JP2021189523A - 電力取引管理システム - Google Patents

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Yuki Kudo
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Abstract

【課題】ユーザにペナルティが課されることを抑制する。【解決手段】電力取引管理システム(10)は、他者から電力を買うための買い入札、及び、他者に電力を売るための売り入札を行う電力取引手段(12)と、車両と送配電網との接続状態を検出する検出手段(11)と、を備える。電力取引手段は、買い入札及び売り入札の一方の入札が約定した後、検出手段により検出された接続状態に基づいて、約定した一方の入札が履行されるか否かを予測する。約定した一方の入札が履行されないと予測された場合、電力取引手段は、買い入札及び売り入札の他方の入札を行う。【選択図】図2

Description

本発明は、電力取引管理システムの技術分野に関する。
この種のシステムは、例えば電力会社を介さずに、他者と電力を直接取引する電力取引において用いられる。この種のシステムとして、例えば、発電電力消費が行われる拠点における電力売買を管理するシステムが提案されている。当該システムでは、予め定められた方策に従って、上記拠点に設置された蓄電装置の蓄電残量から取引条件が決定される。当該システムでは、取引収支を含む報酬値が最大化するように上記方策の強化学習が行われる。(特許文献1参照)
特開2011−022902号公報
この種のシステムでは、約定した取引が履行されなかった場合にペナルティが課されることが多い。特許文献1に記載のシステムでは、ペナルティが小さくなるように(結果として、報酬値が最大化するように)上記方策が学習される。
この種のシステムでは、拠点に固定された蓄電装置の代わりに、電動車両(例えば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等)に搭載されたバッテリが用いられることがある。一方で、電動車両の主たる用途は移動手段である。このため、システムにより自動的に約定した取引がある場合であっても、電動車両がユーザにより移動手段として利用されることがある。
学習により電動車両のユーザの行動を、ある程度予測することは可能である。しかしながら、例えば急用等によりユーザが電動車両を移動手段として利用することを予測することは極めて困難である。このため、電動車両に搭載されたバッテリを用いて上述した電力取引が行われる場合、約定した取引が履行されない可能性が比較的高い。つまり、この場合、電動車両のユーザにペナルティが課される可能性が比較的高くなるという技術的問題点がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ユーザにペナルティが課されることを抑制しつつ、電動車両のバッテリを用いて電力取引を行うことができる電力取引管理システムを提供することを課題とする。
本発明の一態様に係る電力取引管理システムは、外部の送配電網からの電力によりバッテリを充電可能、且つ、前記送配電網に対して前記バッテリの電力を放電可能な車両において、電力売買を管理する電力取引管理システムであって、前記送配電網に属する他者から電力を買うための買い入札、及び、前記他者に電力を売るための売り入札を行う電力取引手段と、前記車両と前記送配電網との接続状態を検出する検出手段と、を備え、前記電力取引手段は、電力量及び時間を指定した、前記買い入札及び前記売り入札の一方の入札が約定した後、前記指定された時間の前に、前記検出手段により検出された接続状態に基づいて、前記約定した一方の入札が履行されるか否かを予測し、前記約定した一方の入札が履行されないと予測された場合、前記電力取引手段は、前記指定された電力量に対応する電力量、及び、前記指定された時間に対応する時間を指定した前記買い入札及び前記売り入札の他方の入札を行うというものである。
P2P電力取引の概念を示す概念図である。 第1実施形態に係る電力取引管理システムの構成を示すブロック図である。 バッテリSOCの時間変化の一例を示す図である。 電力取引の一例を示す図である。 第1実施形態に係る電力取引管理システムの動作を示すフローチャートである。 第4実施形態に係る電力取引管理システムの動作の要部を示すフローチャートである。
<概要>
