<?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. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1606657</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2025.1606657</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Research on collaborative optimization of the electric-carbon joint market based on renewable energy subsidies</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Xia 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/fphy.2025.1606657">10.3389/fphy.2025.1606657</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Xia</surname>
<given-names>Peng</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<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/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/software/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/visualization/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>Bo</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<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>Lu</surname>
<given-names>Gang</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<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>Zhao</surname>
<given-names>Qiuli</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Fuqiang</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>Suyang</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/3027224/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<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-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>State Grid Energy Research Institute Co. Ltd.</institution>, <addr-line>Beijing</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>School of ElectricalEngineering</institution>, <institution>Southeast University</institution>, <addr-line>Nanjing</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/1898871/overview">Dun Han</ext-link>, Jiangsu 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/2994843/overview">Jianrong Wang</ext-link>, Shanxi University, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2996110/overview">Jingjing Yao</ext-link>, Jiangsu University, China</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Suyang Zhou, <email>3347142691@qq.com</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>29</day>
<month>05</month>
<year>2025</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2025</year>
</pub-date>
<volume>13</volume>
<elocation-id>1606657</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>06</day>
<month>04</month>
<year>2025</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>30</day>
<month>04</month>
<year>2025</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2025 Xia, Yuan, Lu, Zhao, Zhang and Zhou.</copyright-statement>
<copyright-year>2025</copyright-year>
<copyright-holder>Xia, Yuan, Lu, Zhao, Zhang and Zhou</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>This paper addresses the current challenges in coordinating interactions between the power market and the carbon market, particularly the shortcomings arising from the insufficient consideration of renewable energy subsidies. To tackle these issues, we propose a collaborative optimization approach for an integrated electric&#x2013;carbon market that incorporates a renewable subsidy mechanism. The aim is to foster deeper integration between the power and carbon markets, enhance the share of clean energy in the overall mix, and drive low-carbon transitions. A joint market clearing model is constructed that explicitly includes renewable subsidy costs in the objective function, thereby capturing the true cost-benefit dynamics of renewable projects. A case study based on a regional power system demonstrates the model&#x2019;s effectiveness and feasibility, with the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm successfully converging to a near-optimal solution. This research not only provides theoretical support for the real-world application of coordinated electric&#x2013;carbon market operations but also offers significant practical value by incorporating renewable energy incentives into the market design.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>collaborative optimization</kwd>
<kwd>particle swarm optimization</kwd>
<kwd>market clearing model</kwd>
<kwd>renewable energy subsidy</kwd>
<kwd>low-carbon transition</kwd>
</kwd-group>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Social Physics</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Global climate change requires reducing emissions and advancing low-carbon energy transitions. As the world&#x2019;s largest emitter, China has set ambitious &#x2018;dual carbon&#x2019; goals&#x2014;carbon peaking and neutrality&#x2014;through clean energy expansion and energy market optimization. Renewable energy is central to these goals and relies heavily on policy support for large-scale growth. The 2011 Renewable Energy Development Fund marked China&#x2019;s commitment to accelerating renewable energy through subsidies. Both the power and carbon markets are critical for low-carbon transitions: the power market optimizes energy allocation with price signals, while the carbon market incentivizes emission reductions with carbon pricing. Coordinating these markets is key to achieving low-carbon goals.</p>
<p>The power market determines electricity prices through competition, optimizing resource allocation [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. Power generators decide output based on demand and costs, while consumers choose suppliers based on price signals. Government policies ensure market fairness, efficiency, and sustainability. The carbon market reduces emissions through market-based mechanisms, with emission allowances allocated by the government and traded among companies. Companies that emit less than their allowance can sell surplus, while those exceeding their allowance must buy more permits [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]. This incentivizes emission reductions and supports low-carbon transitions. Research on integrating electric and carbon markets has progressed, particularly with diverse market clearing models. For example, Yuan et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] proposed a model to enhance thermal power flexibility, Feng and Zhang [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>] developed a two-stage optimization model that increases thermal power revenue and renewable energy integration, and Qu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>] introduced a multi-energy model that reduces emission