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KR960010630B1 - 가변속 풍력 발진기의 제어 방법 및 장치 - Google Patents

가변속 풍력 발진기의 제어 방법 및 장치 Download PDF

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KR960010630B1
KR960010630B1 KR1019870004048A KR870004048A KR960010630B1 KR 960010630 B1 KR960010630 B1 KR 960010630B1 KR 1019870004048 A KR1019870004048 A KR 1019870004048A KR 870004048 A KR870004048 A KR 870004048A KR 960010630 B1 KR960010630 B1 KR 960010630B1
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turbine
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Original Assignee
유나이티드 테크놀로지스 코오포레이숀
스티븐 이.레비스
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Abstract

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Description

가변속 풍력 발전기의 제어 방법 및 장치
제1도는 가변속 풍력 터어빈 및 그 제어 장치를 간략하게 예시한 블록도.
제2도는 제어 장치의 구성을 보다 상세하게 도시한 제1도와 유사한 블록도.
제3도는 성능 계수 PR(Cp)와 속도비 VR간의 관계를 예시하는 성능 맵을 예시한 도면.
제4도는 발전시 출력 전력과 발전기 속도를 제어하는데 사용하기 위한 석택된 발전기 속도 기준 신호간의 관계를 예시한 그래프.
제5도는 본 발명에 따른 임계 속도 회피 기술을 사용한 경우의 발전기 속도 제어를 보여주는 제4도에 대한 수정형태를 예시하는 그래프.
제6도는 본 발명에 따른 풍력 터어빈 발전기의 동작을 개략적으로 설명하기 위한 상태 천이도.
제7도는 본 발명에 의한 임계 속도 회피 기술을 디지탈 컴퓨터를 사용하여 실행하는 경우의 서브루틴을 간략하게 예시한 플로우 챠트.
* 도면이 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 풍력 터어빈 12 : 터어빈 회전자 축
14 : 허브 16 : 날개깃
18 : 기어박스 22 : 교류(AC) 발전기
24 : 발전기 회전자 축 30 : 주파수 변환기
36 : CPU 40 : I/O 유닛
50 : 속도 감지기 54 : 전력 감지기
57 : 회전자 제어기 58 : 스케쥴
62 : 가산기 66 : 적분기
본 발명은 풍력 터어빈에 관한 것으로, 특히 가변속형 터어빈에 관한 것이다. 본 발명은 디발렌타인(Divalentin)등에 의해 발명되어 본 출원인 명의로 인해 1985년 11월 18일자로 출원된, 발명의 명칭이 가변속 출력 터이빈의 토오크 제어계인 미합중국 출원 제799,046호 및 도만(Doman)등에 의해 발명되어 1985년 11월 18일자로 출원된, 발명의 명칭이 가변속 풍력 터어빈인 미합중국 제799,045호에 개시된 발명의 내용 및 청구범위의 일부를 이용한다.
정속 및 가변속형을 포함하는 각종의 풍력 터어빈 발전기가 공지되어 있다. 통상, 터어빈 발전기는 주파수가 일정한 전력 선로에 직접 연결되기 때문에 정속 풍력 터어빈이 주로 사용되고 있다. 가변속 풍력 터이빈은 그것의 가변 주파수 전기 출력으로 인하여 선로에 직접 연결될 수 없다. 이 때문에, 주파수 변환을 위해 발전기와 선로 사이에 주파수 변한기를 개재시켜야 한다. 사이클로 컨버터(cycloconverter) 및 정류기 인버터를 포함하는 그러한 주파수 변환기에 관하여 여러 가지 기술이 공지되어 있다. 그러나, 그러한 기술은 일반적으로 풍력 터어빈 기술에 사용되지는 않았다.
한편, 가변속 모터 구동 기술분야에 있어서, 어떠한 형태의 모터에도 사용할 수 있는 다이리스터(thyrister) 또는 실리콘 제어식 정류기(SCR)등의 전자 제어 기술이 개발되어 왔다. 속도 조정이 가능한 교류(AC) 구동 장치를 역으로도 사용하는 것이 가능하다는 것이 풍력 에너지 이론학자들에 의해 밝혀졌다. 환언하면, 속도 조정이 가능한 구동장치를 통상적인 것처럼 일정 주파수의 교류를 가변 주파수의 교류로서 변환하여 이 교류에 의해 모터를 구동하는데 사용하는 대신에, 교류 발전기로부터 주파수가 변화하는 교류를 주파수 변환기에 공급하여 일정 주파수의 교류로 변환하고 이것을 전력 선로에 공급하는 것도 가능하다.
