<?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">1500830</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fenrg.2024.1500830</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>Static voltage stability analysis of integrated smart energy systems</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Huang et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/fenrg.2024.1500830">10.3389/fenrg.2024.1500830</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>Jungao</given-names>
</name>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/funding-acquisition/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Ding</surname>
<given-names>Xuetian</given-names>
</name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/project-administration/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Jin</surname>
<given-names>Dongyong</given-names>
</name>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/resources/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/software/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/validation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Zhangjie</given-names>
</name>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2249947/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/resources/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/validation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff>
<institution>NARI Technology Nanjing Control Systems Co., Ltd.</institution>, <addr-line>Nanjing</addr-line>, <addr-line>Jiangsu</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/2058214/overview">Rui Wang</ext-link>, Northeastern University, 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/1891939/overview">Liang Yuan</ext-link>, Central South University, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2635480/overview">Wentao Jiang</ext-link>, Northwestern Polytechnical University, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2256838/overview">Guangze Shi</ext-link>, Hunan University of Technology and Business, China</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Xuetian Ding, <email>dingxuetian@sgepri.sgcc.com.cn</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>15</day>
<month>11</month>
<year>2024</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2024</year>
</pub-date>
<volume>12</volume>
<elocation-id>1500830</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>24</day>
<month>09</month>
<year>2024</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>31</day>
<month>10</month>
<year>2024</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2024 Huang, Ding, Jin and Liu.</copyright-statement>
<copyright-year>2024</copyright-year>
<copyright-holder>Huang, Ding, Jin 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>The analysis of multi-energy flows forms the cornerstone for the study of state estimation, safety assessment, and optimization in integrated smart energy systems (ISES). The interactions between various energy flows and the inherent variability of renewable energy sources often lead to significant challenges to the static stability of ISES. This paper investigates the static voltage stability of ISES under multi-energy coupling conditions through multi-energy flow analysis in electric-gas-thermal energy systems. First, a steady-state model of the ISES is constructed by representing the interconnected energy subsystems as equivalent sources and loads in the power grid. Subsequently, through the coupling elements of ISES, the power flows of the natural gas system (NGS) and the district heating system (DHS) are converted into active power in the electrical power system (EPS), resulting in an equivalent power flow equation for the ISES. Then, using Brouwer&#x2019;s fixed-point theorem, the analytical sufficient conditions for solving the equivalent power flow equation are derived. Finally, a simulation model based on MATLAB/Simulink is established. The steady-state criterion for ISES is obtained in this paper, and the correctness and effectiveness of the proposed conclusions are verified by the simulation results.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>integrated smart energy system</kwd>
<kwd>electric power system</kwd>
<kwd>power flow equation</kwd>
<kwd>static voltage stability</kwd>
<kwd>Brouwer&#x2019;s fixed-point theorem</kwd>
</kwd-group>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Smart Grids</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>With the depletion of fossil fuels and the increase in renewable energy sources, Integrated Smart Energy Systems (ISES) have gained widespread attention (<xref ref-type="bibr" rid="B5">Li et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">Liu et al., 2022</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Peng et al., 2021</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Ma et al., 2024</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B16">Wang et al., 2024</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B19">Yang et al., 2020</xref>). ISES refers to the coordinated optimization and stable operation of various energy supply systems within a certain area through the integration of multiple energy sources such as electricity, heat, cooling, and gas. By leveraging advanced information processing technologies and innovative management models, ISES aims to form a multi-energy collaborative management system that can meet diverse energy needs, aligning with future trends of openness, low carbon, and sustainability in the energy sector. Compared to traditional energy systems, ISES breaks the independence of individual energy supply networks, considering the complementary and cascading utilization relationships between various heterogeneous energy sources, thereby promoting the upgrading of the energy system structure (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Huang et al., 2022</xref>).</p>
<p>As the proportion of renewable energy increases and the need for energy interconnection grows, the scale and complexity of ISES are also continuously increasing. However, one of the ensuing problems is static voltage stability, which refers to the ability of the system to maintain voltage levels under steady-state conditions (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Liu et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B12">Nguyen et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B8">Liu et al., 2018</xref>). As the main energy carrier, electrical power system (EPS)&#x2019;s coupling relationship with NGS and DHS is becoming increasingly complex. ISES can become unstable through various mechanisms, such as the loss of long-term equilibrium due to the increasingly complex coupling relationships among EPS, NGS, and DHS. Particularly, the uncertainty in power flow injections can push the equilibrium point of ISES out of the feasible region, making the system&#x2019;s steady-state equilibrium non-existent (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Dvijotham et al., 2018</xref>). Therefore, accurate static voltage stability analysis of ISES is crucial for subsequent state estimation, safety analysis, and optimal control.</p>
<p>Currently, researchers worldwide have conducted extensive studies and analyses on ISES, focusing mainly on ISES modeling, power flow calculation, steady-state analysis, and multi-energy system security. For example, in <xref ref-type="bibr" rid="B14">Shabanpour-Haghighi and Seifi (2015)</xref>, a steady-state model of an electric-gas-thermal coupling system is established, considering the valve point effect of gas turbines, part-load characteristics of combined heat and power (CHP) units, and the impact of gas boilers on the power flow distribution of the energy system. In <xref ref-type="bibr" rid="B20">Zhang et al. (2021)</xref>, an effective probabilistic multi-energy flow (PMEF) calculation method is proposed to obtain the probabilistic information and energy flow distribution of hydrogen-injected ISES through probabilistic flow analysis. In <xref ref-type="bibr" rid="B10">Massrur et al. (2018)</xref>, an adaptive discretization method is proposed to achieve satisfactory accuracy with low computational burden. Regarding multi-energy flow and thermal inertia (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Huang et al., 2023</xref>), proposes a sequential simulation reliability assessment method. Considering the time characteristics of renewable energy (<xref ref-type="bibr" rid="B18">Wu and Wang, 2022</xref>), uses a sequential Monte Carlo simulation method to evaluate the reliability of ISES. In <xref ref-type="bibr" rid="B15">Sun et al. (2019)</xref>, the droop control and equal incremental rate standard of ISES are considered.</p>
<p>In summary, existing studies on ISES tend to focus on the efficiency of multi-energy flow calculation and steady-state calculation, without the ability to determine whether a steady state exists in ISES quickly and accurately. Additionally, although static voltage stability has been widely studied in traditional power systems, the specific characteristics of ISES, particularly the coordinated operation and coupling of multiple energy sources, have not been fully addressed. This paper aims to analyze the static voltage stability of ISES under multi-energy flow coupling conditions. The main contributions can be summarized as follows: (1) Derivation of static voltage stability criteria for ISES under multi-energy flow coupling, ensuring the existence of equilibrium points in ISES. (2) Proposal of a multi-energy flow equation iteration algorithm based on the fixed-point method, including the construction of iterative expressions and the selection of initial values.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Mathematical model of ISES</title>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Symbols and definitions</title>