電力取引管理システムに係る実施形態について説明する。実施形態に係る電力取引管理システムは、外部の送配電網からの電力によりバッテリを充電可能、且つ、送配電網に対してバッテリの電力を放電可能な車両(上述した“電動車両”に相当)において、電力売買を管理する。
本実施形態では、Peer−to−Peer(P2P)電力取引を前提とする。つまり、例えば太陽光発電、蓄電装置等の分散型エネルギリソース(Distributed Energy Resources:DER)を所有している需要者(即ち、個人又は法人)が、別の需要者に電力を供給する「需要者対需要者」の電力取引を前提とする。本実施形態では、DERの一例として、車両に搭載されたバッテリが用いられる。
尚、「P2P」は、需要者同士が電力を1対1で直接取引する態様に限らず、例えば小売電気事業者が仲介する取引態様、複数の取引分に相当する電力を集約し、一又は複数の需要者に配分する取引態様、等も含む概念である。
実施形態に係る電力取引管理システムは、送配電網に属する他者(上記“需要者”に相当)から電力を買うための買い入札、及び、該他者に電力を売るための売り入札を行う電力取引手段と、車両と送配電網との接続状態を検出する検出手段とを備える。ここで、車両と送配電網との接続状態の検出は、例えば車両と送配電網とを電気的に接続するためのケーブルの充放電コネクタが車両に接続されているか否かを検出することにより行われてよい。
電力取引手段は、バッテリの充電状態(例えばState of Charge:SOC)に基づいて、買い入札又は売り入札を自動的に行う。電力取引手段により行われた買い入札又は売り入札が約定した場合、約定した買い入札又は売り入札の内容に従って電力取引が行われる(この結果、車両のバッテリが充電又は放電される)。
ところで、一旦約定した買い入札又は売り入札(以降、適宜“約定した取引”と称する)が履行されない場合、約定した取引を履行しなかった需要者にペナルティが課される。ペナルティとしては、例えば、約定した取引を履行しなかったために生じた電力の過不足を調整するための対価が挙げられる。
DERとしてのバッテリが搭載された車両は移動手段として用いられる。このため、車両が移動手段として用いられている場合(例えば車両走行中)、該車両のバッテリは送配電網から切り離される。電力取引手段は、自動的に買い入札又は売り入札を行うので、車両のユーザは、約定した取引の存在を認識できない可能性が比較的高い。すると、約定した取引があるにもかかわらず、ユーザが車両を移動手段として用いることに起因して、該約定した取引が履行されないことがある。つまり、ユーザのあずかり知らないところで約定した取引によって、該ユーザにペナルティが課される可能性がある。
そこで、当該電力取引管理システムでは、電力取引手段により、先ず、電力量及び時間を指定した、買い入札及び売り入札の一方の入札が約定した後、該一方の入札において指定された時間の前に、検出手段により検出された接続状態に基づいて、約定した一方の入札が履行されるか否かが予測される。尚、入札において指定される「時間」は、例えば30分単位等、所定期間単位で指定される(この場合、電力取引は、所定期間毎に行われる)。また、入札において指定される「電力量」は、例えばバッテリの充放電速度に応じて決定されてよい。
そして、約定した一方の入札が履行されないと予測された場合、電力取引手段により、上記一方の入札において指定された電力量に対応する電力量、及び、指定された時間に対応する時間を指定した、買い入札及び売り入札の他方の入札が行われる。
具体的に、電力取引手段により行われた買い入札と、一の需要者の売り入札とが約定した場合を一例として挙げて説明する。このとき、約定した取引が履行されないと予測された場合、何らの対策も採らなければ、上記買い入札において指定された電力量分(即ち、車両のバッテリに充電される電力量分)の需要が無くなるので、上記買い入札において指定された時間に、電力が過剰に供給されることになる(即ち、同時同量が達成されない)。
これに対して、当該電力取引管理システムでは、電力取引手段により、上記買い入札において指定された電力量に対応する電力量、及び、指定された時間に対応する時間を指定した売り入札が行われる。該売り入札が、他の需要者との間で約定すれば、上記買い入札において指定された時間に、電力の過不足は生じない(即ち、同時同量が達成される)。
