Катедра "Силова Електроника"

КОНКУРС ЗА ФИНАНСИРАНЕ НА ФУНДАМЕНТАЛНИ НАУЧНИ ИЗСЛЕДВАНИЯ – 2021 г.
Базова организация: Технически Университет - София

МОДЕЛИРАНЕ, ПРОЕКТИРАНЕ, УПРАВЛЕНИЕ И ЕКСПЛОАТАЦИЯ НА СИЛОВИ ЕЛЕКТРОННИ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМИ С ИЗПОЛЗВАНЕ НА ИЗКУСТВЕН ИНТЕЛЕКТ

Целта на проектното предложение е адаптирането, развитието и реализацията на техники на изкуствен интелект (ИИ) за моделиране, проектиране, управление и експлоатация на силови електронни устройства (СЕУ) и системи.
Предлаганият интегриран подход е ориентиран към целия жизнен цикъл на СЕУ и по своята същност е комплексен, защото съчетава класически и иновативни методи, като осъществява съвместното проектиране на силова и управляваща част. По този начин той придобива фундаментален характер и е приложим за множество силови електронни преобразуватели и системи. От друга страна при неговата реализация е поставен акцент върху подобряване на експлоатацията на тези устройства.

Основните цели на проекта се обобщават в следните направления:

1. Подобряване на показателите при базовите и промишлените устройства и технологии в индустрията, електросистемите (ВЕИ, чиста енергия) и транспорта (включително електротранспорта), чрез използване на: високоефективни средства за преобразуване и съхранение на електроенергия; електронни технологични системи за заваряване, запояване, индукционно нагряване; интелигентни задвижвания, UPS системи, незамърсяващи и ефективни превозни средства, екологични източници на енергия и др.;
2. Повишаване на капацитета и утвърждаване на водещите позиции на базовата организация в научните изследвания в областта на СЕУ и системи;
3. Подпомагане на реализацията на заложените цели в приоритетните предизвикателства и политики за развитие на научните изследвания в България и ЕС (Хоризонт 2020 и Хоризонт Европа), като: ”cигурна, чиста и ефективна енергия“, „интелигентен, екологосъобразен и интегриран транспорт“, „зелена и кръгова икономика“, „действия във връзка с климата, околната среда, ресурсна ефективност и суровини“ „енергия и енергийна ефективност; ефективно оползотворяване на природни ресурси“, „повишаване конкурентоспособността и продуктивността на икономиката“, „социално развитие, решаване на демографския проблем и намаляване на бедността“, „подобряване на качеството на живот“, „опазване на околната среда, градска среда и транспорт и др.;

1. Систематизиране и анализ на методики за проектиране на СЕУ, базирани на аналитични и софтуерни ресурси и решения.
2. Систематизиране и анализ на подходи за моделиране, проектиране, управление и експлоатация на СЕУ и системи, базирани на ИИ. Анализ и подбор на типови структури на СЕУ, позволяващи формализация и унифицирано описание.
3. Създаване и апробиране на подобрени процедури за моделиране, проектиране, управление и експлоатация на СЕУ и системи, използващи ИИ.
4. Усъвършенстване на създадените процедури на база на получените реални резултати.
5. Разработка на софтуер с отворен код.

8. Списък на научните публикации и представяния

8.1. Списък на научните публикации

8.1.1. Публикации в списания с IF

[1] Hinov, N.; Gocheva, P.; Gochev, V. Index Matrix-Based Modeling and Simulation of Buck Converter. Mathematics 2023, 11, 4756. (Open Access)

Q1 (Mathematics), IF 2.4; CiteScore - Q1 (General Mathematics), SJR 2022, 0.446

https://doi.org/10.3390/math11234756; https://www.mdpi.com/2227-7390/11/23/4756

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[2] Hinov, N.; Gilev, B. Matlab-Based Design Consideration of Series ZVS Single-Ended Resonant DC-DC Converter. Mathematics 2023, 11, 2384. (Open Access)

Q1 (Mathematics), IF 2.4; CiteScore - Q1 (General Mathematics), SJR 2022, 0.446

https://doi.org/10.3390/math11102384; https://www.mdpi.com/2227-7390/11/10/2384

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[3] Hinov, N. An Innovative Design Approach for Resonant DC/AC Converters, Based on Symmetry in Their Operating Modes. Symmetry 2023, 15, 1864. (Open Access)

