<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Energy Res.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Energy Research</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Energy Res.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-598X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">757507</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fenrg.2021.757507</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Energy Research</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>A Machine Learning-Based Model Predictive Control Method for Pumped Storage Systems</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Cai et&#x20;al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Intelligent Hydropower Control</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Cai</surname>
<given-names>Qingsen</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1437928/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Luo</surname>
<given-names>Xingqi</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>Chunyang</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Guo</surname>
<given-names>Pengcheng</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>Shuaihui</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Yan</surname>
<given-names>Sina</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>Peiyu</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<label>
<sup>1</sup>
</label>Institute of Water Resources and Electric Power, Xi&#x2019;an University of Technology, <addr-line>Xi&#x2019;an</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<label>
<sup>2</sup>
</label>State Key Laboratory of Eco-Hydraulics in Northwest Arid Region, Xi&#x2019;an University of Technology, <addr-line>Xi&#x2019;an</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<author-notes>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Xingqi Luo, <email>luoxq@xaut.edu.cn</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Sustainable Energy Systems and Policies, a section of the journal Frontiers in Energy Research</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/97677/overview">Biagio Fernando Giannetti</ext-link>, Paulista University, Brazil</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/97763/overview">Yi Zong</ext-link>, Technical University of Denmark, Denmark</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1464184/overview">Alfian Ma&#x2019;Arif</ext-link>, Ahmad Dahlan University, Indonesia</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>08</day>
<month>11</month>
<year>2021</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>9</volume>
<elocation-id>757507</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>12</day>
<month>08</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>19</day>
<month>10</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2021 Cai, Luo, Gao, Guo, Sun, Yan and Zhao.</copyright-statement>
<copyright-year>2021</copyright-year>
<copyright-holder>Cai, Luo, Gao, Guo, Sun, Yan and Zhao</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these&#x20;terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>Integrated systems required for renewable energy use are under development. These systems impose more stringent control requirements. It is quite challenging to control a pumped storage system (PSS), which is a key component of such power systems. Because of the S-characteristic area of the PSS pump turbine, traditional proportional-integral-derivative (PID) control induces considerable speed oscillation under medium and low water heads. PSSs are difficult to model because of their nonlinear characteristics. Therefore, we propose a machine learning (ML)-based model predictive control (MPC) method. The ML algorithm is based on Koopman theory and experimental data that includes PSS state variables, and is used to establish linear relationships between the variables in high-dimensional space. Subsequently, a simple, accurate mathematical PSS model is obtained. This mathematical model is used via the MPC method to obtain the predicted control quantity value quickly and accurately. The feasibility and effectiveness of this method are simulated and tested under various operating conditions. The results demonstrate that the proposed MPC method is feasible. The MPC method can reduce the speed oscillation amplitude and improve the system response speed more effectively than PID control.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>model predictive control</kwd>
<kwd>machine Learning</kwd>
<kwd>pumped storage system</kwd>
<kwd>sustainable hydropower</kwd>
<kwd>intelligent control</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>Introduction</title>
<p>Sustainable energy has become increasingly important due to the present-day shortage of and pollution from fossil fuels (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Albuyeh, 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B36">Menon, 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Bozchalui, 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">Brahman and Jadid, 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B63">Zhang et&#x20;al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B16">G&#xfc;ney, 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B19">Hasan Mehrjerdi, 2021</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B46">Rajvikram Madurai Elavarasan et&#x20;al., 2021</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B54">Thomas Sattich et&#x20;al., 2021</xref>). Consequently, renewable power generation technologies such as wind, solar, hydro, and biomass are used widely (<xref ref-type="bibr" rid="B45">Rajkumar, 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B15">Francesco Calise and Piacentino, 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B42">Pazouki, 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B65">Zhaoyang Dong and Wen, 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B41">Pazouki, 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B12">Elena Smirnova et&#x20;al., 2021</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Eric O Shaughnessy et&#x20;al., 2021</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B38">Olusola Bamisile et&#x20;al., 2021</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B44">Pradhan et&#x20;al., 2021</xref>). Simultaneously, energy storage technologies such as fuel cells, hydrogen storage, supercapacitors, and pumped storage systems (PSSs) have attracted increasing attention (<xref ref-type="bibr" rid="B40">Yves Pannatier et&#x20;al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B42">Pazouki, 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">Brahman and Jadid, 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B63">Zhang et&#x20;al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B41">Pazouki, 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B29">Li et&#x20;al., 2017a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B51">Schmidt et&#x20;al., 2017</xref>). PSSs are an early form of modern energy storage and are important to the development of sustainable power systems. A PSS operates economically by generating electricity during peak demand periods and pumping water to storage tanks during off-peak periods; it thus plays an important role in the economical operation of conventional power systems and facilitates the efficient use of renewable energy (<xref ref-type="bibr" rid="B18">Gurung et&#x20;al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B55">van Meerwijk et&#x20;al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B27">Kocaman and Modi, 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B37">Min and Kim, 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B48">Ruppert et&#x20;al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B49">Sam and Gounden, 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B25">Julian David Hunt et&#x20;al., 2020</xref>).</p>
<p>As the scale of PSSs and the extent to which they are utilized in the development of sustainable power systems increase, their precise control has gradually emerged as an important area of research. Existing PSS control methods can be divided into two main categories. The methods within the first category use proportional-integral-derivative (PID) control. These methods are based mainly on parametric design of each link within the PID controller. Some representative studies follow.</p>
<p>Shi et&#x20;al. used the d-q axis vector of a generator to design PI parameters with the aim of achieving highly efficient peak regulation and frequency suppression within a power grid (<xref ref-type="bibr" rid="B59">Yifeng Shi et&#x20;al., 2020</xref>). Zhao et&#x20;al. used the power priority control and speed priority control strategies to design PID parameters, in addition to simulating and verifying the superior control effect of the power control strategy (<xref ref-type="bibr" rid="B40">Yves Pannatier et&#x20;al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B17">Guopeng Zhao and Ren, 2021</xref>). Several other advanced algorithms and theories have been applied as well. Xu et&#x20;al. designed a fuzzy PID controller based on the F fractional-order integrator and differentiator (FOPID) (<xref ref-type="bibr" rid="B43">Podlubny, 1999</xref>) by using a search algorithm. This controller optimizes the FOPID method parameters, increases the convergence speed, and yields superior results (<xref ref-type="bibr" rid="B57">Xu et&#x20;al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B56">Xu et&#x20;al., 2018</xref>). Gao et&#x20;al. used Hopf bifurcation theory to determine the algebraic stability criterion of a PSS in order to obtain ideal PID controller parameters that correspond to a stable system state (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Chunyang Gao et&#x20;al., 2021a</xref>).</p>
<p>The control methods under the second category use optimization algorithms to determine the best approach to coping with the nonlinear behaviors of hydraulic systems. Schmidt et&#x20;al. used a nonlinear optimization algorithm to determine the best stationary operating point of a PSS in order to minimize loss across the entire system and consider operating constraints systematically (<xref ref-type="bibr" rid="B51">Schmidt et&#x20;al., 2017</xref>). Hou et&#x20;al. used a multiobjective optimization algorithm to design a control strategy for starting a PSS in addition to establishing a simulation model based on a real system to verify the feasibility of the optimized control strategy (<xref ref-type="bibr" rid="B20">Hou et&#x20;al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B21">Hou et&#x20;al., 2019</xref>). Pan et&#x20;al. modeled a new stability criterion by using the particle swarm algorithm to optimize the parameters of a PSS controller; this criterion enhanced the independent response of the PSS significantly (<xref ref-type="bibr" rid="B39">Pan et&#x20;al., 2021</xref>).</p>
<p>Among the various optimization control methods, the model predictive control (MPC) method has a robust theoretical foundation and substantial promise for practical applications. The most famous explanation is called &#x201c;Open Loop Optimal Feedback&#x201d; (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Alamir and Allg&#xf6;wer, 2008</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B11">Diego and Carrasco, 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Forbes MG et&#x20;al., 2015</xref>). It richly illustrates the four layers of modeling, control, optimization, and logistics in the MPC control method and their relationship (<xref ref-type="bibr" rid="B35">Mayne, 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B52">Shiliang Zhang et&#x20;al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B53">Sopasakis and Sarimveis, 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B58">Ye et&#x20;al., 2017</xref>). In recent years, the application of MPC to PSSs has gradually attracted the attention of scholars. Li et&#x20;al. used the generalized nonlinear predictive control method to design a PSS controller and simulated start-up and speed disturbance processes under no-load conditions to verify controller robustness and efficiency (<xref ref-type="bibr" rid="B28">Li et&#x20;al., 2017b</xref>). Liang et&#x20;al. proposed an MPC strategy based on enumeration to determine the optimal switching time of a PSS with the objectives of increasing operational flexibility and promoting frequency regulation (<xref ref-type="bibr" rid="B31">Liang et&#x20;al., 2019</xref>). Feng et&#x20;al. proposed a new adaptive MPC strategy and conducted a simulation experiment to verify the superiority of this strategy in terms of adjusting the voltage and load and suppressing frequency oscillation (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Chen Feng et&#x20;al., 2021</xref>). Although MPC has the above advantages, it still has certain disadvantages when compared to traditional control methods. For instance, MPC modeling requires more expert knowledge and is time-consuming to perform using traditional methods (<xref ref-type="bibr" rid="B10">De Souza et&#x20;al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B34">Max Schwenzer et&#x20;al., 2021</xref>. Fortunately, the continuous development of hardware equipment and control algorithms has decreased the MPC control time. If the control effect is particularly important, MPC is much better than traditional control methods.</p>
