给出具体目标函数后，可以使用最优化方法求解该问题，得以的结果是各时刻冷
冻机和蓄冰罐分别负担的冷负荷qrk、qik。
4 实例分析 为了探讨在华北地区电网电价结构下优化控制的经济性，笔者对北京某建筑的
冰蓄冷系统在优化控制和冷机优先的两种控制策略下的全年运行费进行比较分 析。 华北电网电价结构为：
因为本建筑只在电负荷低谷期蓄冰，故蓄冰罐供冷的费用简化为： I（qik）= qik ×bk （4） 其中bk为冰罐负担单位冷负荷的费用，等于（1032/3784）×E低谷，E低谷为低谷
电价。
下面给出1235 1906.2 2577 1179.6 162.1 0 0
2775 3446 416.6 4787.3 5458 5564.6 5564.6 5564.6 5564.6 5564.6 5564.6 4519 3311.6
优化控制
融冰量 冷机出力
2775 3446 416.6 4787.3
了使冰蓄冷系统最大限度地发挥作用，尽可能地减少电负荷高峰期的用电，使用 户的电费最少，就需要对冰蓄冷系统进行控制策略。Stethmann在文献[1]中提出 了冰蓄冷系统的控制策略，并对美国圣地亚哥一幢9200m2 的建筑进行了模拟分析，发现控制策略与冷机优先相比，节省运行费42%。Braun 在文献[2]中比较了冷机优先、蓄冰罐优先、优化控制的经济性，发现在美国威斯 康星电价结构下，天气凉爽时，控制策略比冷机优先节约运行费25%；而典型设计 日基本不节省运行费。该文提出优化目标的约束条件，但没有对对蓄冰罐融冰的 约束进行分析。 3 优化控制方法 优化控制的目标是在满足用户需求的条件下，使运行费最少，这样不仅对用户有 利，而且可以拉平电负荷，对整个电网有利，促进合理用电。 该用户k时刻的负荷为 qk，其中冷机负担qik，冷冻机出力qrk的费用为R（qrk），蓄冰罐出力qik的费用为 I（qik）。全天的运行费M为
冷机优先运行费/元
107350.7 124886.3 199926.1 273942.9 273942.9 201536 150908.7 107350.7 1439844
节约运行费/
元
55015.38 54825.6 56263.23 31065.84 31065.84 54420.48 55601.4 55015.38 393273.2
负荷
2597 4000.6 5044.6 6088.3 7132.1 8176 9219.5 10263.3 11307.2 9428.4
冷机优先
融冰量 冷机出力
0 0 0 523.7 1567.5 2611.4 3654.9 4698.7 5742.6 3863.8
2597 5564.6 5564.6 5564.6 5564.6 5564.6 5564.6 5564.6 5564.6 5564.6
冰蓄冷系统的优化控制分析
清华大学 王勇 赵庆珠
提要
Optimal control strategy for ice storage systems
By Wang Yong and Zhao Qingzhu
分析了冰蓄冷系统的冷机优先、蓄冰罐优先和优化控制三种控制策略，提出了优
化控制的目标和约束，并以某建筑为例对比分析冰蓄冷系统在优化控制策略和
t为时刻h；
y为各时刻的最大融冰供冷量，kW。
从式中可能清楚看出，各时刻的最大融冰供冷量与蓄冰量有关，（1-
x/563）为剩余蓄冰量占部蓄冰量的比例。
这样，便可以给出qikmax的表达式：
得出优化问题是：
（9）
（10）
这是一个线性优化问题，可用单纯型法求解，具体解法参见文献[4]。结果见表2
至表5。 表2 4月份平均气象条件下的比较/kW
时刻 7
负荷 2405
冷机优先
融冰量 冷机出力
0
2405
优化控制
融冰量 冷机出力
2405
0
8
2528
0
2528
9
2652
0
2652
10
2776
0
2776
11
2899
0
2899
12
3023
0
3023
13
3147
0
3147
14
3270
0
3270
15
3394
0
3394
16
3171
0
3171
17
2949
0
2949
18
2726
0
2726
19
2504
0
2504
表3 6月份平均气象条件下的比较/kW
2528 2652 2776 2899 3023 3147 3270 3394 3171 39 2726 2504
时间 电费
高峰 8：00～11：00 18：00～23：00 0.534元/kWh
平峰 7：00～8：00 11；00～18：00 0.318元/kWh
低谷 23：00～7：00