Q2 (Multidisciplinary Sciences); IF 2.7, CiteScore - CiteScore - Q1 (General Mathematics); Q1 (Physics and Astronomy); Q1 (Computer Science), SJR 2022, 0.483

https://doi.org/10.3390/sym15101864; https://www.mdpi.com/2073-8994/15/10/1864

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[4] Hinov, N.; Gilev, B. Design Consideration of ZVS Single-Ended Parallel Resonant DC-DC Converter, Based on Application of Optimization Techniques. Energies 2023, 16, 5295. (Open Access)

Q3 (Energy & Fuels), IF 3.2; Q1 (Engineering (miscellaneous)), SJR 2022, 0.632

https://doi.org/10.3390/en16145295; https://www.mdpi.com/1996-1073/16/14/5295

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[5] Hinov, N. A Unified Approach to the Analysis of DC/AC Converters, Based on the Study of Electromagnetic Processes in a Series RLC Circuit. Electronics 2023, 12, 983. (Open Access)

Q2(Electrical and Electronic Engineering), IF 2.9; Q2 (Electrical and Electronic Engineering), SJR 2022, 0.628

https://doi.org/10.3390/electronics12040983; https://www.mdpi.com/2079-9292/12/4/983

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[6] Hinov, N.; Gilev, B. Intelligent Design of ZVS Single-Ended DC/AC Converter Based on Neural Network. Inventions 2023, 8, 41. (Open Access)

IF 3.4; Q1 (General Engineering), SJR 2022, 0.575

https://doi.org/10.3390/inventions8010041; https://www.mdpi.com/2411-5134/8/1/41

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[7] Gilev, B.; Andreev, M.; Hinov, N.; Angelov, G. Modeling and Simulation of a Low-Cost Fast Charging Station Based on a Micro Gas Turbine and a Supercapacitor. Energies 2022, 15, 8020. (Open Access)

Q3 (Energy & Fuels), IF 3.2; Q1 (Engineering (miscellaneous)), SJR 2022, 0.632

https://doi.org/10.3390/en15218020; https://www.mdpi.com/1996-1073/15/21/8020

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[8] Postolov, B.; Hinov, N.; Iliev, A.; Dimitrov, D. Short-Term Hydro-Thermal-Solar Scheduling with CCGT Based on Self-Adaptive Genetic Algorithm. Energies 2022, 15, 5989. (Open Access)

Q3 (Energy & Fuels), IF 3.2; Q1 (Engineering (miscellaneous)), SJR 2022, 0.632

https://doi.org/10.3390/en15165989; https://www.mdpi.com/1996-1073/15/16/5989

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[9] Hinov, N. New Method for Analysis and Design Consideration of Voltage Source Inverters. Energies 2022, 15, 3695. (Open Access)

Q3 (Energy & Fuels), IF 3.2; Q1 (Engineering (miscellaneous)), SJR 2022, 0.632

https://doi.org/10.3390/en15103695; https://www.mdpi.com/1996-1073/15/10/3695

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[10] Hinov, N.; Gocheva, P.; Gochev, V. Index Matrices—Based Software Implementation of Power Electronic Circuit Design. Electronics 2022, 11, 675. (Open Access)

Q2(Electrical and Electronic Engineering), IF 2.9; Q2 (Electrical and Electronic Engineering), SJR 2022, 0.628

https://doi.org/10.3390/electronics11050675; https://www.mdpi.com/2079-9292/11/5/675

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[11] Stoyan Popov, Nikolay Hinov. Software implementation of PSPISE-based models in the Python programming language. International Journal on Information Technologies and Security, vol.15, no.3, 2023, pp. 65-74. (Open Access)

Q4 (Computer Science, Information Systems), IF 0.9

https://doi.org/10.59035/LYWQ6789; https://ijits-bg.com/2023.v15.i3.07

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[12] Bogdan Gilev, Nikolay Hinov, Yuri Dimitrov. System for automated design of resonant inverters. International Journal on Information Technologies and Security, vol.15, no.4, 2023, pp. 15-26. (Open Access)

Q4 (Computer Science, Information Systems), IF 0.9

https://doi.org/10.59035/NRPR1121; https://ijits-bg.com/2023.v15.i4.02

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

8.1.2. Публикации в списания с IR (SJR)

[13] Bogdan Gilev, Gergana Vacheva, Plamen Stanchev, Nikolay Hinov. Design Consideration of Charging Station with Hybrid Energy Sources. International Journal of Circuits, Systems and Signal Processing, vol. 16, pp. 1035-1044, 2022, Art. #126. (Open Access)

Q4 (Computer Science, Information Systems), IF 0.9

doi: 10.46300/9106.2022.16.126; https://npublications.com/journals/articles.php?id=440

