变速恒频风电系统的一个重要优点是可以使风力机在很大风速范围内按最佳效率运行。从风力机的运行原理可知，这就要求风力机的转速正比于风速变化并保持一个恒定的最佳叶尖速比，从而使风力机的风能利用系数CP保持最大值不变，风力发电机组输出最大的功率。因此，对变速恒频风力发电系统的要求，除了能够稳定可靠地并网运行之外，最重要的一点就是实现最大功率输出控制。
9.4.3.1 同步发电机AC／DC／AC系统的并网运行
这种系统与电网并联运行的特点是：
（1）由于采用频率变换装置进行输出控制，所以并网时没有电流冲击，对系统几乎没有影响。
（2）因为采用AC／DC／AC转换方式，同步发电机的工作频率与电网频率彼此独立，风轮及发电机的转速可以变化，不必担心发生同步发电机直接并网运行时可能出现的失步问题。
（3）由于频率变换装置采用静态自励式逆变器，虽然可以调节无功功率，但有高频电流流向电网。
（4）在风电系统中采用阻抗匹配和功率跟踪反馈来调节输出负荷可使风电机组按最佳效率运行，向电网输送最多的电能。
图9-22所示为具有最大功率跟踪的AC／DC／AC风电转换系统联网运行方框图，采用系统输出功率作为控制信号，改变晶闸管的触发角，以调整逆变器的工作特性。该系统的反馈控制电路包括如下环节：
图9-22 具有最大功率跟踪的AC／DC／AC风电系统方框图
（1）功率检测器。在系统输出端连续测出功率，并提供正比于实际功率的输出信号。
（2）功率变化检测器。对功率检测器的输出进行采样和储存，以便和下一个采样相比较。在这个检测器中有一个比较器，它与逻辑电路共同测定后一个功率信号电平并与前一个信号电平比较大小，若新的采样小于先前的数值，逻辑电路就改变状态；如果新的采样大于先前的数值，逻辑电路就保持原来的状态。
（3）控制电路。接受来自逻辑电路的信号并提供一个经常变化的输出信号，当逻辑电路为某一状态时输出增加，而为另一状态时减少。这个控制信号被用来触发逆变器的晶闸管，从而控制输送到电网的功率。上述控制方案的特点是：它不仅要求风力机功率输出最大，而且要求整个串联系统（包括风力机、增速箱、发电机、整流器和逆变器）的总功率输出达到最大。(www.xing528.com)
9.4.3.2 磁场调制发电机系统的并网运行
磁场调制发电机系统输出电压的频率和相位取决于励磁电流的频率和相位，而与发电机轴的转速及位置无关，这种特点非常适合用于与电网并联运行的风力发电系统。图9-23所示为采用磁场调制发电机的风力发电系统的一种控制方案。它的中心思想是测出风速并用它来控制电功率输出，从而使风力机叶尖速度相对于风速保持一个恒定的最佳速比。当风力机转子速度与风速的关系偏离了原先设定的最佳比值时则产生误差信号，这个信号使磁场调制发电机励磁电压产生必要的变化，以调整功率输出，直至符合上述比值为止。图中风速传感器测得的风速信号通过一个滤波电路，目的是使控制系统仅对一段时间的平均风速变化作出响应而不反应短时阵风。
图9-23 以风速为控制信号的磁场调制发电机系统控制原理方框图
图9-24所示为另一种控制方案，其设计思想是以发电机的转速信号代替风速信号（因为风力机在最佳运行状态时，其转速与风速成正比关系，故两种信号具有等价性），并以转速信号的三次方作为系统的控制信号，而以电功率信号作为反馈信号，构成闭环控制系统，实现功率的自动调节。
图9-24 以转速为控制信号的磁场调制发电机系统控制原理方框图
由于磁场调制发电机系统的输出功率随转速而变化，从简化控制系统和提高可靠性的角度出发，也可以采用励磁电压固定不变的开环系统。如果对发电机进行针对性设计，也能得到接近最佳运行状态的结果。
9.4.3.3 双馈发电机系统的并网运行
双馈发电机定子三相绕组直接与电网相联，转子绕组经AC／AC循环变流器联入电网。这种系统并网运行的特点是：
（1）风力机起动后带动发电机至接近同步转速时，由循环变流器控制进行电压匹配、同步和相位控制，以便迅速地并入电网，并网时基本上无电流冲击。对于无初始起动转矩的风力机（如达里厄型风力机），风力发电机组在静止状态下的起动可由双馈电机运行于电动机工况来实现。
（2）风力发电机的转速可随风速及负荷的变化及时作出相应的调整，使风力机以最佳叶尖速比运行，产生最大的电能输出。
（3）双馈发电机转子可调量有三个，即转子电流的频率、幅值和相位。调节转子电流的频率，保证风力发电机在变速运行的情况下发出恒定频率的电力；通过改变转子电流的幅值和相位，可达到调节输出有功功率和无功功率的目的。当转子电流相位改变时，由转子电流产生的转子磁场在电机气隙空间的位置有一个位移，从而改变了双馈电机定子电势与电网电压向量的相对位置，也即改变了电机的功率角，所以调节转子不仅可以调节无功功率，也可以调节有功功率。
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