ALOCA: Sistema de alocação de reserva técnica de transformadores
em subestação de energia elétrica
Rodrigo José Pires Ferreira (UFPE) rodrigo@ufpe.br Cristiano Alexandre Virgínio Cavalcante (UFPE) cristiano@ufpe.br
Heldemarcio Leite Ferreira (CELPE) heldemarcio@celpe.com.br Adiel Teixeira de Almeida (UFPE) aalmeida@ufpe.br
Resumo
A localização de transformadores reservas em subestação de energia elétrica não é um processo fácil. Embora existam muitas abordagens que tratam da localização de instalações, em particular, o processo de localização de reserva técnica de transformadores envolve fatores que vão muito além do custo de transporte e estão mais relacionados aos danos causados pela interrupção no fornecimento do serviço (Energia), por ausência de uma reserva. Neste sentido, importante se faz, um estudo mais acurado que leve em consideração os importantes e específicos aspectos relacionados com a definição da localidade mais apropriada para abrigar o transformador reserva. Nesse contexto e no que pese a relevância da continuidade do fornecimento de energia, este artigo traz uma contribuição, através do desenvolvimento de um Sistema de Apoio à Decisão, uma ferramenta computacional que apóia o decisor no entendimento e resolução do problema, permitindo interações através da geração de cenários, e análise de sensibilidade.
Palavras chave: Sistemas de Apoio à Decisão, Decisão Multicritério, Localização de Transformadores.
1. Introdução
A problemática da localização é um tema vastamente difundido na literatura, e se encontra inserido em diversos segmentos. Existem várias abordagens utilizadas para a determinação da melhor localidade, seja para empresas, equipamentos, imóveis ou qualquer dispositivo de baixa mobilidade ou cuja longa permanência em determinado lugar, faz-se necessária devido a altos investimentos associados à instalação ou por motivos estratégicos (HANDLER & MIRCHANDANI., 1979; ROBESON et al, 1994; BOWERSOX, 1978).
Neste trabalho estaremos tratando da localização de transformadores de reserva técnica em subestação de energia elétrica, um contexto bem específico, que contém poucas constribuições.
No contexto de energia elétrica o planejamento da manutenção de equipamentos e sistemas envolve a localização de transformadores de reserva técnica nas diversas subestações, onde estes são equipamentos fundamentais para a garantia do fornecimento de energia.
A localização de transformadores objetiva inserir estes equipamentos em uma posição estratégica, dentre as disponíveis, de modo a se ter, em uma situação de interrupção não prevista, a alternativa que fornece o melhor compromisso entre as perdas decorrentes do deslocamento do equipamento reserva em meio as subestações demandantes, com o prejuízo atinente aos aspectos relacionados com a interrupção do fornecimento de energia para o consumidor.
2. Análise do Problema
visualizada como um conjunto de empresas interessadas a se instalarem em uma região com algumas localidades disponíveis e algumas empresas de suprimentos já instaladas na região. Deseja-se então localizar estas empresas, de modo, a atender alguns critérios e maximizar o ganho ou minimizar alguma perda.(MOREIRA, 1998; HAKIMI, 1983; HAKIMI. & KUO, 1991).
No modelo apresentado neste trabalho para localização de reservas, tem-se como analogia um conjunto de empresas interessadas a se instalarem em uma região com algumas localidades disponíveis e algumas empresas de suprimentos já instaladas na região. Deseja-se então localizar estas empresas, de modo, a atender alguns critérios e maximizar o ganho (utilidade total), conforme mostra a Figura 1.
Figura 1 - Problema de localização de empresas
Os critérios a serem atendidos variam muito, conforme os interesses envolvidos no processo de localização, por exemplo: custo de aluguel, custo de transporte, credibilidade de entrega, rapidez, facilidade de acesso etc. O modelo apresentado busca uma situação de conforto conjuntural. Uma solução é boa quando traz benefícios para todas as empresas a serem instaladas.
