当今世界,风能作为可再生能源得到越来越多的重视,大量的资金投向风力发电产业,风力发电技术迎来蓬勃发展,然而随着风电规模的不断扩大,风能随机性与波动性带来的电网电压波动问题日益凸显;如何在提高并网电压质量的同时降低线路有功损耗、如何在发挥风电机组无功调节能力用以提高风电机组出口电压稳定性的同时降低无功越限的风险均备受关注。针对这些问题,本文以双馈式风电场集群为研究对象,对超短期风电功率预测、双馈式风电机组的预测无功裕度以及风电场集群的无功电压分层协调控制策略进行了研究,具有一定的理论意义和应用价值。首先,本文对双馈式风电机组的无功特性进行了分析,进而推导出双馈式风电机组的无功极限关系式;并分析了风电场集群并网点的无功电压特性,总结出无功补偿对于维持集群并网点电压稳定性的重要性;为了降低风电功率波动性带来的影响,探究了波动产生的原因,最终明确了风电功率预测在降低功率波动影响上的作用。其次,为了降低预测误差,以利于精确求解风电机组的无功裕度预测信息,提出了一种基于经验小波变换和最小二乘支持向量机的组合预测模型。在数据预处理过程中采用经验小波变换分解原始数据序列,降低原始数据序列的非平稳性;在预测前采用历史数据对最小二乘支持向量机学习算法进行训练和测试,以提高预测模型的泛化能力,重构数据后再通过预测误差校正,进一步提高预测精度。通过基于实测风电场数据的仿真验证,确定了该预测模型的有效性。最后,提出了一种多层次联合优化的风电场集群控制策略,通过逐层分解优化目标提高策略的可操作性;其中,集群层以提高无功调控过程的安全性和经济性为优化目标,风电场层以风电机组的出口电压波动最小和预测无功裕度最大为无功分配目标,机组层以优先发挥风电机组无功调节能力为前提,以此协调管理各层的无功任务,实现风电场集群无功电压的闭环控制。在Matlab/Simulink的建模仿真中,验证了所提控制策略的有效性和可行性。