<p>Modeling is a key component of MPC but almost all systems used in relevant contexts are nonlinear; for example, the water pump turbine of a PSS has an S-characteristic area (<xref ref-type="bibr" rid="B60">Yin et&#x20;al., 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B29">Li et&#x20;al., 2017a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B3">Anilkumar et&#x20;al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B61">Zeng et&#x20;al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B62">Zhang et&#x20;al., 2017</xref>). This increases the difficulty of modeling. A variety of modeling methods have been developed in response.</p>
<p>Huang et&#x20;al. proposed a method of predicting the complete characteristics of a Francis pump turbine. Based on Euler&#x2019;s equation and the velocity triangle at the runner, their method derives a mathematical model that completely describes the characteristics of the Francis pump turbine. The results of a simulation experiment indicated that their method was suitable for performing a priori simulations before measuring device characteristics (<xref ref-type="bibr" rid="B22">Huang et&#x20;al., 2018</xref>). Gao et&#x20;al. established a high-precision, variable-speed control model for a pump turbine based on the complete characteristic curve of the turbine in order to describe the characteristics of the variable speed units more effectively (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Chunyang Gao et&#x20;al., 2021b</xref>). Zhou et&#x20;al. proposed a real-time accurate equivalent circuit model of a PSS via error compensation. This model reconciles the conflict between real-time online simulation and simulation accuracy under various operating conditions (<xref ref-type="bibr" rid="B24">Jianzhong Zhou et&#x20;al., 2018</xref>).</p>
<p>In recent years, with the continual development of artificial intelligence technology, a few machine learning (ML) algorithms have yielded outstanding nonlinear system modeling results (R. <xref ref-type="bibr" rid="B32">Martin et&#x20;al., 2015</xref>; J.&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B50">S&#xe1;nchez Oro et&#x20;al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B30">Li et&#x20;al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B23">Idowu et&#x20;al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B47">Robinson et&#x20;al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B64">Yong Ping Zhao et&#x20;al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B26">Kiely et&#x20;al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Ayush Thada et&#x20;al., 2021</xref>). The application of ML algorithms to PSS has emerged as an innovative idea. In this regard, Feng et&#x20;al. established a PSS model by optimizing the initial learning parameters via prior knowledge learning and subsequently adopting a stepped control strategy and an artificial-sheep-algorithm-based rolling optimization mechanism. This model can replace the existing differential geometry model (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Chen Feng et&#x20;al., 2021</xref>). Zhao et&#x20;al. introduced an improved Suter transformation-backpropagation (BP) neural network interpolation model and used it to establish a PSS model. This model can be divided into three parts: characteristic curve processing, data prediction, and interpolation. It can correct the characteristic curve of a pump turbine effectively (<xref ref-type="bibr" rid="B66">Zhigao Zhao et&#x20;al., 2019</xref>). These modeling methods are innovative and represent meaningful research directions. However, the model machines and BP neural networks used in the aforementioned modeling methods have extremely complex structures and use large numbers of parameters. This increases the complexity of PSS control.</p>
<p>For these reasons, we propose using a MPC method based on an ML algorithm to model PSS control. This method can convert a nonlinear model into a linear model in high-dimensional space. The form of the obtained model is simple and few parameters are required. Thus, it is suitable for fast, accurate control processes. Our paper makes the following contributions to PSS development: 1) The pump-turbine partition model that we establish effectively solves the common problem of difficult modeling in the S-region and provides a feasible direction for research on pump turbines in the s-region. 2) The machine-learning algorithm that we propose makes full use of the data generated in the PSS; it is an effective way of combining experimental data with the actual system and improves the accuracy of the actual system model. 3) We use the proposed model within the MPC method; this solves the problem of large control errors in the PSS at low water heads. 4) Compared to traditional control methods, our proposed method can reduce the shock of the pumped storage system and reduce the control process adjustment&#x20;time.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>PSS Modeling</title>
<p>The overall MPC structure is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>. It comprises three parts: a controlled system (a PSS), a data collection component, and a control component. The PSS is composed of a pump turbine, servo mechanism, penstock, and generator. The function of the data acquisition component is to collect the data in the PSS and provide it to the control system. It includes a flow sensor, a torque sensor, a speed sensor, an opening sensor, and a pressure gauge, and is responsible for collecting five variables: the flow, torque, speed, guide vane opening, and water head. The control system includes model generators for pumps, turbines, servo systems, pipelines, and generators. Their task is to generate PSS component models that the controller can use. The control system also includes a predictor that generates a predictive model. In addition, the controller generates control instructions according to the optimized algorithm in order to manipulate the PSS control variables.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>The overall power storage system model predictive control structure.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-757507-g001.tif"/>
</fig>
<p>Five important state variables are used in the PSS: <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the vane opening, <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the unit rotational speed, <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the unit flow, <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the unit torque, and <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the water head magnitude. The modeling process aims to establish the relationships between these state variables. The real values of these state variables at each moment are collected via digital equipment and used in the control process. The controller determines the optimal amount of control via the model prediction process and uses the optimizer to control the&#x20;PSS.</p>
<sec id="s2-1">
<title>ML Algorithm</title>
<p>To establish a simple, accurate PSS model, we propose an ML algorithm that can determine the linear relationships among state variables in high-dimensional space using the given&#x20;data.</p>
<sec id="s2-1-1">
<title>Related Principles</title>
<p>1) Assume that the set of all state variables <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref>. To study the relationship between the state variables <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we assume that they satisfy the relationship given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eq. 2</xref>, the discrete form of which is given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eq. 3</xref>. All of these relationships are nonlinear.<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the state variable in system; <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the number of state variables.<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the amount of change in <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>and <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>respectively; <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a certain relational expression of <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the value of <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m21">
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>and <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> respectively; <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a certain discrete function of <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time&#x20;<inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m25">
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>For nonlinear relationships, Koopman proposed the Koopman operator (KO), expressed in <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Eq. 4</xref>, in 1931. The KO can be used to represent the complete nonlinear relationship using a linear function. Notably, no universal method is available for selecting the observation function; it is usually selected based on the characteristics of the system and the analyst&#x2019;s experience.<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the measure function acting on the state variables; <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m28">
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> represent a compound operation of functions.</p>
<p>2) For each value of <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, there exists a corresponding dataset <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which can be expressed as a matrix, as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Eq. 5</xref>.<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x7c;</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is data matrix composed of <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m33">
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> sets of values of state variables.</p>
<p>We apply the KO to matrix <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to obtain the high-dimensional data matrix <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m35">
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Eq. 6</xref>. Then, we take columns 1 through N-1 of <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m36">
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> as <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and columns 2 through N as <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as indicated in <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Eqs 7,</xref> <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">8</xref>, respectively.<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m40">
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is data matrix in measurement space that apply the measure function <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:mtext>O</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is data matrix consisting of <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> columns of&#x20;<inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m47">
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>According to the Koopman principle, under a suitable observation function set, <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> share a linear relationship that can be expressed as <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Eq. 9</xref>. Therefore, the estimated value of <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be calculated using <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref>.<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m52">
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is a steady matrix.<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the estimated value of <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>is the initial value of matrix&#x20;<inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m57">
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The error is the deviation between the real value <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the estimated value <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref>. If the selected measurement function can ensure that this error is smaller than a threshold that we set, <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be considered to have a linear relationship.<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the error between the true value <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the estimated value<inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>3) When <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> share a linear relationship under a certain observation function set, the relationship between <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>can expressed using <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Eq. 12</xref>.<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is an undetermined coefficient.</p>
</sec>
<sec id="s2-1-2">
<title>ML Algorithm Flow</title>
<p>The ML algorithm flow is depicted in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref>. It consists of the following parts: data preprocessing, KO, establishment of the objective equation, estimation of the state variable value, error calculation, parameter determination, and determination of the fit model. The details follow:</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>The ML algorithm&#x20;flow.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-757507-g002.tif"/>