Do ponto de vista metodológico, a localização de uma instalação ou de uma reserva técnica têm a mesma estrutura.
Na localização de reserva técnica o mercado é representado pela demanda por reservas, em conseqüência das falhas nos equipamentos em operação e os insumos correspondem aos meios e condições para se deslocar a reserva técnica até o ponto onde há demanda. A Figura 2 ilustra bem esse tipo de problema.
No caso particular deste trabalho, considera-se um único equipamento reserva que é acionado por ocasião da falha de um equipamento similar ligado ao sistema, exercendo a mesma função. Há também, várias possíveis localidades (subestações) que poderiam receber este equipamento como posto de suprimento para as localidades demandantes. Deseja-se, então, localizar estes equipamentos numa posição estratégica, dentre as disponíveis, de modo a se ter o menor prejuízo global, analisando os seguintes aspectos:
− Distância entre as subestações (representa muito mais do que o custo de deslocamento; representa o tempo em que os usuários ficarão sem atendimento).
− População atendida por cada subestação;
− Indicador de atendimento a serviços coletivos de saúde na área atendida pela subestação.
Figura 2 – Problema de localização de transformadores reservas 3. Metodologia
A teoria da utilidade multiatributo, comumente referida por MAUT (Multi-Attribute Utility Theory) caracteriza-se pela definição de uma função de utilidade destinada a representar as preferências dos decisores em termos de múltiplos atributos, levando-se sempre em consideração o comportamento racional do decisor.
A teoria da utilidade permite avaliar estas consequências através de um processo de elicitação de preferências que busca incorporar ao problema o comportamento do decisor em relação ao risco. Este processo permite criar uma nova escala denominada de escala de utilidade, que estabelece para cada consequência um valor de utilidade. O processo de escolha será então realizado a partir desta nova escala que permite quando necessário, agregar os aspectos de incerteza inerente ao problema de decisão. (GOMES et al, 2002).
A introdução da teoria da utilidade multiatributo na alocação de reservas trará ainda ao decisor o conhecimento da estrutura de risco dos atributos, e possibilitará o tratamento dos múltiplos objetivos existentes.
No modelo multicritério para localização de reserva de transformadores, quatro critérios foram citados como relevantes. Dentre os quatro critérios relacionados anteriormente, três têm característica similar, na forma de atendimento e na forma de apresentação.
Os indicadores relacionados a população (ip), grau de industrialização (gi), e Indicador de atendimento a serviços coletivos de saúde (is) têm em comum, os seguintes aspectos:
− À medida que crescem, atraem a localização da reserva técnica.
− Como forma de apresentação, estão relacionados diretamente a cada subestação (SE). Assim, tem-se os j vetores com os elementos: ipj, gij, isj, Representados por: (ip,gi,is)j , onde: 1 < j < n, sendo n o número de subestações.
Quanto à distância, tem-se o comportamento e a forma de apresentação diferentes. A distância é apresentada na forma de uma matriz SE x SE, na qual o elemento da matriz dij representa a distância da subestação i para a subestação j. Desse modo, são contempladas as distâncias de
cada subestação para todas as outras. Em relação ao comportamento, quanto menor a distância média para outras subestações mais atrativa é uma determinada subestação para localização da reserva.
4. ALOCA: Sistema de alocação de reserva técnica de transformadores em subestação
Diante da diversidade de parâmetros e de dados relevantes tratados no problema em questão, podemos perceber a intensa necessidade de uma rapidez no fornecimento das repostas, devido a constantes mudanças que o ambiente proporciona, uma vez que no momento que estamos buscando uma solução, estão em jogo os objetivos estratégicos da empresa e uma série de variáveis que não são diretamente incorporadas no modelo. A análise da sensibilidade das respostas, o armazenamento dos dados, tratamento adequado do aspecto cognitivo do decisor, a visualização de gráficos e a forma que o usuário interage com o sistema são fatores imprescindíveis para a justificativa de construção de um Sistema de Apoio à Decisão.
