风力发电作为目前应用最为广泛的可再生能源发电方式，近年来得到了长足发展。大规模风电场及风电场集群并入电网会对电力系统的安全稳定、经济运行产生诸多影响。因此，有必要在风电场内采取有效的无功补偿措施优化潮流分布，合理调度电网无功分布，减少系统网损，提高电压稳定性。在此背景下，本文对风电场集群出力建模、含风电场集群的电力系统无功规划优化、含风电场集群的电力系统无功优化策略三个方面进行了深入研究。提出了一种新的基于层次聚类法的风电场集群建模方法。该方法根据风电场内各双馈风力发电机受系统侧故障影响程度的差异，判别出机端电压动态响应行为相近的风机。然后定义了机群分类指标，选取合适的分群阈值对风电机组进行分群聚合，建立了双馈机组风电场的动态等效模型。该模型能较准确地反映双馈机组风电场功率输出特性，在工程上具有重要的应用价值。从概率的角度分析了双馈机组风电场出力随机性对电网电压的影响。将随机响应面法应用到含风电场电力系统的不确定分析中，可以快速估计系统电压响应的概率统计信息。以系统有功网损期望值最小为目标函数，建立了含风电场电力系统无功优化模型，并运用免疫粒子群算法求解。在无功补偿装置的容量和位置不确定的情况下，得到无功补偿的最优方案。考虑双馈机组风电场无功调节成本和无功补偿设备投资，提出一种无功综合优化策略。建立“计划优化+实时优化”两阶段优化模型，将双馈机组风电场的无功功率作为实时无功优化的控制变量，利用免疫粒子群算法求解，从而获得系统有功网损、无功补偿设备投资和风电场提供无功成本最小的综合优化结果。将所提出的策略应用到IEEE30节点测试系统，结果验证了两阶段无功优化策略可以满足调度运行的要求，具有良好的实用性。