<p>
<statement content-type="definition" id="Definition_1">
<label>Definition 1</label>
<p>
<inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the complex <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-dimensional vector, the positive complex <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-dimensional vector and complex <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> matrix, respectively. Define <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is an m-dimensional unit matrix. Let <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and define <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. For <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>: conjugate of <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Let <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> be a vector with <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the vector <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="definition" id="Definition_2">
<label>Definition 2</label>
<p>Define <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, for <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="lemma" id="Lemma_1">
<label>Lemma 1</label>
<p>(<inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B4">Khalil, 2001</xref>)). Let <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x21a6;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> be a continuous mapping and <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x2282;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> be a compact convex set. Then, if <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a self-mapping (i.e., <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for any <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), then there is a <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> such that <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="lemma" id="Lemma_2">
<label>Lemma 2</label>
<p>Let <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denote the set of all <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> matrices. If for all <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the following two properties are satisfied (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Molitierno, 2016</xref>): (1)<inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> if and only if <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; (2)<inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then the function <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>: <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a matrix norm.</p>
<p>Based on the characteristics of power flow distribution in the EPS model, NGS model, and DHS model in ISES, the power flow equation of ISES is determined. First, the mathematical model of ISES is shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>.</p>
</statement>
</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Schematic diagram of ISES structure.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-12-1500830-g001.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 EPS model</title>
<p>In the EPS model used in this paper, there are n &#x2b; 1 buses, including l balanced bus, g distributed generation buses, and l load buses, corresponding to l balanced node, g generator nodes, and l load nodes, with l &#x3d; n &#x2212; g. The EPS is set as a voltage regulation source, and the phase angle of the balance bus is fixed. Without loss of generality, it is assumed that the balance bus has a voltage of <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.05</mml:mn>
<mml:mi>&#x2220;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.The distributed generation buses are numbered <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the load buses are numbered <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>,with l, n and g all being integers. The topology of the EPS is shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>The topology of EPS.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-12-1500830-g002.tif"/>
</fig>
<p>For PQ buses, the injected power is <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.Considering the classification of nodes, the admittance matrix is introduced as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Equation 1</xref> (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Wang et al., 2017</xref>).<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the current vector of the balance bus, <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>represents the current vectors of the generator buses and load buses, and <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the vector of generator and load voltages. Therefore, the power flow equation of the EPS can be expressed as <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Equation 2</xref>.<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Further, <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Equation 2</xref> can be written in a compact form, resulting in <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equation 3</xref>.<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The reference direction of the current is opposite to the reference direction of the voltage, hence the negative sign on the right side of <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equation 3</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 NGS model</title>
<p>According to <xref ref-type="bibr" rid="B9">Ma et al. (2024)</xref>, for an N-node NGS, the network equation describing the gas flow is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Equation 4</xref>.<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the N-order generalized node admittance matrix, representing the network structure and parameters;<inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the N-dimensional node pressure vector; <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the N-dimensional generalized node injection vector. Similar to the boundary conditions given for power flow calculations in electric power systems, all nodes are divided into pressure-defined nodes and injection-defined nodes as shown in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>, thus providing N state variables to solve the remaining N state variables. Based on this classification, the network equation describing the gas flow for an N-node NGS is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Equation 5</xref>.<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the injection of injection-defined nodes;<inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the pressure of pressure-defined nodes, both are known boundary conditions;<inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the pressure of injection-defined nodes; <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the injection of pressure-defined nodes, both are unknown state variables; Y is the generalized node admittance matrix. According to <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Equation 4</xref>, the pressure of injection-defined nodes and the injection of pressure-defined nodes can be solved as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Equation 6</xref>.<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Classification of nodes in NGS.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">Actual node</th>
<th align="center">Node type</th>
<th align="center">Node pressure</th>
<th align="center">Node injection</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">Pressure Source</td>
<td align="center">Pressure-defined Node</td>
<td align="center">Given</td>
<td align="center">To be determined</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Injection Source</td>
<td align="center">Injection-defined Source</td>
<td align="center">To be determined</td>
<td align="center">Given</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Load</td>
<td align="center">Injection-defined Source</td>
<td align="center">To be determined</td>
<td align="center">Given</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Intermediate Node</td>
<td align="center">Injection-defined Source</td>
<td align="center">To be determined</td>
<td align="center">Given (zero)</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>When there are pressure-defined nodes in the natural gas network, the node admittance matrix <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> corresponding to injection-defined nodes is non-singular, i.e.,<inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2-4">
<title>2.4 DHS model</title>
<p>The steady-state calculation of DHS is divided into hydraulic steady-state calculation and thermal steady-state calculation, where the hydraulic steady-state power flow calculation is completely analogous to the steady-state power flow calculation of NGS.</p>
<sec id="s2-4-1">
<title>2.4.1 Hydraulic steady-state model</title>
