can   be  us e as   an   al t ern at ive   to   the   co nventio nal  G2V  wireless   powe r   trans fer   ci rcu it The   f uture  re comme ndat io for  t he  pr opose st udy  is  t ex plo r ot her  wa veforms  for  an typ of   fau lt   in  the  s ys te because   this  r esearch  only  f ocused  on   t he   vo lt age  wa ve form.   Also,  si nce  thi project   on l i nvol ves   simulat i on,  t he   f uture  s tudy  sho uld  be   on   the   hardw a re  of  t he  projec t.  T his  is   be cau se  of   the sim ulati on ,  and the  actual   sit uation may   be diffe re nt du e to  un e xpect e d fact ors.       ACKN OWLE DGE MENTS     Finan ci al   s up port  f rom  Re search   M a na ge ment  Ce ntre   (RM C ),   U niv ersit Te knol og MARA  (U iT M ) , Gra nt  No.  600 - RMC /LESTAR S D G - T  5 / 3 (18 8/2019 )   is   gr at ef ul ly ackn ow le dge d.       REFERE NCE   [1]   A.  Gil   and   J .   Tai ber ,   A   Liter at ur R evi ew   in   Dyn am i Wi r el ess  P ower  Tr ansfe r   fo E le c tric  V ehi c l es:  Te chno logy  and  Infr astruc tur Int egr a ti on  Ch al l enge s,   Sustai nable   Aut omoti v Techno logi es ,   pp.   289 298 ,   20 13.     [2]   M .   Q .   I .   M .   Z a ma ni ,   R Bah ar om,   and   D .   Joh ari ,   Con ce ptu al  study  on  gr id - to - vehi c le   (G2V wire l ess  power  tra nsfer   using   s ingl e - ph ase   ma t rix  conv erter,   Inte rnational   Jo urnal  of   Powe r   Elec troni cs  an Dr iv e   Syst em   (IJ PE DS) ,   vol .   1 0,   no .   3 ,   pp .   138 2 1388,   2019 .     [3]   M.  P.   Kesle r ,   High ly  R esona nt   Wi r eless   Pow er  Tra nsf er Saf e,  Eff ic i e nt,  and   over   Distanc e ,   201 7.   ht tps:// wi tric i ty. com/wp - content/uploads/2016/12 /Whi te _ Pape r_2 0161218. pdf .   [4]   B .   Yang ,   S .   Du ,   W .   Ch en,  C .   De ng,   and   D .   Xu ,   Optim al  par amet er  design   for  ser i es - serie r esona n ce   conve r te fo wire le ss   power  t ran sfer,   2014  I nte rnational   Po wer  El e ct ronics  and  App licati on  Confe renc and  Ex positi on 2014 ,   pp.   772 777   [5]   G.   W.   M .   S C .   Moon,  W ire l e ss   power  tra nsfer  sys te with   asymm etric  4 - c oil   resona tor  for   el e ct ri veh icle   bat t ery   ch arg er ,   2015  IE EE A ppl .   Pow er  E le c tron.  Conf .   Ex po 20 15,   vol .   31 ,   no .   1 0,   pp .   1650 1 65 7   [6]   M.  Etem adr ezaei,  W ire l ess Pow er  Tr ansfe r,   in  Powe r E le c troni Handbook ,   Sc i enc e   Direc t ,   pp.   711 722 2018 .   [7]   B .   Frieske ,   M .   K loe t zke ,   and  F .   Mauser,   Tre nds   in  Vehi cl e   Conc ept   and   Key  T echnology  Deve lo pme nt  for   Hybri d   and  Ba tt ery   E lec tri c   Vehic le s,   World  Elec tri c V ehi c le   Journal ,   v ol.   6 ,   pp .   9 20 ,   2 013.     [8]   Yao  Y . ,   G ao  W . and   L i   Y . Opti mi z at ion   of   PH E Chargi ng   Sch edul e   for   Lo ad   Peak   Shaving ,   I EE E   Conf ere nc and  Ex posi ti on  o Tr anspor tat ion  Elec tri fi ca ti on 2014,   pp .   1 6 .     [9]   Hua  L . ,   Wa ng  J . and   Zhou  C . Adapti ve   Elec t ri Vehi cl e   Charg ing  Coordi na ti o on  Distributio Network,   IE E Tr ansacti ons On Smart  Gr id ,   vo l. 5, no. 6, p. 2666 2675,   2014 .     [10]   Hos seini   S . ,   B a dri  A . and   Par vani a   M . Th e   Plug - in  E lectr i Vehi cl es  for   Pow er  Sys te Applic a ti ons:  T he   Vehic l to  Grid   (V2G Conc ept,   2012  I EEE  I nte rnational   En ergy   Conf ere nc e   and  Ex h ibi t ion   (ENERGY CON) 2012,   pp .   1101 1 106.     [11]   Donoghue  J .   an d   Cruden  A . Whol Sys tem  Modell ing  of  V 2G  Pow er  Network  Control ,   Co mm unicati o ns  a nd   Mana gement,   2 013  World  E lect ric  V ehi c le Sy mp osium and  Ex h ib it ion (EV S27) 2 013,   pp .   1 9 .     [12]   Zha L .   and   Aravi nth an  V . St rat eg ie of   Resi dent i al   Pe ak  Sh avi ng  Wi th   Int e gra t ion   of  De mand  Response  an d   V2H ,   IE EE   PES A sia - Pa ci f ic Po wer  and  En ergy   Eng ine ering   C onfe renc ( AP P EE C) 2013,   pp.   1 5.     [13]   S.  H.   S.   S.   Sabe rba ril  E . ,   Utiliz ing  PR EYs  for   Peak - Shaving,  L oss   Reduc t ion  a nd  Volt age  Pr of il e   Improv ement   via   V2B Mode ,   The  19th   E le c tri cal   Powe r Distri buti on  Conf ere n ce   ( EP DC2014) 2014,   pp.   59 65 .     [14]   D.  Jung,   Y.   Ji,   C.   Won,  T.  Lee ,   S.   Le e ,   K.   Se o,   Grid - Conne ct ed   E lectr i V e hic l es  Charg er   Stat ion   Based   o n   Li thi u Polym e r   Bat t ery   En erg Storage   Sys tem,   2010   IEEE  Ve hi cl Powe a nd  Propulsion  C onfe renc e 2010 ,   pp.   1 5 .     [15]   K.  N.   Mude ,   Bat tery  Ch arg in Method   for   E le c tri c   Veh ic l es:   F rom   W ire d   t On - Road   W ir el ess  Ch arg ing ,   Chine se  Journal   of El e ct ri cal   En gine ering ,   vol .   4 ,   no .   4 ,   pp .   1 15 ,   2018.     [16]   C .   Qiu ,   K.   T.  Ch au,  C .   Li u ,   and   C.   C .   Chan ,   Ov erv ie w   of   W irele ss   Pow er  Tr ansf er   for   Elec t ric  V ehi c le  Charg ing,   Inte rnational   Ba tt ery ,   Hybr id   an Fuel  C el l   Elec t ric  V ehi c le Sy mp osium ,   2013.     [17]   M.  Hass an   and   A.  E .   Z awa wi,   Wi re le ss   power  t ran sfer  ( Wi re le s li ghti ng) ,   201 5th  In te rnation al  Conf ere nce  o Information  &   C omm unic ati on  T ec hnolog and   A cc essibi li t (ICT A) 2015 ,   pp .   1 4.     [18]   Z .   Sun,  Q .   Chen ,   L .   Zh ang,   and  R .   Long ,   R ese a rch   on  Bidirec tional  W ireless  Pow er  Tra nsfer   Sys te for  El e ct ri c   Vehic l es,   2019   34 th   Youth   Ac a demic   Annual  C onfe renc o Ch ine se  Associat io of  Aut omation   (YAC) ,   vol.  4,     no.   19 ,   pp .   468 472,   2019 .     [19]   D .   Ahirra o,   B .   Gaware ,   P .   Kak ade ,   and  P .   Kha rad e,  Ana lysis  o f   Single   Phase   Matri Conver ter,   In t.   Journal  of  Engi ne ering  R ese arch  and  Appli cat ions ,   vol .   4 ,   n o.   3 ,   pp .   856 86 1,   2014 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele Dr i   S ys t ,   V ol 12 , N o.   1 Ma rch   202 1   :   286     294   294   [20]   P .   N .   A .   M .   Yun us ,   A .   Jus oh ,   an M .   K .   Hamzah ,   Pass ive   Da mp ing  Network  for  Single   Phase  Matri Conver ter   (SP MC)  Opera ti ng  As   Rec t i fie r,   Symposiu on  Industrial  El e ct ronics  an Appl i cat ions ,   vol.   7 ,   no.   11 ,     pp.   173 177 ,   20 11.     [21]   D .   Alashga r ,   K .   Fujiwar a,  and   N .   Nag aoka,  Fundame nt al   In vesti gation  of   Short - Range   In duct iv Coupl in g   Wi re le ss   Pow er   Tra nsm ission  by  Us ing  Seri e s - Serie Cap ac i t ive   Co mpe nsat i on  Topol ogy ,   Journal  of   Asia n   El e ct ric   V ehi c le s ,   vol .   17 ,   no .   1 ,   2 019.     [22]   S.   Z .   M .   Noor ,   N.   F.   A .   Rah man ,   and   A.  M .   A ris,   Modeli ng   a nd  Simul at ion   o a   Singl e - Phase   Boost  AC - AC   Convert er   Us ing   Singl e - Phase   Matri x   Conver ter  Topo logy,   Int ernati onal   Conf ere nce  on   Comp ute Appl i cat ion and  Industria l E le c tronic s ,   pp.   2 08 213,   2011 .     [23]   S.  Subha,   Re alization  of   AC - AC  Converter  Us ing  Matr ix  Con ver te r ,   World  Appl ie d   Sc ie n ces   Journal ,   vo l.  9,     no.   29 ,   pp .   1117 1122,   2014 .     [24]   Z .   Zainuddin ,   R Bah aro m,  I .   M .   Yass in ,   and   K .   S .   Muham ma d ,   Solid - State   Trans forme (S2T)   of  Singl Phase   Matri x   Converte r,   Int ernati onal   Journal   of   Pow er  E le c tronic s   a nd  Dr iv e   S yste m   (IJ PE DS) ,   vo l.  9,   no .   3,   pp .   997 1005,   2018 .     [25]   I .   S .   A.   Razak,  R .   I .   Z .   R .   Z .   Ha shima ,   and   S .   N .   M .   Soid,  De sign  of  Single   P hase   Bridg Full - wave   Re ct if ie r ,   Confe renc on   Language,   Educ a t ion,   Engi ne ering   and  Techno logy 2016 ,   v ol .   2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.