costs by 23%. Studies have also explored renewable energy integration, with Alizadeh et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>] emphasizing the role of thermal power flexibility and demand-side response in mitigating renewable variability. Additionally, Zhao et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>] proposed a carbon trading framework for virtual power plants (VPPs), demonstrating a 14% revenue increase but highlighting the need for subsidies. Garoarsdottir et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>] showed that improving thermal power cycling can reduce wind curtailment by 8%&#x2013;15%, and Zhang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>] found that interprovincial carbon trading yields greater economic benefits than intraprovincial trading. However, renewable energy subsidies are not yet fully integrated into market clearing models, limiting their economic impact. The Variable-Temporal Carbon Heat Rate (V-TCHR) model by Akpan and Fuls [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>] highlights that fixed <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> emission factors distort carbon price signals. Qi and Choi [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] found that carbon prices in China&#x2019;s pilot markets are only 40% of the marginal abatement cost, weakening the motivation for emission reductions. Impram et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] discovered that high renewable energy shares affect system stability, requiring flexibility indicators for optimal subsidy allocation. Liu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>] pointed out that intergovernmental competition could undermine carbon trading policies, while Feng et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>] proposed adjusting wind power sales according to regional demand elasticity to balance investment.</p>
<p>This paper develops a market clearing model for integrated electric-carbon markets, incorporating renewable energy subsidies, and validates the model through a regional power system case study. We assume rational participants aiming to maximize their payoffs: power generators decide output based on electricity and carbon prices, while consumers choose suppliers based on prices [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. Participants have access to accurate market information, and emission allowances are allocated using a baseline method. For simplicity, we assume that: (1) all participants are price takers; (2) carbon allowance supply is fixed or changes based on specific rules; (3) electricity demand is constant in the short term; and (4) power generators use both fossil fuels and clean energy. These assumptions focus the analysis on the impact of renewable energy subsidies. This study offers valuable insights for improving coordination between power and carbon markets and assessing the effect of subsidy policies on clean energy use.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Construction of the electric-carbon joint market collaborative optimization model</title>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Generation cost</title>
<p>This study focuses on thermal power generation, specifically including coal-fired and gas-fired power plants, as well as renewable energy generation such as wind and solar power. According to the research by Al-Hasan [16], the generation cost <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for conventional power plants (coal and gas) can be approximated as a quadratic function of their load power, expressed as <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Equation 1</xref>:<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the set of conventional power plants, and <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the set of trading periods (in this case, 24 periods). <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the generation cost of conventional power plant <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the actual output of plant <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the quadratic, linear, and constant coefficients of the generation cost function for the conventional plants.</p>
<p>For renewable energy plants (such as wind and solar), the costs are mainly attributed to capital costs and operational maintenance costs, as these technologies do not require fuel. The generation cost <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for renewable energy plants is calculated using the levelized cost of electricity method as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Equation 2</xref> [17]:<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the set of renewable energy plants, and <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the capital and operational maintenance costs of renewable energy plant <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (in units of yuan). <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the expected generation of the renewable energy plant <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (in MWh).</p>
<p>Thus, the total generation cost <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the system, which includes both conventional and renewable energy generation costs, is expressed as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equation 3</xref>:<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Carbon cost</title>
<p>In the electric-carbon market clearing model, we need to separately consider carbon emissions and carbon allowances for conventional power plants (coal, gas) and renewable energy plants (wind, solar). The carbon trading cost is mainly determined by the carbon emissions, carbon allowances, and the carbon market price [18]. If the emissions exceed the allocation, the plant must purchase additional carbon allowances. Conversely, if there are excess allowances, the plant can sell them and gain revenue. The allocation of carbon allowances for conventional power plants is typically done using the baseline method, based on the plant&#x2019;s generation and industry carbon emission standards, yielding the carbon allocation <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for plant <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as expressed in <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Equation 4</xref>:<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the actual generation of plant <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (in MWh), and <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the carbon emission factor for conventional plants <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>t&#x2009;CO</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mtext>MWh</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, set by the government based on the technology type (coal or gas).</p>