<p>According to <xref ref-type="bibr" rid="B9">Ma et al. (2024)</xref>, as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Equation 7</xref>, this equation is consistent with the mathematical form of the power grid equation and is suitable for solving hydraulic flow in radial or looped networks.<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the N-dimensional hydraulic node admittance matrix, <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>pis the N-dimensional node pressure vector, and <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the N-dimensional node injection vector. Similar to NGS, for convenience of solution, <xref ref-type="bibr" rid="B9">Ma et al. (2024)</xref> divides the DHS nodes into injection-defined nodes and pressure-defined nodes as shown in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>.</p>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Classification of nodes in DHS (hydraulic energy flow).</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">Actual node</th>
<th align="center">Node type</th>
<th align="center">Node pressure</th>
<th align="center">Node injection</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">Export Pressure Source</td>
<td align="center">Pressure-defined Node</td>
<td align="center">Given</td>
<td align="center">To be determined</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Other Heat Sources, Load</td>
<td align="center">Injection-defined Source</td>
<td align="center">To be determined</td>
<td align="center">Given</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Intermediate Node</td>
<td align="center">Injection-defined Source</td>
<td align="center">To be determined</td>
<td align="center">Given</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Based on this classification, the network equation describing the hydraulic is shown by <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Equation 8</xref>.<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the injection of injection-defined nodes; <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the pressure of pressure-defined nodes; <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the pressure of injection-defined nodes; <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the injection of pressure-defined nodes; Y is the generalized node admittance matrix. Therefore, the hydraulic state variables of DHS shown by <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Equation 9</xref> can be solved from <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Equation 7</xref>.<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>When there are pressure-defined nodes in DHS, the node admittance matrix <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> corresponding to injection-defined nodes is non-singular. Finally, the branch state variables are calculated from the node state variables and the hydraulic branch equation, as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Equation 10</xref>.<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the branch injection vector; <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the branch admittance matrix; <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the node-branch incidence matrix; <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the column vector composed of water pressure source parameters for each branch.</p>
</sec>
<sec id="s2-4-2">
<title>2.4.2 Thermal steady-state model</title>
<p>According to <xref ref-type="bibr" rid="B6">Liu et al. (2022)</xref>, the network equation for the thermal steady-state of DHS is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Equation 11</xref>.<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> includes the heat transfer coefficient matrix and the node-branch incidence matrix, representing the network structure and parameters; <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> includes the node injection temperature and the temperature difference of the heat exchanger working fluid, representing the network operation boundary conditions; <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the state variables of the network, i.e., the terminal temperature of the branches. Since <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is non-singular, the terminal temperature of the branches <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be obtained from <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Equation 11</xref>. After obtaining the terminal temperature of the branches, the initial temperature of the branches can be determined according to the thermal branch equation, as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Equation 12</xref>.<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-4-3">
<title>2.4.3 Combined water-thermal network model</title>
<p>It should be noted that in practical DHS, the thermal load power is usually known, and fluctuations in the thermal load simultaneously affect both the hydraulic and thermal circuits. According to the power flow calculation method of electric power systems, the network equation of DHS in terms of node thermal power is obtained, as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">Equation 13</xref>.<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the injection thermal power (MW) of node i, <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the supply temperature and load output temperature (&#xb0;C) of node i respectively, <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the element in the i-th row and j-th column of the generalized node admittance matrix of the supply network <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the pressure of node j in the supply network (MPa),<inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the admittance <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of branch j, <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the water pressure source parameter (Pa) of branch j, <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the element in the i-th row and j-th column of the node-branch incidence matrix of the supply network.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2-5">
<title>2.5 Coupling units</title>
<sec id="s2-5-1">
<title>2.5.1 CHP unit model</title>
<p>Combined heat and power (CHP) units are electric-thermal coupling elements, which are special thermal power units that can generate electricity and provide heat to users (e.g., urban centralized heating) by utilizing waste steam (steam that has completed its work in turbines). During operation, the units exhibit the characteristic of &#x201c;determining electricity by heat,&#x201d; i.e., adjusting the electricity output according to changes in heat output. The mathematical model is as follows shown by <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">Equation 14</xref>:<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">CPH</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">CPH</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">CPH</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">CPH</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the electric and thermal output power of the CHP unit, respectively; <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the unit heat-to-electricity ratio.</p>
</sec>
<sec id="s2-5-2">
<title>2.5.2 Gas turbine model</title>
<p>Gas turbines are electric-gas coupling elements, usually acting as loads in the natural gas network to convert and output electricity, serving as sources in the power grid. The gas turbine model is as follows shown by <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">Equation 15</xref> (<xref ref-type="bibr" rid="B6">Liu et al., 2022</xref>):<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are fitting coefficients; <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the electric power of the gas turbine (MW); <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the gas consumption of the gas turbine (m<sup>3</sup>/h). In unified energy flow theory, gas flow is generally measured in kg/s. When the density of natural gas is 0.7174 kg/m<sup>3</sup>, the unit conversion for gas flow is as follows shown by <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Equation 16</xref>:<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3600</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>0.7174</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Gas turbines act as sources in the power grid and loads in the gas network, connecting the PV nodes of the power grid with the injection-defined nodes of the gas network. Assuming that the heat source S1 in the thermal network operates under constant outlet pressure and constant outlet temperature, and the balance node is numbered <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the thermal power of the connected CHP unit is determined by the state variables of the thermal network (<xref ref-type="bibr" rid="B6">Liu et al., 2022</xref>), as follows shown by <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">Equation 17</xref>:<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the supply temperature of the balance node (&#xb0;C); <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the number of nodes and branches in the thermal network, respectively. The electric power of the unit is determined by the characteristic of &#x201c;determining electricity by heat&#x201d; as shown by <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Equation 18</xref>:<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2-6">
