频率是电力系统的关键参数之一,直接影响发电设备和负荷的正常运行。为减少环境污染,降低对不可再生能源的依赖性,新能源发电并网容量日益增长。因其具有随机性、不可预测性等特点,电力系统频率质量总体呈下降趋势。与传统发电侧调频方式相比,以具有储能特性的家用负荷作为调频主体的需求侧调频具有响应速度快、环境友好等特点。针对电热水器负荷,本文从聚合模型构建和需求侧调频控制策略两方面对其需求侧调频能力展开研究。首先,分析了电热水器的能量交互原理并构建了单台电热水器模型,验证了单台模型的准确性;确定了电热水器负荷群的关键聚合参数分布情况,构建了家庭用水模型;基于蒙特卡洛法构建了电热水器聚合模型,计算了由聚合方法引起的误差;通过仿真,分析了关键参数对电热水器负荷需求侧调频能力的影响。其次,分析了电热水器的控制方式,提出了需求侧自适应调频控制策略;基于状态序列法理论分析了电热水器聚合负荷响应电力系统高、低频事件的调频过程,分析了温度设定点变化引起的恢复波峰和波谷现象的原因;通过算例仿真,给出了温度设定点变化大小和频率事件发生时段对电热水器聚合负荷调频备用容量的影响,比较了电热水器负荷对高、低频事件的响应能力,确定了电热水器聚合负荷对高、低频事件响应能力的变化趋势;分析了电热水器负荷对于连续变化的温度设定信号的响应能力。然后,分析了传统调频特性;基于需求侧自适应调频控制策略分别提出了电热水器负荷响应电力系统一次、二次调频的协调方式,基于有限状态机确定了电热水器负荷响应电力系统一次、二次调频的状态变更情况;给出了一次调频动作时间内响应重大频率事故时电热水器负荷的协调方式。最后,构建了电力系统等值一次、二次调频模型;通过仿真验证了电热水器聚合负荷响应电力系统一次、二次调频的有效性,给出了不同参数设置对电力系统频率调节的影响;构建了风机并网调频模型,评估了含可控电热水器负荷的电力系统的极限风电渗透率。