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随着我国风电开发建设进入高峰期，大规模、大容量、高密度、集中式集群风电场出现在各大风电开发区域。集群风电场需要大量的无功补偿设备以满足并网要求。因此优化集群风电场中无功补偿装置合理配置并实现集群风电场的潮流分布优化，降低集群风电场区域有功网损，提高集群风电场整体电压水平，是十分有必要的。基于此背景，本文对集群风电场中不同风机、不同无功补偿设备及其对集群风电场电压无功特性的影响、优化算法选取、集群风电场无功优化等方面展开研究。 根据集群风电场中高密度、大容量的特点，总结鼠笼式、双馈式、永磁直驱式风机模型及其无功特性，对不同无功补偿装置的无功特性进行了详细分析；分析了恒频恒速、恒频变速机组下集群风电场的无功电压特性，并对不同类型风电机组集群风电场分别采用TSC+TCR型SVC、STATCOM、自动投切电容器补偿方式的补偿效果进行了对比。根据集群风电场无功优化多变量混合、多约束共存的特点，提出了遗传算法与粒子群算法优势互补的改进遗传粒子群（GA-PSO）优化算法，并在遗传算法中引入随机匹配策略与进化保留策略，在粒子群算法中引入惯性权重，提高了全局搜索能力及收敛速度，并通过测试函数验证混合优化算法的优越性。以新疆某集群风电场为无功优化算例，对集群风电场等值建模过程中考虑了集电线路的等值损耗功率，并基于集群风电场一年时间内各风电场输出功率梯度的概率密度分布，以加权平均的方法得到各风电场出力值，满足风电场大多数运行状况。建立计及集群风电场网损最小、电压偏差小的无功优化目标函数及其约束条件，并将集群风电场中恒频变速风电场视为无功电源，通过改进GA-PSO优化算法求解得到该集群风电场的无功运行目标函数最优值。结果验证了该优化算法可提高集群风电场电压水平，并降低其网损率，实现集群风电场高效经济运行。