<p>If the actual carbon emissions <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> exceed the allocated carbon allowance <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the plant must purchase additional allowances. If the emissions are below the allowance, the plant can sell the excess allowances. The carbon trading cost (or revenue) <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for conventional plants is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Equation 5</xref>:<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the carbon market price.</p>
<p>Unlike conventional plants, renewable energy plants (wind, solar) do not directly emit <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>CO</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. To encourage renewable energy, the carbon allocation for these plants is based on the emission reduction due to their displacement of fossil fuel generation, as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Equation 6</xref>:<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the coefficient of displacement for standard coal power generation (this study uses <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.32</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the carbon emission factor for coal power generation (this study uses <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>639.73</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), and <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the generation of the renewable energy plant at time <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (in MWh). Since renewable plants have negligible emissions, they generally become sellers of carbon allowances. The carbon trading cost (or revenue) <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for renewable plants is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Equation 7</xref>:<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Thus, the total carbon trading cost <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which includes both conventional and renewable plants&#x2019; carbon costs (or revenues), is expressed as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Equation 8</xref>:<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m52">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 Renewable energy subsidy cost</title>
<p>The government typically provides subsidies to renewable energy plants, but the environmental benefits from the displacement of fossil fuel generation should also be taken into account. The total renewable energy subsidy cost <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> includes both the government subsidies and the environmental benefits. The government subsidy can be expressed as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Equation 9</xref>:<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the subsidy per unit of electricity (in MWh), and <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the generation of renewable plant <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Renewable energy generation displaces fossil fuel generation, reducing greenhouse gas emissions. If each unit of <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>CO</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> reduction generates a benefit <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (this study uses <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.13</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), the environmental benefit <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be expressed as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Equation 10</xref>:<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Thus, the renewable energy subsidy cost <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the sum of government subsidies and environmental benefits, as given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Equation 11</xref>:<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-4">
<title>2.4 Constraints</title>
<p>In the electric-carbon joint market clearing, several constraints must be satisfied to ensure the stability and safe operation of the system, as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Equations 12</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e18">18</xref>.</p>
<sec id="s2-4-1">
<title>2.4.1 Power output constraints</title>
<sec id="s2-4-1-1">
<title>2.4.1.1 Conventional power plants</title>
<p>
<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the minimum and maximum output of conventional power plant <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2-4-1-2">
<title>2.4.1.2 Renewable energy plants</title>
<p>
<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the forecasted output for renewable energy plant <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2-4-2">
<title>2.4.2 Transmission line capacity constraints</title>
<sec id="s2-4-2-1">
<title>2.4.2.1 Power flow constraints</title>
<p>
<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the upper and lower limits of the transmission line <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the line admittance between nodes <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the phase angles of nodes <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2-4-2-2">
<title>2.4.2.2 Ramp Rate Constraints</title>
<p>To ensure smooth operation of the power plants, the output change between adjacent periods should remain within reasonable limits<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the upward and downward ramp rates for plant <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2-4-3">
<title>2.4.3 Node power balance constraints</title>
<p>
<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the sets of conventional plants, renewable energy plants, and loads connected to node <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the load demand at node <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at time <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2-4-4">
<title>2.4.4 Renewable energy generation proportion constraint</title>
<p>
