<?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">845637</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fenrg.2022.845637</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>Optimal Capacity Planning of Power to Hydrogen in Integrated Electricity&#x2013;Hydrogen&#x2013;Gas Energy Systems Considering Flexibility and Hydrogen Injection</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Wang et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Optimal Capacity Planning of P2H</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Jinpeng</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1616298/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Zeng</surname>
<given-names>Pingliang</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Yalou</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Jia</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>Department of Automation</institution>, <institution>Hangzhou Dianzi University</institution>, <addr-line>Hangzhou</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>School of Electrical and Control Engineering</institution>, <institution>Henan University of Urban Construction</institution>, <addr-line>Pingdingshan</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff3">
<sup>3</sup>
<institution>Electric Power Research Institute</institution>, <addr-line>Beijing</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1367987/overview">Weihao Hu</ext-link>, University of Electronic Science and Technology of China, China</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/1096282/overview">Yanfei Li</ext-link>, Hunan University of Technology and Business, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/807189/overview">Nikolaos Koltsaklis</ext-link>, Czech Technical University in Prague, Czechia</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1488041/overview">Shutang You</ext-link>, The University of Tennessee, Knoxville, United States</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Pingliang Zeng, <email>plzeng@hotmail.com</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Process and Energy Systems Engineering, a section of the journal Frontiers in Energy Research</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>12</day>
<month>04</month>
<year>2022</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2022</year>
</pub-date>
<volume>10</volume>
<elocation-id>845637</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>30</day>
<month>12</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>10</day>
<month>03</month>
<year>2022</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2022 Wang, Zeng, Li and Liu.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Wang, Zeng, Li and Liu</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 terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>With increasing penetration of renewable energy, it is important to source adequate system flexibility to maintain security of supply and minimize renewable generation curtailment. Power to hydrogen (P2H) plays an important role in the low-carbon renewable dominated energy systems. By blending green hydrogen produced from renewable power into the natural gas pipelines, it is possible to help integrate large-scale intermittent generation and smooth the variability of renewable power output through the interconnection of the natural gas network, hydrogen energy network, and electric network. A two-stage stochastic mixed-integer nonlinear planning framework for P2H sizing and siting is proposed in this paper, considering system flexibility requirements. The problem is then reduced to a mixed-integer second-order cone (MISOC) model through convex transformation techniques in order to reduce the computation burden. Then, a distributed algorithm based on Bender&#x2019;s decomposition is applied to obtain the optimal solution. A modified hybrid IEEE 33-node and Gas 20-node system is then used for simulation tests. The results showed that investment of P2H can significantly reduce the total capital and operational costs with lower renewable generation curtailment and electricity demand shedding. Numerical tests demonstrated to demonstrate the validity of the proposed MISOC model.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>power to hydrogen (P2H)</kwd>
<kwd>hydrogen injections</kwd>
<kwd>system flexibility</kwd>
<kwd>low carbon</kwd>
<kwd>benders decomposition</kwd>
</kwd-group>
<contract-sponsor id="cn001">National Key Research and Development Program of China<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100012166</named-content>
</contract-sponsor>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Over the recent years, various renewable energies, such as solar power and wind power, have seen rapid development. However, the connection of large-scale renewable energy to the electric network has dramatically changed the characteristics and increased the uncertainty of power flow, posing significant challenges to system operations in terms of power balancing and load following. Flexible resources, such as demand-side response, large-scale energy storage, power to hydrogen, etc., are the key to integrating large-scale renewable generation.</p>
<p>For environmental reasons, coal-fired generations are gradually being phased out, leading to a scarcity of flexible resources. As a result, energy storages, such as pumped storage, compressed air energy storage, chemical battery storage, etc., have developed by leaps and bounds in recent years. However, the development of large-scale pumped storage and compressed air storage is constrained by geographic and geological conditions. Chemical battery storage is not limited by geography, but their discharge time is 1 min&#x2013;8 h (<xref ref-type="bibr" rid="B24">Mongird et al., 2019</xref>) and is suitable for medium- or short-term (<xref ref-type="bibr" rid="B29">Zablocki, 2019</xref>) use. As hydrogen has the appealing characteristics of being stored for the longer term and on a large scale, hydrogen energy storage has the prospects of being used as a long-term or seasonal energy storage. With the high penetration of renewable energy, the green hydrogen produced by P2H using surplus renewable energy can be stored on a large scale or used as an industrial raw material.</p>
<p>As a result, over the past few years, the development of green hydrogen has attracted the increasing attention of researchers and governments due to its characteristics of a high energy density and the ability to store it in large quantities. The total abandoned renewable energy has decreased from 312.523 to 66.797&#xa0;MWH with the presence of power to hydrogen (<xref ref-type="bibr" rid="B16">Heris et al., 2020</xref>). To reduce CO<sub>2</sub> emissions, the cost-optimal design and operation of power to gas in Germany are studied in depth (<xref ref-type="bibr" rid="B28">Welder et al., 2018</xref>). In addition, the value of hydrogen storage in pipes and salt caverns has been analyzed (Welder, 2018).</p>
<p>In addition, Ref. <xref ref-type="bibr" rid="B9">Dolci et al.</xref> (<xref ref-type="bibr" rid="B9">2019</xref>) and <xref ref-type="bibr" rid="B17">Hu et al.</xref> (<xref ref-type="bibr" rid="B17">2020</xref>) present the power-to-hydrogen pathways, and the technical advances and barriers to green hydro development are also given. The green hydrogen-based power-to-gas facility is investigated in Germany and Texas in <xref ref-type="bibr" rid="B14">Glenk and Reichelstein (2019</xref>), which shows that green hydrogen production is already cost-competitive in niche applications. With ultra-high penetration of renewable energy, an optimal planning model (Pan, 2020) for electricity&#x2013;hydrogen integrated energy systems considering power to hydrogen and seasonal storage is constructed in <xref ref-type="bibr" rid="B25">Pan et al., (2020)</xref>. Li et al. (2019) have developed operation optimization modeling of power to hydrogen in active distribution networks coordinated with the district heating network (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Li et al., 2019</xref>). Gils et al. (2019) have investigated the transition pathway toward a climate-neural energy system in Germany and concluded that hydrogen plays a critical role in the seasonal balance of power supply and demand but cannot completely replace other coupling options (<xref ref-type="bibr" rid="B13">Gils et al., 2021</xref>).</p>
<p>Hydrogen is an important industrial raw material, and it is only economically beneficial to convert hydrogen into methane when subsidies are provided (<xref ref-type="bibr" rid="B26">Robinius et al., 2017</xref>). Liu et al. (2020) indicate that both power to hydrogen (P2H) and power to methane (P2M) help to reduce operational costs and decrease CO<sub>2</sub> emissions. From the perspective of energy system operation, the impact of P2H on the system flexibility is analyzed (<xref ref-type="bibr" rid="B4">Cloete and Hirth, 1922</xref>) in Cloete et al. (2020) and <xref ref-type="bibr" rid="B10">Ge et al. (2020)</xref> . With the increasing penetration level of renewable energy, the traditional grid is evolving into a new energy system with widespread participation of variable generation and flexible demand (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Gea-Berm&#xfa;dez et al., 2021</xref>). The large-scale, long-duration energy storage devices will be one of the key enablers in the low-carbon renewable-dominated energy systems. To improve the management efficiency and deal with the stochastic nature of renewable energy, this paper aims to investigate the site selection and optimal capacity determination approach of large-scale energy storage technologies, also known as P2H, and their role in enhancing system flexibility.</p>
<p>The contributions and innovations of this article are as follows: first, a two-stage stochastic mixed-integer planning framework for P2H sizing and siting is proposed, considering the uncertainty of the renewable energy output and the investment cost of the P2H equipment. The model&#x2019;s objective was to minimize the investment cost, operation cost, renewable output curtailment cost, and electricity demand shedding cost. Second, by blending permissible green hydrogen produced from surplus renewable energy into the natural gas pipelines, the effects of the injected hydrogen concentration on the gas pipeline transmission coefficient, that is, gas specific gravity, net calorific value, gas compressibility factor, etc., were investigated. Third, based on the system flexibility supply&#x2013;demand balance mechanism, we quantified the enhanced effect of P2H on hourly system flexibility.</p>
<p>The rest of this article is organized as follows: the low-carbon-emission hybrid renewable energy system structure is proposed in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref>, and the modeling of renewable energy and load demand uncertainties are also described. In <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>, a two-stage stochastic planning model of P2H has been constructed, considering system flexibility and hydrogen injections. The nonlinear nonconvex terms are simplified to obtain a mixed-integer second-order cone (MISOC) programming model in <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>. In <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref>, a distributed algorithm for the model is designed based on Bender&#x2019;s decomposition and cut plane. Simulations are carried out to verify the effectiveness of the proposed MISOC model and solution algorithm in <xref ref-type="sec" rid="s6">Section 6</xref>. The conclusion is illustrated in <xref ref-type="sec" rid="s7">Section 7</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Integrated Electricity&#x2013;Hydrogen-Gas System</title>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 System Description</title>
