ゲーム理論による価格設定で“利己的な電力需給”を最適化する仕組みを考案：エネルギー管理（2/2 ページ）

[三島一孝，スマートジャパン]

電力需給均衡の達成

　電力需給の均衡については、ゲーム理論のアプローチを用い、自身の利益追求のみを考える利己的な市場参加者の電力消費および発電行動を、系統周波数の安定化を考慮した公共利益の最大化へと誘導するような電力価格の決定を分散的に行うことで実現する。

　具体的には、双対分解（大規模な最適化問題を分散的に解く際に使われる手法の一種）を用いて公共利益最大化問題を各市場参加者の最適化問題へと分散化。その分散化した問題を非協力ゲーム問題として取り扱い、条件を満たす電力価格の決定を電力需給偏差情報のみを使用して分散的に行うというものだ。

　今回の研究では、需給均衡に関する等式制約条件を含めてゲーム問題の構築とその分散化を行っており、これにより電力価格決定メカニズムは、電力ネットワーク内の周波数変動の抑制と需給均衡の一致を同時に達成できる特徴を持つという。

個人合理性の保証

　さらに、今回の電力価格決定メカニズムでは、経済学で用いるメカニズムデザイン理論（どのようにメカニズムを設計すれば社会全体に望ましい結果を達成できるかを扱う経済理論）に基づいて、電力価格と同様に時間や状況に応じた金銭的なインセンティブをISOが各市場参加者にリアルタイムで付与する。これにより、電力需要家および供給者双方の個人合理性を保証する。

　今回の研究では、この時間や状況によって変動する金銭的なインセンティブの設計に関して、電力需要家および供給者の双方の市場参加者がともに個人合理性を満たすため数学的な条件の導出を行い、さらにその設計指針に基づいてインセンティブを設定することで各市場参加者の個人合理性が達成されることを理論的に証明したという。さらに提案手法の有効性の検証を数値シミュレーションにより行った（図2）。

図2 （a）はリアルタイムプライシング制度を用いることで従来の固定価格制度の場合と比べ、周波数変動を抑制していることを示す。（b）は、青線のリアルタイムプライシング制度を用いた場合の市場参加者の金銭的利益は赤線の固定価格制度の場合の利益を常に上回っており、本提案電力価格決定メカニズムを用いることで市場参加者の個人合理性が達成されていることを示している　出典：JST

　今後は、ISOが市場参加者へ支払うインセンティブのコストを考慮したアルゴリズムの検討を行う。さらに、高速化や計算量を低減するアルゴリズムの開発を進める方針だという。