<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the maximum proportion of renewable energy generation at time <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the total system load.</p>
<p>Based on these constraints, the system&#x2019;s total cost is minimized over 24 trading periods. The objective function is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">Equation 19</xref>:<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</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>c</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>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<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>e</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>c</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>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the total system cost, with <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as the generation cost, <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as the carbon trading cost, and <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as the renewable energy subsidy cost.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Case study</title>
<p>To verify the effectiveness of the proposed method, a test system is set up with one coal-fired unit (G1), one gas-fired unit (G2), one wind unit (R1), and one photovoltaic (R2) unit for a 24-h market clearing simulation. We employ the PSO algorithm to solve the objective function, which integrates the generation cost of conventional units, the generation cost of renewable energy units, the carbon trading cost, and the renewable subsidy cost. In the actual solution process, to address various constraints&#x2014;such as unit output limits, ramping constraints, power flow balance, and line capacity restrictions&#x2014;a penalty function is introduced. Constraint violations are penalized by adding large penalty terms to the objective function.</p>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Parameter settings</title>
<sec id="s3-1-1">
<title>3.1.1 Thermal unit cost parameters</title>
<p>The cost function for the coal-fired unit is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">Equation 20</xref>, and the cost function for the gas-fired unit is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">Equation 21</xref>.</p>
<sec id="s3-1-1-1">
<title>3.1.1.1 Coal-fired unit (G1)</title>
<p>
<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.05</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>500</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s3-1-1-2">
<title>3.1.1.2 Gas-fired unit (G2)</title>
<p>
<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.08</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>50</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>300</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3-1-2">
<title>3.1.2 Renewable unit cost parameters</title>
<sec id="s3-1-2-1">
<title>3.1.2.1 Wind Unit (R1)</title>
<p>Using a levelized cost of electricity (LCOE) approach, the capital cost is <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>20,000,000</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>CNY</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the annual operation and maintenance cost is <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>500,000</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>CNY/MW</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The predicted output <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> varies hourly.</p>
</sec>
<sec id="s3-1-2-2">
<title>3.1.2.2 PV Unit (R2)</title>
<p>Similarly, the capital cost is <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>15,000,000</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>CNY</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the annual O&#x26;M cost is <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>400,000</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>CNY/MW</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The forecasted output <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> varies with daytime solar irradiance.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Carbon market parameters</title>
<p>Carbon allowances are allocated based on a baseline method, with an emission factor of <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.75</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for coal-fired units and <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.35</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for gas-fired units. The carbon price is set to <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>60</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">Y</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The coal-displacement coefficient is <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.32</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the emission factor for coal is <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>639.73</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3-3">
<title>3.3 Renewable subsidy parameters</title>
<p>Again, adopt <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.32</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the coal-displacement coefficient and <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>639.73</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Let the revenue per unit <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> be <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.13</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">Y</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the subsidy per unit of generated renewable electricity be <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">Y</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3-4">
<title>3.4 Other constraints</title>
<sec id="s3-4-1">
<title>3.4.1 Power-flow constraints for conventional units</title>
<p>Consider a grid with three nodes and two transmission lines, where the line data are given as the <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Line parameters.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Line ID</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (p.u.)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MW)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MW)</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">L1</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">0.02</td>
<td align="center">&#x2212;200</td>