<p>The integrated electricity&#x2013;hydrogen-gas energy system is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>. It consists of the power system, natural gas distribution system, and carbon-free hydrogen system. The interaction between the power system and the natural gas system is realized mainly through a combined cycle gas turbine (CCGT). The CCGT generation unit with a fast-responding, high efficiency uses natural gas from the distribution gas system to generate electricity. The connection of large-scale renewable energy to the distribution network makes it possible to produce hydrogen by electrolyzing water with renewable energy. It is worth noting that hydrogen is more accessible to store for long periods than electricity. Therefore, hydrogen storage technology can be used as a medium- or long-term energy storage option for excess renewable energy. In this article, green hydrogen produced by surplus renewable energy sources plays a vital role in the integrated electricity distribution system, natural gas system, and hydrogen energy system. Power-to-hydrogen devices make full use of surplus renewable energy, and it is then blended and injected into the existing gas distribution pipeline with a maximal volumetric limit proportion of 15% hydrogen.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Basic structure diagram of a hybrid renewable energy system.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-10-845637-g001.tif"/>
</fig>
<p>In future high-renewable energy penetration scenarios, the uncertainty and intermittence of renewable energy output will significantly impact supply power reliability. To deal with these problems, the system&#x2019;s flexibility needs to be enhanced urgently. Based on the characteristics of flexible resources in the distribution network, we have developed a system flexibility supply and demand balance model. In addition, considering the direct injection of hydrogen produced by P2H into the natural gas pipelines, the hydrogen concentration on the gas specific gravity, the calorific value, and the compressibility factor have been investigated. Finally, a two-stage stochastic planning model is constructed with the objective of minimizing the investment and operation costs during the planning horizon. In the proposed hybrid energy system, we consider several renewable energy generation units, such as wind turbines and photovoltaics, equipped in the system. To promote renewable energy consumption and enhance the system&#x2019;s flexibility, the investment cost of P2H and the renewable energy curtailment cost are included as one of the optimization objectives. Scenario generation and reduction methods have been utilized to address renewable energy sources and load uncertainty.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Uncertainty Modeling and Scenario Generation</title>
<p>A scenario-based approach is adopted to deal with the uncertainty and stochastic characteristics of renewable output and electrical load demand (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Dagoumas and Koltsaklis, 2019</xref>). For the sake of simplicity, renewable generation output and load can be modeled as follows:<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>fore</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>24</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>fore</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>24</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(1)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The forecast errors, <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, are assumed to be Gaussian distribution. The probability density functions of normally distributed random variables are discretized in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>&#x200B;<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m3">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mtext>interval</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mtext>interval</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>j</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mtext>interval</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mtext>interval</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>.<label>(2)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the probabilities of intervals 1&#x2013;7 at time <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m5">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> related to prediction errors, and their specific values are <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Wind out power/load forecast error.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-10-845637-g002.tif"/>
</fig>
<p>Then, the corresponding cumulative distribution functions (CDFs) are calculated separately using the probability density functions for the discrete intervals described above. Based on Monte Carlo simulations, two random variables, <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#xa0;and&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, are generated. The randomly generated variables <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mtext>&#xa0;and&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are compared with the cumulative probability distribution functions values above, respectively, to determine in which interval <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mtext>&#xa0;and&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> lie in. If <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>int</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>int</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then, the binary variable <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> equals to 1, and the other binary variables <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> related to load prediction errors equal to 0; the same applies to <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m13">
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m14">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;scenario&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>24</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>int</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>int</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>t,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>int</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>int</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>t,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The probabilities of the generated scenarios are listed as follows, and the sum of the probabilities of all scenarios equals to 1<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>24</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Due to a large number of scenarios, it will lead to the burden of computation. It is generally essential to balance the solving tractability and the modeling accuracy. Therefore, the scenario reduction techniques using the fast forward algorithm (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Hajiabbas and Mohammadi-Ivatloo, 2020</xref>) are listed as follows:<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m16">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>24</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>24</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;and&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the load demand and renewable energy output at time <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m18">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> under the typical scenario <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m19">
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a matrix of <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> multiplied by <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> , which is the distance between <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>arg</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>"</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x222a;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</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:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2216;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>After obtaining the first selected scenarios through the above steps, the distance between the chosen and nonselected scenarios is calculated, and the set of scenes chosen is updated<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>arg</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a3;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2216;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>"</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x222a;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x222a;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2216;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Finally, the probabilities of the reduced scenarios are calculated. The probability of a nonselected scenario is added to the probability of a selected scenario that is close to it. The specific calculation is as follows:<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a3;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">,</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Optimal P2H Planning Considering Flexibility Requirements in an Integrated Multi-Vector Energy System</title>
<p>In this section, a two-stage stochastic dynamic mixed-integer nonlinear programming model is constructed for optimal P2H planning to minimize the investment and annual operation costs (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Bramstoft et al., 2020</xref>) of integrated multi-vector energy systems.</p>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 The Objective Function</title>
<p>The optimal P2H planning problem considering the system flexibility requirement can be formulated as the following stochastic model:<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m29">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>subject to<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>t,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s&#xa0;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The objective function (9) comprises two terms: P2H investment cost <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and operation cost <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> includes the costs of purchasing electricity and gas, the renewable energy curtailment cost, and the electricity and gas load shedding cost. It is worth noting that the generation cost of CCGT is not included in the operation cost as it is already calculated in the output costs of the gas sources. <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Equation 12</xref> sets the maximum capacity investment of each P2H. <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">Equations 14</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">15</xref> limit the number of installed P2H devices and the total investment cost. The binary variable <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a decision variable on whether a prospective P2H device is constructed at node <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m39">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> or not. <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Eq. 12</xref> are the number of days in the year, the time-of-use electricity price, the cost of abandoned renewable energy, and the load (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Liu et al., 2020</xref>), respectively.</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Operation Constraints</title>
