双馈感应式发电机具有技术成熟、结构简单、转速调节范围大以及实现了有功功率和无功功率的解耦控制等优点。因此,变速恒频风力发电系统大量使用双馈感应式发电机。然而,由于风力的不稳定性和大量电力电子设备的接入,大规模风电并网将对电力系统带来较大的冲击,需要采用先进控制策略加以解决。分数阶理论的发展为风力发电系统并网控制带来了新思路,分数阶PIλDμ控制器引入λ和μ两个分数阶阶次,扩充了传统PID控制的灵活性,提升了控制的精确度。本文以Grunwald-Letnikov定义下的分数阶微积分算子作为理论基础,针对双馈感应风力发电机并网系统的特点,对改进式Oustaloup滤波算法进行了专项优化;将分数阶算子引入电机建模中,搭建了分数阶下的电容模型,解决了传统整数阶模型无法准确模拟感应电机暂态状态的问题,验证了分数阶建模的可靠性和准确性;将分数阶PI控制方法应用于双馈感应风力发电机的并网过程,并进行了仿真研究,仿真结果证明,分数阶PI控制能有效改善风电并网系统的动态响应过程,提高对短路故障的冲击抵抗能力。本文的主要工作如下:(1)分数阶算子的有理化实现。本文基于Grunwald-Letnikov定义下的分数阶微积分算子,对改进式Oustaloup滤波算法进行了专项优化。针对双馈感应风力发电机模型的特点,简化了改进式Oustaloup滤波算法相关可变参数的求取过程,为后续研究中最佳分数阶阶次的确定提供便捷。(2)感应电机的分数阶模型。针对双馈感应电机发生故障后单相运行的情况进行了讨论。样机实验表明,传统整数阶模型无法仿真该暂态过程,由此开始考虑分数阶建模。探讨了电感电容参数的分数阶特性,通过改进式Oustaloup滤波算法对双馈感应电机的电容部分建立分数阶模型,并建立电机的分数阶模型进行仿真研究。仿真结果与试验结果一致,解决了传统整数阶模型无法准备描述电机的暂态和故障状态的问题,验证了所建分数阶模型的准确性。(3)风电并网的分数阶PI控制方法。将分数阶理论与PI控制技术相结合,引入了积分项的可调阶次λ,将此阶次的选择范围扩充到全体实数,增加了控制维度,改进了双馈感应电机的控制性能。将改进后的分数阶PI控制器应用于转子控制策略中的功率外环,替代了传统PI控制器,并进行了空载并网和短路故障仿真研究。仿真结果表明:采用分数阶PI控制可以有效降低启动阶段有功功率和无功功率的震荡幅度,使系统能够平稳的进入稳态阶段;在三相短路故障状态下,采用分数阶PI控制方法可以有效降低系统的功率震荡。