随着间歇式可再生能源渗透率的不断增加,电网功率波动加剧,电力系统运行调度面临新的挑战。需求响应作为物联网和智能电网的关键核心技术之一,能有效提高系统运行效率,而变频空调负荷作为优质的需求侧管理资源,通过合理调度有助于提升电网的供需平衡能力。不过变频空调单体功率小、数量庞大,如何有效评估大规模变频空调负荷群的响应潜力并建立面向控制的聚合模型仍是亟待解决的问题。本文围绕变频空调负荷参与需求响应的控制方式、响应机理、响应潜力评估、聚合建模方法与集群控制策略展开研究,主要研究内容如下:首先,针对变频空调负荷功率波动的问题,提出了一种基于变斜率系数的频率控制策略。为了描述室内空气与固体物质间的热传导过程,提高模型精度,本文基于二阶等效热参数模型建立了变频空调负荷模型;在分析变频空调负荷参与需求响应的机理和控制方式的基础上,结合常规温度控制和频率控制的优点,并考虑用户舒适度,提出了一种以改变频率特性曲线斜率为基础的频率控制策略。仿真结果表明,所建立的变频空调负荷模型能够准确地描述室温和固体物质温度的变化情况,而基于变斜率系数的频率控制策略不仅消除了功率波动,还实现了对于频率的连续调节。其次,针对变频空调负荷缺乏统一的潜力评估方法的问题,提出了一种大规模变频空调负荷群的需求响应潜力评估方法。定义了相关的潜力评估指标,并且定量评估了大规模变频空调负荷群参与需求响应的各方面性能。与此同时,分析了不同外界因素对负荷群需求响应潜力的影响。仿真结果表明,所提出的需求响应潜力评估方法能有效评估大规模变频空调负荷群在不同环境和用户条件下参与需求响应的潜力,减小了由于变频空调负荷不可预测性带来的负载波动风险。最后,针对缺少直接面向控制的变频空调聚合建模方法的问题,建立了面向控制的聚合变频空调负荷模型,并设计了基于反推控制的聚合变频空调功率跟踪控制算法。大规模变频空调参与系统调控的关键是建立一个面向控制的聚合模型,本文以频率设定值变化率为基础,建立了变频空调负荷动态传输模型,进一步利用有限差分法离散得到聚合变频空调负荷自由响应模型和强制响应模型;基于反推控制原理,设计了聚合变频空调负荷功率跟踪的控制算法,并利用Lyapunov稳定性理论证明其收敛性。仿真结果表明,聚合模型能够表征变频空调集群负荷特性,通过控制算法可改变频率与温度差的电气量关系,最终实现了对于功率参考曲线的快速准确跟踪,有效改善了需求响应效果。本文通过对变频空调负荷聚合模型和集群调控策略的研究,为变频空调负荷参与电力系统辅助服务提供了模型和控制基础,对于推动需求侧资源作为控制手段以支撑电力系统功率平衡提供了新的解决思路。