つまり、当該電力取引管理システムは、一の需要者との間で約定した取引が履行されないと予測された場合に、他の需要者との間で反対売買を行うことにより、電力の過不足が生じることを抑制している。従って、当該電力取引管理システムによれば、ユーザにペナルティが課されることを抑制しつつ、車両のバッテリを用いて電力取引を行うことができる。
<第1実施形態>
電力取引管理システムに係る第1実施形態について図1乃至図5を参照して説明する。先ず、P2P電力取引について図1を参照して説明する。図1において、P2P電力取引には、例えば太陽光発電、蓄電装置等のDERを所有している需要者と、該需要者から供給される電力を消費する需要者とが参加している。ここでは特に、DERの一例として車両に搭載されたバッテリが用いられている。
電力取引を希望する需要者が、例えば電力量、価格、時間等を指定して買い入札又は売り入札を出すと、買い入札又は売り入札を示すトランザクションが発生する。買い入札を示すトランザクションは、例えば買電依頼に係るブロックチェーンに登録される。売り入札を示すトランザクションは、例えば売電依頼に係るブロックチェーンに登録される。このとき、買い入札及び売り入札の一覧である板情報が公開される。その後、買い入札と売り入札とのマッチングが行われ、マッチング結果を示すトランザクションが発生する。マッチング結果を示すトランザクションは、例えばマッチング結果に係るブロックチェーンに登録される。このとき、マッチングした買い入札及び売り入札各々に係る需要者、つまり、実際に電力取引を行う需要者にマッチング結果(即ち、約定内容)が通知される。尚、上述した動作は一例であり、これに限定されるものではない。
次に、DERの一例としてのバッテリを搭載する車両において、電力売買を管理する電力取引管理システム10について図2を参照して説明する。ここで、電力取引管理システム10は、上記車両に搭載されていてもよいし、上記車両の外部に構築されていてもよい(例えば、上記車両と通信可能なクラウドシステムとして構築されていてよい)。尚、「電力取引管理システム10」は、上述した電力管理システムの一具体例である。
図2において、電力取引管理システム10は、予測部11及び取引部12を備えている。「予測部11」及び「取引部12」は、夫々、上述した「検出手段」及び「電力取引手段」の一具体例である。
予測部11は、車両の例えばトリップメータの出力に基づいて、該車両に係るトリップ情報を取得する。予測部11は、車両の例えばバッテリセンサの出力に基づいて、該車両のバッテリに係るSOCを示す情報を取得する。予測部11は、例えば車両の充放電口への、充放電用のケーブルの充放電コネクタの接続状態を、該車両から取得する。予測部11は、例えばインターネット等のネットワークを介して、気象情報及び電力取引に係る気配値を示す情報を取得する。尚、気配値を示す情報は、公開されている板情報から取得されてよい。
予測部11は、トリップ情報、SOCを示す情報、気象情報及び気配値に係る情報各々を逐次取得して、例えば不揮発性メモリ(図示せず)等に蓄積する。予測部11は、蓄積されたトリップ情報及びSOCを示す情報に基づいて、ユーザによる車両の利用予測を行う。予測部11は、蓄積された気象情報及び気配値に係る情報に基づいて、電力の取引価格の予測を行う。尚、車両の利用予測及び取引価格の予測には、既存の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は省略する。
取引部12は、予測部11により行われた車両の利用予測及び取引価格の予測の結果に基づいて、最適な充放電計画を立てる。尚、最適な充放電計画の立案方法には、既存の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は省略する。最適な充放電計画の立案方法の一例としては、例えば、バッテリのSOCの上限及び下限を制約として、電力コストを最小化する目的関数を用いる方法が挙げられる。
取引部12は、最適な充放電計画に基づいて、買い入札又は売り入札を行う。例えば図3において、最適な充放電計画が期間Tについて立てられたとする。ただし、最適な充放電計画は、一般的に遠い未来ほど、その精度が低下する。このため、取引部12は、比較的精度の高い期間Tに含まれる時間を指定して買い入札又は売り入札を行ってよい。
図3において、バッテリの電力量Xdは、車両の走行のために最低限確保すべき電力量である。尚、バッテリの蓄電容量に対する電力量Xdの割合が、上述の制約としてのSOCの下限の一例に相当する。
