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沈阳农业大学学士学位论文文献综述 编号（学号）：158940047文献综述和外文翻译（ 2015 届本科）学 院：信息与电气工程学院 专 业：电气工程及其自动化 姓 名： 贾文慧 指导教师： 黄 蕊 完成日期：2015年 5 月 20 日文 献 综 述题 目： MATLAB在稳态电路中的建模与仿真分析 沈阳农业大学学士学位论文文献综述 MATLAB在稳态电路中的建模与仿真分析 在稳态电路分析中 ,随着电路规模的加大 ,微分方程阶数以及联立方程的个数势必增多 ,给解算带来困难。利用基尔霍夫定律和矢量作图的方法可以求解，繁琐费时，而用传统的计算机编程语言 ,如 FORTRAN、C语言等在处理高阶微分方程和大规模联立方程组问 题时，大量的时间和精力都花在矩阵处理 (如矩阵输入、求逆、稀疏矩阵处理等)和图形的生成分析等繁琐易错的细节上。被誉为第四代计算机语言的MATLAB在矩阵处理和图形处理等方面有着得天独厚的优势。利用MATLAB的M文件来求解电路方程,只需一个或几个语句即可完成,同时MATLAB提供的Simulink工具可直接建立电路模拟模型 ,随意改变模拟参数 ,并且立即可得到修改后的模拟结果（Scope显示),进一步省去了编程的步骤。 一、基尔霍夫定律在电路计算中应用 基尔霍夫定律是在 1845 年由德国人 G.R.Gustav Robert Kirchhoff (18241887)基尔霍夫提出 ，定律阐述了集总电路各回路电压之间和各支路电流之间的约束关系，是电路理论的最基本定律2 。1、基尔霍夫定律的内容 基于电荷守恒的电流连续性原理和基于能量守恒的单位单值性原理，以确定各元件的电压或电流之间的关系 。 从内容可以看出 ，基尔霍夫定律包含了电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。 基尔霍夫电流定律（KCL）： 电路中，任一时刻，任一节点上电流的代数和为 0； 基尔霍夫电压定律（KVL）： 任一回路中，从任一点出发沿回路绕行一周所经过的电压代数和为 0。2、基尔霍夫定律的应用 在电路的分析计算过程中，常常将电流定律（KCL）和电压定律（KVL）结合来使用；因此，常用的方法有三种：支路电流法，结点电压法，网孔分析法。 2.1 支路电流法 以电路中各支路的电流为未知量，由 KCL、KVL 列结点电流方程和回路电压方程，联立方程组，求解。 2.2 结点电压法 以电路中两结点间的电压为未知量，由 KCL、KVL 列结点电流方程和回路电压方程，联立方程组，求解。2.3 网孔分析法 以网孔电流为未知量，列回路电压方程，求各网孔的电流，进而分析某条支路的电流或电压。3、基尔霍夫定律的特点优点：能阐明各支路电流之间和各回路之间的基本关系。缺点：在电路中如果节点过多。联立的方程多，解方程组较困难。在复杂电路中若只求某一个支路的电压、电流或电阻时建议不用1。二、向量图法求解稳态电路1、相量法简介 在线性电路中,如果激励是正弦量,则电路中各支路和电压和电流的稳态响应将是同频率的正弦量;如果电路中有多个激励且都是同一频率的正弦量,则根据线性电路的叠加性质 ,电路全部响应都将是同一频率的正弦量;处于这种稳定状态的电路称为正弦稳态电路3。电力工程中遇到的大多数问 题都可以按正弦稳态电路处理;许多电气、电子设备的设计和性能指标也往往是按正弦稳态考虑的;而电工技术中的非正弦周期函数可以分解为频率成整数倍的正弦函数的无穷级数;这类问题也可以应用正弦稳态方法理。相量法是分析求解正弦稳态电路响应的一种有效工具。将正弦稳态电路中的所有激励和响应用相量表示,对每一个不含独立源的二端网络(或元件)引用复阻抗或复导纳, 分析计算线性电阻性电路的方法和定理就可类推来分析正弦稳态电路4。这样的方法总称为相量法。在应用相量法分析电路时,首先应注意对应的量,正弦稳态电路与线性电阻性电路对应的量是: #U与u对应, #I与i对应,Z 与R对应,Y与G对应。其次,对正弦稳态电路中每一个不含独立源的二端网络(或元件)都注以它的复阻抗或复导纳,得到与原电路。2、相量分析法的步骤 （1）正弦量用相量表示，电阻、电感、电容元件用阻抗或导纳表示，画出相量电路； （2）相量电路中，用电阻电路的分析方法求解各响应的相量； （3）将求得的响应相量转换成时域的正弦函数表达式。