随着我国流域水能资源的开发规模进一步扩大,统一管理、集中控制流域梯级电站机组,对充分发挥梯级水库联调作用,提升水电站发电效益有着重要意义。梯级水电站群短期及实时优化调度是直接指导水电机组安全运行,实现水电调峰、出力、流量或水位控制等目标,落实电网精细化出力要求的重要依据。梯级水电站群短期及实时优化调度问题是典型的多维度、多约束、复杂的非线性优化问题,也是水电能源优化运行领域的研究热点之一,至今难以找到具有普适性的最优求解方法。本文以清江梯级水电站系统工程实例为主要研究对象,在现有理论方法的基础上,围绕梯级水电系统短期及实时联合优化调度面临的关键科学问题和技术瓶颈,就水电站厂内负荷分配方法、电力电量平衡约束下的非实时计划编制、梯级实时调度方法等进行了问题分析、建模仿真、实例计算等研究工作,主要内容和成果如下:(1)以水电站机组为研究对象,构建了发电耗流量最小的厂内负荷分配模型,引入了一种动态机组组合表,并通过与启发式迭代修正的等微增率算法相结合,实现了对于厂内负荷分配问题的求解。动态机组组合表综合考虑了机组最小开停机持续时间约束和耗水率大小,结合最少开机台数原则确定机组组合,为等微增率方法分配负荷奠定基础。利用启发式信息对传统等微增率方法的计算结果进行迭代修正,使机组出力结果满足各项约束。通过对隔河岩电站进行实例计算,验证了上述模型和计算方法的有效性,降低了水电站调度期内的发电耗水量。(2)以梯级水电系统为研究对象,分析了梯级非实时计划编制的主要内容和具体要求,构建了以梯级发电消耗水位势能最小为目标的梯级站间非实时负荷分配模型,运用了逐次切负荷算法求解梯级电站初始解,对上下游具有直接水力联系的两个电站引入了“对偶电站”系统概念,并提出了POA自适应廊道寻优方法逐时段寻优方法,调用电力电量平衡修正策略调整后续时段出力,弥补当前时段寻优计算过程中出力变动引发的电量偏差。通过对清江梯级电站进行实例计算,本文所提模型及求解方法能够在满足上述约束的前提下,有效降低梯级发电耗能,提升梯级发电效益,实现经济化调度目标。(3)以梯级水电系统实时调度过程为研究对象,建立了以水位势能消耗量最小为目标的梯级实时负荷分配模型,考虑了实时调度过程中电网潮流断面出力要求,引入了基于电量偏差率的电站序位计算方法、考虑上下可调空间的电站组合方法和厂间负荷分配策略为一体的系统性求解策略。结合前文所提到的厂内负荷分配方法,实现了实时响应梯级负荷波动的精细化出力计划编制。清江梯级电站实例计算结果表明,本文所提出的求解方法可以有效地满足梯级负荷实时变化要求,尽量减少各电站的实发电量与合同电量的偏差,从而更好地实现实时调度方案与短期调度计划的衔接。最后对本文研究内容进行了总结,并对有待进一步细化研究的科学问题进行了简要阐述。