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，最重要的一点就是要实现最大功率输出控制。

1.同步发电机交-直-交系统并网运行

具有最大功率跟踪的交-直-交风力发电转换系统联网电路如图3-6所示。该系统的反馈控制电路包括：功率检测器、功率变化检测器和控制电路。

交-直-交风力发电转换系统与电网并联运行时具有以下特点：①由于采用频率变换装置进行输出控制，因此并网时没有电流冲击，对系统几乎没有影响。②因为采用交-直-交转换方式，同步发电机的工作频率与电网频率是彼此独立的，风轮及发电机的转速可以变化，不会发生同步发电机直接并网运行时出现的失步情况。③由于频率变换装置采用静态自励式逆变器，可以调节无功功率。④在风力发电系统中采用阻抗匹配和功率跟踪反馈来调节输出负载，可使风力发电机组按最佳效率运行，向电网输送尽可能多的电能。

2.磁场调制发电机的并网运行

这种变速恒频磁场调制发电机系统，由一台专门设计的高频交流发电机和一套电力电子变换器组成。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。磁场调制发电机的励磁通过一台励磁变压器取自电网。由于磁场绕组的高电抗性质，励磁电压在相位上约超前于励磁电流90°，因而发电机系统的输出电压也将滞后于励磁电压约90°。为了给三相系统励磁，就需要一组比输出电压领先90°的三相励磁电压。这样一组电压可以通过励磁变压器将电源各相电压进行适当的相位相加得到。磁场调制发电机系统采用上述励磁方式，当风力机起动后，即可通过断路器直接接入电网。

图3-6 同步发电机交-直-交联网电路框图

3.双馈发电机系统的并网运行(www.daowen.com)

双馈发电机定子三相绕组直接与电网相连，转子绕组经交-交循环变流器接入电网。这种系统并网运行有以下特点：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。②风力发电机的转速可随风速及负载的变化及时做出相应的调整，使风力机以最佳叶尖速比运行，产生最大的电能输出。③双馈发电机励磁可调量有三个，即励磁电流的频率、幅值和相位。调节励磁电流的频率，保证风力发电机在变速运行情况下发出恒定频率的电力；通过改变励磁电流的幅值和相位，可达到调节输出有功功率和无功功率的目的。

4.带有全功率因数变流装置的同步发电机并网运行

全功率因数变流装置具有变频、调压、相位跟踪、无功补偿及谐波抑制等多种功能，因此全功率因数变流装置使变速运行风力发电机的功率调控模式有了重大改进。带有全功率因数变流装置的风力发电机系统框图如图3-7所示。

1）全功率因数变流装置基本构成和工作模式如下：两个电压型逆变器经直流耦合回路背靠背地连接在一起，其中一个与电网相接，称为网侧变流器，另一个与同步发电机相接，称为发电机侧变流器。网侧变流器负责向电网提供固定频率和可移相的电压，发电机侧变流器具有适应同步发电机可变电压与可变频率的运行特点。

2）带有全功率因数变流装置的风力发电机系统具有以下优点：①系统具有可控的功率因数，可实现输出功率因数为1。②使发电机端电压适应变化的电网电压。③可抑制发电机和电网中的谐波。④风力发电机在不同风速下，以接近最大C_p值的工况稳定运行。⑤对低质量电网具有很强的适应能力。带有全功率因数变流装置的同步发电机可实现平滑并网，对电网和发电机无任何冲击。

图3-7 风力发电机系统联网电路框图