代写Power Systems 4 (ENG4104)代做Java程序

Power Systems 4 (ENG4104)

Wednesday 27th April 2022

14:00–16:00PM

Attempt all Sections

Attempt ALL questions in Section A and any ONE from Section B.

Total 100 marks

Section A – Answer All Questions [75 marks]

Q1 Power System Analysis                                                                                                    [58]

(a)         Load Flow Analysis

(i)          A transmission line of impedance ZL  = 0.01 +j 0.05 pu links bus  1 to

bus 2. The voltage supplied to bus  1 is  1.0上0。pu and the load S2  at bus

2 is 1.1 +j 0.6 pu. Using the iterative method (calculate for three iterations: n = 0, 1, 2), determine the per unit voltage at bus 2.             [8]

(ii)         For the power system illustrated in Figure Q1a, the voltages at both ends of the power system are given as:

V1  = 1.05上δ。pu , V2   = 1上0。pu

The line reactance is given as j 0.05 pu. The real power at both ends of the line are P1  = P2  = 5pu. The complex power outputs SL1  and SL2  at the two buses are given as:

SL1  = 6 + j3pu, SL2  = 5 − j2pu

If the  load  SL3   at  bus  2  is  the  same  as  the  generator  power  at  bus   1 (SL3=SG1), determine the generator power SG2  connected to bus 2 (using the formulae provided).                                                                           [8]

Useful formulae:

(b)       Per Unit Analysis                                                                                               [10]

For the power system shown in Figure Q1b, calculate the per unit impedances of all components with given zone  1 voltage base 22kV and power base  100 MVA (for the system).

(Zone   voltage   bases   2   marks,  per   unit    impedance   calculation   for  each component 2 marks.)

(c)       Fault Level Analysis                                                                                          [14]

A simple electrical network is shown in Figure Q1c. All reactance values are shown in per-unit form to a common base voltage. Working to a base capacity of  100  MVA,  estimate  the  short circuit capacity and fault current should a symmetrical three-phase fault occur on the 132 kV busbar at the position shown.

[per unit reactance calculations 6 marks, equivalent circuit and simplification 6 marks, capacity and current calculations 2 marks]

(d)         Compare the load flow, per unit, and fault level analysis from aspects of: main purposes  (6  marks),  mathematical problems   (6  marks),   solving  procedures (6 marks).                                  [18]

Q2 Net-Zero Carbon Emission Context (Open-ended)                                                        [17]

(a)         The  Scottish Government has committed to  100% reduction in carbon dioxide emissions  by  2045  (so-called  ‘net-zero’,  compared to 1990s  level). In  your opinion, by 2035 what percentage of electricity in Scotland should be derived from renewable resources and why?                                     [5]

(b)         Apart from Solar energy, describe another two main forms of renewable energy currently  in  use  in the UK and for that indicate and explain three of  their technical  limitations with regards to  the  integration  to power  systems.  (each form of energy 6 marks)                                                                                    [12]

Section B – Answer Any ONE Full Question [25 marks]

Q3 Power System Modelling                                                                                                 [25]

(a)         Transmission line modelling - explain why we need simplified transmission line models (3 marks) and under what conditions overheadline can be simplified as a single inductance (3 marks) and underground cable as a single capacitance (3 marks).                                                                                                             [9]

(b)         A     three-phase     400     kV,     100 km     transmission     line     has     parameters

R = 0.005 Ω/km, XL=  0.05 Ω/km and XC  = 1250 Ω/km, and delivers 950 MW to loads at 0.98 power factor (leading).

For the full distributed model, calculate matrix parameter B.                        [10]

Useful formulae:

cosh(yL) = cosh(αL + jβL) = cosh(αL)cos(βL) + j sinh(αL)sin(βL) sinh(yL) = sinh(αL + jβL) = sinh(αL)cos(βL) + j cosh(αL)sin(βL)

(c)         For   different  types    of  buses/nodes   in   load  flow    analysis,   explain   their definitions and possible numbers in a power system.                                       [6]

Q4 Power System Operation                                                                                                 [25]

(a)         For the  system  shown  in Figure Q4a, explain with the aid of a diagram  (load flow  direction  and  voltage  profile,   5   marks)  and  with   simple  calculations (ignore the power losses on the feeder, 6 marks), whether there is a voltage rise problem?                                                                                                             [11]

List and briefly explain three possible solutions to reduce voltage rise issues (6 marks), with the voltage drop equation (2 marks).                                       [8]

(b)         Briefly   explain  the  purpose  of  power  filters  (2  marks),  and  what  are  the advantages and disadvantages of active power filters (4 marks).                    [6]