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

8.2.1. Публикации в сборници от конференции, реферирани в WoS и SCOPUS

[14] N. L. Hinov, B. N. Gilev and I. S. Hristov, "MATLAB/Simulink-Based Linearization Model of a Boost DC-DC Converter," 2022 26th International Conference Electronics, Palanga, Lithuania, 2022, pp. 1-5, doi: 10.1109/IEEECONF55059.2022.9810375.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[15] N. L. Hinov, B. N. Gilev and I. S. Hristov, "MATLAB/Simulink-Based Robustness Analysis of a Boost DC-DC Converter," 2022 26th International Conference Electronics, Palanga, Lithuania, 2022, pp. 1-5, doi: 10.1109/IEEECONF55059.2022.9810413.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[16] Z. Zlatev and N. Hinov, "Evaluation of the Transient Process of a Buck DC - DC Converter, using FFT Analysis of the Output Voltage," 2022 30th National Conference with International Participation (TELECOM), Sofia, Bulgaria, 2022, pp. 1-4, doi: 10.1109/TELECOM56127.2022.10017313.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[17] G. I. Vacheva, K. Genev and N. L. Hinov, "Modeling and Simulation of DC-DC Push-Pull Converter," 2022 57th International Scientific Conference on Information, Communication and Energy Systems and Technologies (ICEST), Ohrid, North Macedonia, 2022, pp. 1-4, doi: 10.1109/ICEST55168.2022.9828584.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

8.2.2. Публикации в сборници от конференции, реферирани в SCOPUS

[18] N. Hinov, T. Hranov and B. Gilev, "Tolerance Analysis of SEPIC DC-DC Converter," 2022 8th International Conference on Energy Efficiency and Agricultural Engineering (EE&AE), Ruse, Bulgaria, 2022, pp. 1-5, doi: 10.1109/EEAE53789.2022.9831387.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[19] D. N. Grozdanov, N. Luboslavov Hinov and P. Vasilev, "3D Model of T-Shaped Inductor for Induction Brazing," 2022 8th International Conference on Energy Efficiency and Agricultural Engineering (EE&AE), Ruse, Bulgaria, 2022, pp. 1-4, doi: 10.1109/EEAE53789.2022.9831310.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[20] B. Gilev, G. Vacheva, N. Hinov and P. Stanchev, "Charging Station for Electric Vehicles, Based on Micro Gas Turbine, Fuel Cell and Supercapacitor," 2022 22nd International Symposium on Electrical Apparatus and Technologies (SIELA), Bourgas, Bulgaria, 2022, pp. 1-4, doi: 10.1109/SIELA54794.2022.9845737.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[21] N. Hinov, T. Hranov and B. Gilev, "Model-based Optimization of SEPIC DC-DC Converter," 2022 22nd International Symposium on Electrical Apparatus and Technologies (SIELA), Bourgas, Bulgaria, 2022, pp. 1-4, doi: 10.1109/SIELA54794.2022.9845763.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[22] V. P. Gochev and N. L. Hinov, "Generalized Nets Representing C - based Programming Constructs," 2022 International Conference on Information Technologies (InfoTech), Varna, Bulgaria, 2022, pp. 1-4, doi: 10.1109/InfoTech55606.2022.9897111.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[23] M. Kocaleva, Z. Zlatev and N. Hinov, "The Voltage Prediction of a Buck Converter Using Machine Learning Approaches," 2022 10th International Scientific Conference on Computer Science (COMSCI), Sofia, Bulgaria, 2022, pp. 1-6, doi: 10.1109/COMSCI55378.2022.9912575.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[24] D. Penev and N. Hinov, "Using Model-Based Design to Improve the Performance of Power Electronic Devices," 2022 10th International Scientific Conference on Computer Science (COMSCI), Sofia, Bulgaria, 2022, pp. 1-5, doi: 10.1109/COMSCI55378.2022.9912597.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[25] T. Hranov, N. Hinov and K. Maslyaniy, "Investigation of a Contactless Power Transmission System Based on a Resonant Inverter," 2022 XXXI International Scientific Conference Electronics (ET), Sozopol, Bulgaria, 2022, pp. 1-6, doi: 10.1109/ET55967.2022.9920265.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[26] N. Hinov, "Model-Based Design of a Buck ZVS Quasi-Resonant DC-DC Converter," 2022 V International Conference on High Technology for Sustainable Development (HiTech), Sofia, Bulgaria, 2022, pp. 1-6, doi: 10.1109/HiTech56937.2022.10145536.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[27] M. K. Vitanova, Z. Zlatev and N. Hinov, "The Output Prediction of a Boost DC-DC Converter Using Machine Learning Approaches," 2022 V International Conference on High Technology for Sustainable Development (HiTech), Sofia, Bulgaria, 2022, pp. 1-5, doi: 10.1109/HiTech56937.2022.10145519.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[28] N. Hinov and S. Popov, "A Python-Based Study of Resonant Processes in Electric Circuits," 2023 International Conference on Information Technologies (InfoTech), Varna, Bulgaria, 2023, pp. 1-5, doi: 10.1109/InfoTech58664.2023.10266872.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[29] S. Popov and N. Hinov, "Comparative Analysis of Software Environments for Computer Modeling in Electrical and Electronic Engineering," 2023 International Conference on Information Technologies (InfoTech), Varna, Bulgaria, 2023, pp. 1-6, doi: 10.1109/InfoTech58664.2023.10266895.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[30] N. L. Hinov and T. H. Hranov, "Tolerance Analysis of a Resonant DC/AC Converter with Reverse Diodes Operating at Control Frequency Below and Above Resonance," 2023 XXXII International Scientific Conference Electronics (ET), Sozopol, Bulgaria, 2023, pp. 1-6, doi: 10.1109/ET59121.2023.10278710.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