3、相量法的特点优点：较数值计算在一定程度上降低了计算量和计算难度，并且形象生动的展示了各物理量之间的复杂关系，清晰明了。缺点：建模过程及其复杂，需要有很清楚的理解力和空间感，对于已知电路结构、参数和激励求响应的题目, 大多数可直接求解, 无须画相量图辅助分析。三、利用计算机语言分析电路1、计算机语言简介计算机语言包括机器语言和高级语言。机器语言是用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合。它是计算机的设计者通过计算机的硬件结构赋予计算机的操作功能，比如汇编语言（assembly language)。机器语言具有灵活、直接执行和速度快等特点。高级语言比较容易识记和理解，像C B语言等。2、特点 利用程序分析方法求解电路方程时,应从以下几个方面着手:第一,首先要学习掌握线性方程组的程序分析方法。因为,对于一个线性电路来讲,所列的电路方程为线性方程。第二,应着重解决通过输入电路基本信息由计算机自动生成电路的数学模型,这是研究电路程序分析方法的关键所在6。第三,应巧妙地掌握程序编制的方法，有些计算子程序已有了成熟的模块，可在通晓后借用。这样，可大大提高研发的速度和效率。总之， 在电路设计中，学习掌握计算机程序分析方法是重要的，也是必要的。但是大量的时间和精力都花在矩阵处理 (如矩阵输入、求逆、稀疏矩阵处理等)和图形的生成分析等繁琐易错的细节上5。四、利用MATLAB进行稳态电路分析被誉为第四代计算机语言的MATLAB在矩阵处理和图形处理等方面有着得天独厚的优势。利用MATLAB的M文件来求解电方程，只需一个或几个语句即可完成，同时MATLAB提供的Simulink工具可直接建立电路模拟模型 ,随意改变模拟参数 ,并且立即可得到修改后的模拟结果(Scope显示),进一步省去了编程的步骤8。MATLAB能适合多学科、多部门的要求 ,其特点是: 1)以复数矩阵或数组为数据单元进行运算 ,可直接处理矩阵或数组 ; 2)语言结构紧凑,内涵富 ,编程效率高 ,用户使用方便9; 3)强大的绘图功能。用户只需一条或几条语句就可方便的给出复杂的二维、三维图形 ; 4)含有丰富的内部函数 ,可直接调用不需另行编程,如用来求解微分方程或微分方 程组的solve函数、求解线性方程组的solve函数 ; 5)带有simulink动态模拟工具及toolbox 等其他功能,可方便地生成模拟模型 ; 6)便于系统扩充,通过 M文件形式,共享C、FORTRAN 等语言的资源11; 7)在涉及复杂算法的仿真中 (如电气传动控制系统),弥补Pspice传递函数的不足。综上所述，利用MATLAB进行稳态电路的研究具有方便快捷的好处，与基尔霍夫定律、相量法、FORTRAN、C 等其他高级语言相比,具有编程简单,数据传输快捷、直观,计算速度快、精度高, 数据输出及存储方便等优点，大大提高了计算的效率和精度,同时获得了可视化的计算结果。MATLAB在复杂电网络分析中将会发挥越来越大的作用, 已经成为教学和科学研究中必不可少的工具。参考文献1刘景生.关于基尔霍夫定律的讨论.长春光学精密机械学院院学报.1985：89-952其其格.基尔霍夫定律的讨论.河套大学学报.2008：24-273王成艳.用相量法求解正弦稳态电路.高等函授学报(自然科学版).2004：29-324邱燕雷，冯美英.用相量法分析正弦稳态电路.柳州职业技术学院学报.2006：67-705历风满.正弦稳态电路的程序分析方法.沈阳师范大学学报(自然科学版).2003：6喻宗泉.正弦稳态电路的计算机求解.软件.1995:41-487刘同娟,马向国.MATLAB在电路分析中的应用J.电气电子教学学报,2002：40-428杜海莲,王占锋.MATLAB在电路分析实验教学中的应用.江苏技术师范学院学报.2011:89-949朱明扬. RLC串并联稳态电路的MATLAB界面设计.东北电力大学学报.2009:2-2510张晓伟,张芝雨.基尔霍夫定律在电路计算中应用的分析.中小企业管理与科技.2011:15611王国枝.稳态电路的通用MATLAB程序实现J.电力学报,2009:109-11212高月华,郝蕾.