<title>2.6 Power flow equations of ISES</title>
<p>Combining the mathematical models of the various subsystems in ISES and the energy coupling relationships of the coupling elements, the power flow equations of ISES can be represented by <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">Equation 19</xref>.<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hjj</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">gij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">gij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">hij</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Then, using the coupling elements as bridges, the network equations of NGS and DHS can be combined with the network equations of EPS. Their power flow can be equivalently represented as active power P substituted into <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Equation 2</xref> to obtain the equivalent power flow equations of ISES.<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">CHP</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>where, <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">CHP</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the equivalence of the natural gas flow of NGS to the active power of EPS at the gas turbine.<inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the equivalence of the thermal energy of DHS to the active power of EPS at the combined heat and power unit. <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the equivalent load power in ISES. The natural gas transported by NGS, after being processed through the gas turbine model, is equivalent to a power source in EPS, with the coupling node in the power system set as m. Therefore, in ISES, there is electrical coupling at node m, converting the gas consumption in NGS into generation power at the coupling node. Similarly, the combined heat and power unit adjusts the generation power based on changes in heating power, which is equivalent to the load of EPS. Therefore, in ISES, there is electrothermal coupling at node k, converting thermal load into electrical load.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Sufficient analytical conditions for the existence of ISES equilibrium</title>
<p>In this section, we will apply Brouwer&#x2019;s fixed-point theorem to the power flow equations of ISES to derive the static voltage stability criterion of ISES. First, taking the conjugate of both sides of <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equation 3</xref> gives <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">Equation 21</xref>.<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e21">Equation 21</xref> can be expanded based on <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Equation 1</xref> and written in the form of <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Equation 22</xref>.<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Multiplying both sides of the equation by <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> gives <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Equation 23</xref>.<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Note that the admittance matrix <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Equation 23</xref> is not the complete matrix constructed for all buses of the network, but a submatrix obtained after removing the slack bus. This submatrix is non-singular and therefore invertible <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Equation 10</xref>. By left-multiplying both sides by <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Equation 23</xref> can be rewritten in the form of <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">Equation 24</xref>, where <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For an n-dimensional quadratic equation with n unknowns (MDQE), solving it is quite challenging. The key lies in transforming the power flow equations into a form that constructs a mapping, and then obtaining the solution of the equations by analyzing the fixed points of the mapping.</p>
<p>To construct the mapping, we multiply both sides of <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">Equation 24</xref> by <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and define <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, thus obtaining <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Equation 25</xref>.<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Let <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">CHP</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Thus, the mapping form of the power flow equations of ISES can be obtained as follows shown by <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Equation 26</xref>.<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Therefore, the solvability of <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Equation 23</xref> is equivalent to the existence of a fixed point of the function <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For this purpose, an iterative algorithm for the multi-energy flow equations is constructed. According to <xref ref-type="statement" rid="Lemma_1">Lemma 1</xref>, what we need to prove is that <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a self-mapping on its domain of definition, where the domain of <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is two-dimensional, i.e., <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Since <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we can substitute <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> into <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, obtaining <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Next, based on the properties of the norm, we get <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which represents a circle with center (1,0) and radius r, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. We obtain <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. On the other hand, according to <xref ref-type="statement" rid="Lemma_2">Lemma 2</xref>, we get <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Equation 27</xref>.<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>The domain of <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-12-1500830-g003.tif"/>
</fig>
<p>Therefore, we can express the range as <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">Equation 28</xref>.<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>According to Brouwer&#x2019;s fixed-point theorem, if there exists a non-empty compact set <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> such that <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a self-mapping, i.e., <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2286;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then there exists a unique solution <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Based on this idea, a sufficient solvability condition for <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Equation 23</xref> is obtained. For any <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, when<inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close="">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2286;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is satisfied, we obtain <xref ref-type="disp-formula" rid="e29">Equation 29</xref>.<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>After rearranging, we can obtain the static stability criterion for ISES, which is <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Equation 30</xref>.<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In fact, the static voltage stability of both is fundamentally based on the existence of solutions to the power flow equations or multi-energy flow equations. Due to the coupling effects of multi-energy flows, the multi-energy flow equations are more complex than the power system flow equations. In this study, we modeled the Combined Heat and Power (CHP) components as pivotal connections among the Electric Power System (EPS), Natural Gas System (NGS), and District Heating System (DHS). Specifically, we consider the natural gas flow from the NGS as an input, while the outputs are the electrical energy from the EPS and thermal energy from the DHS. This approach allows us to integrate parameters such as gas flow and thermal energy into the power flow equations of the EPS (as illustrated in <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">Equations 19</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">20</xref>), enabling the derivation of the power flow equations for the ISES. Consequently, the analytical static voltage stability criterion for the ISES is proposed in <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Equation 30</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Cost optimization</title>
