由于風力發電系統是個典型的多變量、強耦合、非線性系統，不易進行精確的數學建模，這樣一來，通過常規方法進行風電機組控制系統設計的可行性與有效性大大降低。然而，模型預測控制技術恰恰是針對這一類問題而提出的，它可以通過數學算法對系統模型進行估計，得到預測模型，再通過預測模型設計控制算法，對風電機組實施合理、有效的控制，以便改善運行可靠性、提高運行效率。
　　在風力發電系統中，風資源是整個系統源動力，它的隨機性和多變性是不容忽視的，對于風資源進行預測是控制系統設計過程中的首要問題，使用模型預測算法對風速進行預測，對于風電機組控制可以起到關鍵作用。為了提高風電場短期風速預測的精確度，可以將小波分解法、經驗模式分解法及最小二乘支持向量機相結合等其他方法對風速時間序列進行短期多步預測建模，并且可以通過風電場風速容許區間預測方法來解決單次預測誤差過大的問題。
　　通過預測控制算法對風力機變槳距系統進行調節，預測控制過程可以采用雙模型切換來解決由于電液比例變槳距執行機構的差動回路設計和風力負載的單方向性造成槳葉順槳和逆槳時系統模型不一致的問題。進行變槳距控制后，再依據運行工況進行模型預測控制，不但解決了風電機組系統模型難以精確建立的困難，而且去除了可測量的主要外擾——風速隨機變化對系統動態控制品質的影響，從而提高了變距系統的響應快速性和抗干擾能力。
　　此外，還可以從風力機運行特性出發，結合風力機在不同工況點的非線性模型，提出了先進的控制算法的非線性模型預測控制（NMPC）來實現最大風能捕獲以及風力機全工況運行的最優控制，獲得最大功率輸出。將數據挖掘算法和模型預測控制結合起來控制風機系統，可以對風速、湍流強度以及輸出功率等目標實現良好的控制。在變流器來控制方面，應用線性模型預測控制器提供關鍵的控制信號來控制整流逆變器的觸發角來調節直流電壓，并且盡可能地減小理論電壓值與實際電壓值之間的差值，實現最大風能捕獲，提高發電質量。
　8 H∞魯棒控制在風力發電系統中的應用

魯棒控制理論是在H 空間( 即Hardy 空間)，通過某些性能指標的無窮范數優化而獲得具有魯棒性能的控制器的一種控制理論。將魯棒控制理論用于風電機組的穩定運行控制應是最佳的選擇。因為風能在不斷隨時間變化，對于風電機組任何一個子系統，當風能激勵時，系統的動態響應的能量增益最小，也就是的范數最小時，控制系統輸出的不穩定力也最小，并保證系統按照既定的目標軌跡運行。
　　風能是一種波動性能源，風速脈動往往引起風電系統輸出功率脈動。變槳距風電系統功率控制系統的參數具有擾動性，對于槳距控制器的設計，針對系統參數的不確定性提出逆系統魯棒補償方法以抑制系統參數的擾動，可以在風速任意波動條件下有效地控制風電系統的輸出功率水平，并且對參數化和非參數化擾動具有較強的魯棒性。采用基于動態逆的非線性內模控制方法設計風電機組在額定風速以上工作時的槳距角魯棒控制律，可以使輸出功率維持在額定值附近。利用非線性魯棒控制技術設計的控制器，既可以實現發電機輸出有功功率和無功功率魯棒解耦控制，同時使轉子勵磁控制具有魯棒干擾抑制作用。
　　在風速和風向不斷變化的情況下，捕獲最大風能、提高風能利用率是高效風力發電系統要解決的問題之一。采用魯棒PID 控制器設計轉速控制系統，可以使變速風力發電機在設計風速范圍內穩定運行，而且依靠變速控制系統能夠實現低風速區的最大風能跟蹤和高風速區的恒功率控制。由于變速恒頻風力發電系統受風能不確定性和不穩定性的影響，采用魯棒控制方法設計的控制器，使系統對參數不確定性及負載擾動具有較強的魯棒性，并且能快速地跟蹤風速，提高風能利用率。