取引部12は、最適な充放電計画に基づいて、図3における電力量Xbを指定した買い入札を行ってよい。また、取引部12は、最適な充放電計画に基づいて、図3における電力量Xsを指定した売り入札を行ってよい。取引部12が買い入札又は売り入札を行うことにより、買い入札又は売り入札を示すトランザクション(図2の“入札情報”に相当)が発生する。取引部12は、買い入札又は売り入札のマッチング結果(図2の“約定情報”に相当)を受信する。
(助け合い機能)
次に、上述の如く構成された電力取引管理システム10の助け合い機能について図4を参照して説明する。ここでは、電力取引管理システム10は、図4の車両1において電力売買を管理するものとする(即ち、電力取引管理システム10は、車両1に搭載されているものとする)。電力取引管理システム10の取引部12が、例えば、時刻Tから所定期間(例えば30分)内に行われる電力取引について、「価格:18円、電力量:1kWh」の買い入札を行い、該買い入札が、需要者Aとの間で約定したものとする。この結果、電力取引管理システム10は、時刻Tから所定期間における電力を買う権利を取得する。
取引部12は、時刻Tから所定期間に、車両1が送配電網に電気的に接続されている(例えば、車両1の充放電口に、充放電用のケーブルの充放電コネクタが接続されている)と予測して、上記買い入札を行ったものとする。しかしながら、現時点(即ち、上記買い入札が約定した後であって、時刻Tより前の時点)で車両1が移動手段として使用されており、時刻Tに車両1が送配電網に電気的に接続されないと予測された場合、取引部12は、次の処理を行う。
取引部12は、時刻Tから所定期間における電力を買う権利を他者に譲渡すべく、例えば「価格:16円、電力量:1kWh」の売り入札を、HELPタグを付して行う。つまり、取引部12は、上記買い入札の反対売買を行う。ここで、HELPタグが付されている入札は、ブロックチェーンに優先して登録されてよい。取引部12は、HELPタグを付した売り入札を行う場合、典型的には、予測される取引価格よりも安い価格を指定する。約定しやすくするためである。
尚、取引部12は、例えば最適な充放電計画における価格帯の最小値を、HELPタグを付した売り入札に係る価格として指定してよい。或いは、取引部12は、公開されている板情報に基づいて、比較的容易に約定すると予測される価格を、HELPタグを付した売り入札に係る価格として指定してよい。
上記HELPタグを付した売り入札が、需要者Bとの間で約定した場合、時刻Tから所定期間における同時同量が達成されるので、車両1にユーザにペナルティは課されない。ただし、先の買い入札に係る価格(即ち、18円)と、当該売り入札に係る価格(即ち、16円)との差分(即ち、2円)に相当する損失が生じる。
これに対して、何らの対策も採らなければ、時刻Tから所定期間における電力を買う権利が保持されているので、車両1に搭載されたバッテリが充電されないにもかかわらず、該買う権利が行使されることにより、先の買い入札に係る価格に相当する損失が生じる。加えて、時刻Tから所定期間における同時同量が達成されないので、車両1のユーザにペナルティが課される。
同様に、取引部12は、例えば、時刻Tから所定期間内に行われる電力取引についての売り入札が約定した後であって、時刻Tより前に、時刻Tに車両1が送配電網に電気的に接続されないと予測された場合、上記売り入札の反対売買を行う(即ち、HELPタグを付して買い入札を行う)。この場合、取引部12は、典型的には、予測される取引価格より高い価格を指定する。
尚、取引部12は、例えば最適な充放電計画における価格帯の最大値を、HELPタグを付した買い入札に係る価格として指定してよい。或いは、取引部12は、公開されている板情報に基づいて、比較的容易に約定すると予測される価格を、HELPタグを付した買い入札に係る価格として指定してよい。
取引部12は更に、約定した取引がない場合、HELPタグが付されている入札に対して、積極的に応札してよい。HELPタグが付されている入札は、HELPタグが付されていない入札(即ち、通常の入札)に比べて価格の条件が良いことが多い。このため、HELPタグが付された入札と売買が成立すれば、通常の入札に比べて、より安く電力を買うことができる、或いは、より高く電力を売ることができる。この場合、取引部12は、HELPタグを付して、買い入札又は売り入札を行う。