<p>Under the conditions of static voltage equilibrium, an optimization problem is set up with the objective function as shown by <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">Equation 31</xref>:<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">gen</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">trans</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">cons</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>Where <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">gen</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">load</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> ensures that the power generated by the system matches the load demand, <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">gen</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">load</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> ensures that the thermal energy generated by the system is consistent with the demand, and <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> ensures that the voltage remains within specified limits, respectively. Considering the output volatility of renewable energy sources, setting minimum and maximum output ranges can be established.</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Simulation and experimental study</title>
<p>Based on the MATLAB/Simulink simulation platform, an IEEE 30-bus system as shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref> is constructed. The blue nodes represent the slack buses, the red nodes represent the PV buses, and the purple nodes represent the PQ buses. The black line segments between the nodes represent the cables. The relevant parameters are shown in <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref> and <xref ref-type="table" rid="T4">Table 4</xref>. Node 2 realizes electrical energy conversion through a gas turbine, nodes 5 and 8 achieve electrothermal energy conversion through CHP coupling elements, and nodes 11 and 13 are EPS power nodes.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>IEEE-30 node standard test case diagram.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-12-1500830-g004.tif"/>
</fig>
<table-wrap id="T3" position="float">
<label>TABLE 3</label>
<caption>
<p>EPS node parameters.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">Index</th>
<th align="center">Type</th>
<th align="center">V (pu)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>(pu)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>(pu)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>(pu)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>(pu)</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">1</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">1.05</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">2</td>
<td align="center">2</td>
<td align="center">1.045</td>
<td align="center">0.576</td>
<td align="center">0.024</td>
<td align="center">0.217</td>
<td align="center">0.127</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">3</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.024</td>
<td align="center">0.012</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">4</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.076</td>
<td align="center">0.016</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">5</td>
<td align="center">2</td>
<td align="center">1.01</td>
<td align="center">0.246</td>
<td align="center">0.223</td>
<td align="center">0.942</td>
<td align="center">0.19</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">6</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">7</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.228</td>
<td align="center">0.109</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">8</td>
<td align="center">2</td>
<td align="center">1.01</td>
<td align="center">0.35</td>
<td align="center">0.323</td>
<td align="center">0.3</td>
<td align="center">0.3</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">9</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">10</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.058</td>
<td align="center">0.02</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">11</td>
<td align="center">2</td>
<td align="center">1.05</td>
<td align="center">0.179</td>
<td align="center">0.176</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">12</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.112</td>
<td align="center">0.075</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">13</td>
<td align="center">2</td>
<td align="center">1.05</td>
<td align="center">0.169</td>
<td align="center">0.250</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">14</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.062</td>
<td align="center">0.016</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">15</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.082</td>
<td align="center">0.025</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">16</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.035</td>
<td align="center">0.018</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">17</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.09</td>
<td align="center">0.058</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">18</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.032</td>
<td align="center">0.009</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">19</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.095</td>
<td align="center">0.034</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">20</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.022</td>
<td align="center">0.007</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">21</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.175</td>
<td align="center">0.112</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">22</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">23</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.032</td>
<td align="center">0.016</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">24</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.087</td>
<td align="center">0.067</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">25</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">26</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.035</td>
<td align="center">0.023</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">27</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">28</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">29</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.024</td>
<td align="center">0.009</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">30</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0.106</td>
<td align="center">0.019</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap id="T4" position="float">
<label>TABLE 4</label>
<caption>
<p>EPS line parameters.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">
<inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">R</th>
<th align="center">X</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">R</th>
<th align="center">X</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">1</td>
<td align="center">2</td>
<td align="center">0.019</td>
<td align="center">0.058</td>
<td align="center">15</td>
<td align="center">18</td>
<td align="center">0.107</td>
<td align="center">0.219</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">1</td>
<td align="center">3</td>
<td align="center">0.045</td>
<td align="center">0.165</td>
<td align="center">18</td>
<td align="center">19</td>
<td align="center">0.064</td>
<td align="center">0.129</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">2</td>
<td align="center">4</td>
<td align="center">0.057</td>
<td align="center">0.174</td>
<td align="center">19</td>
<td align="center">20</td>
<td align="center">0.034</td>
<td align="center">0.068</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">3</td>
<td align="center">4</td>
<td align="center">0.013</td>
<td align="center">0.038</td>
<td align="center">10</td>
<td align="center">20</td>
<td align="center">0.094</td>
<td align="center">0.209</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">2</td>
<td align="center">5</td>
<td align="center">0.047</td>
<td align="center">0.198</td>
<td align="center">10</td>
<td align="center">17</td>
<td align="center">0.032</td>
<td align="center">0.085</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">2</td>
<td align="center">6</td>
<td align="center">0.058</td>
<td align="center">0.176</td>
<td align="center">10</td>
<td align="center">21</td>
<td align="center">0.035</td>
<td align="center">0.075</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">4</td>
<td align="center">6</td>
<td align="center">0.012</td>
<td align="center">0.041</td>
<td align="center">10</td>
<td align="center">22</td>
<td align="center">0.073</td>
<td align="center">0.150</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">5</td>
<td align="center">7</td>
<td align="center">0.046</td>
<td align="center">0.116</td>
<td align="center">21</td>
<td align="center">22</td>
<td align="center">0.012</td>
<td align="center">0.024</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">6</td>
<td align="center">7</td>
<td align="center">0.027</td>
<td align="center">0.082</td>
<td align="center">15</td>
<td align="center">23</td>
<td align="center">0.1</td>
<td align="center">0.202</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">6</td>
<td align="center">8</td>
<td align="center">0.012</td>
<td align="center">0.042</td>
<td align="center">22</td>
<td align="center">24</td>
<td align="center">0.115</td>
<td align="center">0.179</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">6</td>
<td align="center">9</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0.208</td>
<td align="center">23</td>
<td align="center">24</td>
<td align="center">0.132</td>
<td align="center">0.27</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">6</td>