</fig>
<sec id="s2-1-2-1">
<title>Data Preprocessing</title>
<p>Experimental data are generated using the experimental platform. All <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> versus <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> experimental data are collected and sorted into a data matrix <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m74">
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, as expressed in <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Eq.&#x20;5</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2-1-2-2">
<title>KO</title>
<p>The observation function set is selected according to theoretical principles and practical experience and applied to matrix <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m75">
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> to obtain the high-dimensional spatial data matrix <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m76">
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. Then, we select the matrixes <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, each of which has N-1 columns, where N is a parameter that must be determined.</p>
</sec>
<sec id="s2-1-2-3">
<title>Establishing the Objective Equation</title>
<p>We establish the objective equation given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Eq. 9</xref> and transform it into the form presented in <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">Eq. 13</xref>.<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the pseudo-inverse of&#x20;<inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2-1-2-4">
<title>Calculation of the Estimated Value</title>
<p>We perform singular value decomposition on <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to obtain the decomposed form, as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">Eq. 14</xref>.<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2102;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2102;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are unitary matrices, and <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2102;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a diagonal matrix.</p>
<p>Next, matrix A can be expressed using <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">Eq. 15</xref>. Its eigenvalue decomposition form is given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref>.<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a3;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the conjugate matrix of <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m89">
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>.<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>&#x39b;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22f1;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m91">
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the eigenvector matrix of A and <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m92">
<mml:mi>&#x39b;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the eigenvalue matrix.</p>
<p>By substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">Eq. 15</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Eq. 16</xref>, we can obtain the linear model given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">Eq. 17</xref>. The value of <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can estimated in this manner, as expressed in <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq. 18</xref>.<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a3;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x39b;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the initial value of&#x20;<inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2-1-2-5">
<title>Error Calculation and Parameter Determination</title>
<p>The error between the real and estimated values is expressed in the form given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">Eq. 19</xref>. This expression is related to the parameter <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m98">
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. We gradually increase <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m99">
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> until the error exceeds the threshold. The minimum value of <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m100">
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> for which the error exceeds the threshold is set as the parameter value.<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x39b;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-1-2-6">
<title>Fit Model Determination</title>
<p>As previously mentioned, the form of the fitted model is given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Eq. 12</xref>. We use the least squares method to determine the coefficient <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in this equation.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>PSS Models</title>
<sec id="s2-2-1">
<title>Pump Turbine Modeling Using an ML Algorithm</title>
<p>The pump-turbine model contains s-shaped regions and is a complex, nonlinear model. We use machine learning algorithms to model the pump-turbine by partition. The process is shown in the <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref>. A detailed description of the modeling process is provided&#x20;below.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>The partition modeling flowchart.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-757507-g003.tif"/>
</fig>
<p>The pump turbine model is based on two relational expressions. That is, <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m103">
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>and <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are used to express <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the forms given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">Eqs 20,</xref> <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">21</xref>, respectively. Notably, these are two nonlinear relationships and &#x201c;S&#x201d; regions are present. That is, multiple values of <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>and <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> correspond to the same<inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For this reason, it is quite difficult to establish an accurate analytical model.<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>represent some kind of function that the independent variables are <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m114">
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the dependent variables are <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> respectively.</p>
<p>We use the preceding ML algorithm to establish the relationship between <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and use the established relationship as a basis for model construction, as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">Eqs 20,</xref> <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">21</xref>. The details are as follows.</p>
<sec id="s2-2-1-1">
<title>The Relationship Between <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m123">
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</title>
<p>
<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>To analyze the relationship between <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m127">
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, we use the observation function set given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Eq. 22</xref>.<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The error obtained using the proposed ML algorithm is depicted in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref> (1-A). In all ranges, the vane opening satisfies the requirements outlined in this observation function set.<disp-formula id="equ2">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>ML error. <bold>(1-A)</bold>: <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(1-B1)</bold>: <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(1-B2)</bold>: <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(2-A)</bold>: <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(2-B1)</bold>: <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <bold>(2-B2)</bold>: <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-757507-g004.tif"/>
</fig>
<p>We use the observation function set given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Eq. 23</xref> to analyze the relationship between <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> based on the relationship between the flow rate and the pump turbine speed.<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The ML parameter N is determined using the algorithmic flow shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref>. In actual operation, we continue to increase the value of N and calculate the error as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">Eq. 19</xref>. When this error increases significantly, the prediction model does not match reality. The error at this point is the threshold. We use this N as the boundary of the segmented model. The technical details are as follows:</p>
<p>As <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> changes, the linear relationship obtained using the proposed ML algorithm in high-dimensional space is as follows.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022; The error corresponding to <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is depicted in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref> (1-B1). The ML parameter N (which is <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) is set to 73. We define the first region of <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (P1 of <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) as <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>73</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; When <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>73</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we introduce an intermediate variable <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and use it to find the linear relationship between <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The expression for <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Eq. 24</xref>. The error obtained using ML is depicted in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref> (1-B2). The ML parameter N (i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) is set to 79. We define the second region of <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (P2 of <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) as the region where <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>73</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>79</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022; When <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>79</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we use <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as the dividing line because <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> causes the control to run away. We define the third region of <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (P3 of <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) as <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>79</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="equ3">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Based on the aforementioned three scenarios, the ML algorithm divides the relationship between <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m165">
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> into three areas within the available range. The partition map is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4A</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2-2-1-2">
<title>The Relationship Between <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m168">
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</title>
<p>