利用MATLAB实现典型正弦稳态电路的分析J.中国现代教育设备.2005:37-38 13田富国.浅谈MATLAB在电路分析中的应用J.数字技术与应用，2013：77-7814王继红.Matlab在正弦稳态电路分析中的应用J.新课程（教研版),2008:37-3815张少如，李志军.MATLAB与电力系统仿真J.河北工业大学学报.2005:5-93外 文 翻 译题 目：混合光伏/热（PV / T）太阳能系统仿真沈阳农业大学学士学位论文外文翻译 混合光伏/热（PV / T）太阳能系统仿真1、简介混合PV/ T集热器设备通过两个光伏发电和光热技术的结合将太阳辐射同时转化为电能和热能。它们典型地由上附着的热吸收到模块光伏（PV）的背面，如图（一）。 PV模块将入射太阳能的一部分辐射转化为电能，而其余部分通过热吸收器被引导为一个循环流体在热应用程序中使用（例如,热水，采暖），Charalambous等使用。这种太阳能技术的发展的动力是国家的最先进的光伏电流技术的主要缺点有是它无法吸收太阳能固有全辐射光谱范围内的能量。由于入射能量的大部分以热量的形式排放到周围环境中，进而导致光伏太阳能电池的效率相对较低。混合动力太阳能集热器吸收这些能量，否则拒绝吸热，从而增加组合的热和电功率的产量。虽然对PV / T系统的早期研究文章可以追溯到七十年代科恩等（1978年）和Florschuetz（1979年），他们都获得了新的兴趣与以采取实质性举措降低成本，因此预计它们在未来变得越来越有吸引力。在目前的工作中，根据模块化块建模策略应用集成的Simulink/ Matlab的环境来进行热力学建模实现太阳能工厂布局。Simulink的是Mathworks公司（2009年）最初创建的多域仿真平台和基于模型的设计动力系。它可以在允许的可能性的范围内有很大的灵活性建模。然而它已被主要用于模拟控制系统，数字信号处理和电路，并有非常少的太阳能系统的瞬时热建模的实例，甚至流体网络分析。在本研究中的个体系统部件通过Simulink的S函数，其根据非线性时间依赖性所得微分方程系统的时间积分来模拟系统。其他建模方法可以模拟的很好。有人认为，更高层次的建模方法，例如，基于对使用的面向对象和非因果建模语言Modelica的或在使用的标准的面向对象和非因果建模框架Ecosimpro可能是可行的和更好的替代品。然而，面向对象的编程和非因果建模已经在Matlab/ Simulink环境中通过的Simscape语言当前版本的支持。此选项避免了所谓的代数环的问题，它允许更自然的物理建模和建筑用的库可重用的组件模型和系统。此外，所有Matlab的可用的工具箱可以使用在必要时。特别感兴趣的是并行计算工具箱这让多核和多处理器计算机的能力得到充分的发挥。在第2节数学模型对不同个体主要成分介绍。这些措施包括光伏/ T集电极模型，热水储热分层水箱模型和太阳辐射输入模型。在第3节Simulink的系统模型布局。在第4节各个组件的模拟和参数研究，以确定它们进行关键功能时起到散热性能的相关作用。详细的参数和灵敏度研究是对光伏/ T集电极进行可能性的评估，在通过使用真空和去除光伏玻璃封装的集热效率进一步改进。本节中在Matlab / Simulink中获得的各个组件的仿真结果与其他作者得到的实验数据进行了比较。在第5节一年一度的模拟总体结果为PV / T太阳能在温带地区国家（葡萄牙）整个系统的性能，以及赤道国家（擦玻璃 - 佛得角）呈现和比较。2、个体组件模型2.1、PV/ T收集器2.1.1、PV/ T集热器的设计光伏/ T集电极是太阳能植物组分负责捕获太阳辐射并将其转换成电力和热能。一个典型的混合型PV / T收集器由附着在热吸收光伏模块（见图 1）。吸收器的目的是冷却面板并进行光伏拒绝热到冷却流体。该热量可以在需要低温加热（例如，卫生热水，或游泳池）应用中使用。光伏/ T集热器可以根据是否在冷却流体使用通常分为水收集器和空气收集器。前者由于它们的更高的效率是更常见的，而后者大多在空气中预加热，冷却，通风，Chow等使用（2007）。在几种水冷收集模型中，片材和管设计被认为是最有前途的一个，因为它是最便宜的建立，同时其效率仅比其余的略低。内片材和管类，玻璃覆盖集电极获得的最大热效率和最高流体的温度，揭示本身作为最合适一个用于卫生热水市场，尊德格等（2004）。