Increasing reliability and reducing disruptions in supply networks are of increasing importance; for example, power outages in electricity distribution networks cost \$35-50 billion annually in the US. Motivated by the operational constraints of such networks and their rapid adoption of decentralized paradigms and self-healing components, we introduce the "minimum reconnection time" (MRT) problem. MRT seeks to reduce outage time after network disruptions by programming reconnection times of different edges (i.e., switches), while ensuring that the operating network is acyclic. We show that MRT is NP-hard and is a special case of the well-known minimum linear ordering problem (MLOP) in the submodular optimization literature. MLOP is a special case of a broader class of ordering problems that often admit polynomial time approximation algorithms. We develop the theory of kernel-based randomized rounding approaches to give a tight polynomial-time approximation for MRT, improving the state-of-the-art approximation factor for a broad class of MLOP instances. Further, motivated by the reliability incentive structure for utility companies and operational energy losses in distribution networks, we propose local search over spanning trees to balance multiple objectives simultaneously. We computationally validate our reconfiguration methods on the NREL SMART-DS Greensboro synthetic network, and show that this improves service equity by a factor of four, across industrial and residential areas.


翻译:供应网络的可靠性和减少中断越来越重要;例如,美国电力分配网络的停电每年耗资350至500亿美元。由于这些网络的运作限制以及迅速采用分散的范式和自愈合组件,我们引入了“最小再连通时间”(MRT)问题。MRT试图通过不同边缘(即开关)的重新连通程序,减少网络中断后的停电时间,同时确保运行网络周期性运行。我们表明MRT是硬的,是亚模版优化文献中众所周知的最低线性订购问题的一个特殊案例。MLOP是一个特别案例,它涉及一系列更广泛的订购问题,往往包含多线性时间近似算法。我们开发了基于内核的随机圆环法理论,为MRT提供了紧凑的多线性时间近似,改善了运行网络的全局性近效系数,为广度的MLOP实例。此外,我们基于可靠、最小线性线性订购问题的最低线性订购问题,我们提出了跨多线性网络的绿色网络的搜索结构,并展示了我们跨多面的互联网销售的绿色结构,从而展示了我们跨行业销售的网络的绿色结构,并展示了我们跨了跨了跨互联网的网络的网络的能源的计算方法。

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