<disp-formula id="equ4">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Much like <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the observation function set given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Eq. 25</xref> can reduce the error of the proposed ML algorithm. The resulting error is depicted in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref> (2-A). The vane openings corresponding to all ranges fulfill the requirements under this observation function set.<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ5">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Based on the relationship between the torque and speed of a pump turbine, the observation function set given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eq. 26</xref> is used.<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Much like the process used in step 1, we use the ML process in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref> to determine the segment boundary. The technical details are as follows:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022; The error corresponding to <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is depicted in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref> (2-B1). The parameter N (which is <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) is set to 73 in the ML algorithm. We define the first region of <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (P1 of <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) as <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>73</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; When <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>73</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the intermediate variable <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is introduced; its expression is given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Eq. 27</xref>. The error obtained using the ML algorithm is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref> (2-B2). The parameter N (which is <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) in the ML algorithm is set to 67. We define the second region of <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (P2 of <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) as <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>73</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>and <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>67</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>is the rated value of <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and has a magnitude of 220.7347.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022;For <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>67</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we define the third region of <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (P3 of <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) as <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>67</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="equ6">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2014;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>The ML algorithm divides the relationship between <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m197">
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> into three areas within the available range. The partition map is depicted in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5B</xref>.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Partition maps of <bold>(A)</bold> <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <bold>(B)</bold> <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m200">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-757507-g005.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s2-2-1-3">
<title>Fit Model</title>
<p>After obtaining the partitions, the principles described in <italic>Related Principles</italic> are used to establish polynomial models of <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m201">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m202">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for each partition as fit models. The polynomial term is the function included in the observation function set. The three-part fit model of <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">Eqs 28</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e30">30</xref>, and the fitting coefficient values are listed in <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>. Similarly, the three-part fit model of <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">Eqs 31</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e33">33</xref>, and the fitting coefficients are listed in <xref ref-type="table" rid="T2">Table&#x20;2</xref>.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>The <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> fit coefficient values.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left"/>
<th align="center">
<inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>00</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m207">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">QP1</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.01872</td>
<td align="char" char=".">0.01415</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.0003348</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.0002011</td>
<td align="center">1.689e-05</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">QP2</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.0002959</td>
<td align="char" char=".">0.01493</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.000485</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.0001485</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;2.84e-05</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">QP3</td>
<td align="char" char=".">0.7111</td>
<td align="char" char=".">0.0003862</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.009679</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.0002682</td>
<td align="center">0.0002257</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>The <inline-formula id="inf178">
<mml:math id="m211">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> fit coefficient values.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left"/>
<th align="center">
<inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m212">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>00</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m214">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m215">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf183">
<mml:math id="m216">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf184">
<mml:math id="m217">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf185">
<mml:math id="m218">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf186">
<mml:math id="m219">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf187">
<mml:math id="m220">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>03</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">MP1</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;59.36</td>
<td align="char" char=".">30.46</td>
<td align="char" char=".">0.661</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.6308</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.1178</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.01315</td>
<td align="char" char=".">0.004468</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.00024</td>
<td align="center">8.261e-06</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">MP2</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;33.15</td>
<td align="char" char=".">29.48</td>
<td align="char" char=".">0.09694</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.5434</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.3745</td>
<td align="char" char=".">0.01104</td>
<td align="char" char=".">0.006425</td>
<td align="char" char=".">0.000524</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.0001</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">MP3</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;1,597</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;21.57</td>
<td align="char" char=".">63.35</td>
<td align="char" char=".">2.083</td>
<td align="char" char=".">0.2723</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.7389</td>
<td align="char" char=".">&#x2212;0.02414</td>
<td align="char" char=".">0.002299</td>
<td align="center">0.002267</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>&#xb7;P1 of <inline-formula id="inf188">
<mml:math id="m221">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m222">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>00</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>&#xb7;P2 of <inline-formula id="inf189">
<mml:math id="m223">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m224">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>00</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>&#xb7;P3 of <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="m225">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m226">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>00</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>&#xb7;P1 of <inline-formula id="inf191">
<mml:math id="m227">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m228">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>00</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>02</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>03</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>&#xb7;P2 of <inline-formula id="inf192">
<mml:math id="m229">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m230">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>00</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>02</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>03</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>&#xb7;P3 of <inline-formula id="inf193">
<mml:math id="m231">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m232">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>00</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>02</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>03</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-2-1-4">
<title>Comprehensive Area Model</title>
<p>Notably, the partition model is chosen because the device model includes multiple expressions, each of which is divided into multiple segments. Since these segments are related directly to differences and coverage, we divide them into multiple regions so that they can accurately represent the device model in a detailed manner. Herein, the partitions <inline-formula id="inf194">
<mml:math id="m233">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf195">
<mml:math id="m234">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are staggered overlapping partitions. Furthermore, we combine the partitions <inline-formula id="inf196">
<mml:math id="m235">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf197">
<mml:math id="m236">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to obtain the comprehensive area, as illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6</xref>. The boundaries in the figure are the parameters in the relationship between the variables determined by the ML algorithm.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Comprehensive area&#x20;map.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-757507-g006.tif"/>
</fig>
<p>&#xb7; Area 1</p>
<p>Condition: <inline-formula id="inf198">
<mml:math id="m237">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf199">
<mml:math id="m238">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>73</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf200">
<mml:math id="m239">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>67</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Model: <inline-formula id="inf201">
<mml:math id="m240">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf202">
<mml:math id="m241">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>&#xb7; Area 2</p>
<p>Condition: <inline-formula id="inf203">
<mml:math id="m242">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf204">
<mml:math id="m243">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>73</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf205">
<mml:math id="m244">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>67</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf206">
<mml:math id="m245">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Model: <inline-formula id="inf207">
<mml:math id="m246">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf208">
<mml:math id="m247">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>&#xb7; Area 3</p>
<p>Condition: <inline-formula id="inf209">
<mml:math id="m248">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf210">
<mml:math id="m249">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>73</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf211">
<mml:math id="m250">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>67</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf212">
<mml:math id="m251">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Model: <inline-formula id="inf213">
<mml:math id="m252">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf214">
<mml:math id="m253">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>&#xb7; Area 4</p>
<p>Condition: <inline-formula id="inf215">
<mml:math id="m254">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf216">
<mml:math id="m255">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>73</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf217">
<mml:math id="m256">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>79</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf218">
<mml:math id="m257">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Model: <inline-formula id="inf219">
<mml:math id="m258">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf220">
<mml:math id="m259">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>&#xb7; Area 5</p>
<p>Condition: <inline-formula id="inf221">
<mml:math id="m260">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf222">
<mml:math id="m261">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>73</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf223">