由于国内卫浴热水的应用，目前建模设计工作选用代表最有前途的市场的光伏/ T太阳能发电厂。图1 典型片管式光伏/ T集电极2.1.2、平板集热器模型2.1.2.1、光学模型为了方便描述混合集热器，光学模型和一个充满活力的模式应予以处理。开发的光学模型基于菲涅耳定律，并采取在考虑了与每个单独的太阳辐射组件相关的不同集的属性，以及它们的依赖的辐射入射角。玻璃盖和吸收系统的组合透射吸收率（SA）由其中q代表内部散射辐射反射得到系数。2.1.2.2、有力的模型在充满活力的模型中，如Zondag等（2005），一维模型提供了用时相比更精确，满意度复杂的模型。在这个前提下，一个单维瞬态模型是在每个单独的集电体的开发组件施加能量守恒。这导致了一组非线性瞬态一阶微分方程。温度的Ti的位置示于图1。窗体顶端玻璃盖的能量平衡是窗体顶端PV模块能量平衡的结果是窗体顶端吸收器边能量平衡是窗体顶端吸收器连接到所述循环管能量平衡为窗体顶端循环流体在管中的能量平衡到为窗体顶端其中，T5表示给定的流体介质的温度窗体顶端参数Cij的和K常数用于简化表达式和从集电极几何值所得的非温度依赖性特性，光学特性和传热系数。电和热效率由下式给出窗体底端窗体顶端2.2、储罐窗体顶端2.2.1、地幔罐窗体底端窗体顶端对于选择国内太阳能发电厂的绝大部分能量储存的选项是分层蓄热罐，由于其简单性和低成本。其中最有竞争力的设计为卫生热水市场是分层热水箱与地幔热交换器（Han等人，2008）。在这种类型的设计中，热交换器掺入储存箱（参照图2），从而确保简单，体积小，低高分层级成本。由于卫生热水的应用程序可能代表了主要的潜在市场，光伏/ T太阳能发电厂（尊德格等，2005），这是在本研究中选择用于建模设计的目的。图2 分层热水箱与地幔热交换器窗体顶端2.2.2、坦克模型窗体顶端在坦克模型，假设在内部的流动是单维的（活塞状或活塞流）。它在罐的大部分区域近似合理，作为在入口、出口附近的区域不太精确。流体温度在罐和换热器非平稳。损失的热量通过顶部，底部和侧面的环境壁。对流能量流转不考虑。据此鲍尔等人（1993年），他们往往通过这两个数量高估无流量时段的幅度。水箱和散热之间的对流换热器是通过地幔罐获得的经验为蓝本的相关性。因为它破坏了分层（鲍尔等人，1993），壁与轴传导坦克也被包括在内。在地幔侧，当与罐的面积进行比较时，由于横截面面积非常小轴向传导期限不考虑。因为与其它的热传递的机制相比是非常小的，径向传导也不考虑。在消费者和热交换器侧的焓的条件包括在内。由于在入口湍流混合的扩散区也包括在内。根据乔丹等人研究，这一因素对罐的性能产生影响在3。窗体顶端罐的能量方程给出窗体顶端用于热交换器流体的能量方程类似于槽，由于小的横截面面积，与该轴向沿着流体传导将不会作为唯一的区别考虑。该导出方程为窗体顶端为了模拟热交换器之间的传热与鲍尔等人提出的罐的相关性使用。这种相关性考虑之间的热传递，两个平板在一侧具有完美绝缘，在其他地方并且恒定热通量。窗体顶端若要将此关联到地幔热交换，Baur等人指出应使用校正因子C= 1.7，导出下面的方程窗体底端窗体顶端对于内部的热对流系数，由Bauer等近似使用，在此前提下，一个全球性的传输系数2000瓦/平方米K表箱内部的对流换热系数为考虑，这在实践中消除了这种耐热性。窗体顶端在入口区域动荡的扩散系数由一种有效的扩散系数连翘醇提物，和Zurigat提出的沿罐高度变化等相关由下式给出。窗体顶端其中表示层编号，在入口区域侧面的湍流扩散系数，穿孔盘，和冲击入口扩散系数分别给出窗体底端窗体顶端由于假定热水热分层的平均温度，从入口计算到最高的混合高度。随后Jordan等人假设因入口速度，该倒液层浮力等于流体惯性力，进而来计算混合高度。由此产生的方程是流体速度是由一个有效速度取代，其中包含在入口处的速度减少设备，m代表质量流量，表示进口处的流体密度和的入口有效半径。反转温度层的情况下假设它们混合在一起。窗体顶端有限差分方法来实现所产生的微分方程系统的集成。为了避免在长时间运行下的不稳定性，一次导数进行离散与看累退的差异，二阶导数与中央的差异。在Simulink环境下时间积分和低于0.5的Courant数来避免数值的扩散。窗体底端窗体顶端2.3、太阳辐射模型窗体底端窗体顶端由于自然的内在的非确定性特性，在特定位置只用分析模型很难预测。因此，一