我国西南地区已建成了多个超千万千瓦级水电基地，形成了跨流域、跨电网互联的超大规模水电系统，呈现出梯级规模大、巨型电站多、集中程度高、送电范围广、水力电力耦合紧密等不同于常规水电系统的独特特征，给其调度运行带来了巨大挑战，具体表现为:1.西南水电站群的发电能力远超当地电网的负荷水平，需要远距离跨省区输送至多个电网进行消纳、响应多个电网的负荷需求，面临电网负荷水平差异下的多电网调峰问题;2.西南水电站群在调度过程中需要考虑发电、蓄能、调峰等综合利用要求，面临多目标协调优化难题;3.西南水电群的消纳方式和机组并网情况复杂、梯级上下游之间的水力电力耦合关系紧密，面临着多电网送电约束、回水项托影响等特殊复杂的调度运行条件，无法使用常规模型对其优化调度问题进行精确描述，亟需构建具有针对性的数学模型来满足水电精细化调度需要。针对此，本文以我国西南地区红水河、金沙江两大水电基地为研究背景，围绕多电网负荷响应下的西南水电站群多目标短期优化调度这一主题，分别聚焦电网负荷水平差异下的梯级水电站群多电网调峰问题，水力电力紧密耦合下的水电站群多目标优化调度问题，以及大电网平台下跨流域水电站群协调优化调度问题等三个方面深入开展研究，取得了主要研究成果如下:
　　(1)针对梯级水电站群优化调度过程中面临的高维非线性约束以及多利益主体复杂调度目标响应问题，本文使用非线性规划(NLP)建立了梯级水电站群多目标短期调度模型，并提出分区搜索求解方法进行求解。所提模型以电网余留负荷过程方差最小、水电调度期末蓄能最大为优化目标，采用非线性函数的多项式表征方法，对梯级水电站的非线性发电运行约束进行描述;提出的分区搜索求解方法通过将整个解空间前沿分为数个子区域分别进行搜索的策略，有效提高了所得Pareto解集的分布均匀性。红水河流域北盘江支流的梯级水电站群实例应用结果表明，所提方法可以求得在Pareto前沿均匀分布的解集、获得多个实用化调度方案，满足水电调度的多目标响应需求。
　　(2)跨省消纳梯级水电站群需要在保证水电消纳电量的同时响应多电网负荷需求，面临多层级优化调度目标，同时梯级上下游之间的回水顶托影响更使得下游电站水位状态可以直接影响上游电站的发电效率，极大挑战了已有的调度模型并增加了问题复杂度。为此，本文使用混合整数线性规划(MILP)，建立了紧水力耦合梯级水电站群多目标短期优化调度模型。首先，针对多电网负荷响应需求，提出基于曼哈顿距离的逼近理想点法构建线性化多电网调峰目标函数，同时考虑上下游之间的回水顶托影响，使用变量离散和分段线性化策略建立了紧水力耦合梯级水电站群短期调度的多目标MILP模型，并使用耦合分区搜索策略的改进约束法进行优化求解。红水河流域南盘江支流的天生桥梯级水电站应用结果表明，所提模型保证了模型计算结果的准确性和实用性，且能够均衡响应多个电网的调峰需求。
　　(3)对于机组分别并网向不同电网送电的跨省消纳水电站群而言，以电站为基本单元进行调度很可能得到违反机组发电能力或振动区约束的电站出力计划和电网受电过程，面临计算结果无法成功实施的问题。为此，本文提出了梯级水电站群多电网调峰与厂内经济运行的一体化调度方法。首先针对机组分别并网送电的水电站，提出了电站重构策略以及协调优化求解策略，对重构模式下的各电站最优出力过程进行计算;其次，提出了基于目标规划的水电站厂内经济运行方法，旨在尽量实现最优出力过程的前提下最小化厂内经济运行指标，最后构建了二次规划模型协调计算各个电网的受电过程。金沙江流域的溪洛渡-向家坝梯级水电站的应用结果表明，所提方法可满足机组复杂并网条件下跨省消纳水电站群的发电运行约束和跨省区输电限制，有效响应各电网的高峰负荷需求，具有显著的调峰效果。
　　(4)西南大规模水电系统需要考虑多电网电力需求、电网负荷预测的不准确性、电站之间的水力电力复杂互联关系、以及梯级之间的相互协调问题，其优化调度涉及多个电网和梯级水电站群，面临极大的求解困难。为此，本文针对中、短期时间尺度嵌套下跨省互联的跨流域水电站群协调优化调度问题进行研究，考虑电网多种负荷预测过程，耦合多电网调峰及水电消纳最大需求建立了梯级水电站群中短期多目标跨省消纳模型。之后，提出变尺度求解方法，首先使用混合整数线性规划对大时段步长下跨流域水电站群的初步调度计划及网间电力分配结果进行快速求解，之后则以电站面临负荷过程为关联因子，构建了跨流域水电站协调求解框架，协调优化各电站的中短期发电运行过程。南方电网红水河和金沙江流域的梯级水电站群协调优化调度结果表明，所提方法能够求得切实可行的水电调度结果与电网受电计划，满足跨流域水电站群调度约束，降低了大电网平台下各个省级电网的调峰压力。