<mml:math id="m262">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>79</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf224">
<mml:math id="m263">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>67</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Model: <inline-formula id="inf225">
<mml:math id="m264">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf226">
<mml:math id="m265">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>&#xb7; Area 6</p>
<p>Condition: <inline-formula id="inf227">
<mml:math id="m266">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf228">
<mml:math id="m267">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>73</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf229">
<mml:math id="m268">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>79</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf230">
<mml:math id="m269">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>67</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Model: <inline-formula id="inf231">
<mml:math id="m270">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf232">
<mml:math id="m271">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2-2-1-5">
<title>Other Models</title>
<p>In the description of the pump turbine model, it is necessary to point out the relationship between unit and non-unit quantities, which is expressed using <xref ref-type="disp-formula" rid="e34">Eqs 34</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e36">36</xref>.<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m272">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msqrt>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m273">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m274">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf233">
<mml:math id="m275">
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the nominal diameter of the pump turbine.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2-2-2">
<title>Servo Mechanism Model</title>
<p>The servo mechanism model is nonlinear; it considers the speed limit, position limit, position saturation limit, and suppression governor, as depicted in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7</xref>. In this model, <inline-formula id="inf234">
<mml:math id="m276">
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the valve stroke, <inline-formula id="inf235">
<mml:math id="m277">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the auxiliary servomotor response time constant, <inline-formula id="inf236">
<mml:math id="m278">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the servomotor response time constant, <inline-formula id="inf237">
<mml:math id="m279">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the valve stroke upper limit, <inline-formula id="inf238">
<mml:math id="m280">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the valve stroke lower limit, <inline-formula id="inf239">
<mml:math id="m281">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the servomotor stroke upper limit, and <inline-formula id="inf240">
<mml:math id="m282">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the servomotor stroke lower&#x20;limit.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Block diagram of the servo mechanism.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-757507-g007.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s2-2-3">
<title>Penstock System Model</title>
<p>The approximate elastic water hammer model is used to model the penstock system. Its expression is given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e37">Eq. 37</xref>.<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m283">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.125</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf241">
<mml:math id="m284">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf242">
<mml:math id="m285">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the Laplace transforms of <inline-formula id="inf243">
<mml:math id="m286">
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf244">
<mml:math id="m287">
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. <inline-formula id="inf245">
<mml:math id="m288">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the water inertia time constant, <inline-formula id="inf246">
<mml:math id="m289">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the water hammer pressure reflection time, and <inline-formula id="inf247">
<mml:math id="m290">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the head loss coefficient.</p>
</sec>
<sec id="s2-2-4">
<title>Motion Equation Model</title>
<p>When the generator is connected to the pump turbine, the torque of the turbine and the load torque generated by the generator must satisfy the motion equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="e38">Eq. 38</xref>).<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m291">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf248">
<mml:math id="m292">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf249">
<mml:math id="m293">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the Laplace transforms of <inline-formula id="inf250">
<mml:math id="m294">
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf251">
<mml:math id="m295">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. <inline-formula id="inf252">
<mml:math id="m296">
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the inertia time constant of the generator.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>MPC Process</title>
<sec id="s3-1">
<title>Model Prediction</title>
<p>After obtaining the model by using the method introduced in the preceding section, we can predict the value of the state variable. The process is depicted in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8</xref>. The details of each module are introduced as follows.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1. Calculate the model calculation value <inline-formula id="inf253">
<mml:math id="m297">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time k using the equipment&#x20;model.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2. Subtract the model-calculated value <inline-formula id="inf254">
<mml:math id="m298">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> from the real value <inline-formula id="inf255">
<mml:math id="m299">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time k to obtain the deviation value <inline-formula id="inf256">
<mml:math id="m300">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The true value comes from the data acquisition component.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>3. Calculate the model calculation value <inline-formula id="inf257">
<mml:math id="m301">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time k&#x2b;1 using the equipment&#x20;model.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>4. Add the deviation value <inline-formula id="inf258">
<mml:math id="m302">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time k and the calculated value <inline-formula id="inf259">
<mml:math id="m303">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the model to obtain the predicted value <inline-formula id="inf260">
<mml:math id="m304">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time k&#x2b;1.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>5. Calculate the error <inline-formula id="inf261">
<mml:math id="m305">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> between the predicted value <inline-formula id="inf262">
<mml:math id="m306">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the real value <inline-formula id="inf263">
<mml:math id="m307">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at k&#x2b;1.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>6. Judge whether the error is lower than the limit. If the error is lower than the limit, the prediction level meets the requirements and the prediction model is obtained directly. If the error exceeds the limit, return to step 2 and continue the model prediction process.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Model prediction flowchart.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-757507-g008.tif"/>
</fig>
<p>The predicted values of each of the PSS variables are as follows. Prediction using the pump turbine model:<disp-formula id="e39">
<mml:math id="m308">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(39)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e40">
<mml:math id="m309">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(40)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Prediction using the conversion relationship between unit and non-unit quantities:<disp-formula id="e41">
<mml:math id="m310">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(41)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e42">
<mml:math id="m311">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(42)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e43">
<mml:math id="m312">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(43)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Prediction obtained using the penstock system model:<disp-formula id="e44">
<mml:math id="m313">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(44)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Prediction using the motion equation model:<disp-formula id="e45">
<mml:math id="m314">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(45)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>Optimizer</title>
<p>In this study, we use optimization algorithms as the MPC strategy. The corresponding set of state variables is given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e46">Eq. 46</xref>.<disp-formula id="e46">
<mml:math id="m315">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">X</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(46)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The goal of PSS control is to regulate the vane opening such that the turbine operates at the required speed and the system achieves the highest efficiency. Therefore, the objective function is the reciprocal of the turbine efficiency, as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e47">Eq. 47</xref>.<disp-formula id="e47">
<mml:math id="m316">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">X</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(47)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The optimization constraints include equality and inequality constraints. The equality constraints are represented by the model predictions established in <xref ref-type="disp-formula" rid="e39">Eqs 39</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e45">45</xref>. The inequality constraints include the upper and lower limits of each state variable, as described in <xref ref-type="disp-formula" rid="e48">Eqs 48</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e52">52</xref>.<disp-formula id="e48">
<mml:math id="m317">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(48)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e49">
<mml:math id="m318">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(49)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e50">
<mml:math id="m319">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(50)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e51">
<mml:math id="m320">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(51)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e52">
<mml:math id="m321">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(52)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The optimization process uses the interior point algorithm, which works well in practice. It has been proven that in some cases, this method can solve a problem to a specified accuracy by performing operations on various polynomials that do not exceed the dimension of the problem.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>Numerical Experiments and Analysis</title>
<p>To verify the effectiveness of MPC, we measured and collected data from a PSS in China and conducted simulation experiments using the MATLAB software environment (<xref ref-type="bibr" rid="B33">Mathworks, 2017</xref>). The experiment proceeded in three parts, each of which corresponded to no-load start up, frequency disturbance, or speed disturbance. The experiment was performed under medium and low water heads because the PSS easily enters the S-characteristic area under these head levels. We set the water head <inline-formula id="inf264">
<mml:math id="m322">
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> to 413 and 418&#xa0;m and the no-load opening to 0.5. In addition, we used a PSS PID control scheme that was proposed in a previous study for comparison.</p>
<sec id="s4-1">
<title>No-Load Start-Up Condition</title>
<p>In this part of the experiment, the PSS was in the no-load condition and the pump turbine was started from a standstill. MPC and PID control were implemented when the startup speed reached 90% of the rated speed. The experiment was performed for 120 cycles, each of which ran for approximately 0.2&#xa0;s. The speed results are depicted in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9</xref>. The pump turbine state variable results are depicted in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure&#x20;10</xref>. The results indicate that MPC performs better than PID control of PSSs because MPC provides a smaller overshoot and faster response&#x20;speed.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Speed variation during no-load start-up under 413 and 418&#xa0;m of water&#x20;head.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-757507-g009.tif"/>