<sec id="s3-2-1">
<title>3.2.1 Power Distribution Network</title>
<p>The power flow equations of the radial distribution network can be presented by the DistFlow model, which can be seen as follows (<xref ref-type="bibr" rid="B20">Li et al., 2020</xref>):<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(20)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e17">Eq. 17</xref> above can be modified with high penetration renewable energy connection as follows:<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(21)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the active and reactive powers through line <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Definitions of the several optimization variables <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are in Ref. <xref ref-type="bibr" rid="B16">Heris et al., 2020</xref>.</p>
<p>We can depict the boundary constraints in the power distribution network as follows:<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>j,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>t,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>j,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>t,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(25)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;U</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(29)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e21">Equation 21</xref> constrains the power balance at node <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m57">
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, considering the curtailment of renewable energy and shedding load. <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Equations 22</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">23</xref> enforce limits on the output of the CCGT generation unit and each renewable energy source. <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">Equation 24</xref> depicts the boundary of the amount of electricity purchased. <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Equations 25</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e29">29</xref> give the lower and upper bounds on the variables <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3-2-2">
<title>3.2.2 Natural Gas Distribution Network</title>
<p>The steady-state flow equation <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">Eq. 20</xref> related to the pressure of gas and the flow rate in the distributed gas network is depicted as follows:<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.1494</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> indicate the gas specific gravity, the average flowing temperature of the gas, the pipe length (km), the gas compressibility factor, and the friction factor, respectively. Terms <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the base temperature and pressure, respectively.</p>
<p>It is important to note that the gas thermal&#x2013;physical properties change with its composition (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Deymi-Dashtebayaz et al., 2019</xref>). When green hydrogen produced from renewable energy sources is injected into a natural gas pipeline, the gas thermo-physical properties vary with the hydrogen concentration, which can be described below:<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mtext>&#xa0;i</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:mtext>L</mml:mtext>
<mml:mtext>H</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>V</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>i</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mtext>&#xa0;i</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>15</mml:mn>
<mml:mo>%</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;i</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math> .<label>(34)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the net calorific value of gas mixtures at node <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m67">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the hydrogen concentration by volume injected into the pipeline. In addition, <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are constants. From <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">Eqs 31</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e33">33</xref> above, we can also see that <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are each approximately linearly related to the hydrogen concentration <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at gas node i (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Dolci, 2019</xref>). <xref ref-type="disp-formula" rid="e34">Equation 34</xref> enforces the upper and lower bounds on the concentration of hydrogen in a natural gas pipeline. No additional investment in gas distribution pipelines and end-use appliances is needed within this concentration range.</p>
<p>In addition to the above constraints, certain boundary constraints need to be considered<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>i,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>t,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>t,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#xa0;n</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;m</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e39">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>t,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(39)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e35">Equations 35</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e36">36</xref> enforce limits on the pressure of the gas node and the flow rate in each pipeline. <xref ref-type="disp-formula" rid="e37">Equations 37</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e38">38</xref> indicate the upper and lower bounds for natural gas source output and shedding gas load.</p>
<p>Pressure drops occur during the transmission of natural gas. Therefore, a compressor is placed in the natural gas pipeline to maintain the nodal pressure at the required level. <xref ref-type="disp-formula" rid="e39">Equation 39</xref> indicates the gas pressure relationship at nodes i and j. <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the ratio of the compressor inlet pressure to the outlet pressure.</p>
<p>Considering the effect of hydrogen injection, the energy balance equation for each natural gas distribution network node is formulated as follows:<disp-formula id="e40">
<mml:math id="m78">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;&#x394;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(40)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e41">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(41)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e42">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(42)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the net calorific values of natural gas and hydrogen, respectively, while <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m82">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is their ratio. <xref ref-type="disp-formula" rid="e40">Equation 40</xref> enforces the nodal gas balance for the gas distribution network. In this equation, the shedding gas load and hydrogen injection are considered. Due to the decrease in the Wobbe index of the gas mixture, it is worth considering the differential properties of the calorific value of natural gas and hydrogen. <xref ref-type="disp-formula" rid="e42">Equation 42</xref> indicates that the green hydrogen produced by P2H is coupled to the gas source and then blended with natural gas at a specific concentration.</p>
</sec>
<sec id="s3-2-3">
<title>3.2.3 Flexibility Supply and Demand Balance</title>
<p>When renewable energy&#x2019;s share is relatively low, the volatility and uncertainty have less impact on the energy system. At this stage of the planning process, the flexibility supply and demand balance in the system is usually not considered for the time being. However, with a high proportion of renewable energy, insufficient flexibility supply can lead to a large number of renewable energy curtailments, which prevents the system from operating correctly (<xref ref-type="bibr" rid="B18">Koltsaklis and Dagoumas, 2018</xref>). Therefore, the system&#x2019;s flexibility is quantified in the process of optimizing the size of P2H.</p>
<p>Flexibility in the integrated energy system is characterized by multiple time scales, locations, and directions (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Agbonaye et al., 2021</xref>). From the prospect of time scale, system flexibility can be categorized into very short-term ramp (<inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>15</mml:mn>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), short-term ramp (<inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:mn>15</mml:mn>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), and peak shaving (<inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:mn>24</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) (<xref ref-type="bibr" rid="B22">Lu et al., 2018</xref>). This article focuses on the supply&#x2013;demand of system flexibility at an hourly scale.</p>
<p>Flexibility resources such as P2H, CCGT, etc., are introduced to supply flexibility. Of these, P2H, CCGT, and system power purchase can provide both upward and downward flexibility, while wind abandonment can only provide downward flexibility, and shedding load can only supply upward flexibility. The detailed formulae are shown below:<disp-formula id="e43">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(43)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e44">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(44)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e45">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(45)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e46">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(46)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e47">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>t,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(47)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e48">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>t,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(48)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e49">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>t,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(49)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e50">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>t,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(50)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e51">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(51)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e52">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>t,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(52)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the upward ramp rates of P2H, CCGT, and the power purchase, respectively, and <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the downward ramp rates of P2H, CCGT, and the power purchase, respectively. <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denote the total upward and downward flexibility capacities provided by the various flexibility resources, respectively.</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e43">Equations 43</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e45">45</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e47">47</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e49">49</xref> define the upward flexibility capacity, and <xref ref-type="disp-formula" rid="e44">Eqs 44</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e46">46</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e48">48</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e50">50</xref> explain the downward flexibility capacity. It is also observed that <xref ref-type="disp-formula" rid="e51">Eqs 51</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e52">52</xref> give the total flexibility supply capacity.</p>
