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恒速恒频和变速恒频机组是现代并网风电机组的两种机型。恒速恒频定桨距失速调节的风力机结构简单，整机造价低，整体安全系数和可靠性较高，在风机市场占有一定份额。变速恒频发电系统在20世纪70年代中期以后才开始发展，与恒速恒频风电系统相比，其主要优点如下所述。
风轮变速运行，可在较宽的风速范围内保持最佳叶尖速比、最大功率点运行，从而提高风机的运行效率，与恒速恒频风电系统相比，年发电量一般高10％左右。
阵风能量以飞轮能量的形式存储在机械惯性中，降低阵风冲击给风机带来的疲劳损坏，能减弱机械应力和转矩脉动，延长风机寿命。当风速下降时，高速运转的风轮能量释放并转变为电能回送给电网。
不仅不消耗电网无功功率，还可改善电网功率因数，提高发电质量。
可实现变速运行放宽对桨距控制时间常数的限制，在低风速时，桨距角固定；在高风速时，调节桨距角限制最大输出功率。既减少了运行噪声，又可进行动态功率和转矩脉动的补偿。
变速恒频风电机组需要变速运行，致使电气控制系统复杂，整机造价高。与恒速恒频方案相比，变速恒频风电机组机械部分（包括风轮、齿轮箱、塔架等）的基本投资可减少10％~20％，电气部分（包括发电机和控制系统等）投资有较大增加，但电气成本在中、大型风电机组中所占比例不大。目前恒速恒频风电机组电气部分投资为机组总投资的10％~20％，即使变速恒频机组电气部分的投资为恒速机组电气部分投资的3~4倍，运营成本仍较低，说明大型变速恒频风电机组的经济效益十分明显。许多国家（如德国、美国、意大利、荷兰、俄罗斯等）都已开发了变速恒频风电机组，并且发展迅速。中、大型变速恒频风电机组已逐步占领风电机组市场。
变速恒频风电机组的技术主要在于其采用的发电机和变流技术的特点。按变流技术和变速恒频实现途径和方法，可分为下述几种。
通过采用交—直—交变流器，将变速风力发电机发出的频率变化的交流电转换为与电网频率、幅值和相位相同的电压后，再将风电机组输出的电能送入电网。直驱式永磁风电机组属于变速恒频方案。Lagerwey公司与ABB公司合作，推出了MW级直接驱动低速永磁发电机变速恒频风电系统。此方案结构简单、系统可靠，但发电机体积大、成本高、设计制造技术稍复杂。
属于采用感应式发电机的并网型风电机组，为扩大风机的转速变化范围，可采用具有较软机械特性的高转差率电机，通过增大转子电阻来达到。这种方案控制技术简单、发电机制造容易，但系统效率低，增加了机组的发热，不利于机组向更大型化发展。VestasV66型机组就属于此类型。
该方案是对上述斩波调阻式变速恒频机组控制方式的改进。其增加电机转差的实现，不依靠在转子绕组中串联电阻，而通过变流器改变转子绕组的电流频率，将原来消耗在串联电阻上的电能回馈给电网。此方案技术复杂程度和变流器成本与双馈方式相似，但变速范围小，因此在实际产品中应用较少，在发展趋势上竞争力不强。
根据变速运行风力机的转速变化与电网电压频率的要求，通过变流器给发电机转子馈入相应转差频率的励磁电流，使定子绕组发出的电压频率与电网相同。此方案是当前变速恒频实现的较好方案。当前MW级的双馈式变速恒频风电机组，德国的Dewind Technik GmbH公司的技术比较成熟，已推出1 MW和1.25 MW的D6系列与2 MW的D9系列。德国的Enron Wind也有750 kW、900 kW和1.5 MW不同系列的变速恒频风电机组，采用了获得专利的动态无功控制器（DVAR）。
风力发电采用的发电机可以分为以下几种。
鼠笼式异步发电机变速恒频风电机组，其变速恒频控制策略通过定子电路实现，变频器容量与发电机的容量相同，系统的成本、体积和质量显著增加。通过晶闸管控制的软并网装置接入电网。在同步速附近合闸并网，冲击电流较大，另外需要电容无功补偿装置。这种机型比较普遍，各大风力发电制造商如Vestas，Nordex以及金风科技都有此类产品。
外接可变转子电阻，使发电机的转差率增大至10％，通过一组电力电子器件来调整转子回路的电阻，从而调节发电机的转差率，如Vestas公司的V47机组。
其采用的发电机为转子励磁双馈发电机，结构与绕线式异步发电机类似。转子通过双向变流器与电网连接，可实现功率的双向流动。根据风速变化和发电机转速变化，调整转子电流频率的变化，实现恒频控制。流经转子电路的功率仅为额定功率的10％~25％，只需较小容量的变流器，可实现有功、无功功率的灵活控制，对电网可起到无功补偿作用，如DeWind公司的D6机组。
