风能转换效率始终是风电场关注与研究的重要问题。尽管根据电网、风况、机组运行等参数,对风电机组已实施了优化控制,但因没有系统、统筹实施风电场协同生产策略,还是难以达到最优风能转换目标。处于间歇风速下的风电机组,采取多目标追寻下的独立控制策略,出现尾流作用影响下的、上下游功率输出级联集群机组,降低了下游机组功率输出。受地形、尾流干扰和位置分布等多因素作用影响,采用参数构建级联集群功率协同输出模型难度很大。SCADA历史数据记录了不同工况下机组的多源输入与多维输出,蕴藏着机组状态以及机组间相互影响特性与相关性,是对风电场地形、机组布局和不同风况下机组运行状态的最直接反映。集群机组间的级联特性就蕴含在机组历史运行数据中。风速计算是统筹协同机组功率输出的核心问题。以风电场最大化功率输出为研究目标,以风电场协同功率输出为理念,通过研究机组间的风能转换制约因素以及风速折减与聚合关系特性,形成最大化功率输出控制策略,实现风电场增效生产。研究与分析了集群机组风速级联耦合特性,在机组间的级联相关性的基础上,采用风速耦合强度建立机组级联分割算法,引用谱聚类建立得到机组级联集群计算模型,再从级联集群内甄别出“耦合元”和“聚合元”机组。进一步,研究集群机组的“耦合元”与“聚合元”的风速折减和聚合叠加特性,形成包括机组分布与状态参量为参数的耦合元风速折减计算模型,得到耦合元风速折减基函数;分析聚合元机组的分布特征,研究多来流的聚合分布与汇流形式,考虑不同风速来流间的摩擦耗能,提出了聚合元风速聚合叠加计算模型。应用上下游机组SCADA风速和输出功率,修正并校核机组尾流风速计算模型和输出功率的计算模型,得到了针对不同边界条件下的、上下游机组间风速、输出功率计算模型。最后,以输出功率最大化为优化目标,以轴向诱导因子为优化参量,实现了优化目标下集群“耦合元”与“聚合元”功率最大化协同生产。通过某大型风电场数据验证,本文提出的机组级联集群计算模型,能够很好的反映特定风电场集群级联特性;同时,集群机组风速折减和聚合模型,准确性高,稳健性与鲁棒性较好。本文提出的模型与技术路线,可推广应用在其他风电场,支持制定风电场增效优化策略,有助于提升我国风力发电效率。