<td align="center">200</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">L2</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">0.015</td>
<td align="center">&#x2212;150</td>
<td align="center">150</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Voltage phase-angle constraints are given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Equation 22</xref>:<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s3-4-2">
<title>3.4.2 Power-flow constraints for renewable units</title>
<p>The renewable units share the same grid lines as the conventional units, with the same line limits and phase-angle constraints.</p>
</sec>
<sec id="s3-4-3">
<title>3.4.3 Thermal unit output constraints</title>
<p>The thermal unit output constraints for the coal unit and gas unit are given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Equations 23</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">24</xref>.</p>
<sec id="s3-4-3-1">
<title>3.4.3.1 Coal unit (G1)</title>
<p>
<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>500</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>50</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>60</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s3-4-3-2">
<title>3.4.3.2 Gas unit (G2)</title>
<p>
<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:mn>50</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>300</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>80</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3-4-4">
<title>3.4.4 Renewable unit output constraints</title>
<p>The renewable unit output constraints for the wind unit and PV unit are given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Equations 25</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">26</xref>.</p>
<sec id="s3-4-4-1">
<title>3.4.4.1 Wind unit (R1)</title>
<p>
<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>An example of the forecasted wind output <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by time segment is as <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>.</p>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Example time segment and power output for wind unit.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">Time (h)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>18</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:mn>19</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>24</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">Power (MW)</td>
<td align="center">120</td>
<td align="center">80</td>
<td align="center">60</td>
<td align="center">150</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s3-4-4-2">
<title>3.4.4.2 PV unit (R2)</title>
<p>
<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The forecasted PV output for sample time segments is as <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>.</p>
<table-wrap id="T3" position="float">
<label>TABLE 3</label>
<caption>
<p>Example time segment and power output for PV unit.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">Time (h)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>18</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:mn>19</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>24</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">Power (MW)</td>
<td align="center">0</td>
<td align="center">200</td>
<td align="center">180</td>
<td align="center">0</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
</sec>
<sec id="s3-4-5">
<title>3.4.5 Renewable penetration constraint</title>
<p>The renewable penetration constraint is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Equation 27</xref>.</p>
<p>
<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>0.6</mml:mn>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>which ensures that the renewable generation at any time does not exceed 60% of the total load.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> shows how the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm converges to a near-optimal solution over 1,000 iterations. The horizontal axis represents the number of iterations, and the vertical axis indicates the objective function value. At the beginning of the process, the objective function value is relatively high (around <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). As the algorithm proceeds, particles within the swarm explore the solution space, share information about promising regions, and iteratively update their positions and velocities. We can see a rapid decrease in the objective function value during the first few hundred iterations, indicating that the swarm quickly improves upon its initial guesses. After about 200&#x2013;300 iterations, the convergence curve flattens out, reflecting a gradual refinement of the solution as the swarm narrows in on a near-optimal point. By the final iterations, the curve levels off, suggesting that the algorithm has largely converged and further improvements are minimal.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>The optimal objective value.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-13-1606657-g001.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> demonstrates the trade-off between reducing <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> emissions and managing system costs. By adjusting carbon prices and subsidy levels, policymakers can find an optimal balance between encouraging renewable energy integration and minimizing the economic burden on the system.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Effect of Carbon Price and Subsidy Rate on <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> Emissions and System Cost. This figure shows the impact of varying carbon prices and renewable energy subsidies on <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> emissions (blue bars) and total system cost (orange bars). The scenarios include low and high carbon price levels, as well as low and high subsidy rates. The left y-axis represents <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> emissions in million tons (<inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> tons), while the right y-axis shows total system cost in <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> Yuan. Higher carbon prices generally reduce emissions but increase costs, while higher subsidies lead to lower emissions but higher system costs.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-13-1606657-g002.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s4">
<title>4 Conclusion</title>