<td align="center">10</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0.556</td>
<td align="center">24</td>
<td align="center">25</td>
<td align="center">0.189</td>
<td align="center">0.329</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">9</td>
<td align="center">11</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0.208</td>
<td align="center">25</td>
<td align="center">26</td>
<td align="center">0.254</td>
<td align="center">0.38</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">9</td>
<td align="center">10</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0.11</td>
<td align="center">25</td>
<td align="center">27</td>
<td align="center">0.109</td>
<td align="center">0.209</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">4</td>
<td align="center">12</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0.256</td>
<td align="center">28</td>
<td align="center">27</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0.396</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">12</td>
<td align="center">13</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">0.14</td>
<td align="center">27</td>
<td align="center">29</td>
<td align="center">0.220</td>
<td align="center">0.415</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">12</td>
<td align="center">14</td>
<td align="center">0.123</td>
<td align="center">0.256</td>
<td align="center">27</td>
<td align="center">30</td>
<td align="center">0.320</td>
<td align="center">0.603</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">12</td>
<td align="center">15</td>
<td align="center">0.066</td>
<td align="center">0.130</td>
<td align="center">29</td>
<td align="center">30</td>
<td align="center">0.240</td>
<td align="center">0.453</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">12</td>
<td align="center">16</td>
<td align="center">0.094</td>
<td align="center">0.199</td>
<td align="center">8</td>
<td align="center">28</td>
<td align="center">0.063</td>
<td align="center">0.2</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">14</td>
<td align="center">15</td>
<td align="center">0.221</td>
<td align="center">0.200</td>
<td align="center">6</td>
<td align="center">28</td>
<td align="center">0.017</td>
<td align="center">0.060</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">16</td>
<td align="center">17</td>
<td align="center">0.052</td>
<td align="center">0.192</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>By calculating the various power flow data of ISES using the thermal-to-electrical conversion method, including the load power of EPS, four test cases are designed to verify the static stability of the system. Let <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In this simulation, the electrothermal coupling modules, i.e., nodes 5 and 8 of the CHP units operating in thermal-to-electrical mode, consume 0.4316 pu of thermal energy, equivalent to <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.2878</mml:mn>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> according to <xref ref-type="table" rid="T5">Table 5</xref>. The electrical coupling module, the gas turbine, consumes 8,898.3 m<sup>3</sup>/h of natural gas, equivalent to <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.3586</mml:mn>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> according to <xref ref-type="table" rid="T5">Table 5</xref>.</p>
<table-wrap id="T5" position="float">
<label>TABLE 5</label>
<caption>
<p>Fitting coefficient and thermoelectric ratio.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">Index</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">248.14</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">1.5</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>
<statement content-type="case" id="Case_1">
<label>Case 1</label>
<p>Nodes 2, 11, and 13 are source nodes, and all other loads are EPS loads with no load nodes converted from thermal loads.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="case" id="Case_2">
<label>Case 2</label>
<p>Nodes 2, 11, and 13 are source nodes, and nodes 5 and 8 are load nodes converted from thermal loads. All other loads are EPS loads.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="example" id="Example_1">
<label>Example 1</label>
<p>In the per-unit system, <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the reference voltage. Therefore, <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.05</mml:mn>
<mml:mi>&#x2220;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the line cable impedance is shown in <xref ref-type="table" rid="T5">Table 5</xref>. For <xref ref-type="statement" rid="Case_1">Case 1</xref>: when the load power is scaled up to 1.5 times that of <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>, <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.9759</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; for <xref ref-type="statement" rid="Case_2">Case 2</xref>: when the load power is scaled up to 2.5 times that of <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>, <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.5865</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="example" id="Example_2">
<label>Example 2</label>
<p>In the per-unit system, <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the reference voltage. Therefore, <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.05</mml:mn>
<mml:mi>&#x2220;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the line cable impedance is shown in <xref ref-type="table" rid="T5">Table 5</xref>. For <xref ref-type="statement" rid="Case_1">Case 1</xref>: when the load power is scaled up to 1.52 times that of <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>, <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.9812</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; for <xref ref-type="statement" rid="Case_2">Case 2</xref>: when the load power is scaled up to 2.3 times that of <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>, <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.4694</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="example" id="Example_3">
<label>Example 3</label>
<p>The reference voltage <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the line cable impedance are the same as in <xref ref-type="statement" rid="Case_1">Case 1</xref>; only the complex power of the load is changed. For Case 1: when the complex power is scaled up to 1.6 times that of <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>, <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.9954</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For <xref ref-type="statement" rid="Case_2">Case 2</xref>: when the load power is scaled up to 2 times that of <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>, <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.3972</mml:mn>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The iterative process of the algorithm (<xref ref-type="statement" rid="Example_1">Example 1</xref>) is shown in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>. <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> illustrates that <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has a solution when <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; otherwise, it may not have a solution.</p>
</statement>
</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>The iteration processes of the proposed algorithm: <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <bold>(A)</bold> <xref ref-type="statement" rid="Example_1">Example 1</xref> (1). <bold>(B)</bold> <xref ref-type="statement" rid="Example_1">Example 1</xref> (2). <bold>(C)</bold> <xref ref-type="statement" rid="Example_2">Example 2</xref> (1). <bold>(D)</bold> <xref ref-type="statement" rid="Example_2">Example 2</xref> (2). <bold>(E)</bold> <xref ref-type="statement" rid="Example_3">Example 3</xref> (1). <bold>(F)</bold> <xref ref-type="statement" rid="Example_3">Example 3</xref> (2). <bold>(G)</bold> <xref ref-type="statement" rid="Example_4">Example 4</xref>. <bold>(H)</bold> <xref ref-type="statement" rid="Example_5">Example 5</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-12-1500830-g005.tif"/>
</fig>
<p>
<statement content-type="example" id="Example_4">
<label>Example 4</label>
<p>A Simulink model is established. In this case, the actual power of the load is involved in the calculation, set <italic>p</italic> &#x3d; 0.18 MW, Q &#x3d; 0 Var, <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>380</mml:mn>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the line cable impedance is set to <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.2</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.9972</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="example" id="Example_5">
<label>Example 5</label>
