本发明公开了一种恒流源励磁的变速恒频水力发电系统及其应用方法，本发明的变速恒频水力发电系统包括励磁单元、水轮机、恒流源电励磁发电机、双PWM变频器及控制单元，水轮机与恒流源电励磁发电机同轴连接，励磁单元包括恒流源和励磁功率单元，恒流源的输出端与励磁功率单元相连，励磁功率单元与恒流源电励磁发电机相连，恒流源电励磁发电机的输出端与双PWM变频器相连。本发明能够在水轮机工作条件发生变化时通过改变水轮恒流源电励磁发电机的运行转速实现最大水轮捕获，变转速所带的频率不稳定交给变频器去完成使得频率恒定，从而跟踪水轮机最大工作效率，提高水轮机输出功率，改善水轮机在不同工况下工作效率、提高水轮机水能捕获能力。