随着负荷快速发展和碳达峰、碳中和目标的提出,负荷峰谷差逐步增大,大规模可再生能源并网下系统净负荷愈发难以预测,而煤电等灵活性较强的机组的装机比例逐渐降低,系统调峰缺额日益增大,弃风与切负荷问题严峻,迫切需要挖掘需求侧响应资源。作为价格型需求响应方式,分时电价通过峰谷差价引导用户“削峰”与“填谷”,可有效抑制负荷波动和缓解供需矛盾。本文首先概述了分时电价机制设计相关研究,全面分析了国内外分时电价政策实行现状,指出用户范围、峰谷电价和峰谷时段是分时电价机制实行效果的关键要素,为后文提供了研究方向,并对其他地区制定分时电价有一定的借鉴意义。其次,分析了分时电价对发电侧、电网侧、用户侧的效益影响,讨论了分时电价机制下多种主要用户电价电量响应行为,并分析了分时电价制定的主要影响因素和基本原则,为后续章节奠定了理论基础。再次,针对分时电价下用户范围选择的相关研究几乎空白的问题,提出一种基于用户成本选择用户范围的分时电价优化策略。构建了用户响应分时电价所产生的调整成本函数,假设理性用户以生产总成本最小为目的响应分时电价,建立了用户响应分时电价意愿评估模型,通过理论科学选择用户范围;并建立了用户范围与峰谷电价联合优化模型,利用遗传算法进行求解,结果表明所提模型可合理选择用户范围和制定峰谷电价,引导更多用户响应分时电价,进一步提升削峰填谷效果和社会效益。最后,针对当前峰谷时段仅根据负荷曲线数值大小而单独划分,未能反映峰谷时段与峰谷电价设计和用户响应行为的相互作用机理的问题,提出了一种季节性分时电价与峰谷时段双层优化模型。建立考虑风电不确定性的电源与电网规划模型,挖掘了分时电价实行的具体经济效益;构建了实行分时电价后各主体的效益模型和用户响应不确定性下各主体效益约束条件;进而建立了考虑源网规划的季节性峰谷电价与峰谷时段双层优化模型,使得分时电价的制定能充分考虑峰谷电价、峰谷时段和用户响应行为的相互作用;同时引入辅助变量转化下层峰谷时段优化模型的非凸双线性项,使得模型更适用于工程应用;并在IEEE 30节点系统进行了仿真,结果证明了所提模型能制定更优的峰谷时段和峰谷电价,可有效应对净负荷出力不确定性并降低系统总成本和弃风与切负荷量。