Um Sistema de Apoio à Decisão (SAD), é um sistema de informação utilizado para dar suporte a um tomador de decisão em qualquer nível, face a problemas semi-estruturados e não estruturados (DAVIS, 1985).
Para auxiliar a tomada de decisão dos profissionais da área de manutenção, na alocação de reserva técnica, buscando a eficácia global do sistema e da organização foi desenvolvido o “ALOCA: Sistema de alocação de reserva técnica de transformadores em subestação de energia elétrica” através do ambiente de programação Delphi.
O ALOCA faz uso da teoria da utilidade multiatributo, e neste sentido, busca o melhor compromisso das perdas decorrentes do deslocamento do equipamento reserva por entre as subestações demandantes, com o prejuízo que isso representa sob a ótica dos aspectos relacionados com a interrupção do fornecimento de energia. Ou seja, o ALOCA fornece um apoio ao decisor na escolha da alternativa mais apropriada de localização, que deverá acolher o reserva a uma distância propiciadora da melhor configuração de ganho global, caracterizando o melhor conjunto das relações de compromisso entre os critérios avaliados para todas as subestações consideradas. Para isto, segue a descrição de alguns conceitos importantes para um melhor entendimento do funcionamento do ALOCA e algumas operações que são possíveis realizar com a ferramenta.
A arquitetura de um SAD é composta de uma base de dados que auxilia o sistema, uma base de modelos que provê a capacidade de análise e o diálogo que provê a interação entre o usuário e o sistema (BIGDOLI, 1989).
Os elementos que constituem a arquitetura de um SAD e suas relações podem ser visualizados através da Figura 3.
A base de dados do SAD desenvolvido é composta por dados das subestações, os indicadores relacionados a população, grau de industrialização, indicador de atendimento a serviços coletivos de saúde, parâmetros do cenário referentes aos critérios e as funções utilidades. O armazenamento destes dados consistentes em um local físico é o papel deste elemento.
A base de modelos deste SAD é o componente responsável pela representação matemática do problema, através do modelo de decisão desenvolvido a partir da teoria da utilidade multiatributo (MAUT) que está descrita na metodologia deste trabalho utilizado na resolução desta problemática.
O componente diálogo é uma combinação de software, hardware e ser humano, que permite uma interação entre o usuário e o SAD, esse é o elemento mais importante para o usuário, pois é através do diálogo que ele percebe todas operações e funcionalidade do sistema, em função disso para ele a interface deve ser simples e ao mesmo tempo deve ser o máximo funcional possível.
O usuário poderá entrar com as subestações, primeiramente informando o número de alternativas que estão sendo analisadas na situação, ou seja, o número de subestações que estão concorrendo para a alocação de uma reseva técnica, e em seguida os seus respectivos nomes, para identificação das unidades, como ilustra a Figura 4.
Figura 4 - Interface na entrada das alternativas
Deve ser informado, os indicadores relacionados a população, grau de industrialização, indicador de atendimento a serviços coletivos de saúde, em forma de tabelas como apresenta a Figura 5.
As distâncias entre as subestações são informadas na etapa seguinte por meio de uma matriz quadrada de dimensão igual ao número de subestações como mostra a Figura 6.
Figura 5 - Interface na entrada dos Graus de População, Saúde e Industrialização
Figura 6 – Interface na entrada das distâncias entre as alternativas
Com os dados de entrada já informados, o usuário poderá partir para a modelagem das preferências, que é bastante interativa. A constante de escala para cada critério é ajustada através de um gráfico de pizza que permite, por intermédio da relação dos tamanhos das fatias, um ajuste muito mais confortável para o decisor, do que, a escolha de um valor, sem que haja qualquer visualização, pois neste contexto os números sozinhos não fazem nenhum sentido para o decisor. Além disso, as curvas das funções de utilidade que representam o comportamento das preferências do decisor são exibidas, o que permite a compreensão da influencia dos parâmetros das funções utilidade, no formato destas. Uma vez que todos os parâmetros exigidos na modelagem tenham sido fornecidos, poder-se-á fazer modificações em cada um destes parâmetros, a fim, de visualizar sua influência no resultado final, que é a melhor subestação que onde a reserva deverá ser localizada. A interface da fase de modelagem das preferências é ilustrada na Figura 7.