</fig>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>PSS MPC state variables during no-load start-up under 413 and 418&#xa0;m of water&#x20;head.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-757507-g010.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>Frequency Disturbance Condition</title>
<p>In this part of the experiment, the PSS was operated under no load. For the system frequency to be disturbed at the 10th cycle, the PSS speed needed to be increased to 1.02&#x20;times the rated speed. The experimental results obtained under MPC and PID control are depicted in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure&#x20;11</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure&#x20;12</xref>. Both control methods can fulfill the frequency disturbance requirements. Under PID control, the speed overshoots the threshold and the response time is longer. In contrast, the speed overshoot is smaller and the new speed requirements are reached quickly under MPC control.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>FIGURE 11</label>
<caption>
<p>Speed variation in the presence of a frequency disturbance under 413 and 418&#xa0;m of water&#x20;head.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-757507-g011.tif"/>
</fig>
<fig id="F12" position="float">
<label>FIGURE 12</label>
<caption>
<p>PSS MPC state variables in the presence of a frequency disturbance under 413 and 418&#xa0;m of water&#x20;head.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-757507-g012.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4-3">
<title>Speed Disturbance Condition</title>
<p>In this part of the experiment, the load generator was activated at the 10th cycle and the load torque was increased in steps. At this point, the speed of the pump turbine was disturbed such that it decreased abruptly. The experimental results obtained under MPC and PID control are depicted in <xref ref-type="fig" rid="F13">Figure&#x20;13</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F14">Figure&#x20;14</xref>. Under PID control, the speed is disturbed in the S-characteristic region. This produces strong oscillation and the speed takes substantial time to stabilize. In contrast, the speed oscillation amplitude is smaller and the speed stabilizes within a short time under MPC control.</p>
<fig id="F13" position="float">
<label>FIGURE 13</label>
<caption>
<p>Speed variation due to a speed disturbance under 413 and 418&#xa0;m of water&#x20;head.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-757507-g013.tif"/>
</fig>
<fig id="F14" position="float">
<label>FIGURE 14</label>
<caption>
<p>PSS MPC state variables in the presence of speed disturbances under 413 and 418&#xa0;m of water&#x20;head.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-09-757507-g014.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4-4">
<title>Advantages of MPC</title>
<p>The results described in the preceding section indicate that the MPC and PID control methods can fulfill PSS S-characteristic area control requirements that are otherwise difficult to meet. However, the MPC method offers the following advantages:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022; The MPC method can achieve effective control under the conditions of no-load start-up, frequency disturbance, and speed disturbance.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; The model built using ML can accurately represent the PSS. The control program calculation time can be reduced because the established model is simple.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; Since the MPC method uses a global optimization algorithm, the optimal solution within the partition can be calculated directly. Therefore, PSS oscillation in the S feature area can be reduced effectively.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; Under the MPC method, the change of state variable is gentle. Thus, it is substantially conducive to reducing PSS equipment&#x20;loss.</p>
</list-item>
</list>
</p>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s5">
<title>Conclusion</title>
<p>We proposed an MPC method for PSSs. A ML algorithm based on the Koopman theory was proposed for PSS modeling. A partition model of the pump turbine used in PSSs was established. This allowed us to express the complex nonlinearity of the S-characteristic region using a simple polynomial model. The experimental results indicated that the MPC method quickly reached the control target under conditions of no-load start-up, frequency disturbance, and speed disturbance. This method can more effectively suppress oscillation of the turbine rotation speed in the S-characteristic region than existing control methods and has a faster response speed. The proposed method has practical promise because it learns device characteristics from experimental data and is not limited by device type. In the future, we will improve the accuracy of ML to improve the effect of MPC and study the performance of the proposed method under other working conditions.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s6">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The datasets presented in this article are not readily available because Data set for pumped storage system. Requests to access the datasets should be directed to <email>oddnewlife@126.com</email>.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author Contributions</title>
<p>QC and XL; methodology, QC; software, QC and SY; validation, XL; data curation, PZ; writing&#x2014;original draft preparation, SY; writing&#x2014;review and editing, QC; visualization, CG; supervision, XL; project administration, XL; All authors have read and agreed to the published version of the manuscript.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s8">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s9">
<title>Publisher&#x2019;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Alamir</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Allg&#xf6;wer</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Model Predictive Control</article-title>. <source>Int. J.&#x20;Robust Nonlinear Control.</source> <volume>18</volume>, <fpage>799</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/rnc.1266</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Albuyeh</surname>
<given-names>A. I. F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Grid of the Future</article-title>. <source>IEEE Power Energ. Mag.</source> <volume>11</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>20</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/MPE.2008.931384</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Anilkumar</surname>
<given-names>T. T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Padhy</surname>
<given-names>N. P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Residential Electricity Cost Minimization Model through Open Well-Pico Turbine Pumped Storage System</article-title>. <source>Appl. Energ.</source> <volume>195</volume>, <fpage>23</fpage>&#x2013;<lpage>35</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2017.03.020</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ayush Thada</surname>
<given-names>S. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dubey</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bhaskara Rao</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Machine Learning Based Frequency Modelling</article-title>. <source>Mech. Syst. Signal Process.</source> <volume>160</volume>, <fpage>107951</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ymssp.2021.107915</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bozchalui</surname>
<given-names>M. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Optimal Energy Management of Greenhouses in Smart Grids</article-title>. <source>IEEE TRANSACTIONS SMART GRID</source> <volume>6</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>827</fpage>&#x2013;<lpage>835</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tsg.2014.2372812</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Brahman</surname>
<given-names>F. H. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jadid</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <source>Optimal Electrical and thermal Energy Management of a Residential Energy Hub, Integrating Demand Response and Energy Storage System</source>. <publisher-loc>Amsterdam</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier</publisher-name>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enbuild.2014.12.039</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen Feng</surname>
<given-names>C. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chang</surname>
<given-names>Li.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mai</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <source>Nonlinear Model Predictive Control for Pumped Storage Plants Based on Online Sequential Extreme Learning Machine with Forgetting FactorComplexity</source>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2021/5692621</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chunyang Gao</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nan</surname>
<given-names>Hg.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Men</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021a</year>). <article-title>Stability and Dynamic Analysis of Doubly-Fed Variable Speed Pump Turbine Governing System Based on Hopf Bifurcation Theory</article-title>. <source>Renew. Energ.</source> <volume>175</volume>, <fpage>568</fpage>&#x2013;<lpage>579</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chunyang Gao</surname>
<given-names>X. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nan</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Men</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021b</year>). <source>A Fast High-Precision Model of the Doubly-Fed Pumped Storage Unit</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Journal of Electrical Engineering &#x26; Technology</publisher-name>, <volume>16</volume>, <fpage>797</fpage>&#x2013;<lpage>808</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s42835-020-00641-0</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>De Souza</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zanin</surname>
<given-names>A. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Real Time Optimization (RTO) with Model Predictive Control (MPC)</article-title>. <source>Comput. Chem. Eng.</source> <volume>34</volume> (<issue>12</issue>), <fpage>1999</fpage>&#x2013;<lpage>2006</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compchemeng.2010.07.001</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Diego</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Carrasco</surname>
<given-names>G. C. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Feedforward Model Predictive Control</article-title>. <source>Annu. Rev. Control.</source> <volume>35</volume>, <fpage>199</fpage>&#x2013;<lpage>206</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.arcontrol.2011.10.007</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Elena Smirnova</surname>
<given-names>S. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kolpak</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shestak</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Governmental Support and Renewable Energy Production: A Crosscountry Review</article-title>. <source>Energy</source> <volume>230</volume>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2021.120903</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Eric O&#x2019;Shaughnessy</surname>
<given-names>J.&#x20;H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shah</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Koebrich</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Corporate Acceleration of the Renewable Energy Transition and Implications for Electric Grids</article-title>. <source>Renew. Sust. Energ. Rev.</source> <volume>146</volume>, <fpage>111160</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rser.2021.111160</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Forbes</surname>
<given-names>M. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Patwardhan</surname>
<given-names>R. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hamadah</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gopaluni</surname>
<given-names>R. B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Model Predictive Control in Industry: Challenges and Opportunities</article-title>. <source>IFAC-PapersOnLine</source> <volume>48</volume> (<issue>8</issue>), <fpage>531</fpage>&#x2013;<lpage>538</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ifacol.2015.09.022</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Francesco Calise</surname>