[31] S. Popov and N. Hinov, "Python Based Electrical Engineering Training for Computer Engineers," 2023 International Scientific Conference on Computer Science (COMSCI), Sozopol, Bulgaria, 2023, pp. 1-5, doi: 10.1109/COMSCI59259.2023.10315903.

Приносът на публикацията към проект КП-06-Н57/7 - 100%

РЕЗУЛТАТИ

По важните научни и научно-приложни резултати от работата през първия етап на договора, могат да се обобщят по следния начин:

1. Разработени, верифицирани и софтуерно реализирани са математични модели на градивни елементи - дросели, трансформатори, транзистори, диоди и др. с различна степен на сложност, универсалност и точност. На тяхна база са изградени модели за числени експерименти при различни топологии на СЕП.

2. Направено е проучване на техниките на изкуствения интелект с приложение  за моделиране, проектиране, управление и експлоатация на силови електронни устройства и системи. Използваните класически методи за оптимално проектиране не позволяват директното отчитане на множеството от ограничения, зададени в явен или неявен вид. В повечето случаи проектирането се свежда до изпълнение  на определена изчислителна процедура с използване на опростени аналитични зависимости, валидни за квазистатични режими на работа. По този начин се намират началните стойности на елементите. Окончателното решаване на задачата се постига с многократно повторение до постигане на желания резултат. Намирането на решение при този подход не е формализирано и се определя от интуицията и опита на проектанта).

3. Разработени са модели, базирани на апарата на индексираните матрици, който позволяват съвместното описание на силовата схема и на контролера. По този начин, оптималното проектиране на цялото устройство се извършва съвместно и в общ процес, а не както в класическите методи – първо се проектира силовата част, а след това се извършва синтеза на управление.

4. Предложен е нов подход за оптимално проектиране на силови електронни устройства и системи, при който вместо многокритериална оптимизация се решава еднокритериална с ограничения, като целевата функция е базирана на използване на референтна крива на изходното напрежение на устройството. По този начин този метод е универсален и за неговото прилагане не е необходимо извършването на подробен анализ на силовата схема, а само задаване на начални приближение и диапазон на изменение на стойности на градивните елементи. Това е по-близко до стереотипа на проектанта и съобразено с реалността, тъй като често се поставя задача за проектиране на СЕП чрез търсене на екстремум при наличие на множество ограничения. В редица случаи ограниченията са силни и не съществува решение. Поради това се налага отслабване на някои от тях за намиране на решение.

5. Предложен и реализиран е иновативен метод за проектиране на силови електронни устройства, чрез използване на невронни мрежи. Метода е апробиран чрез проектиране на устройства за които няма създадени методики за проектиране или съществуващите  са много сложни и с незадоволителни резултати.

6. Голямата част от постигнатите резултати са имплементирани в учебния процес провеждан от катедра „Силова електроника“, като осъвременяване на учебното съдържание по дисциплините: -     Автоматизирано проектиране на силови електронни устройства, за студенти ОКС “Бакалавър“, специалност Електроника; Моделиране на силови електронни системи в автомобила, за студенти ОКС “Бакалавър“, специалност Автомобилна електроника”.

Не по-маловажни са резултатите свързани със запазване и натрупване на човешки капитал – стимулирането и развитието на млади учени и изследователи.

Изпълнение на заложените индикатори за Етап 1 от проекта.

Last modified 13/12/2023