风能作为一种重要的可再生能源,被广泛开发和利用。大力发展风力发电可以降低一次能源的消耗,节能减排,加快双碳目标的实现,因此研究风力发电的建模和控制是有现实意义的。通过对风能的有效利用,可以将风能转化为机械能,再转化为电能。其中,风力发电机组是风力发电系统中的关键部件,其运行的安全性和可靠性关系到整个发电系统的稳定运行。风力发电是一个复杂的离散和连续量并存的多变量非线性系统,控制策略的选择和控制器的设计对于延长设备寿命、减少风力涡轮机的负载和对电网产生不利影响的功率波动至关重要。本文考虑实际情况,考虑风电运行过程的混杂系统,对其采用Petri网建模。设定参考值和性能约束指标,以随机风为干扰进行模拟风电的运行过程,并设计模型预测控制器实现跟踪控制。首先,以大型变速变桨风力发电系统为控制对象,考虑一个复杂的多变量非线性系统结构的组成和自然环境条件,建立其动态数学模型。其次,风力发电系统会受到许多外部干扰因素及风能的随机性和波动性大的特点,使得风力发电系统建模和控制都是一个复杂过程,本文以风速切换与变速控制技术为主要研究内容。通过分析风力发电机的物理结构、系统各部件的功能、发电原理和控制策略,利用Petri网建立了风力发电系统的Petri网模型。以实际风速为输入,作为风机输出功率的切换,通过仿真,得到了风机的功率切换和功率输出效果以及风速切换过程的混杂系统模型。最后,研究风力发电稳定性输出,对期望的预期功率输出进行跟踪控制。设计广义预测控制器,以模拟的随机风速作为扰动输入,得到预测模型。仿真结果表明,使用广义预测控制策略,系统的实际功率输出能够满足系统控制的要求。