<p>The flexibility demand arises mainly from fluctuations in the net load. Therefore, the proposed hybrid system&#x2019;s upward and downward flexibility demand can be described by the following equations:<disp-formula id="e53">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>t,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(53)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e54">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(54)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e55">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(55)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The system flexibility supply&#x2013;demand equilibrium equation is as follows:<disp-formula id="e56">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>t,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(56)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e57">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>t,</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(57)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e56">Equations 56</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e57">57</xref> emphasize that the system&#x2019;s ability to supply flexibility is greater than the demand for flexibility.</p>
</sec>
<sec id="s3-2-4">
<title>3.2.4 Modeling of Energy Coupling Devices</title>
<p>A schematic of the coupling relation between electricity&#x2013;gas-hydrogen energy networks is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. P2H plays a crucial role in coupling multi-energy networks, and CCGT links the gas networks and power grid effectively.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Schematic of the coupling relation between electricity&#x2013;gas&#x2013;hydrogen energy networks.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-10-845637-g003.tif"/>
</fig>
<p>The simplified P2H and CCGT models are given in the following equations:<disp-formula id="e58">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;GT</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(58)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e59">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(59)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the energy conversion efficiencies of CCGT and P2H, respectively.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Model Simplications</title>
<p>The model constructed above is a mixed-integer nonlinear nonconvex programming model, which is difficult to solve quickly and efficiently. It is therefore essential to simplify the model to reduce the computational burden.</p>
<p>The nonlinear terms <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> , <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and terms of form <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are dealt with in <xref ref-type="app" rid="app1">Appendix A</xref>.</p>
<p>There are quadratic terms in <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Eq. 30</xref>, so <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Eq. 30</xref> is nonlinear and nonconvex. The results tend to fall into the local optimum, and it is not easy to obtain the global optimum exactly. Here, <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Eq. 30</xref> can be reformulated as follows:<disp-formula id="e60">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(60)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e61">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;P</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>P</mml:mtext>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;P</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>P</mml:mtext>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(61)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e62">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1.1494</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(62)</label>
</disp-formula>Let <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Then, <xref ref-type="disp-formula" rid="e62">Eq. 62</xref> can be rewritten as follows:<disp-formula id="e63">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(63)</label>
</disp-formula>Let <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> be the gas flow direction. When <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, it means <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. When <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, it denotes <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Therefore, the transmission characteristic constraint and capacity constraint denoted by <xref ref-type="disp-formula" rid="e65">Eq. 65</xref> can be equivalently expressed as follows:<disp-formula id="e64">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(64)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e65">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(65)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e66">Equation 66</xref> can be further relaxed to<disp-formula id="e66">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(66)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For the line <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, new variables <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are introduced due to the product of variables <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m128">
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. Constraint <xref ref-type="disp-formula" rid="e68">Eq. 68</xref> is further replaced with equations in <xref ref-type="bibr" rid="B27">Singh and Kekatos, 2020</xref>. The nonlinear, nonconvex terms are converted into mixed-integer second-order cone constraints with the above transformation<disp-formula id="e67">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:munder accentunder="true">
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:munder>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(67)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e68">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:munder accentunder="true">
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:munder>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(68)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e69">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:munder accentunder="true">
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:munder>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(69)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e70">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:munder accentunder="true">
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:munder>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(70)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e71">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(71)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e72">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(72)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Distributed Algorithms Based on Bender&#x2019;s Decomposition and Cut Plane</title>
<p>Since large-scale mixed-integer programming models are difficult to solve in an efficient and quick manner, this section develops a distributed algorithm based on Bender&#x2019;s decomposition (<xref ref-type="bibr" rid="B12">Gharaei et al., 2019</xref>). The basic idea of the distributed algorithm is to group the constraints and variables of a complex problem into more minor and easily tractable master problems and subproblems, which is shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Structure of the distributed algorithm.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-10-845637-g004.tif"/>
</fig>
<p>The section below details the master problem and the subproblem based on Bender&#x2019;s decomposition and cut plane. The master problem with respect to the problem <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Eq. 9</xref> is formulated as follows (<xref ref-type="bibr" rid="B6">Conejo et al., 2006</xref>):<disp-formula id="e73">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(73)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e74">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo> <mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(74)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>This is subject to constraints <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Eq. 12</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e15">Eq. 15</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="eA3">Eq. A3</xref>, and <xref ref-type="disp-formula" rid="e74">Eq. 74</xref>.</p>
<p>The subproblem related to <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Eq. 9</xref> is depicted below:<disp-formula id="e75">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(75)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e76">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(76)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The dual variables<inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>with respect to equation constraint (79) are given following a colon. The subproblem is subject to constraints <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eqs 18</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">19</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">Eqs 21</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e29">29</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">Eqs 31</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e42">42</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e43">Eqs 43</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e59">59</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e67">Eqs 67</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e72">72</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e76">Eq. 76</xref>, and <xref ref-type="disp-formula" rid="eA1">Eqs A1</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="eA2">A2</xref>.</p>