<given-names>M. D. d. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Piacentino</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <source>A Novel Solar Trigeneration System Integrating PVT (Photovoltaic/thermal Collectors) and SW (Seawater) Desalination</source>. <publisher-loc>Amsterdam</publisher-loc>: <publisher-name>Dynamic simulation and economic assessment. Energy</publisher-name> <volume>67</volume>, <fpage>129</fpage>&#x2013;<lpage>148</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2013.12.060</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>G&#xfc;ney</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Renewable Energy, Non-renewable Energy and Sustainable Development</article-title>. <source>Int. J.&#x20;Sust. Develop. World Ecol.</source>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/13504509.2019.1595214</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Guopeng Zhao</surname>
<given-names>Y. Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ren</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <source>Analysis of Control Characteristics and Design of Control System Based on Internal Parameters in Doubly Fed Variable-Speed Pumped Storage Unit</source>. <publisher-loc>New Jersey, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Complexity</publisher-name>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2021/6697311</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gurung</surname>
<given-names>A. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Borsdorf</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>F&#xfc;reder</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kienast</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Matt</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Scheidegger</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Rethinking Pumped Storage Hydropower in the European Alps</article-title>. <source>Mountain Res. Develop.</source> <volume>36</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>222</fpage>&#x2013;<lpage>232</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1659/mrd-journal-d-15-00069.1</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hasan Mehrjerdi</surname>
<given-names>A. A. M. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <source>Modeling and Optimal Planning of an Energy&#x2013;Water&#x2013;Carbon Nexus System for Sustainable Development of Local CommunitiesAdvanced Sustainable Systems</source>. </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hou</surname>
<given-names>C. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tian</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>Ye.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lai</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zheng</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Multi-Objective Optimization of Start-Up Strategy for Pumped Storage Units</article-title>. <source>Energies</source> <volume>1</volume> (<issue>5</issue>), <fpage>1141</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/en11051141</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hou</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guo</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Optimal Successive Start-Up Strategy of Two Hydraulic Coupling Pumped Storage Units Based on Multi-Objective Control</article-title>. <source>Int. J.&#x20;Electr. Power Energ. Syst.</source> <volume>111</volume>, <fpage>398</fpage>&#x2013;<lpage>410</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijepes.2019.04.033</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guo</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Prediction Method for the Complete Characteristic Curves of a Francis Pump-Turbine</article-title>. <source>Water</source> <volume>10</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>205</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/w10020205</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Idowu</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Saguna</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>&#xc5;hlund</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schel&#xe9;n</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Applied Machine Learning: Forecasting Heat Load in District Heating System</article-title>. <source>Energy and Buildings</source> <volume>133</volume>, <fpage>478</fpage>&#x2013;<lpage>488</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enbuild.2016.09.068</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jianzhong Zhou</surname>
<given-names>Z. Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Chu.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>A Real-Time Accurate Model and its Predictive Fuzzy PID Controller for Pumped Storage Unit via Error Compensation</article-title>. <source>Energies</source> <volume>11</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>35</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/en11010035</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Julian David Hunt</surname>
<given-names>B. Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rafael Lopes</surname>
<given-names>P. S. Fo. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Andreas</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Existing and New Arrangements of Pumped-Hydro Storage Plants</article-title>. <source>Renew. Sust. Energ. Rev.</source> <volume>129</volume>, <fpage>109914</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rser.2020.109914</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kiely</surname>
<given-names>T. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kiely</surname>
<given-names>N. D. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bastian</surname>
<given-names>N. D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>The Spatially Conscious Machine Learning Model</article-title>. <source>Stat. Anal. Data Min: ASA Data Sci. J.</source> <volume>13</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>31</fpage>&#x2013;<lpage>49</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/sam.11440</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kocaman</surname>
<given-names>A. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Modi</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Value of Pumped Hydro Storage in a Hybrid Energy Generation and Allocation System</article-title>. <source>Appl. Energ.</source> <volume>205</volume>, <fpage>1202</fpage>&#x2013;<lpage>1215</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2017.08.129</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mao</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017b</year>). <article-title>A Nonlinear Generalized Predictive Control for Pumped Storage Unit</article-title>. <source>Renew. Energ.</source> <volume>114</volume>, <fpage>945</fpage>&#x2013;<lpage>959</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.renene.2017.07.055</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>J.-w.</given-names>
</name>
<name>
<surname>ZhangXian</surname>
<given-names>H-z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xian</surname>
<given-names>H.-z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>J.-x.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017a</year>). <article-title>Numerical Simulation of Hydraulic Force on the Impeller of Reversible Pump Turbines in Generating Mode</article-title>. <source>J.&#x20;Hydrodyn</source> <volume>29</volume>, <fpage>603</fpage>&#x2013;<lpage>609</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s1001-6058(16)60773-4</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ward</surname>
<given-names>J.&#x20;K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tong</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Platt</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Machine Learning for Solar Irradiance Forecasting of Photovoltaic System</article-title>. <source>Renew. Energ.</source> <volume>90</volume>, <fpage>542</fpage>&#x2013;<lpage>553</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.renene.2015.12.069</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hou</surname>
<given-names>D. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>GPU-based Enumeration Model Predictive Control of Pumped Storage to Enhance Operational Flexibility</article-title>. <source>IEEE Trans. Smart Grid</source> <volume>10</volume> (<issue>5</issue>), <fpage>5223</fpage>&#x2013;<lpage>5233</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tsg.2018.2879226</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Martin</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Aler</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Galvan</surname>
<given-names>I. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Machine Learning Techniques for Daily Solar Energy Prediction and Interpolation Using Numerical Weather Models</article-title>. <source>Concurrency Computat.: Pract. Exper.</source> <volume>28</volume>, <fpage>1261</fpage>&#x2013;<lpage>1274</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/cpe.3631</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mathworks</surname>
<given-names>MW</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <source>Matlabs Optimization Toolbox</source>. <comment>[online]</comment>. </citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Max Schwenzer</surname>
<given-names>M. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bergs</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Abel</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Review on Model Predictive Control: an Engineering Perspective</article-title>. <source>Int. J.&#x20;Adv. Manufacturing Tech.</source>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00170-021-07682-3</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mayne</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Robust and Stochastic Model Predictive Control: Are We Going in the Right Direction?</article-title>. <source>Annu. Rev. Control.</source> <volume>41</volume>, <fpage>184</fpage>&#x2013;<lpage>192</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.arcontrol.2016.04.006</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Menon</surname>
<given-names>R. P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <source>Study of Optimal Design of Polygeneration Systems in Optimal Control Strategies</source>. <publisher-loc>Amsterdam</publisher-loc>: <publisher-name>Energy</publisher-name> <volume>55</volume>, <fpage>134</fpage>&#x2013;<lpage>141</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2013.03.070</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Min</surname>
<given-names>C.-G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kim</surname>
<given-names>M.-K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Flexibility-Based Reserve Scheduling of Pumped Hydroelectric Energy Storage in Korea</article-title>. <source>Energies</source> <volume>10</volume> (<issue>10</issue>), <fpage>1478</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/en10101478</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Olusola Bamisile</surname>
<given-names>A. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Humphrey</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nasser</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mukhtar</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>Qi.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Electrification and Renewable Energy Nexus in Developing Countries; an Overarching Analysis of Hydrogen Production and Electric Vehicles Integrality in Renewable Energy Penetration</article-title>. <source>Energ. Convers. Manage.</source> <volume>235</volume>, <fpage>114023</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enconman.2021.114023</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pan</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tian</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Optimal Control for Speed Governing System of On-Grid Adjustable-Speed Pumped Storage Unit Aimed at Transient Performance Improvement</article-title>. <source>IEEE Access</source> <volume>9</volume>, <fpage>40445</fpage>&#x2013;<lpage>40457</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/access.2021.3063434</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pannatier</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kawkabani</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nicolet</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schwery</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Allenbach</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Investigation of Control Strategies for Variable-Speed Pump-Turbine Units by Using a Simplified Model of the Converters</article-title>. <source>IEEE Trans. Ind. Electron.</source> <volume>57</volume>, <fpage>3039</fpage>&#x2013;<lpage>3049</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tie.2009.2037101</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pazouki</surname>