双馈电机变速恒频风电机组采用的变流器容量较小，技术相对成熟，普遍被各风电机组生产厂商选为兆瓦级风电机组的主流机型。如德国Noulex公司的N80型2.5 MW风电机组、德国Suwind公司的S-70型1.5 MW风电机组等。
电机的定子上有两套极数不同的绕组，一套为功率绕组，一套为控制绕组。两套绕组的作用分别相当于交流励磁双馈发电机的定子绕组和转子绕组。具有交流励磁双馈发电机的优点，既提高了系统运行可靠性，又减少了维护。目前这类机组仍处于试验研究阶段。
该系统定子结构与鼠笼式异步发电机变速恒频风电机组类似，只是转子为永磁式。风机叶轮与发电机直接耦合，风力机与同步发电机直接驱动连接，提高了系统可靠性，虽然该系统发电机体积大、成本较高，但省去了增速齿轮箱，整个系统的成本仍有降低。机组提高了风电转换效率，减少了噪声和润滑清洗等定期维护工作，如Enercon公司的E-66机组。
风力发电机的设计越来越注重发电侧能量转换效率的提高，通常采用永磁发电机或提高发电机的输出电压，减少传输线损都是有效的方法，例如，Lagerwey/ABB的2 MW风机输出电压为3~4 kV，Windformer/ABB的3 MW风机输出电压可达25 kV。
采用多极的永磁同步发电机，省去了齿轮箱，风轮经轮毂主轴传动直接驱动发电机转动，如图1.1所示，消除了齿箱在运行中的能耗和噪声。由于低速的需要，电机设计成巨大的饼状（轴向较短，径向较大），转动惯量和质量都较大，给运输带来了一定困难。该系统的定子侧变换器和网侧变换器均需传递全部的功率给电网，变换器的功率较大。Enecron公司主要生产无齿箱多极永磁同步风力发电机组。
图1.1 永磁直驱变速恒频风力发电系统
该系统采用双馈型感应发电机（Doubly Fed-Induction Generator，DFIG），定子直接接至电网，转子通过三相变频器实现交流励磁，其结构与绕线式异步电机类似，转子上需装设滑环，如图1.2所示。
图1.2 双馈交流变速恒频风力发电系统
当风速变化时，发电机转速随之变化，若控制转子励磁电流的频率，可使定子电流的频率恒定，实现变速恒频发电，即：
式中 f 1 ——电网频率，Hz；
f m ——转子旋转频率，Hz；
f m ＝ n m /60；
n m ——发电机机械转速，r/min；
n p ——电机的极对数；
f r ——转子电流频率，Hz。
发电机的机械角速度 ω m 和电角速度 ω r 之间的关系为 ω r ＝ n p ω m ，当发电机的转速小于同步转速 ω 1 （即 ω r ＜ ω 1 ）时，处于亚同步状态，此时电网通过励磁变换器向发电机转子回路提供转差功率，转子电路的相序和定子绕组电路的相序相同； ω r ＞ ω 1 时，处于超同步状态，此时转子通过励磁变换器向电网回送转差功率，励磁变换器的能量逆向流向电网，转子电路的相序和定子绕组电路的相序相反；当 ω r ＝ ω 1 时，处于同步状态，此时发电机相当于同步电机运行， f r ＝0，励磁变换器仅向转子提供直流励磁，相当于固定的直流励磁磁场。在转子的能量调节过程中，转子绕组由一套频率、相位、幅值和相序都可调节的三相交—交或交—直—交变频电源供给三相低频交流励磁电流，大型机组通常采用交—交变频器。由式（1.1）可知，当发电机的转速变化时，即 n p ， f m 变化时，若控制 f r 相应变化，可使 f 1 保持恒定不变，从而实现变速恒频控制。
变速恒频通过对转子绕组进行控制来实现，转子回路流动的功率是由发电机转速运行范围所决定的转差功率，因而可将发电机的同步速设计在整个转速运行范围的中间。如果系统运行的转差范围为±0.3，该转差功率仅为定子额定功率的很小部分（1/4~1/3），因此交流励磁变换器的容量可仅为发电机容量的很小一部分，大大降低了成本和控制难度。
变速恒频交流励磁双馈型风力发电方案除了可实现变速恒频控制、缩小变流器的容量外，还实现了有功、无功的解耦控制，可根据电网要求输出相应的感性或容性无功功率，从而起到无功补偿的作用，对电网非常有利。缺点是交流励磁发电机仍然有滑环和电刷，复杂程度和故障率有所增加。
在目前全球主要的风力发电系统制造商中，变速恒频风力发电产品主要采用的方式是全功率变换器无齿轮箱型发电系统和普通有刷双馈型异步发电机系统。这两种变速恒频方案发电的成本有较大的差别。经过调查得到如下结果：如果计算系统运行时的损耗，采用普通有刷双馈型异步发电系统的风力发电发1 kW·h电的平均成本为1.42欧分，而采用全功率变换器无齿轮箱型发电系统的风力发电发1 kW·h电的平均成本为2.60欧分。后者成本过高的主要原因是变换器属于全功率型。