需求响应是需求侧管理在竞争性电力市场中的发展。利用价格信号与激励机制的需求响应项目是保证系统安全可靠和经济运行的重要措施。随着电力市场改革的不断深入以及智能电网的兴起，已有多个国家建立了基于市场化运作的需求响应项目，因此迫切需要建立适应电力市场的需求响应理论与应用体系。作为国家重点基础研究发展计划(973计划)资助课题“电力市场对电力系统可靠性的影响研究”(2004CB217905)的一部分，本文对电力市场下需求响应理论及其应用层面进行了探索性研究，并在与需求响应相关的电价制定、项目决策、风险管理和智能电网等方面取得了一系列进展。主要研究工作如下：

1)　在基于价格的需求响应项目中，丰枯电价与尖峰电价都是重要的实施手段。基于对用户历史数据和电力消费行为的分析，通过建立丰枯电价的电量电价弹性矩阵来反映用户对丰枯电价的响应，提出了丰枯季节用电量差异率、水火互济指数和电网公司实施丰枯电价的风险度的概念。由此建立了一种有效的用于制定合理的丰枯电价的电价水平的决策模型，该模型可以有效平衡电网丰枯季节负荷，促进水火互济和实现资源优化配置。作为一种灵活的电价机制，制定合理的尖峰电价实施策略并选择合适的尖峰日是其成功的关键。在分析尖峰电价费率体系和实施过程的基础上，利用电量电价弹性矩阵来反映用户对尖峰电价的响应，采用复合电价模型来预测电力批发市场电价，由此建立了兼顾用户和供电商的利益的尖峰电价决策模型，该模型可以节省用户的电费支出，降低供电商的购电费用以及规避批发市场的购电风险，实现多方共赢。

2)　在基于激励的需求响应项目中，直接负荷控制(DLC)与需求侧竞价都是重要的实施手段。在分析电力市场下DLC实施过程的基础上，将DLC应用于供电商购售电风险管理，并探讨了供电商实施DLC的效益。利用模糊隶属度函数来反映用户的综合满意度，并提出了DLC调度的公平性指标。由此建立了兼顾供电商和用户利益的多目标DLC优化决策模型，该模型可以保证DLC各参与方的利益，实现多方共赢。针对分段交易规则的特点，结合需求侧竞价的多种实施机制，将分段竞价机制扩展到需求侧，建立了需求侧参与的双边分段竞价机制理论框架。基于电力联营体模式，采用分段竞价规则，电能的卖方和买方可以在双边分段竞价市场中进行集中交易。详细分析了双边分段竞价市场的运作机制包括分段方法、竞价规则和市场出清模型等方面的内容。该市场框架可以促进电力市场下需求侧的有效参与，有效加强电力供给侧与需求侧的联系。

3)　有效的风险管理可以促进需求响应与高效的电力市场。作为经济学上最有效的零售电价机制，需求侧实时电价(RTP)是电力市场下需求响应的重要手段之一。通过结合RTP相关的各类套期保值合同，RTP的价格波动风险可以在市场参与者之间合理分摊。采用无套利定价原理推导了RTP套期保值合同的定价模型。基于条件风险价值法，建立了综合考虑用户购电成本与购电风险的决策模型，用于不同风险喜好的用户制定合适的套期保值策略，包括RTP套期保值合同的选择与负荷最优套期保值比例的选择。实施RTP让供电商可以将电价风险有效地转移给用户，但供电商需要根据RTP下用户购电风险决策的结果来进行购售电风险管理。对RTP下供电商在购售电市场的成本、收入与风险进行了综合分析。购电侧重点考虑了日前市场和普通/分段双边合同，售电侧考虑了基本RTP合同与各类RTP套期保值合同。基于条件风险价值法，建立了不同风险喜好供电商的最优购电组合决策模型。

4)　全球范围的智能电网研究与建设热潮正在给中国电力行业带来新的机遇与挑战。总结了国内外开展的智能电网研究与实践，以及智能电网与需求响应协作的研究进展。从需求响应的视角，对智能电网与需求响应的协作进行了系统阐述，包括需求响应相关的智能电网技术、智能电网与需求响应的协作效益。结合中国电力行业的发展现状，提出了在中国协作开展智能电网与需求响应的建议与设想。虽然实施需求响应的效益已经有较明确的分类，但如何对需求响应的效益进行公平合理地量化以满足各利益相关方的要求，是一个亟待解决的问题。智能电网的兴起极大地促进了需求响应项目的计量与核实。在智能电网的背景下，提出了多种需求响应期权，包括针对用户不同的响应方式而设计的4种价格型需求响应期权，以及针对需求响应与风电配合而设计的风电型需求响应期权，并利用Monte　Carlo模拟法对智能电网下的需求响应期权进行了定价。