对于一个包含风电机组和传统同步发电机组的风力发电系统,频率稳定性是一个关键指标,通常由同步发电机支撑。但由于风电机组渗透率越来越高,系统整体的惯性越来越低,有限的同步发电机无法提供所需的有功功率进行频率调节,这就迫切需要风电机组参与调节频率。本文以全功率永磁同步风力发电机组和风电场为研究对象,分别在机组层面和电场层面提出了优化的模型预测控制策略。本文在风电机组层面建立了改善系统频差和永磁系统出力的模型预测控制策略,提出了根据模型预测设计的永磁同步式发电机组对于负荷投切和风速变化引起的电力输出不平衡的控制方法,改善频率振动超过安全临界值的问题。建立了以频率变化率和转矩限制为约束、以系统频差和永磁系统出力为优化目标的优化预测频率调节的模型,输出能够提升电网频率动态特性的转矩增量,并将其用于永磁同步发电机组的出力调整上。通过李雅普诺夫稳定性证明进行闭环系统分析,证明了控制器的收敛性、稳定性等性能。在定风速和变风速下负荷突变的工况下进行了仿真,验证了所提算法的有效性;在风电场层面设计了改善功率跟踪性能、减轻风力涡轮机负荷和系统频差的多目标模型预测控制策略,研究了权重系数的权衡方法。在不同风速、不同权重系数、不同渗透率下仿真验证了频率波动时风电机组对同步机组出力和电网稳定性的影响。