随着电力现货市场的推进，电价从传统的固定峰谷模式转变为时刻动态变化的曲线。相应地，冰蓄冷空调系统的运行已不再满足于过去简单的“谷蓄峰融”模式，而是需要利用精确的运行优化模型，求解最佳蓄冰融冰策略，以便在时刻变化的价格曲线中捕捉最大的价差，将电价波动风险转化为实际的利润空间。传统的做法是利用专门的建模工具，经过复杂的编程来实现，费时费力，造价也不菲。

本文提供了一个简便的解决方案：即使没有编程经验，也能借助熟悉的Excel软件，使用其“规划求解”工具，构建冰蓄冷空调系统运行优化模型，在一定程度上应对电力市场的动态变化。我们将其梳理分享，既是希望为有需要的同仁提供低门槛的可行思路，也期待能与大家交流探讨，共同挖掘这类简易工具在电力市场场景中的更多应用可能。

能量时移：运行优化的物理基础

冰蓄冷空调系统广泛应用于写字楼、商场等有大量制冷需求的商业建筑。一般来说，某时刻建筑的制冷需求是确定而不能改变的。冰蓄冷空调之所以可以根据电价变化动态优化其运行策略，是因为它有一个特殊的技能，那就是“能量时移”。

我们可以把冰蓄冷空调系统理解为一个巨大的“能量冰箱”：在深夜，当所有人都入睡，电价非常低廉时，这个系统就开足马力“制冰”，把便宜的电力转化成“寒冷”，像囤货一样储存起来。在白天，当写字楼、商场人满为患，电价飙升时，这个系统就停止从电网买昂贵的电，转而把夜里冻好的“冰”拿出来融化，释放冷气为大楼供冷。这样一来，它就实现了电能的“低价囤货，高价使用”。

这不仅为我们节省了电费，更重要的是，它赋予了我们一种宝贵的能力：我们的用电需求不再是一成不变的，而是可以根据电价的涨跌进行灵活调节。这种灵活调节的能力，就是虚拟电厂参与电力市场、并从中获利的物理基础。

成本分析：运行优化的经济原理

有了“能量时移”这个能力，我们在每个时刻就都有了选择权：是现在花钱买电来制冷，还是用之前囤好的“冰”来制冷？这好比你在纠结是点外卖（快但贵）还是吃家里的剩饭（慢但便宜）。做这个选择时，我们主要考虑两种“成本”。

第一种是“边际成本”，主机制冷的边际成本：就是你现在点外卖的价格，它等于当时的电价与主机用电负荷的乘积。电价越高，这个成本就越高。融冰供冷的边际成本就是你热剩饭消耗的燃气费。它主要是水泵、风机等设备运行的一点电耗，成本很低且稳定。

第二种是“机会成本”，如果制冰时的电价是0.2元，你预测3点电价是0.6元，你用冰省了钱，感觉很划算。但你预测6点电价会暴涨到0.9元。那么，3点用掉这块冰的真正代价（机会成本），就是你放弃了6点在0.9元的高价时用它来省更多钱的机会。通常如果当“外卖”（网购电）太贵时，理性的选择就是吃“剩饭”（用冰）。这是最直接的省钱逻辑。但问题没那么简单，因为“剩饭”（冰）是有限的。所以，精明的运营商不会只看眼前电价高低，而是会像一个投资人一样判断：我现在是应该“消耗”这份储能（冰）来获取眼前收益，还是应该“持有”它，等待未来更高收益的时机？这才是冰蓄冷虚拟电厂运行优化的精髓：从“电费节约者”转变为“能源资产管理者”。

优化模型：实现价值最大化的引擎

在理解冰蓄冷空调系统的能量时移特性和机会成本的概念后，接下来就可以开始构建冰蓄冷系统运行优化模型。在理想情况下，忽略传输损耗，冰蓄冷系统每时每刻的冷量供应必须精确匹配建筑的冷量需求。这一实时冷量平衡关系可以表述为：

建筑逐时冷负荷 = 基载主机供冷量 + 双工况主机供冷量 + 蓄冰槽融冰供冷量

然而，对于虚拟电厂参与电力市场而言，最终交易的是电能，而非冷量。因此，上述冷量平衡关系需要转化为系统输入电功率的计算公式。初步来看，系统的电耗来自正在运行的主机：

系统瞬时耗电 ≈ 基载主机耗电 + 双工况主机（供冷模式）耗电

但这里有一个关键细节：蓄冰槽在放冷时本身并不耗电，其所释放的冷量，是双工况主机在之前的电价低谷时段，以“制冰模式” 提前消耗电能“储存”下来的。因此，一个完整的、贯穿整个运行周期的系统总能耗费计算，必须将这部分“预支”的电能也核算在内。所以，更全面的视角是将双工况机组的全部工作统一考量：

