在一條河流上修建的、上下遊互相聯繫的一系列水電站。又稱水電站梯級。為瞭充分利用天然河流所蘊藏的水力資源，往往在一條河流上不僅建造一座水電站，而是根據河流的地形、地質、水源等條件，同時考慮水庫淹沒損失的大小和各用水部門的要求，將擬開發的河段分成若幹級，分別建設水電站。這些水電站的正常蓄水位常與上一水電站的正常尾水位互相銜接（見河流梯級開發），此外，在發電引水流量、發電能力、綜合利用要求，以及向電網聯合供電的方式等方面，也都有密切關係。在選擇河流梯級開發方案時時，應考慮以下原則：①各級水電站要爭取首尾相連，充分利用全河流落差；②盡可能修建水庫以調節流量，提高對河流流量的利用率，特別是要爭取在上遊梯級建造較大的龍頭水庫（把一條河流上的梯級水電站看成一條“龍”，其上遊梯級視為“龍頭”），以提高全河流所有梯級電站的保證出力、調峰能力和發電量；③減少因築壩所引起的淹沒損失；④梯級中各水電站的佈置形式應根據其地形、地質等條件選定，但各用水部門對上、下遊水位、流量等常提出互相矛盾的要求，為尋求一條河流上水電站梯級的最優開發與運用方式，以達到最大的經濟效益和平衡各部門的用水要求，需要進行復雜的分析比選。
國外已建成哥倫比亞河（美國）和葉尼塞河(蘇聯)等大河流的梯級水電站。中國在龍溪河、以禮河、貓跳河、古田溪、永定河等中小河流上已建成許多梯級水電站，取得瞭很好的經濟效益。經規劃選定的黃河上遊水電站梯級開發方案（見圖），在龍羊峽至青銅峽全長1023km的河段上，落差達1465m，共佈置14個或15個梯級（黑山峽河段采用一級或二級開發），總裝機容量達1396.6萬kW。其中，龍羊峽水電站、劉傢峽水電站及鹽鍋峽、八盤峽、青銅峽等五座水電站已建成發電，李傢峽、大峽兩座水電站也已開工興建。全河段的這些梯級水電站全部建成後，對發展中國西北地區的國民經濟將會發揮巨大的作用。