<p>The detailed interactions between the master problem and the subproblem are presented below.</p>
<p>
<statement content-type="step" id="Step_1">
<label>Step 1</label>
<p>Initialization. Set <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="step" id="Step_2">
<label>Step 2</label>
<p>Solve the aforementioned master problem <xref ref-type="disp-formula" rid="e76">Eq. 76</xref> to obtain the optimal values <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and update lower bound <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> .</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="step" id="Step_3">
<label>Step 3</label>
<p>Call the commercial solver Gurobi to solve the subproblem in (78) and update the upper bound <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> .</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="step" id="Step_4">
<label>Step 4</label>
<p>If <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the optimal values are obtained and the algorithm terminates. Otherwise, update the iteration counter <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and go to <xref ref-type="statement" rid="Step_2">Step 2</xref>.</p>
<p>It is noted that if <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then the constraint <xref ref-type="disp-formula" rid="e75">Eq. 75</xref> is not incorporated in the master problem. The flowchart of the distributed optimization algorithm to solve the two-stage stochastic dynamic MISOC program is shown in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>.</p>
</statement>
</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Flowchart of the distributed algorithm.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-10-845637-g005.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s6">
<title>6 Case Study and Discussion</title>
<sec id="s6-1">
<title>6.1 Description of Test Systems</title>
<p>In this section, simulations are carried out to verify the effectiveness of the proposed MISOC model and solution algorithm. The configuration of the simulation test systems is presented in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>, which is composed of a modified IEEE 33-bus distributed network and a Belgian 20-node gas network comprising two gas compressors, four gas sources, and 1 CCGT. The wind turbine capacity installed at bus 15 is 3&#xa0;MW, and the other three 1&#xa0;MW wind units are located at buses e18, e22, and e26. The installed capacity of the CCGT unit at bus e33 is 1&#xa0;MW, which obtains its gas supply from node g8. In addition, two gas compressors are employed in the distribution gas network to manage the gas pressures in the gas network. The CCGT unit is the coupling device between the electricity and gas system. It is worth noting that the variables <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m147">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> of pipelines are considered constants, calculated in terms of a permissible hydrogen concentration of 10 vol%.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Configuration of the hybrid renewable energy system.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-10-845637-g006.tif"/>
</fig>
<p>The time-of-use electricity price is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>. The predicated electrical load, the wind output power, and the gas load of the hybrid renewable energy system are shown in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref>. Based on Monte Carlo simulation and scenario reduction techniques, these data were used to generate the 10 operation scenarios for the study. The system net load is depicted in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref>. With high penetration renewable energy connection, it can be seen that the peak-valley difference of the demand becomes greater. At the same time, the net load profile varies more steeply. Therefore, it is urgent to enhance the system&#x2019;s flexibility and promote the consumption of renewable energy.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Time-of-use electricity price.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-10-845637-g007.tif"/>
</fig>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Predicted values of electrical load, wind output, and the gas load.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-10-845637-g008.tif"/>
</fig>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Power demand load, wind power, and the net load of the system.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-10-845637-g009.tif"/>
</fig>
<p>The other parameters used in the simulation are depicted in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>, and some of them can be found in Ref. <xref ref-type="bibr" rid="B23">Menon, 2005</xref>.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Other parameters used in the simulation.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Parameter</th>
<th align="center">r</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> $/kW</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> $/SCF</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> $/MW</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> $/MW</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Value</td>
<td align="char" char=".">0.08</td>
<td align="center">1300</td>
<td align="char" char=".">0.0746</td>
<td align="center">200</td>
<td align="center">900</td>
<td align="char" char=".">0.4</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s6-2">
<title>6.2 Simulation Results</title>
<p>In order to verify the performance and effectiveness of the two-stage MISOC model and the distributed solution algorithm proposed in this article, two cases are designed for comparative analysis. The simulations are carried out on a laptop with Intel i7-9750H CPU and 16&#xa0;GB memory.</p>
<p>
<statement content-type="case" id="case_1">
<label>Case 1</label>
<p>Basic scenario, optimal operation of the hybrid renewable energy system without P2H. The case mainly analyzes the total operation costs without P2H.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="case" id="case_2">
<label>Case 2</label>
<p>Comprehensive scenario, coordinated operation, and planning of the hybrid renewable energy system with P2H, the flexibility, and hydrogen injections are also taken into account. The case primarily discusses the total investment and operation costs of the system, and it also focuses on the impact of P2H on the system flexibility.</p>
</statement>
</p>
<sec id="s6-2-1">
<title>6.2.1 Planning and Operation Result Analysis</title>
<p>The annual total costs of the two cases are provided in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>, including investment costs, purchased electricity costs, purchased gas costs, renewable energy curtailment costs, the electricity load-shedding cost, and the gas load-shedding cost. A comparison of the data in the sixth and seventh columns of <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref> shows that after the construction of P2H, the renewable output curtailment cost drops from M$ (million dollars) 0.6524 to M$0.027705, and the electricity demand shedding cost decreases from M$0.21681 to M$0. It can also be seen that the annual total cost of case 2 is reduced by M$0.794 compared to case 1 by reducing the renewable energy curtailment costs and the load-shedding costs. Although the capital costs of P2H exist in <xref ref-type="statement" rid="case_2">Case 2</xref>, the annual total cost is still lower than that of case 1. In the meantime, we conclude that the abandoned wind power reaches 0.1814 and 0.1981&#xa0;MW in <xref ref-type="statement" rid="case_2">Case 2</xref>, which occurs at wind turbines 1 and 2 at 3 a.m. 4 a.m., respectively. This phenomenon occurs largely because the wind speed is higher, and wind turbines produce more power when the electrical load is lower.</p>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Comparison of planning and operation costs.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Cost term</th>
<th align="center">Total cost M$</th>
<th align="center">Annualized investment cost/M$</th>
<th align="center">Electricity purchase cost/M$</th>
<th align="center">Gas purchase cost/M$</th>
<th align="center">Renewable output curtailment cost/M$</th>
<th align="center">Electricity demand shedding cost/M$</th>
<th align="center">Gas demand shedding cost/M$</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Case 1</td>
<td align="char" char=".">22.648</td>
<td align="char" char=".">0</td>
<td align="char" char=".">11.81</td>
<td align="char" char=".">9.9691</td>
<td align="char" char=".">0.6524</td>
<td align="char" char=".">0.21681</td>
<td align="char" char=".">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Case 2</td>
<td align="char" char=".">21.854</td>
<td align="char" char=".">0.28313</td>
<td align="char" char=".">11.992</td>
<td align="char" char=".">9.551</td>
<td align="char" char=".">0.027705</td>
<td align="char" char=".">0</td>
<td align="char" char=".">0</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The planning results of P2H in <xref ref-type="statement" rid="case_2">Case 2</xref> are shown in <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>. It is shown that the installed capacity of P2H at buses 15, 18, and 26 is 469.7, 803, and 189&#xa0;kW, respectively. The total investment cost of P2H is M$1.8998. The life cycle of P2H is assumed to be 10&#xa0;years. Therefore, the annual investment cost is M$0.28313, considering the interest rate. It is worth noting that the capacity of the wind generator equipped at bus 15 is 3&#xa0;MW, which is larger than the other three. Meanwhile, the electricity demand in this area is high, and the wind power output is mainly supplied to the electrical consumers. Thus, the capacity of P2H installed at bus 15 is lower than that of bus 18.</p>
<table-wrap id="T3" position="float">
<label>TABLE 3</label>
<caption>
<p>Case 2 results.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Equipment</th>
<th align="center">Node</th>
<th align="center">Capacity/kW</th>
<th align="center">Investment cost/M$</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">P2h1</td>
<td align="center">15</td>
<td align="char" char=".">469.7</td>
<td align="char" char=".">0.61061</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">P2h2</td>
<td align="center">18</td>
<td align="char" char=".">802.7</td>
<td align="char" char=".">1.0435</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">P2h3</td>
<td align="center">22</td>
<td align="char" char=".">0</td>
<td align="char" char=".">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">P2h4</td>
<td align="center">26</td>
<td align="char" char=".">188.9</td>
<td align="char" char=".">0.24557</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Total</td>
<td align="left"/>
<td align="char" char=".">1461.3</td>