系统总电能成本 = 基载主机总供冷电耗 + 双工况主机（制冰 + 供冷）总电耗

冰蓄冷系统优化运行的核心目标是：在精确满足未来24小时建筑冷负荷需求的同时，实现全天总运行电费最低，其数学表达式可表述为：

最小化总电费成本=Min (Σ[基载主机供冷耗电 + 双工况主机（制冷/制冰）耗电] × 时段电价)

为实现该目标，需协同优化以下三个关键决策：

何时启动双工况主机？

应选择制冷模式还是制冰模式？

每个时段应使用多少蓄冰？

这些决策必须在以下多重约束条件下协同工作，以实现系统运行的经济性最优：

冷量平衡约束：总供冷量 ≥ 冷负荷需求

设备能力约束：各设备出力不超过其额定能力

冰槽容量约束：冰量始终处于安全运行范围内

模式互斥约束：双工况主机不能同时运行制冷和制冰模式

利用Excel规划求解实现优化调度

值得注意的是，上述模型是一个典型的带约束条件的线性优化问题。利用Microsoft Excel内置的规划求解工具，无需专门编程即可高效求解最优方案。具体实施步骤如下：

第一步：建立基础数据表

创建包含24小时数据的完整表格，包括时段、预测电价、冷负荷预测等基础信息，以及基载制冷、双工况制冷、双工况制冰、冰槽放冷等决策变量。 

第二步：设置计算公式

根据设备特性设置耗电量计算公式：

时段耗电量 = 基载制冷量/基载制冷能效比 + 双工况制冷量/双工况制冷能效比 + 双工况制冰量/双工况制冰能效比

时段成本 = 总耗电量 × 预测电价

冰槽余冰量：首时段为初始冰量，后续 = 上时段余冰量 + 本时段制冰量 - 本时段融冰量

第三步：配置并运行规划求解

1.打开规划求解：在Excel的“数据”选项卡中，找到并点击“规划求解”。

2.设置目标：选择“总成本”单元格，并选择“最小值”。

3.设置可变单元格：选择所有决策变量区域（基载制冷、双工况制冷、双工况制冰、冰槽放冷、模式标志）。

4.添加约束：这是保证方案可行的关键，点击“添加”按钮逐一设置：

5.选择求解方法：选择“单纯线性规划”（Simplex LP），因为我们的模型是线性的。

6.求解：点击【求解】按钮，按钮，规划求解器将自动运行并输出最优方案。

实战效果分析

（一）场景设定

某建筑制冷站采用冰蓄冷空调机制，制冷站包括一台基载主机，额定制冷量为1934kW，COP=5.0；4台双工况主机，额定制冷量3165kW(COP=4.5)，额定制冰2300kW(COP=3.0)；冰槽最大容量为70000kWh，最大融冰速率为14000kW。预测次日的电力现货市场日前价格和制冷需求如图所示：

（二）运行优化策略

通过模型求解，冰蓄冷系统基载主机、双工况主机、蓄冰槽的运行策略如图3所示，在1:00—7:00低负荷低价期间，蓄冰槽全力蓄冰；在8:00—21:00高负荷期间，根据价格信号智能选择最优组合。因为基载主机的能效比COP最高，因此在需要主机供冷的情况下都由基载主机优先制冷，基载主机满载后才由双工况主机进行供冷。 

（三）优化效果分析

如图3、图4所示，模型追逐电价曲线，适时切换双工况主机和蓄冰槽的工作模式进行制冰和制冷，在1:00—7:00低负荷低价期间，蓄冰槽全力蓄冰；在8:00-21:00高负荷时段，冰蓄冷系统通过蓄冰槽供冷降低了用电负荷，使用电负荷一直维持在4606kWh上下，起到了非常好的负荷平衡调节作用。在11:00-12:00电价最高价期间，模型加大了蓄冰槽供冷量，大幅减少用电负荷，达到了最大“套利”效果。全天单位蓄冰成本0.0614元/kW，平均融冰供冷单价1.0025元/kW，套利价差达0.9411元/kW。

结语

通过Excel规划求解，我们无需编程就能够将复杂的冰蓄冷系统优化问题转化为可计算、可执行的调度方案。在动辄数十万的专用优化软件面前，Excel规划求解提供了一个低成本、高效率、易上手的替代方案。尽管它的操作逻辑和实现路径并不复杂，却以贴近实际需求的实用性，为中小型虚拟电厂运营商提供了参与电力市场的有效工具。此次将这个方法分享出来，也是希望能与行业同仁交流探讨，或许能为更多人应对类似问题提供一点参考，共同挖掘这类简易工具在实际场景中的更多可能。