<p>Increase the DHS load power, set to <italic>p</italic> &#x3d; 0.20 MW, Q &#x3d; 0Var, <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>380</mml:mn>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the line cable impedance is the same as in <xref ref-type="statement" rid="Example_4">Example 4</xref>. <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.1082</mml:mn>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The results of <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5A, C, E</xref> indicate that if the static voltage stability criterion, i.e., <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Equation 30</xref>, is satisfied, then the proposed iterative algorithm converges to the solution; <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5B, D, F</xref> show that if the static voltage stability criterion is not satisfied, the proposed algorithm may diverge, and the power flow equations may have no solution. Furthermore, by comparing <xref ref-type="statement" rid="Case_1">Case 1</xref> and <xref ref-type="statement" rid="Case_2">2</xref> in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>, when DHS nodes are converted to electrical load nodes and added to the system, the system load increases, and the system&#x2019;s stability margin decreases, meaning the system is more likely to lose its equilibrium point. <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5G, H</xref> show the results of the fixed-point algorithm&#x2019;s iteration for <xref ref-type="statement" rid="Example_4">Examples 4</xref> and <xref ref-type="statement" rid="Example_5">5</xref>, respectively. In <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5G</xref>, the fixed-point algorithm converges, and the system has a solution; in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5H</xref>, the fixed-point algorithm diverges, and the system may have no solution.</p>
<p>Simulation <xref ref-type="statement" rid="Example_4">Examples 4</xref>, <xref ref-type="statement" rid="Example_5">5</xref>: In the case of <xref ref-type="statement" rid="Example_4">Example 4</xref>, the three-phase voltage waveform in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6A</xref> varies between <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> 311 V. When the load is 0.18 MW, it satisfies the static voltage stability criterion. The power waveform in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6B</xref> does not exhibit distortion, indicating that the system has an equilibrium point. This verifies the correctness of the proposed solvability condition. In the case of <xref ref-type="statement" rid="Example_5">Example 5</xref>, the voltage waveform in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6C</xref> oscillates at t &#x3d; 0.92 s, and the power waveform in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6D</xref> is distorted. At this time, the system is overloaded and does not satisfy the static voltage stability criterion, resulting in system instability.</p>
<p>In the coupled network, the NGS is coupled with the EPS through the gas turbine at node 2, making node 2 another power source node for the EPS. The DHS is coupled with the EPS through the combined heat and power units at nodes 5 and 8, making nodes 5 and 8 two load nodes for the EPS. NGS and DHS, as sources or loads for EPS through coupling equipment, will certainly affect the original power flow distribution of the EPS. Therefore, we will analyze the changes in the static voltage stability criterion and the equilibrium point of the system by separately increasing the natural gas consumption, electrical load, and thermal load in the IEEE 30-bus system. Through this data, we will infer the impact of natural gas consumption, electrical load, and thermal load on the stability of the IEEE 30-bus system.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7A</xref> shows that increasing natural gas consumption can increase the system&#x2019;s stability margin to a certain extent. When the gas consumption increases to <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:mn>20000</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the static voltage stability criterion decreases by <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:mn>15.8</mml:mn>
<mml:mi>%</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7B</xref>, when the load power of EPS is increased to S &#x3d; 0.04 pu, the static voltage stability criterion rises significantly. When S &#x3d; 0.07 pu, the system stability margin is only 0.15, and this data is derived solely under the condition of electrical load. Next, we analyze the variation of the static voltage stability criterion with the change in thermal load when thermal load is added to the system. The CHP at the DHS node acts as a load at EPS node 5, meaning that changes in thermal load also reflect changes in the grid load. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7C</xref>, when the thermal load increment reaches 70 MW, the static voltage stability criterion reaches 0.92, greatly reducing the system stability margin. When the DHS load power increment reaches 90 MW, the system stability margin approaches 0. Furthermore, comparing the load variations in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7B, C</xref>, it can be seen that electrical load, as the main load of the IEEE 30-bus system, has a greater impact on the system&#x2019;s stability.</p>
<p>As shown in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8A</xref>, when the gas consumption increases, the equivalent generator at node 2 can supply more active power to the system, and the node voltage can be maintained within an appropriate range, thus preserving the equilibrium point. Conversely, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref>, the voltage magnitude of the IEEE 30-bus system decreases after the addition of DHS load. This is because the DHS nodes are connected to the grid through CHP, and the thermal load adds an extra load to the system, increasing the demand for active power, which leads to a voltage drop. When the thermal load increment reaches 100 MW, the node voltage magnitude drops to 1.001 pu, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8B</xref>, which is <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:mn>4.67</mml:mn>
<mml:mi>%</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> less than the equilibrium node voltage magnitude.</p>
</statement>
</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Simulation results of Case 3, 4. <bold>(A)</bold> Three-phase load voltage, for <xref ref-type="statement" rid="Example_3">Example 3</xref>. <bold>(B)</bold> Load power, for <xref ref-type="statement" rid="Example_3">Example 3</xref>. <bold>(C)</bold> Three-phase load voltage, for <xref ref-type="statement" rid="Example_4">Example 4</xref>. Load power, for <xref ref-type="statement" rid="Example_4">Example 4</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-12-1500830-g006.tif"/>
</fig>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Static voltage stability criteria var ISES with the increase in gas consumption and load. <bold>(A)</bold> Variation of the static voltage stability criterion with increasing natural gas consumption. <bold>(B)</bold> Variation of the static voltage stability criterion with increasing electrical load. <bold>(C)</bold> Variation of the static voltage stability criterion with increasing thermal load.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-12-1500830-g007.tif"/>
</fig>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Equilibrium varies with the increase in gas consumption and thermal load. <bold>(A)</bold> Variation of the static voltage stability criterion with increasing natural gas consumption. <bold>(B)</bold> Variation of the equilibrium point with increasing thermal load.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-12-1500830-g008.tif"/>
</fig>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>The node voltage of 30-bus system.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-12-1500830-g009.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s6">
<title>6 Conclusion</title>
<p>Based on the characteristics of the power flow distribution in the EPS, NGS, and DHS models within ISES, this paper determines the power flow equations of ISES as shown in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref>. Using Brouwer&#x2019;s fixed-point theorem, the power flow equations are algebraically transformed to obtain the corresponding algebraic equation mapping expressions. By constructing a self-mapping for the algebraic equation mapping expressions, the steady-state criterion for ISES is obtained. According to the relevant parameters and the steady-state criterion of ISES, it is determined whether ISES has a steady state. This paper successfully converts the solvability problem of ISES power flow equations into the existence problem of mapping fixed points. The derived static voltage stability criterion can quickly and accurately determine whether ISES has a steady state, providing support for subsequent state estimation, security analysis, and optimization control of ISES.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>Flow diagram.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fenrg-12-1500830-g010.tif"/>
</fig>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s7">
<title>Data availability statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusions of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s8">
<title>Author contributions</title>
<p>JH: Conceptualization, Funding acquisition, Writing&#x2013;original draft, Writing&#x2013;review and editing. XD: Investigation, Project administration, Writing&#x2013;original draft, Writing&#x2013;review and editing. DJ: Resources, Software, Validation, Writing&#x2013;review and editing, Writing&#x2013;original draft. ZL: Methodology, Resources, Validation, Writing&#x2013;original draft, Conceptualization, Writing&#x2013;review and editing.</p>
</sec>