このとき、取引部12は、所定期間(例えば30分)における同時同量を達成可能な電力量を指定して、買い入札又は売り入札を行う。具体的には、取引部12は、例えば車両1のバッテリの充放電スピードを考慮して、上記所定期間に充電又は放電可能な電力量を計算することにより、上記指定する電力量を決定してよい。
取引部12は、例えばバッテリのSOCから予測されるバッテリの充電余力と、バッテリの充放電スピードを考慮して計算された充電電力量とのうち小さい値を指定して、買い入札を行ってよい。取引部12は、例えばバッテリのSOCから予測される放電余力と、バッテリの充放電スピードを考慮して計算された放電電力量とのうち小さい値を指定して、売り入札を行ってよい。
助け合い機能について、図5のフローチャートを参照して説明を加える。図5において、取引部12は、予測部11により取得された接続状態(図2参照)に基づいて、車両1が充放電器に接続されているか否か(即ち、送配電網に電気的接続されているか否か)を判定する(ステップS101)。
ステップS101の処理において、車両1が充放電器に接続されていないと判定された場合(ステップS101:No)、取引部12は、接続情報を「未接続」にする(ステップS102)。次に、取引部12は、約定した取引があるか否かを判定する(ステップS103)。
ステップS103の処理において、約定した取引がないと判定された場合(ステップS103:No)、後述するステップS106の処理が行われる。他方、ステップS103の処理において、約定した取引があると判定された場合(ステップS103:Yes)、取引部12は、約定した取引に係る電力量を打ち消す入札を、HELPタグを付して行う(ステップS104)。
その後、取引部12は、ステップS104の処理において行った入札が約定したか否かを判定する(ステップS105)。このとき、取引部12は、約定情報(図2参照)を受信した場合に、上記入札が約定したと判定する。ステップS105の処理において、上記入札が約定していないと判定された場合(ステップS105:No)、ステップS105の処理が再度行われる。つまり、取引部12は、約定情報を受信するまで待機状態となる。
ステップS105の処理において、上記入札が約定したと判定された場合(ステップS105:Yes)、取引部12は、上述した最適な充放電計画を立てるための、通常の最適入札プログラムを起動する。図5に示す動作は、所定期間(例えば5分)毎に繰り返し実行される。このため、ステップS106の処理の後の所定のタイミングで、ステップS101の処理が再度行われる。
ステップS101の処理において、車両1が充放電器に接続されていると判定された場合(ステップS101:Yes)、取引部12は、接続情報を「接続中」にする(ステップS107)。次に、取引部12は、約定した取引があるか否かを判定する(ステップS108)。
ステップS108の処理において、約定した取引があると判定された場合(ステップS108:Yes)、ステップS106の処理が行われる。他方、ステップS108の処理において、約定した取引がないと判定された場合(ステップS108:No)、取引部12は、予測部11から最新のSOC経時予測プロファイルを取得する(ステップS109)。尚、該プロファイルは、予測部11による車両の利用予測が行われた際に出力されてよい。
次に、取得部12は、上記プロファイルに基づいて、HELPタグを付した買い入札又は売り入札を行う(ステップS110)。その後、取得部12は、約定結果を確認する(ステップS111)。
(技術的効果)
当該電力取引管理システム10によれば、上述した助け合い機能を有するが故に、ユーザにペナルティが課されることを抑制しつつ、車両のバッテリを用いて電力取引を行うことができる。
<第2実施形態>
第2実施形態では、買い入札及び売り入札に付されるタグ情報として、「場所」を示す情報が含められてよい。本実施形態では、買い入札と売り入札とのマッチングが行われるときに、上記「場所」を示す情報が考慮されてよい。取引部12は、特に、上述したステップS104及びS110の処理において、HELPタグを付して買い入札又は売り入札を行う場合に、場所を示す情報を加えてよい。
このように構成すれば、送電距離を抑制することができるので、送電ロスを抑制することができる。加えて、あるエリア内の同時同量を担保することができる。また、送配電事業者により距離別委託料金が導入されている場合は、送配電にかかる料金も抑制することができる。
