风力发电作为可再生能源发电的主要形式之一,因其具有的自动化水平高、成本低等优势而获得了广泛的研究与应用。作为主流风力发电形式之一的永磁直驱风力发电系统更是凭借简单的组成结构、高效率的发电模式、以及接入电网的优越性能而受到了更多的青睐。风力发电技术的研究热点主要集中于提高该系统的最大风能捕获与并网电能质量。其中,电力电子变流器和并网滤波器作为永磁直驱风力发电系统的重要部件,其性能的好坏直接决定了风力发电质量的高低。在以往的建模、分析和控制研究中往往将电感、电容元件认为是整数阶元件。但随着分数阶微积分的研究深入,人们发现实际应用中的电感和电容元件在本质上是分数阶的,其电学特性会随着阶次的改变而变化,进而对系统的动、静态特性产生重要影响。因此,本文将分数阶微积分引入到永磁直驱风力发电系统,对其进行分数阶建模、分析和控制。首先,对分数阶与整数阶电感、电容元件的电气特性进行了详细对比;基于分数阶电感、电容元件的分数阶特性,推导出分数阶LCL（fractional-order LCL,FOLCL）滤波器的数学模型,得出了FOLCL滤波器能够从根本上避免谐振的理论依据。其次,通过仿真实验分析了FOLCL滤波器的频率特性,并讨论了分数阶电感、电容元件阶次对FOLCL滤波器的影响,确定了性能更优的FOLCL滤波器元件阶次取值;通过对本文设计的FOLCL滤波器与整数阶LCL（integer-order LCL,IOLCL）滤波器在并网电流、功率因数、稳定时间和总谐波畸变率等性能指标对比,得出了FOLCL滤波器拥有更加灵活的运行特性的结论。再次,基于上述研究工作建立了基于FOLCL滤波器的风力发电网侧变流系统的数学模型;推导了分数阶双闭环控制结构,并针对网侧变流器的控制设计了PIλ（fractional-order PI,FOPI）控制器,通过截止频率处水平相位方法对FOPI控制器参数进行整定;对正常工况与故障工况两种情形下的分数阶与整数阶的网侧变流系统的各项指标进行了对比分析,结果表明分数阶下网侧变流系统在两种工况下的运行性能均具有更优的表现。最后,在机侧变流系统引入并设计了FOPI控制器,利用时域优化方法对转速外环、电流内环的FOPI控制器参数进行整定,在实现最大风能捕获上取得了较整数阶PI（integer-order PI,IOPI）控制器更高的效率。