Aplicación de algoritmos de investigación de operaciones para optimizar el servicio de campo en redes de alta tensión
Las redes de alta tensión son infraestructuras tecnológicas de vital importancia para la transmisión de energía. La seguridad, continuidad y calidad del servicio dependen de una amplia gama de actividades de mantenimiento, tanto recurrentes como extraordinarias. Estas actividades son realizadas por equipos numerosos y heterogéneos que operan en áreas geográficamente amplias y cuyo enfoque a la toma de decisiones, basado exclusivamente en la experiencia humana, resulta a menudo insuficiente.
¿Qué es la Investigación de Operaciones?
La investigación de operaciones es un subcampo de las ciencias matemáticas aplicadas que tiene como objetivo el análisis y la resolución de problemas complejos mediante modelos matemáticos y métodos cuantitativos avanzados. Se desarrollan enfoques específicos para apoyar tanto la toma de decisiones como los procesos estratégicos.
Su importancia se manifiesta en contextos donde hay demasiadas soluciones posibles para un problema que evaluar. Por lo tanto, el número de soluciones aceptables crece exponencial o factorialmente en comparación con el tamaño de la entrada del problema.
El caso descrito abarca todas aquellas situaciones en las que es esencial decidir cómo involucrar y coordinar recursos limitados y actividades, cumpliendo con las restricciones establecidas y, al mismo tiempo, maximizando los beneficios derivados de la correcta asignación de recursos.
En un nivel práctico, la investigación de operaciones se enfoca en construir un modelo matemático para describir el problema y elaborar una solución óptima o casi óptima, considerando todas las etapas del proceso de toma de decisiones, que son:
- Definición del problema
- Análisis de la realidad y recopilación de datos
- Construcción del modelo
- Identificación de una o más soluciones
- Análisis de los resultados
La investigación de operaciones tiene fuertes vínculos con otras disciplinas como matemáticas, informática, economía e ingeniería, y se ha convertido en una práctica común en varios campos. Recientemente, ha experimentado una creciente aplicabilidad en las actividades empresariales, ya que permite a las organizaciones tomar mejores decisiones y alcanzar los objetivos establecidos, respetando siempre las restricciones impuestas desde fuera, las cuales son apenas controlables por el tomador de decisiones.
La Complejidad del Mantenimiento en Líneas de Alta Tensión
Una línea eléctrica es una infraestructura de red para transmitir energía eléctrica de alta tensión, que consta de líneas aéreas, subterráneas o submarinas.
Las líneas de alta tensión (220 kV – 132 kV) generalmente son aéreas y tienen dos o más conductores colgando entre dos torres metálicas, adecuadamente aisladas de las mismas. La corriente trifásica de alta tensión se transmite a áreas urbanas donde las subestaciones la transforman primero a valores entre 5 y 20 kV y luego a corriente monofásica, que es la comúnmente requerida por los electrodomésticos.
Las actividades de mantenimiento en instalaciones como estas son críticas para garantizar tanto la continuidad como la calidad del servicio. Estas actividades incluyen principalmente:
- Monitoreo visual de infraestructuras y espacio libre entre conductores
- Actividades planificadas periódicamente (por ejemplo, limpieza y reemplazo de aisladores, limpieza de cimientos, desbroce de maleza para evitar descargas a tierra)
- Actividades extraordinarias para eliminar anomalías detectadas (por ejemplo, reemplazo de separadores o esferas marcadoras, reparación de fallos en hilos conductores o cables de protección, creación de empalmes)
- Emergencias tras alertas o accidentes
- Demolición y modernización de la red
La complejidad radica en gestionar tanto las operaciones recurrentes como las extraordinarias, cuya naturaleza heterogénea requiere la intervención de numerosos equipos, considerando varias restricciones operativas y las habilidades de los recursos. Además, para garantizar la continuidad del servicio, las actividades deben realizarse dentro de un tiempo establecido y a lo largo del territorio donde está instalada la red, con la consiguiente necesidad de optimizar los desplazamientos a los sitios de intervención en áreas extremadamente grandes.
Cómo la Investigación de Operaciones Apoya el Servicio de Campo en Redes de Alta Tensión
La aplicabilidad e impacto de la investigación de operaciones en la organización de las actividades empresariales está ganando cada vez más éxito. A medida que los sistemas empresariales se vuelven cada vez más complejos y la necesidad de gestionar grandes cantidades de datos aumenta, las herramientas automáticas de toma de decisiones han emergido como soluciones esenciales para abordar problemas a gran escala mediante el procesamiento algorítmico, superando el viejo enfoque de toma de decisiones basado únicamente en la experiencia humana, que resulta adecuado sólo cuando la información proporcionada y la complejidad de los sistemas son menores.
Cuando se aplica a las actividades de servicio de campo que deben realizarse en redes de alta tensión, los algoritmos de investigación de operaciones se pueden desglosar en tres pasos de generaciones evolutivas:
- Algoritmos de planificación de tareas: Como se mencionó anteriormente, mantener una red extensa como la de alta tensión requiere gestionar y organizar una variedad de intervenciones, con diferentes horarios y características, incluidas la planificación en el tiempo y las emergencias.
- Algoritmos de creación de equipos y asignación de tareas: El segundo paso evolutivo consiste en automatizar la creación de equipos, teniendo en cuenta la complejidad de las actividades a realizar en una red de alta tensión y la consiguiente necesidad de desplegar equipos heterogéneos.
- Aplicación de Inteligencia Artificial a los algoritmos de creación de equipos: El tercer paso evolutivo consiste en alimentar los algoritmos con sugerencias basadas en la experiencia para mejorar la creación de equipos de manera proactiva.
¿Por Qué Optimizar las Actividades Aplicando Algoritmos de Investigación de Operaciones?
Son muchos y variados los beneficios derivados del uso de algoritmos de investigación de operaciones para gestionar los procedimientos de mantenimiento en redes de alta tensión, allanando el camino para la racionalización del proceso general de programación de actividades, desde su asignación a los equipos de campo hasta un aumento de la eficiencia al realizarse.
- Mejora en la capacidad de gestionar intervenciones
- Mejor gestión de planes de intervención complejos
- Mayor eficiencia de los recursos operativos
- Pronóstico de actividades futuras