0.118元/kWh
该建筑采用部分负荷蓄冰系统，有4台RTHB4502螺杆式冷水机，空调工况制冷能 力5564.6kW，蓄冷工况制冷能力3784 kW，耗电量为1032 kW，71个Calmac1190A冰罐，系统见图1，典型设计日的逐时负荷见表1。
0 0 0 0 0 0 0 0 0 2190 0 0
时刻
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
负荷
2775 3446 416.6 4787.3 5458 6129 6800.1 7470.8 8181.6 6744.2 5726.7 4519 3311.6
冷机优先
融冰量 冷机出力
0 564.4 1235 1906.2 2577 1179.6 162.1 4519 3311.6
0 0 0 0 5458 5564.6 5564.6 5564.6 5564.6 5564.6 5564.6 0 0
表4 7月份平均气象条件下的比较/kW
时刻
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1985
5564.6
18
5670.8
106.2
5564.6
2079.6
3591.2
19
3792
0
3792
1422.6
2369.4
表5 优化控制的经济性
月份
4 5 6 7 8 9 10 11 总计
优化运行费/元
52335.27 70060.74 143662.9 242877.1 242877.1 147115.5 95307.33 52335.27 1046571
图1
表1 典型设计日负荷
时刻
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17 18 19
负荷 1878.2 2077.4 2191.2 2561.2 2105.9 1992.0 2760.4 3215.7 3101.9 2162.8 369.9 313 256.1
因为RTHB4502部分负荷性能优越，为简化计算，假定空调工况与蓄冰工况的耗电
量分别与负荷成正比（ 这样得到的结果偏于保守）。即： R（qrk）= qrk×（1032/5564.6）×Ek= qrk×qk (3) 其中Ek为k时刻电价；
ak为冷冻机单位供冷负荷的费用，等于（1032/5564.6）×Ek。
优化控制
融冰量 冷机出力
0 4000.6 4725.1 523.7 1567.5 2611.4 3654.9 4698.7 5742.6 3863.8
2597 0
319.3 5564.6 5564.6 5564.6 5564.6 5564.6 5564.6 5564.6
17
7549.6
1985
5564.6
冰蓄冷系统可以削减电负荷高峰，缓解电力紧张，减少电力建设投资。因此自80
年代初至今美国、日本等地得到广泛应
用。目前我国不少省市已实施分时电价，以鼓励用单位在电负荷谷进用电，北京
等一些城市更是明确规定利用电力制冷的单位必须安装冰蓄冷系统，否则将控
制高峰用电量。 冰蓄冷系统可以分为全负荷冰蓄冷系统和部分负荷冰蓄冷系统。全负荷冰蓄冷
冷机优先控制策略下的运行费，阐明优化控制可以发挥现有系统潜力，更有效地
削减电负荷高峰。
关键词 控制策略 优化控制 冰蓄冷系统
Abstract Investigates the three control strategies-chiller-priority, storagepriority and optimal control of ice storage systems. Gives and algrithom to reduce the electric charge with cost-effective allocation of cooling between the chiller and storage and an example to compare the charges with chiller priority and that with optimal control, which shows the latter strategy can better realize the potential of the storage system and the rate structure. keywords control strategy optimal control ice storage system 1 前言
系统是在供冷时不使用冷冻机，只依靠蓄冰罐融冰来满足冷负荷需求。这种系统