水电是可再生清洁能源，开发水电的社会及生态效益较大。与带龙头水库的“一库多级”式水能资源开发方式不同，半开式梯级水电站系统站问没有较大库容，其水力联系紧密，下游电站机组的运行受上游电站影响较大。下游电站在设计时存在动能参数选择不当等问题，致使其实际运行工况偏离设计工况，造成水能资源的浪费或装机容量的浪费，因此需要针对电站的具体情况进行增容改造。本文阐述了国内外半开式梯级水电站的研究与应用现状及水电站增容改造的研究现状，针对具体工程实例进行了研究和探索，主要内容包括：　　(1)结合半开式梯级水电站工程实例，提出了综合考虑上游电站机组特性、引水系统特性和上游水库特性，对上游电站发电引用流量进行迭代求解的方法，求解了半开式梯级水电站的流量特性。发现：上游电站的下泄流量与库水位密切相关，下泄流量的大小由水轮机工作特性所决定。当上游库水位使水轮机工作水头达到额定水头时，上游电站的下泄流量达到最大值：当水轮机工作水头高于或低于额定水头时，水轮机工作位置均会偏离额定工况点，致使通过水轮机的流量减小。　　(2)研究了半开式梯级水电站系统中，上游电站水轮机运行工况在出力限制线附近改变，机组处于不同的超发和欠发状态时，半开式梯级水电站流量特性的变化规律。发现：适当改变上游电站水轮机的运行工况可以在一定程度上改善下游电站的发电引用流量，为下游电站的运行创造良好条件。一方面，可以适量增加下游电站的发电引用流量；另一方面，可以使下游电站发电引用流量在运行范围内趋于平稳。　　(3)针对半开式梯级水电站中，下游电站机组设计参数与实际运行参数不匹配的问题，采用更换水轮机转轮的方法对其进行增容改造。其中，下游电站装机容量的选择是一个难点。本文将半开式梯级水电站系统中的下游电站看作无调节水电站，根掘历史实测库水位，并结合半开式梯级水电站的流量特性，对其水利动能参数进行了计算，获得了不同装机容量对应的年均发电量、年利用小时数、设备利用率及径流利用系数，由此可以方便的选取下游电站的装机容量。　　(4)研究了半开式梯级水电站系统中，通过充分发挥上游电站引水系统的过流能力，利用剩余流量对上游电站进行并联扩机增容，间接增加下游电站发电引用流量的方法。通过对不同扩机方案的比选，发现：扩机容量与剩余流量相互制约。当扩机容量较小时剩余流量得不到充分利用，造成水能资源的浪费；当扩机容量较大时，剩余流量的不足反向制约装机容量的充分利用。