<p>This paper introduces a renewable energy subsidy mechanism to address limitations in current electric-carbon joint market clearing models, specifically the insufficient consideration of renewable subsidies. The key findings are as follows: 1. A joint electric-carbon market clearing model is proposed, incorporating renewable subsidies. This model overcomes the traditional market shortcoming of neglecting renewable energy incentives. By integrating renewable subsidy costs into the objective function, the total system cost is more comprehensively captured, and market signals more accurately reflect the cost-effectiveness of renewable projects. 2. Strengthening the connection between renewable subsidy policies and market clearing mechanisms ensures effective coordination between policy goals and market operations. This alignment promotes an optimized energy mix and supports the achievement of low-carbon transition targets. 3. The model accounts for the bidirectional interaction between the power market and the carbon market, achieving a dynamic balance that fosters the innovation and development of clean energy technologies. To further enhance the joint electric-carbon market clearing model and its handling of renewable subsidies, we suggest the following directions for future research: 1. Future research can incorporate uncertainties such as renewable output forecast errors and carbon price fluctuations. This would improve the model&#x2019;s robustness, adaptability, and practical applicability. 2. Investigating the coordination between mid-to long-term carbon allowance allocations and short-term market clearing could improve policy continuity and ensure the stability and effectiveness of market mechanisms over time. 3. Exploring interconnections between cross-regional electric-carbon markets would enable broader resource optimization, increase energy utilization efficiency, and enhance market competitiveness. Based on our findings, we recommend the following policy actions: 1. Design renewable energy subsidies that are dynamic and performance-based, adjusting according to regional integration capabilities and marginal system benefits. 2. Develop coordinated carbon allowance allocation mechanisms that balance baseline allocation with incentives for flexibility improvements in power generation systems. 3. Establish stronger coordination between market operators and regulators to harmonize electricity prices with carbon pricing signals, ensuring a more effective and efficient market structure.The proposed joint electric-carbon market clearing model incorporating renewable subsidies offers significant theoretical and practical value. It enhances synergy between the power and carbon markets while optimizing resource allocation. As renewable energy technologies advance and policy frameworks evolve, this research has the potential to support deeper market integration and drive progress toward green, low-carbon energy transitions. Future efforts to refine and adapt the model to real-world conditions will be crucial for creating a more sustainable and efficient energy structure.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s5">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/supplementary material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s6">
<title>Author contributions</title>
<p>PX: Conceptualization, Methodology, Writing &#x2013; original draft, Writing &#x2013; review and editing, Software, Visualization. BY: Conceptualization, Methodology, Writing &#x2013; original draft, Writing &#x2013; review and editing. GL: Conceptualization, Methodology, Writing &#x2013; original draft, Writing &#x2013; review and editing. QZ: Conceptualization, Methodology, Writing &#x2013; review and editing. FZ: Conceptualization, Methodology, Writing &#x2013; review and editing. SZ: Conceptualization, Methodology, Writing &#x2013; review and editing, Writing &#x2013; original draft.</p>
</sec>
<sec sec-type="funding-information" id="s7">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare that financial support was received for the research and/or publication of this article. This study was funded by the State Grid Corporation Headquarters Science and Technology Project of China (1400-202457293A-1-1-ZN71804062); State Grid Energy Research Institute Young Talents Project of China. The funder was not involved in the study design, collection, analysis, interpretation of data, the writing of this article, or the decision to submit it for publication.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s8">
<title>Conflict of interest</title>
<p>Authors PX, BY, GL, QZ, and FZ were employed by State Grid Energy Research Institute Co. Ltd.</p>
<p>The remaining author declares that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="ai-statement" id="s9">
<title>Generative AI statement</title>
<p>The author(s) declare that no Generative AI was used in the creation of this manuscript.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<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">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>In</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A novel multi-timescale optimal scheduling model for a power&#x2013;gas mutual transformation virtual power plant with power-to-gas conversion and comprehensive demand response</article-title>. <source>Energies</source> (<year>2024</year>) <volume>17</volume>:<fpage>3805</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/en17153805</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kadeer</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Complexity analysis of the interaction between government carbon quota mechanism and manufacturers&#x2019; emission reduction strategies under carbon cap-and-trade mechanism</article-title>. <source>Sustainability</source> (<year>2024</year>) <volume>16</volume>:<fpage>7115</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/su16167115</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>RS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>WX</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yan</surname>
<given-names>JJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Costs versus revenues of flexibility enhancement techniques for thermal power units in electricity-carbon joint markets</article-title>. <source>Energy</source> (<year>2024</year>) <volume>302</volume>:<fpage>131925</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2024.131925</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Feng</surname>