<td align="char" char=".">1.8997</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Take scenario 5 as an example. The optimal generator outputs of two cases in the hybrid renewable energy system are shown in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figures 10</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref>. In this scenario, the renewable energy penetration level is 40%. As demonstrated from <xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref>, wind generators, the distribution system operator, and the CCGT unit supply the electrical load demand to the end users, and the electrical load shedding mainly occurs at 11 p.m. P2H participates in the operation of the system as a flexible unit in <xref ref-type="statement" rid="case_2">Case 2</xref>. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11</xref>, in <xref ref-type="statement" rid="case_2">Case 2</xref>, four wind generators, one CCGT unit, and the distributed system operator serve as the source to supply electricity to the consumers and P2H. The higher wind speeds from 1 to 7 a.m. make the wind turbine generators output more power. However, the power demand of end users is low during this time. P2H produces hydrogen using surplus wind power to reduce renewable curtailment. At 8 in the morning, the electrical load demand increases sharply, and the output of the wind turbines decreases, at which point the CCGT unit starts to supply the electrical load. The electrical load peaks at 10 a.m. and 11 a.m. When the CCGT unit output reaches its maximum power, P2H does not consume power. The electricity price is high at this stage, so the electricity purchase is less. With the gradual reduction of power load demand, the output power of the CCGT unit decreases. From 10 to 12 p.m., the electricity load gradually decreases. On the contrary, the wind generators&#x2019; output increases. The P2H units consume surplus renewable energy to produce hydrogen during this period, and the CCGT generator does not supply electricity to consumers.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>Optimal generator outputs of case 1.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-10-845637-g010.tif"/>
</fig>
<fig id="F11" position="float">
<label>FIGURE 11</label>
<caption>
<p>Optimal generator outputs of case 2.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-10-845637-g011.tif"/>
</fig>
<p>As can be seen from <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11</xref>, case 2 yields smaller load-shedding and renewable energy curtailment than case 1. P2H plays a vital role in promoting the consumption of renewable energy.</p>
<p>The power output of the CCGT unit, the power purchased from the grid, and the four wind generators of case 2 are shown in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure 12</xref>.</p>
<fig id="F12" position="float">
<label>FIGURE 12</label>
<caption>
<p>Power output of each unit of case 2.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-10-845637-g012.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s6-2-2">
<title>6.2.2 System Flexibility Analysis</title>
<p>This part investigates the hybrid renewable energy system&#x2019;s flexible supply and demand balance. The effect and role of P2H in system flexibility supply are evaluated by comparing the results of the two cases.</p>
<p>The total upward/downward flexibility supply and demand of case 1 are comparatively studied in <xref ref-type="fig" rid="F13">Figures 13</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F14">14</xref>. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13</xref>, the blue line represents the total upward flexibility supply, and the orange line indicates the upward flexibility demand. We can also learn from <xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13</xref> that the demand for upward flexibility is greater at 6, 7, and 8 a.m. and reaches its maximum at 7 a.m. At 7 in the morning, the upward flexibility adequacy is less than 0, which indicates that upward flexibility supply is less than upward flexibility demand. <xref ref-type="fig" rid="F14">Figure 14</xref> illustrates the total downward flexibility supply and demand of case 1. We can learn from the following figure that there is a greater need for downward flexibility from 8 to 11 p.m. During this period, the supply of downward flexibility has not been able to meet the demand for downward flexibility, and there has been a shortage of downward flexibility.</p>
<fig id="F13" position="float">
<label>FIGURE 13</label>
<caption>
<p>Total upward flexibility supply&#x2013;demand of case 1.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-10-845637-g013.tif"/>
</fig>
<fig id="F14" position="float">
<label>FIGURE 14</label>
<caption>
<p>Total downward flexibility supply&#x2013;demand of case 1.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-10-845637-g014.tif"/>
</fig>
<p>The total upward/downward flexibility supply and demand of case 2 are shown in <xref ref-type="fig" rid="F15">Figures 15</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F16">16</xref>, respectively. It is shown in <xref ref-type="fig" rid="F15">Figure 15</xref> that there is a greater need for upward flexibility during the period from 6 to 8 a.m. However, after the construction of P2H, the lack of upward flexibility no longer exists with the coordinated optimization of flexibility resources. As can be seen in <xref ref-type="fig" rid="F15">Figure 15</xref>, the same phenomenon is present in downward flexibility. By comparing <xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13</xref> with <xref ref-type="fig" rid="F15">Figure 15</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F14">Figure 14</xref> with <xref ref-type="fig" rid="F16">Figure 16</xref>, we can conclude that the system flexibility can be effectively enhanced after the construction of P2H, which helps promote the consumption of renewable energy.</p>
<fig id="F15" position="float">
<label>FIGURE 15</label>
<caption>
<p>Total upward flexibility supply&#x2013;demand of case 2.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-10-845637-g015.tif"/>
</fig>
<fig id="F16" position="float">
<label>FIGURE 16</label>
<caption>
<p>Total downward flexibility supply&#x2013;demand of case 2.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-10-845637-g016.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s7">
<title>7 Conclusion</title>
<p>This article proposes a low-carbon-emission hybrid renewable energy system to utilize power, hydrogen, and natural gas in an integrated mode. The P2H element serves as a key multi-energy coupling device connecting the distributed power network and gas and hydrogen networks.</p>
<p>In order to cope with the uncertainty of power load and renewable energy output, multiple operating scenarios are generated based on Monte Carlo simulations and the fast forward algorithm. Then, a two-stage stochastic planning model is constructed to consider the hybrid energy system flexibility and hydrogen injections. The nonlinear, nonconvex terms in the model are simplified, and a MISOC programming model is constructed to reduce the computation burden and further improve the solving efficiency. The results obtained by solving the above MISOC model using the distributed algorithm validate the effect of the construction of P2H.</p>
<p>Simulation results show that P2H can effectively reduce renewable energy curtailment, thus promoting the renewable energy consumption. On one hand, the upward/downward flexibility of the system has been enhanced by coordinating P2H and other flexibility resources. On the other hand, by injecting the hydrogen produced by P2H into the gas-distributed pipeline, the cost of hydrogen is effectively decreased, while reducing the system&#x2019;s CO<sub>2</sub> emissions.</p>
<p>Due to fluctuations in renewable energy output, the operational efficiency of electrolysis equipment is challenging to achieve in practice, and the actual available capacity of the equipment is reduced.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s8">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/Supplementary Material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s9">
<title>Author Contributions</title>
<p>JW, writing the original draft, conceptualization, formal analysis, methodology and writing programs; PZ, writing, review and editing, conceptualization and investigation; YL, funding acquisition, project administration, supervision; JL, conceptualization, writing, review and editing.</p>
</sec>
<sec id="s10">
<title>Funding</title>
<p>This work was supported by funds provided via the National Key Research and Development Program of China (Grant No. 2018YFE0208400). The authors are also grateful for the support from the Science and Technology Project of State Grid Corporation of China (Key Technologies of Novel Integrated Energy System Considering Cross-border Interconnection).</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s11">
<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="s12">
<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>Agbonaye</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Keatley</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ademulegun</surname>
<given-names>O. O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hewitt</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Mapping Demand Flexibility: A Spatio-Temporal Assessment of Flexibility Needs, Opportunities and Response Potential</article-title>. <source>Appl. Energ.</source> <volume>295</volume>, <fpage>117015</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2021.117015</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bobo</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Venzke</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chatzivasileiadis</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Second-order Cone Relaxations of the Optimal Power Flow for Active Distribution Grids: Comparison of Methods</article-title>. <source>Int. J. Electr. Power Energ. Syst.</source> <volume>127</volume>, <fpage>106625</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijepes.2020.106625</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bramstoft</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pizarro-Alonso</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jensen</surname>
<given-names>I. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ravn</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>M&#xfc;nster</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Modelling of Renewable Gas and Renewable Liquid Fuels in Future Integrated Energy Systems</article-title>. <source>Appl. Energ.</source> <volume>268</volume>, <fpage>114869</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2020.114869</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cloete</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hirth</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1922</year>). <article-title>Flexible Power and Hydrogen Production: Finding Synergy between CCS and Variable Renewables</article-title>. <source>Energy</source> <volume>192</volume>, <fpage>116671</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2019.116671</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Conejo</surname>
<given-names>A. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Baringo Morales</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kazempour</surname>
<given-names>S. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Siddiqui</surname>
<given-names>A. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Investment in Electricity Generation and Transmission</article-title>. <source>Springer Nat.</source> <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-319-29501-5</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Conejo</surname>