Figura 7 – Interface na modelagem das preferências e exibição de resultados
A Análise de sensibilidade permite que se possa perceber a influência das alterações dos diversos parâmetros no resultado final. Através de um pequeno resumo o usuário é capaz de saber em quais parâmetros houve alteração do resultado, e para que percentual de aumento ou redução dos valores originais estas modificações ocorreram. É, por meio deste módulo que o usuário decide alterar alguns parâmetros detectados como frágeis ou ratificar suas entradas, uma vez que estas forneceram um resultado final robusto. A construção de uma tabela para compor um relatório é criada automaticamente através da opção de exportação para o Microsoft Excel. A interface da análise de sensibilidade é apresentada na Figura 8.
Figura 8 - Interface da análise de sensibilidade 5. Conclusões
A alocação de unidades de transformadores reserva é uma questão que se reveste de suma importância, uma vez que a escassez de recursos restringe a possibilidade de se dispor de uma quantidade “confortável” de equipamentos de reserva técnica. Assim, a localização adequada das reservas existentes contribui de forma significativa para a manutenção dos níveis de qualidade do produto pelo seu impacto sobre a disponibilidade das instalações e, conseqüentemente, sobre a continuidade do serviço, aspectos cada vez mais exigidos pela
sociedade em geral e, em particular, pelos órgãos reguladores do serviço de distribuição de energia elétrica.
O estudo e a ferramenta desenvolvidos permitem ao decisor um suporte à decisão, fundamentado em um modelo estruturado que agrega os conhecimentos disponíveis sobre as características do cliente (tamanho da população, grau de industrialização e atendimento a serviços de saúde) e aspectos logísticos relacionados à topologia do sistema elétrico (distâncias e tempos de deslocamento entre as subestações).
Agradecimentos
Este trabalho foi apoiado parcialmente pela CELPE/ANEEL
Referências
BIDGOLI, H. (1989) - Decision Support Systems – Principle and Practice. West Publishing Company.
BOWERSOX, D. J. (1978) - Logistical Management - A Systems Integration of Physical Distribuction
Management and Materials Management, 2.ª ed., Ed. EUA: Macmilian
DAVIS, C.B. & OLSON M.H. (1985) - Management Information Systems: Conceptual Foundations, Structure
and Development. McGraw-Hill.
GOMES, L.F.A.; GOMES, C.F.S. & ALMEIDA, A.T. (2002) - Tomada de Decisão Gerencial: O Enfoque
Multicritério. Rio de Janeiro. Ed. Atlas. Vol.1.
HAKIMI, S. L. & KUO, CHING-CHUNG (1991) - On a general network location-production-allocation problem, European Journal of Operational Research Vol 55, p 31-45
HAKIMI, S. L. (1983) - Network Location Theory And Contingency Planning, Energy Vol. 8. No. 8-9. pp. 697-702.
HANDLER, G. Y. & MIRCHANDANI, P. B. (1979) - Location On Networks Theory And Algorithms. MIT Press, Cambridge.
MOREIRA, D. A.(1998) - Administração da Produção e Operações, São Paulo, Ed Pioneira.
ROBESON, J. F., COPACINO, W. C. and HOWE, R. E. (1994) - The Logistic Handbook, Ed. EUA: Andersen Consulting.
SPRAGUE JR, R.H.& WATSON, H.J. (1989) - Decision Support Systems – Putting Theory into Practice. Prentice-Hall, Inc.
