集电系统设计和无功补偿方案,是风电场电气系统设计的重要环节,直接影响风电场的一次投资、场内电能损耗、输出电能质量以及接入系统的运行可靠性。在研究风电场集电系统设计方案的基础上,归纳和分析了集电系统的设计要素：机组的分组与连接方式、集电系统电压等级、集电线路类型、导线型号的选择和搭配、线路布置方式、风电场升压变电站方案等,提出了集电系统优化方法。通过对变速恒频风电机组输出无功功率和风电场电压稳定性的研究,提出了风电场无功控制的优化方法。提出了基于正交试验的风电场集电系统优化方法。将风电场集电系统的生产成本作为优化目标,利用正交试验对不同设计方案的生产成本进行研究,分析影响优化目标的各个因子,从减小生产成本的角度得出各影响因子的有利水平,并将各因子的有利水平进行组合,得到优化后的集电系统设计方案。将优化后的设计方案应用于某风电场,通过实例分析证明所提出优化方法的有效性。提出了考虑无功极限和减小网损的风电机组无功负荷分配方法,一方面最大程度利用变速恒频风电机组输出的无功功率进行风电场无功补偿,另一方面实现无功最优分布,将无功网损降至最低；提出了根据电压稳定性控制可快速调节的动态无功补偿容量,避免无功设备的浪费。对某风电场进行实例分析,证明所提出的无功控制方案可在保证风电场无功平衡和电压稳定的前提下减少集中无功补偿容量,优化风电场无功成本。