<given-names>A. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Castillo</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Minguez</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Garcia-Bertrand</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). <source>Decomposition Techniques in Mathematical Programming:Engineering and Science Applications</source>. <publisher-name>Springer</publisher-name>, <fpage>558</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dagoumas</surname>
<given-names>A. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Koltsaklis</surname>
<given-names>N. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Review of Models for Integrating Renewable Energy in the Generation Expansion Planning</article-title>. <source>Appl. Energ.</source> <volume>242</volume>, <fpage>1573</fpage>&#x2013;<lpage>1587</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2019.03.194</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Deymi-Dashtebayaz</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ebrahimi-Moghadam</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pishbin</surname>
<given-names>S. I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pourramezan</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Investigating the Effect of Hydrogen Injection on Natural Gas Thermo-Physical Properties with Various Compositions</article-title>. <source>Energy</source> <volume>167</volume>, <fpage>235</fpage>&#x2013;<lpage>245</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2018.10.186</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dolci</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Thomas</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hilliard</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guerra</surname>
<given-names>C. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hancke</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ito</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Incentives and Legal Barriers for Power-To-Hydrogen Pathways: An International Snapshot</article-title>. <source>Int. J. Hydrogen Energ.</source> <volume>44</volume>, <fpage>11394</fpage>&#x2013;<lpage>11401</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijhydene.2019.03.045</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ge</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dou</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ding</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Increasing Operational Flexibility of Integrated Energy Systems by Introducing Power to Hydrogen</article-title>. <source>IET Renew. Power Generation</source> <volume>14</volume>, <fpage>372</fpage>&#x2013;<lpage>380</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1049/iet-rpg.2019.0663</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gea-Berm&#xfa;dez</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jensen</surname>
<given-names>I. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>M&#xfc;nster</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Koivisto</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kirkerud</surname>
<given-names>J. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Y.-k.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>The Role of Sector Coupling in the green Transition: A Least-Cost Energy System Development in Northern-central Europe towards 2050</article-title>. <source>Appl. Energ.</source> <volume>289</volume>, <fpage>116685</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2021.116685</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gharaei</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Karimi</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hoseini Shekarabi</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Joint Economic Lot-Sizing in Multi-Product Multi-Level Integrated Supply Chains: Generalized Benders Decomposition</article-title>. <source>Int. J. Syst. Sci. Operations Logistics</source> <volume>7</volume>, <fpage>309</fpage>&#x2013;<lpage>325</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/23302674.2019.1585595</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gils</surname>
<given-names>H. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gardian</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schmugge</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Interaction of Hydrogen Infrastructures with Other Sector Coupling Options towards a Zero-Emission Energy System in Germany</article-title>. <source>Renew. Energ.</source> <volume>180</volume>, <fpage>140</fpage>&#x2013;<lpage>156</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.renene.2021.08.016</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Glenk</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Reichelstein</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Economics of Converting Renewable Power to Hydrogen</article-title>. <source>Nat. Energ.</source> <volume>4</volume>, <fpage>216</fpage>&#x2013;<lpage>222</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41560-019-0326-1</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hajiabbas</surname>
<given-names>M. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mohammadi-Ivatloo</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Optimization of Power System Problems _Methods, Algorithms and MATLAB Codes</article-title>. <source>Springer</source> <volume>262</volume>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-030-34050-6</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Heris</surname>
<given-names>M.-N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mirzaei</surname>
<given-names>M. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Asadi</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mohammadi-Ivatloo</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zare</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jebelli</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Evaluation of Hydrogen Storage Technology in Risk-Constrained Stochastic Scheduling of Multi-Carrier Energy Systems Considering Power, Gas and Heating Network Constraints</article-title>. <source>Int. J. Hydrogen Energ.</source> <volume>45</volume>, <fpage>30129</fpage>&#x2013;<lpage>30141</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijhydene.2020.08.090</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>H. T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tao</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>A Review of Technical Advances, Barriers, and Solutions in the Power to Hydrogen (P2H) Roadmap</article-title>. <source>Engineering</source> <volume>6</volume>, <fpage>1364</fpage>&#x2013;<lpage>1380</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.eng.2020.04.016</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Koltsaklis</surname>
<given-names>N. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dagoumas</surname>
<given-names>A. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>State-of-the-art Generation Expansion Planning: A Review</article-title>. <source>Appl. Energ.</source> <volume>230</volume>, <fpage>563</fpage>&#x2013;<lpage>589</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2018.08.087</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Song</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xing</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Operation Optimization of Power to Hydrogen and Heat (P2HH) in ADN Coordinated with the District Heating Network</article-title>. <source>IEEE Trans. Sustain. Energ.</source> <volume>10</volume>, <fpage>1672</fpage>&#x2013;<lpage>1683</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tste.2018.2868827</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Optimal Dispatch of Zero-Carbon-Emission Micro Energy Internet Integrated with Non-supplementary Fired Compressed Air Energy Storage System</article-title>. <source>J. Mod. Power Syst. Clean Energ.</source> <volume>4</volume>, <fpage>566</fpage>&#x2013;<lpage>580</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s40565-016-0241-4(2016).20Menon</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zeng</surname>
<given-names>P. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xing</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Hierarchical Duality-Based Planning of Transmission Networks Coordinating Active Distribution Network Operation</article-title>. <source>Energy</source> <volume>213</volume>, <fpage>118488</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2020.118488</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Qiao</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Probabilistic Flexibility Evaluation for Power System Planning Considering its Association with Renewable Power Curtailment</article-title>. <source>IEEE Trans. Power Syst.</source> <volume>33</volume>, <fpage>3285</fpage>&#x2013;<lpage>3295</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tpwrs.2018.2810091</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Menon</surname>
<given-names>E. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>), <source>Gas Pipeline Hydraulics R1</source>. <source>Continuing Education and Development, Inc.</source>, <volume>21</volume>. </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mongird</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fotedar</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Viswanathan</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Koritarov</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <source>Energy Storage Technology and Cost Characterization Report</source>. </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pan</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gu</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Qiu</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yao</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Optimal Planning for Electricity-Hydrogen Integrated Energy System Considering Power to Hydrogen and Heat and Seasonal Storage</article-title>. <source>IEEE Trans. Sustain. Energ.</source> <volume>11</volume>, <fpage>2662</fpage>&#x2013;<lpage>2676</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tste.2020.2970078</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Robinius</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Welder</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ryberg</surname>
<given-names>D. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). &#x201c;<article-title>Power-to-hydrogen and Hydrogen-To-X:Which markets?Which Economic potential?Answers from the Literature</article-title>,&#x201d; in <conf-name>14th International Conference on the European Energy Market (EEM)</conf-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Singh</surname>
<given-names>M. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kekatos</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Natural Gas Flow Solvers Using Convex Relaxation</article-title>. <source>IEEE Trans. Control. Netw. Syst.</source> <volume>7</volume>, <fpage>1283</fpage>&#x2013;<lpage>1295</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tcns.2020.2972593</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Welder</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ryberg</surname>