<第3実施形態>
第3実施形態では、取引部12は、上述したステップS104の処理において、HELPタグを付して買い入札又は売り入札を行うことに加えて、HELPタグを付さない(即ち、通常の)買い入札又は売り入札も行ってよい。通常の買い入札又は売り入札が約定すれば、HELPタグを付した買い入札又は売り入札が約定した場合に比べて、損失を減らすことができる。尚、取引部12は、HELPタグを付した買い入札又は売り入札と、通常の買い入札又は売り入札の一方の入札が約定した場合、他方の入札を取り消す。
<第4実施形態>
第4実施形態では、取引部12は、上述したステップS105の処理において、HELPタグを付した入札が約定していないと判定された場合(ステップS105:No)、次のようにしてよい。取引部12は、図6に示すように、入札価格を緩和して(即ち、買い入札の場合には価格を上げて、売り入札の場合には価格を下げて)再入札を行ってよい(ステップ111)。このように構成すれば、ユーザにペナルティが課されることをより抑制することができる。
<第5実施形態>
第5実施形態では、取引部12は、上述したステップS104の処理において、HELPタグを付して買い入札又は売り入札を行う際に、HELPタグを付して行う入札により生じる損失と、HELPタグを付した入札を行わずにペナルティが課される場合に生じる損失とを比較してよい。そして、取引部12は、HELPタグを付して行う入札により生じる損失が、ペナルティが課される場合に生じる損失より大きい場合、ステップS104の処理において入札を行わなくてよい。このように構成すれば、取引価格の悪意ある操作からユーザを守ることができる。
以上に説明した実施形態から導き出される発明の各種態様を以下に説明する。
発明の一態様に係る電力取引管理システムは、外部の送配電網からの電力によりバッテリを充電可能、且つ、前記送配電網に対して前記バッテリの電力を放電可能な車両において、電力売買を管理する電力取引管理システムであって、前記送配電網に属する他者から電力を買うための買い入札、及び、前記他者に電力を売るための売り入札を行う電力取引手段と、前記車両と前記送配電網との接続状態を検出する検出手段と、を備え、前記電力取引手段は、電力量及び時間を指定した、前記買い入札及び前記売り入札の一方の入札が約定した後、前記指定された時間の前に、前記検出手段により検出された接続状態に基づいて、前記約定した一方の入札が履行されるか否かを予測し、前記約定した一方の入札が履行されないと予測された場合、前記電力取引手段は、前記指定された電力量に対応する電力量、及び、前記指定された時間に対応する時間を指定した前記買い入札及び前記売り入札の他方の入札を行うというものである。
当該電力取引管理システムの一態様では、前記電力取引手段は、前記他方の入札を行うときに、所定のタグを付して前記他方の入札を行う。上述した実施形態における「HELPタグ」が、「所定のタグ」の一例に相当する。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電力取引管理システムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
1…車両、10…電力取引管理システム、11…予測部、12…取引部

Claims (1)

  1. 外部の送配電網からの電力によりバッテリを充電可能、且つ、前記送配電網に対して前記バッテリの電力を放電可能な車両において、電力売買を管理する電力取引管理システムであって、
    前記送配電網に属する他者から電力を買うための買い入札、及び、前記他者に電力を売るための売り入札を行う電力取引手段と、
    前記車両と前記送配電網との接続状態を検出する検出手段と、
    を備え、
    前記電力取引手段は、電力量及び時間を指定した、前記買い入札及び前記売り入札の一方の入札が約定した後、前記指定された時間の前に、前記検出手段により検出された接続状態に基づいて、前記約定した一方の入札が履行されるか否かを予測し、
    前記約定した一方の入札が履行されないと予測された場合、前記電力取引手段は、前記指定された電力量に対応する電力量、及び、前記指定された時間に対応する時間を指定した前記買い入札及び前記売り入札の他方の入札を行う
    ことを特徴とする電力取引管理システム。
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