随着我国社会经济的发展,能源和环境问题日益突出。我国水力资源丰富,为社会经济发展提供了有力的能源保障。大力开发水能资源,是保障能源安全、保护生态环境、实现可持续发展的一个重要举措。水电站水库调度是水库运行管理的重要环节,调度水平的高低直接影响其综合利用效益的发挥。高效的水库调度方式,能够在不增加硬件投入的情况下,获得可观的社会效益和经济效益,并有利于优化能源结构、促进节能减排目标的实现。本论文在国内外水电站水库调度研究现状的基础上,以水电站优化调度系统结构的识别与应用为主线,提出了基于聚类分析的水电站水库优化调度系统结构识别方法和基于优化调度系统结构的水电站隐随机调度规则制定方法。利用提出的方法识别了金沙江中游梯级水电站水库优化调度系统结构,并在所识别的系统结构的指导下,制定了该梯级水电站水库的隐随机调度规则,建立了龙盘水库年末消落水位预测模型。论文主要包括以下研究成果：(1)提出了基于隐随机思想的水电站水库优化调度系统结构识别方法。首先求解优化调度模型获得表征系统特征的样本数据；其次从样本数据中初选聚类指标,并根据提出的基于距离基尼系数的交叉指标构造方法、基于基尼系数的时间序列降维方法和基于相关系数的指标体系的结构降维方法,对聚类指标进行预处理,利用改进的K-means算法对指标体系进行聚类；然后通过对典型年调度过程的深入分析,提取各聚类的系统特征；最后对各聚类的系统特征进行归纳,识别系统结构。(2)考虑(系统)临界引用流量约束的梯级水电站定出力试算模型。定义(系统)临界引用流量表示水电站(系统)不发生弃水的最大引用流量,并分析了最大过水能力与临界引用流量的关系。在传统梯级水电站定出力试算模型的基础上添加了(系统)临界引用流量约束模块,实现了对需要以(系统)临界引用流量为上限的调度需求的兼容。(3)金沙江中游梯级水电站水库优化调度系统的结构识别与最优性分析。利用本文提出的系统结构识别方法,识别了金沙江中游梯级水电站水库优化调度系统的结构。结果表明,金沙江中游梯级水电站水库优化调度系统是分段线性结构系统,该系统在任一水利年度的输出过程均由“保证出力”、“递增流量”和“临界引用流量”三个基本元素,根据来水的丰平枯,按一定规律组合而成。最后对组成系统输出过程的三个基本元素的最优性进行了分析。(4)提出了基于优化调度系统结构的水电站隐随机调度规则制定方法。针对隐随机调度规则缺乏机理支撑的不足,在传统隐随机调度规则制定方法基础上,添加了优化调度系统结构识别模块,即在识别的优化调度系统结构的指导下,建立有机理支撑的隐随机调度规则。以金沙江中游梯级水电站为例,在识别的该梯级水电站的线性系统结构的指导下,建立了以水利年度总可用能量为自变量、以各月出力为决策变量的线性调度函数,并据此绘制了总能量调度图。同时为了充分发挥传统常规调度图和本文总能量调度图的优势,进一步提出了组合调度规则,并分析了组合调度规则的效益。(5)构建了基于优化调度系统结构的多年调节水库年末消落水位预测模型。以识别的优化调度系统结构为指导,提出了构建有机理支撑的多年调节水库年末消落水位预测模型的思路。以金沙江中游梯级水电站为例,在识别的该梯级水电站线性系统结构的指导下,建立了以水利年度总可用能量为自变量的龙盘水库水利年末水库蓄水位分段线性预测模型,通过与水利年末蓄水位到日历年末消落水位的转化模型耦合得到龙盘水库日历年末消落水位预测模型,并与已有模型的预测效果进行了对比分析,对模型的预测效果进行了评价。