<given-names>D. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kotzur</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Grube</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Robinius</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stolten</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Spatio-temporal Optimization of a Future Energy System for Power-To-Hydrogen Applications in Germany</article-title>. <source>Energy</source> <volume>158</volume>, <fpage>1130</fpage>&#x2013;<lpage>1149</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2018.05.059</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zablocki</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <source>Fact Sheet Energy Storage</source>. <publisher-loc>Washington, DC</publisher-loc>: <publisher-name>Environmental and Energy Study Institute</publisher-name>. </citation>
</ref>
</ref-list>
<app-group>
<app id="app1">
<title>Appendix AModel Simplifications</title>
<p>Term <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">Eq. 20</xref> can be relaxed to the following second-order cone programming constraints (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Bobo et al., 2021</xref>):<disp-formula id="eA1">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2016;</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A1)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e43">Equations 43</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e48">48</xref> are of the form <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> , which can be dealt with the big M method<disp-formula id="eA2">
<mml:math id="m156">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math> .<label>(A2)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m157">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the binary variable, and <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> indicates that <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> .</p>
<p>The nonlinear term <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the objective function (10) is the product of variables <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which can be equivalently replaced with the following constraints (<xref ref-type="bibr" rid="B5">Conejo et al., 2016</xref>):<disp-formula id="eA3">
<mml:math id="m163">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:munder accentunder="true">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:munder>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:munder accentunder="true">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:munder>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(A3)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is an auxiliary variable used to substitute for <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:munder accentunder="true">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:munder>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the upper and lower bound values of <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. It can be observed that when the binary variable <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> equals to 0, <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and when <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> .</p>
</app>
</app-group>
<sec id="s13">
<title>Nomenclature</title>
<p>Binary Variable</p>
<def-list>
<def-item>
<term id="G1-fenrg.2022.845637">
<bold>I</bold>
</term>
<def>
<p>The P2H device is built or not (1:&#x2018;built&#x2019;, 0:&#x2018;not&#x2019;)</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G2-fenrg.2022.845637">
<bold>x</bold>
</term>
<def>
<p>Gas flow direction, (1:&#x2018;the gas flow rate is positive&#x2019; and 0: &#x2018;otherwise&#x2019;)</p>
</def>
</def-item>
</def-list>
<p>Sets</p>
<def-list>
<def-item>
<term id="G3-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m173">
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The initial set of all generated scenarios</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G4-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>A set of gas nodes connecting CCGT</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G5-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>A set of selected scenarios</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G6-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>A set of remaining scenarios after the selected scenarios are removed</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G7-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>A set of candidate locations for P2H devices</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G8-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>A set of nodes that purchase electricity</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G9-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>A set of nodes equipped with renewable energy sources</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G10-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>A set of nodes equipped with natural gas supply units</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G11-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>A set of feasible solutions to the operation optimization problem</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G12-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>A set of electric demand nodes</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G13-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>A set of gas demand nodes</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G14-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>A set of electric nodes equipped with gas turbines</p>
</def>
</def-item>
</def-list>
<p>Continuous variables</p>
<def-list>
<def-item>
<term id="G15-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>
<inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> Actual electric demand and renewable energy output at time t</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G16-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>
<inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> The predicted output of renewable energy/demand at time t</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G17-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>
<inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> The prediction errors about renewable energy output and electric demand at time t</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G18-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>
<inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> The net load and the total upward/downward flexibility demand capacity at time t for the scenario s</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G19-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>Capacity of candidate P2H(MW)</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G20-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The consumed electricity by P2H</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G21-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The shedding electric load (MW)</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G22-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The shedding gas load (m<sup>3</sup>)</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G23-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The power purchased from TSO</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G24-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The output of the gas source n</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G25-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The gas load at node <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m200">
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> , at time <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m201">
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, for scenario <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m202">
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G26-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The curtailment of renewable energy</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G27-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The renewable energy output, the CCGT output, and the power purchase at node <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m205">
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G28-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The gas consumed by CCGT</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G29-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m207">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>Gas flow rate through the pipeline <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G30-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The pressure of gas node <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m210">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> at time t under the scenario <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m211">
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G31-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m212">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>, <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> The output of hydrogen produced by P2H and the hydrogen coupled to the gas source</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G32-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m214">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The upward flexibility capacity provided by P2H, CCGT, power purchase, and the shedding load</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G33-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m215">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>_</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The downward flexibility capacity provided by P2H, CCGT, power purchase, and the renewable curtailment</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G34-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m216">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The system upward and downward flexibility adequacy</p>
</def>
</def-item>
</def-list>
<p>Parameters</p>
<def-list>
<def-item>
<term id="G35-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m217">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The discount rate/life cycle of the device <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m218">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> at node <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m219">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G36-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m220">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>unit investment cost of candidate device <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m221">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> ($/MWh)</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G37-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m222">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The probability of each scenario</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G38-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m223">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The total number of all scenes</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term id="G39-fenrg.2022.845637">
<inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m224">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</term>
<def>
<p>The incident matrix related to the sites of P2H and gas sources</p>
</def>
</def-item>
</def-list>
</sec>
</back>
</article>