<given-names>S. H. M.-R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Optimal Planning and Scheduling of Energy Hub in Presence of Wind, Storage and Demand Response under Uncertainty</article-title>. <source>Int. J.&#x20;Electr. Power Energ. Syst</source>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijepes.2016.01.044</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pazouki</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <source>Uncertainty Modeling in Optimal Operation of Energy Hub in Presence of Wind, Storage and Demand Response</source>. <publisher-loc>Amsterdam</publisher-loc>: <publisher-name>International Journal of Electrical Power and Energy Systems</publisher-name>, <volume>61</volume>, <fpage>33</fpage>&#x2013;<lpage>345</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijepes.2014.03.038</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Podlubny</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1999</year>). <article-title>Fractional-order Systems and PI/sup/spl lambda//D/sup/spl Mu//-Controllers</article-title>. <source>IEEE Trans. Automat. Contr.</source> <volume>44</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>208</fpage>&#x2013;<lpage>214</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/9.739144</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pradhan</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Franca</surname>
<given-names>M. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>The Adoption of Seawater Pump Storage Hydropower Systems Increases the Share of Renewable Energy Production in Small Island Developing States</article-title>. <source>Renew. Energ.</source> <volume>177</volume>, <fpage>448</fpage>&#x2013;<lpage>460</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.renene.2021.05.151</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rajkumar</surname>
<given-names>R. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Techno-economical Optimization of Hybrid Pv/wind/battery System Using Neuro-Fuzzy</article-title>. <source>Energy</source> <volume>36</volume> (<issue>8</issue>), <fpage>5148</fpage>&#x2013;<lpage>5153</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2011.06.017</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rajvikram Madurai Elavarasan</surname>
<given-names>R. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jamal</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dyduch</surname>
<given-names>Ja.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arif</surname>
<given-names>M. T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shafiullah</surname>
<given-names>G. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chopra</surname>
<given-names>St. S.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Envisioning the UN Sustainable Development Goals (SDGs) through the Lens of Energy Sustainability (SDG 7) in the post-COVID-19 World</article-title>. <source>Appl. Energ.</source> <volume>292</volume>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2021.116665</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B47">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Robinson</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dilkina</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hubbs</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guhathakurta</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pendyala</surname>
<given-names>R. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Machine Learning Approaches for Estimating Commercial Building Energy Consumption</article-title>. <source>Appl. Energ.</source> <volume>208</volume>, <fpage>889</fpage>&#x2013;<lpage>904</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2017.09.060</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B48">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ruppert</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>List</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bauer</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bauer</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>An Analysis of Different Pumped Storage Schemes from a Technological and Economic Perspective</article-title>. <source>Energy</source> <volume>141</volume>, <fpage>368</fpage>&#x2013;<lpage>379</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2017.09.057</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B49">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sam</surname>
<given-names>N. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gounden</surname>
<given-names>N. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Wind-driven Stand-Alone DFIG with Battery and Pumped Hydro Storage System</article-title>. <source>S&#x101;dhan&#x101;</source> <volume>42</volume>, <fpage>173</fpage>&#x2013;<lpage>185</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12046-017-0595-y</pub-id>s </citation>
</ref>
<ref id="B50">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>S&#xe1;nchez-Oro</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Duarte</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Robust Total Energy Demand Estimation with a Hybrid Variable Neighborhood Search - Extreme Learning Machine Algorithm</article-title>. <source>Energ. Convers. Manage.</source> <volume>123</volume>, <fpage>445</fpage>&#x2013;<lpage>452</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enconman.2016.06.050</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B51">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Schmidt</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kemmetm&#xfc;ller</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Modeling and Static Optimization of a Variable Speed Pumped Storage Power Plant</article-title>. <source>Renew. Energ.</source> <volume>111</volume>, <fpage>38</fpage>&#x2013;<lpage>51</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.renene.2017.03.055</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B52">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shiliang Zhang</surname>
<given-names>H. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jia</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ye</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hei</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Data-Driven Optimization Framework for Nonlinear Model Predictive Control</article-title>. <source>Math. Probl. Eng.</source> <volume>2017</volume>, <fpage>15</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2017/9402684</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B53">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sopasakis</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sarimveis</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Stabilising Model Predictive Control for Discrete-Time Fractional-Order Systems</article-title>. <source>Automatica</source> <volume>75</volume>, <fpage>24</fpage>&#x2013;<lpage>31</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.automatica.2016.09.014</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B54">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Thomas Sattich</surname>
<given-names>D. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Scholten</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yan</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Renewable Energy in EU-China Relations: Policy Interdependence and its Geopolitical Implications</article-title>. <source>Energy Policy</source> <volume>156</volume>, <fpage>112456</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enpol.2021.112456</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B55">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>van Meerwijk</surname>
<given-names>A. J.&#x20;H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Davila-martinezBenders</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>LaugsLAUGS</surname>
<given-names>G. A. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Swiss Pumped Hydro Storage Potential for Germany&#x27;s Electricity System under High Penetration of Intermittent Renewable Energy</article-title>. <source>J.&#x20;Mod. Power Syst. Clean. Energ.</source> <volume>4</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>542</fpage>&#x2013;<lpage>553</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s40565-016-0239-y</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B56">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zheng</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Du</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Adaptive Condition Predictive-Fuzzy PID Optimal Control of Start-Up Process for Pumped Storage Unit at Low Head Area</article-title>. <source>Energ. Convers. Manage.</source> <volume>177</volume>, <fpage>592</fpage>&#x2013;<lpage>604</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enconman.2018.10.004</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B57">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xue</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>An Adaptively Fast Fuzzy Fractional Order PID Control for Pumped Storage Hydro Unit Using Improved Gravitational Search Algorithm</article-title>. <source>Energ. Convers. Manage.</source> <volume>111</volume>, <fpage>67</fpage>&#x2013;<lpage>78</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enconman.2015.12.049</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B58">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ye</surname>
<given-names>B.-L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Stochastic Model Predictive Control for Urban Traffic Networks</article-title>. <source>Appl. Sci.</source> <volume>7</volume> (<issue>6</issue>), <fpage>588</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/app7060588</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B59">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yifeng Shi</surname>
<given-names>X. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yi</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Song</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <source>Control of the Variable-Speed Pumped Storage Unit-Wind Integrated System Mathematical Problems In Engineering 2020</source>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2020/3816752</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B60">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yin</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wei</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Investigation of the Unstable Flow Phenomenon in a Pump Turbine</article-title>. <source>Sci. China Phys. Mech. Astron.</source> <volume>57</volume>, <fpage>1119</fpage>&#x2013;<lpage>1127</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11433-013-5211-5</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B61">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zeng</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Pumped Storage System Model and Experimental Investigations on S-Induced Issues during Transients</article-title>. <source>Mech. Syst. Signal Process.</source> <volume>90</volume>, <fpage>350</fpage>&#x2013;<lpage>364</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ymssp.2016.12.031</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B62">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>J.-M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jung</surname>
<given-names>K.-H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Dynamic Modeling and Dynamical Analysis of Pump-Turbines in S-Shaped Regions during Runaway Operation</article-title>. <source>Energ. Convers. Manage.</source> <volume>138</volume>, <fpage>375</fpage>&#x2013;<lpage>382</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enconman.2017.01.053</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B63">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>X. S. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alabdulwahab</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Abusorrah</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Optimal Expansion Planning of Energy Hub with Multiple Energy Infrastructures</article-title>. <source>Smart Grid IEEE Trans.</source> <volume>6</volume> (<issue>5</issue>), <fpage>2302</fpage>&#x2013;<lpage>2311</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tsg.2015.2390640</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B64">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>Y.-P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>Q.-K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>J.-G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pan</surname>
<given-names>Y.-T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>A Robust Extreme Learning Machine for Modeling a Small-Scale Turbojet Engine</article-title>. <source>Appl. Energ.</source> <volume>218</volume>, <fpage>22</fpage>&#x2013;<lpage>35</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2018.02.175</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B65">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhaoyang Dong</surname>
<given-names>J.&#x20;Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wen</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>From Smart Grid to Energy Internet: Basic Concept and Research Framework</article-title>. <source>Automat Elec Power Syst.</source> <volume>38</volume> (<issue>15</issue>), <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>11</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B66">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhigao Zhao</surname>
<given-names>J.&#x20;Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A Coordinated Optimization Framework for Flexible Operation of Pumped Storage Hydropower System: Nonlinear Modeling, Strategy Optimization and Decision Making</article-title>. <source>Energ. Convers. Manage.</source> <volume>194</volume>, <fpage>70</fpage>&#x2013;<lpage>93</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enconman.2019.04.068</pub-id> </citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>