2014 Fiscal Year Annual Research Report
最適化にもとづく電力市場メカニズム設計のための理論的基盤の構築
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26280081
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
岩崎 敦 電気通信大学, その他の研究科, 准教授 (30380679)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾山 大輔 東京大学, 経済学研究科(研究院), 准教授 (00436742)
安田 洋祐 大阪大学, 経済学研究科(研究院), 准教授 (70463966)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | メカニズム設計 / ゲーム理論 / 最適化 / 電力市場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２０１６年４月より電気事業法等の一部が改正され，電力の小売自由化が実現する．さらに２０１８年から予定されている発送電分離に向けて，様々な規模の電源をもつ供給家と需要家が電力を取引する電力市場の整備が急務となっている．しかし，安定した電力市場を構築するには，単純に電力量や価格に応じた取引する場を提供するだけではなく，発送電可能な容量や設備配置のネットワーク構造，さらに社会的な要請といった多数の社会的・技術的制約を同時に考慮しなければならない．本研究では，電力市場の特性とその計算実行可能性を考慮したメカニズムを設計し，電力市場メカニズムの理論的基盤を構築することを目指す．当該年度は電力市場を取り巻く状況を調査し，関連するメカニズム設計の研究を進めた．
電力市場は消費者の電力需要を最小の費用で満たす方法を提供するが，通常の財と異なる特徴として，短期と長期の効率性がある．短期の効率性とは既存の電源を最小費用で運用することをいい，長期の効率性とは複数種類の電源を組み合わせた適切な発電「容量」への投資を実現することをいう．電力はその供給量を増やすには膨大な設備投資と時間を必要とするため，長期的に電源容量を安定して供給するための新規投資を促す機能が必要となる．そこでアメリカでは短期的な現物電力と長期的な先物電力の取引を組み合わせた「容量市場」を用いており，Cramtonらがメカニズムデザインの観点から分析している．
一方で，複数の目的を考慮するメカニズム設計を支援するために，パラメトリック表現を用いたメカニズムの設計手法を構築した．ここでは市場に参加する主体が電力を必要としていても予算制約に直面する状況を対象にした．本手法を使うことでいくつか条件を満たす場合は，もっとも高い社会的余剰を達成する新しいメカニズムを発見するに至った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要で述べたように，従来未知であった予算制約をもつ参加者がいる場合に，もっとも効率性の高いメカニズムを発見することに成功した．さらにこのメカニズムの発見にいたった方法としてパラメトリックメカニズムデザインを提案した論文が，マルチエージェント分野で最難関の国際会議であるAutonomas Agents and Multi-agent Systems (AAMAS) にポスター発表として採択された（採択率314/670, 46.8%）．また関連する研究として，マッチング問題における下限制約を解決するメカニズムに関する論文が，計算機科学とミクロ経済学の境界領域の研究を扱う新しい国際論文誌として両分野から注目されているACM Transactions on Economics and Computation に採録が決定した．また，自由な取引の電力市場では，より安い電力が調達できる地域の電力を使うようにして，電気代が高い地域の電力の使用を控えるといったことが起こりうる．そうした状況でグループで節約した電力費用の適切な配分決定を計算し，支援する手法を提案した．この成果は人工知能分野でトップの国際論文誌であるArtificial Intelligence Journal（5-year impact factor 3.044) に採録された．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究の結果，電力市場では短期および長期の効率性を満足させることが必要になることがわかった．今後の方策として，予定通り自動メカニズムデザインのスケーラビリティを改善し，複雑な設定でのメカニズムが設計できるようにするとともに，短期および長期の効率性を織り込んだメカニズムのパラメトリック表現を検討する．つまり，パラメトリック最適化技術 (穴井・横山, 2011) を導入し，パラメトリック表現されたメカニズムの集合から，適切なパラメータの実行可能領域を求める．これに前年度で明らかにした社会的・技術的制約を加え，得られたメカニズムの集合は様々な制約条件を満たすことが保証される．また，もともとある種の関数として設計されるメカニズムとパラメトリック表現は等価であるため，一般的なメカニズムを系統的かつ容易に抽出することができると予想している．
一方で，前年度で開発した予算制約付きをもつ参加者がいる場合のメカニズムを一般化し，電力市場の文脈で用いることができるようにする．さらに下限制約付きのマッチング問題を解くメカニズムを，各参加者が支払いをする／されるように拡張する．具体的にはKelso and Crawford 1982による支払い付きマッチングに下限制約を追加したメカニズムを考え，それに対応した近似的な安定性の概念を設計する．
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Research Products
(16 results)
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[Presentation] Parametric mechanism design via quantifier elimination2015
Author(s)
Atsushi Iwasaki, Etsushi Fujita, Taiki Todo, Hidenao Iwane, Hirokazu Anai, Mingyu Guo, Makoto Yokoo
Organizer
The 14th International Conference on Autonomous Agents and Multiagent Systems (AAMAS-2015)
Place of Presentation
ISTANBUL Congress Center (Turkey)
Year and Date
2015-05-04 – 2015-05-08
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[Presentation] Strategy-proof Matching with Regional Minimum Quotas2014
Author(s)
Masahiro Goto, Naoyuki Hashimoto, Atsushi Iwasaki, Yujiro Kawasaki, Suguru Ueda, Yosuke Yasuda, and Makoto Yokoo
Organizer
The 13th International Conference on Autonomous Agents and Multiagent Systems (AAMAS-2014)
Place of Presentation
Paris Marriott - Rive Gauche Hotel & Conference Center (Paris,France)
Year and Date
2014-05-05 – 2014-05-09