<given-names>SD</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>XP</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>An electricity-carbon joint market optimization model for coal-fired power system under China&#x2019;s &#x201c;dual-carbon&#x201d; target</article-title>. <source>J Clean Prod</source> (<year>2023</year>) <volume>423</volume>:<fpage>138746</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jclepro.2023.138746</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Qu</surname>
<given-names>KP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>LN</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>XS</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Decentralized optimal multi-energy flow of large-scale integrated energy systems in a carbon trading market</article-title>. <source>Energy</source> (<year>2018</year>) <volume>149</volume>:<fpage>779</fpage>&#x2013;<lpage>91</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2018.02.083</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Alizadeh</surname>
<given-names>MI</given-names>
</name>
<name>
<surname>Moghaddam</surname>
<given-names>MP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Amjady</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Siano</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sheikh-El-Eslami</surname>
<given-names>MK</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Flexibility in future power systems with high renewable penetration: a review</article-title>. <source>Renew and Sustainable Energy Rev</source> (<year>2016</year>) <volume>57</volume>:<fpage>1186</fpage>&#x2013;<lpage>93</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rser.2015.12.200</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhong</surname>
<given-names>LP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cai</surname>
<given-names>KJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Research on optimization strategy for low carbon joint trading of virtual power plants considering aggregatable resources</article-title>. In: <source>Proceedings of 2024 international conference on power electronics and artificial intelligence (PEAI 2024)</source> (<year>2024</year>). p. <fpage>505</fpage>&#x2013;<lpage>10</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Garoarsdottir</surname>
<given-names>SO</given-names>
</name>
<name>
<surname>Goransson</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Normann</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Johnsson</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Improving the flexibility of coal-fired power generators: impact on the composition of a cost-optimal electricity system</article-title>. <source>Appl Energy</source> (<year>2018</year>) <volume>209</volume>:<fpage>277</fpage>&#x2013;<lpage>89</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2017.10.085</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>WJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>YN</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Carbon mitigation effects and potential cost savings from carbon emissions trading in China&#x2019;s regional industry</article-title>. <source>Technol Forecast Social Change</source> (<year>2019</year>) <volume>141</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>11</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.techfore.2018.12.014</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Akpan</surname>
<given-names>PU</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fuls</surname>
<given-names>WF</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Cycling of coal fired power plants: a generic co2 emissions factor model for predicting co2 emissions</article-title>. <source>Energy</source> (<year>2021</year>) <volume>214</volume>:<fpage>119026</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.energy.2020.119026</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Qi</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Choi</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A study on the co2 marginal abatement cost of coal-fueled power plants: is the current price of China&#x2019;s pilot carbon emission trading market rational?</article-title> <source>Carbon Management</source> (<year>2020</year>) <volume>11</volume>:<fpage>303</fpage>&#x2013;<lpage>14</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/17583004.2020.1755596</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Impram</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nese</surname>
<given-names>SV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Oral</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Challenges of renewable energy penetration on power system flexibility: a survey</article-title>. <source>Energy Strategy Rev</source> (<year>2020</year>) <volume>31</volume>:<fpage>100539</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.esr.2020.100539</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>YQ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shao</surname>
<given-names>XY</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>YQ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Policy spillover effect and action mechanism for environmental rights trading on green innovation: evidence from China&#x2019;s carbon emissions trading policy</article-title>. <source>Renew and Sustainable Energy Rev</source> (<year>2022</year>) <volume>153</volume>:<fpage>111779</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rser.2021.111779</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Feng</surname>
<given-names>YH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>QY</given-names>
</name>
<name>
<surname>Feng</surname>
<given-names>DH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Wind power investment equilibrium guided by reliability option considering electricity-carbon emission trading-trading green certificate joint market</article-title>. <source>Sustainable Energy Grids and Networks</source> (<year>2024</year>) <volume>37</volume>:<fpage>101275</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.segan.2024.101275</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zheng</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Calculation of carbon emission during expressway operation period based on energy consumption analysis</article-title>. <source>IOP Conf Ser Earth Environ Sci</source> (<year>2021</year>) <volume>647</volume>:<fpage>012190</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1755-1315/647/1/012190</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>