<sec sec-type="funding-information" id="s9">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare that no financial support was received for the research, authorship, and/or publication of this article.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s10">
<title>Conflict of interest</title>
<p>Authors JH, XD, DJ, and ZL were employed by NARI Technology Nanjing Control Systems Co., Ltd.</p>
<p>The reviewer LY declared a shared affiliation with the author DJ to the handling editor at the time of review.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s11">
<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>Dvijotham</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nguyen</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Turitsyn</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Solvability regions of affinely parameterized quadratic equations</article-title>. <source>IEEE Control Syst. Lett.</source> <volume>2</volume>, <fpage>25</fpage>&#x2013;<lpage>30</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LCSYS.2017.2721380</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>D. W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>A multi-rate dynamic energy flow analysis method for integrated electricity-gas-heat system with different time-scale</article-title>. <source>IEEE Trans. Power Deliv.</source> <volume>38</volume>, <fpage>231</fpage>&#x2013;<lpage>243</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tpwrd.2022.3186762</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Adaptive-discretization based dynamic optimal energy flow for the heat-electricity integrated energy systems with hybrid ac/dc power sources</article-title>. <source>IEEE Trans. Automation Sci. Eng.</source> <volume>20</volume>, <fpage>1864</fpage>&#x2013;<lpage>1875</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TASE.2022.3188277</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Khalil</surname>
<given-names>H. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2001</year>). <source>Nonlinear systems</source>. <publisher-loc>London</publisher-loc>: <publisher-name>Pearson</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shahidehpour</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cao</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Optimal planning of islanded integrated energy system with solar-biogas energy supply</article-title>. <source>IEEE Trans. Sustain. Energy</source> <volume>11</volume>, <fpage>2437</fpage>&#x2013;<lpage>2448</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSTE.2019.2958562</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tan</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guo</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Bilevel heat&#x2013;electricity energy sharing for integrated energy systems with energy hubs and prosumers</article-title>. <source>IEEE Trans. Industrial Inf.</source> <volume>18</volume>, <fpage>3754</fpage>&#x2013;<lpage>3765</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TII.2021.3112095</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Su</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Feasible power-flow solution analysis of dc microgrids under droop control</article-title>. <source>IEEE Trans. Smart Grid</source> <volume>11</volume>, <fpage>2771</fpage>&#x2013;<lpage>2781</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tsg.2020.2967353</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Su</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Feng</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Existence and stability of equilibrium of dc microgrid with constant power loads</article-title>. <source>IEEE Trans. Power Syst.</source> <volume>33</volume>, <fpage>6999</fpage>&#x2013;<lpage>7010</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tpwrs.2018.2849974</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zheng</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wei</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2024</year>). <article-title>Distributed robust optimal dispatch of regional integrated energy systems based on admm algorithm with adaptive step size</article-title>. <source>J. Mod. Power Syst. Clean Energy</source> <volume>12</volume>, <fpage>852</fpage>&#x2013;<lpage>862</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.35833/MPCE.2023.000204</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Massrur</surname>
<given-names>H. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Niknam</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Aghaei</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shafie-Khah</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Catal&#xe3;o</surname>
<given-names>J. P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Fast decomposed energy flow in large-scale integrated electricity&#x2013;gas&#x2013;heat energy systems</article-title>. <source>IEEE Trans. Sustain. Energy</source> <volume>9</volume>, <fpage>1565</fpage>&#x2013;<lpage>1577</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tste.2018.2795755</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Molitierno</surname>
<given-names>J. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <source>Applications of combinatorial matrix theory to laplacian matrices of graphs</source>. <publisher-loc>London</publisher-loc>: <publisher-name>Chapman &#x26; Hall</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Nguyen</surname>
<given-names>H. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dvijotham</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Turitsyn</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>A framework for robust long-term voltage stability of distribution systems</article-title>. <source>IEEE Trans. Smart Grid</source> <volume>10</volume>, <fpage>4827</fpage>&#x2013;<lpage>4837</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tsg.2018.2869032</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Peng</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kuang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Hybrid energy sharing mechanism for integrated energy systems based on the stackelberg game</article-title>. <source>CSEE J. Power Energy Syst.</source> <volume>7</volume>, <fpage>911</fpage>&#x2013;<lpage>921</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.17775/CSEEJPES.2020.06500</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shabanpour-Haghighi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Seifi</surname>
<given-names>A. R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>An integrated steady-state operation assessment of electrical, natural gas, and district heating networks</article-title>. <source>IEEE Trans. Power Syst.</source> <volume>31</volume>, <fpage>3636</fpage>&#x2013;<lpage>3647</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tpwrs.2015.2486819</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>You</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>The dual control with consideration of security operation and economic efficiency for energy hub</article-title>. <source>IEEE Trans. Smart Grid</source> <volume>10</volume>, <fpage>5930</fpage>&#x2013;<lpage>5941</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSG.2019.2893285</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jia</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lei</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2024</year>). <article-title>Electricity-heat-based integrated demand response considering double auction energy market with multi-energy storage for interconnected areas</article-title>. <source>CSEE J. Power Energy Syst.</source> <volume>10</volume>, <fpage>1688</fpage>&#x2013;<lpage>1700</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.17775/CSEEJPES.2022.02140</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cui</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>A necessary condition for power flow insolvability in power distribution systems with distributed generators</article-title>. <source>IEEE Trans. Power Syst.</source> <volume>32</volume>, <fpage>1440</fpage>&#x2013;<lpage>1450</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TPWRS.2016.2588341</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Reliability evaluation for integrated electricity-gas systems considering hydrogen</article-title>. <source>IEEE Trans. Sustain. Energy</source> <volume>14</volume>, <fpage>920</fpage>&#x2013;<lpage>934</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tste.2022.3229896</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Multi-time scale optimal scheduling of regional integrated energy systems considering integrated demand response</article-title>. <source>IEEE Access</source> <volume>8</volume>, <fpage>5080</fpage>&#x2013;<lpage>5090</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ACCESS.2019.2963463</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lyu</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cheng</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Probabilistic multi-energy flow calculation of electricity&#x2013;gas integrated energy systems with hydrogen injection</article-title>. <source>IEEE Trans. Industry Appl.</source> <volume>58</volume>, <fpage>2740</fpage>&#x2013;<lpage>2750</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tia.2021.3094487</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>