그런데, 풍력 에너지 기술분야에서 알려진 바와 같이, 도입하는 바람의 운동 에너지는 바람을 불어내고 있는 영역이 크기, 밀도 및 풍속의 세제곱에 비례하여 변한다. 이때 에너지의 59% 이상을 취출할 수 없는 것으로 알려져 있는 바, 이 최대치를 목표로 풍력 터어빈의 성능 계수 Cp가 정해진다. 이 성능 계수 Cp는 각각의 풍령 터어빈 기계의 특성에 관한 것으로서, 특히 날개깃 선단의 접선 속도에 대한 도입하는 바람의 풍속의 비로서 정의되는 속도비에 관계된다. 회전자 속도를 풍속에 따르도록 함에 의해 상기 속도비를 일정하게 유지할 수 있다면, 풍력 터어빈의 호율은 매우 높아질 수 있다. 또한 가변속 풍력 터어빈은 일시적으로 에너지를 저장할 수 있는 바, 즉 풍속의 천이를 속도 변화에 결합하여 이용할 수 있다.
본원의 서두에서 인용한 특허 출원은 풍력 터어빈의 성능을 최대한으로 이끌기 위하여, 발전기 토오크를 전기적으로 조정하여 속도 제어하는 제어 방식의 가변속 풍력 터이빈을 개시하고 있다. 이 출원에 기재된 가변속 풍력 터어빈에는 발전기 토오크를 전기적으로 조정함으로써 발전기 속도 및 터어빈 회전자 속도가 제어되고, 공력(空力) 성능(aerodynamic performance)이 최대화 된다. 이 때문에, 가변속 풍력 터어빈에는 가변속 풍력 터어빈 제어 장치가 설치되고, 이 가변속 풍력 터어빈 장치는 감지된 발전기 속도 신호 및 감지된 발전기 출력 전력 신호에 응답하여 발전기 토오크 명령 신호를 주파수 변환기에 공급하고, 이 주파수 변환기는 토오크 명령 신호에 응답하여 전력 선로에 공급되는 전력 레벨을 제어함으로써 발전기 에어 캡(air gap)내의 토오크를 제어한다. 이때, 풍력 터어빈 제어 장치에는 감지된 출력 전력 신호가 발전기로부터 공급되고, 제어 장치는 발전기 출력 전력과 이 출력 전력에 대응한 최대 공력 특성을 얻는데 필요한, 또는, 최대 처리 에너지를 얻는데 필요한 터어빈 회전전자 속도 관계를 부여하는 룩업 테이블(look-up table)을 참조하는 동작을 수행한다. 이 가변속 풍력 터어빈 제어 장치는 감지된 발전기 속도와 대조되는 속도 기준 신호를 생성한다. 또한, 이 속도 기준 신호와 감지된 발전기 속도 신호와의 차를 나타내는 차신호가 적분됨으로써 주파수 변환기에 공급되는 발전기 토오크 명령 신호가 발생되어 출력된다.
가변속 풍력 터어빈 제어 장치에 의해 부여되는 발전기 토오크 명령 신호는 발전기의 고정자와 회전자간의 에어갭 토오크를 효과적으로 제어한다. 이때, 실제의 가변속 풍력 제어 장치는 저속 상태에서는 발전기 속도와 발전기 출력 전력과의 관계를 규정하는 룩업 테이블중에 기억된 함수에 따라서 발전기 속도 제어를 행한다. 이 함수는 속도 제어 결과, 풍력 터어빈이 풍력 터어빈 출력 계수대 속도비의 최적 성능 곡선의 실질적으로 정상에서 동작하도록 결정된 함수로서, 이것에 의해 터어빈의 효율이 향상된다. 한편, 풍속이 소정의 한계 토오크에 대응하는 값을 초과하여 상승하면, 발전기 토오크 명령 신호에 의해서 발전기 토오크가 실질적으로 일정하게 유지되고, 발전기 및 터어빈 회전자는 상기 속도비가 일정한 조건에 대응하는 발전기 속도 및 터어빈 회전자 속도보다도 큰 속도로 동작하게 된다. 다만, 소정의 속도 한계를 초과하지는 않는다. 발전기 토오크를 일정하게 유지하는 발전기 토오크 명령 신호는 발전기의 출력 전력이 최대로 되도록 공력(空力) 토오크(aerodynamic torque)를 별도로 제어하지 않고 사용할 수 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 풍력 터어빈은 실질적으로 출력 계수대 속도비의 최적 성능 곡선을 따라 동작되고, 터어빈 회전자 속도는 소정의 속도 한계 이하의 범위에서 소정의 한계 토오크에 대응하는 속도를 초과하여 증대된다. 그런데, 상기의 풍력 터어빈 장치에서는 터어빈의 동작 속도 영역에서 풍력 터어빈 장치에 공진이 발생하는 일정한 속도 영역이 존재한다. 이 공진은 특정의 임계 속도에서 특히 현저해져서 증대한 결과를 초래할 가능성이 있는 진동을 발생시킨다.
본 발명의 목적은, 가변 풍속 터어빈 발전기에 있어서 상기 임계 속도에서 공진을 회피하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 방법에 의하면, 풍력 터어빈이 과도한 진동을 발생시키는 임계 속도에 머물면서 동작되는 것이 방지된다. 본 발명은 임계 속도 근처를 제외하고 발전기 출력 전력을 소정의 변화율로서 증대시킬 수 있는 방법 및 장치를 개시하고 있다. 이 소정의 변화율은 임계 속도 근처보다 늦은 변화율로 절환되어 임계 속도에서의 계속적 동작이 회피된다. 이 소정의 변화율은 임계 속도 근처보다 늦은 변화율로 절환되어 임계 속도에서의 계속적 동작이 회피된다. 출력 전력이 임계점을 벗어나서 증감하면, 속도 명령 신호가 불연속 상태로 된다. 그 결과, 임계 속도를 통과할때 속도가 급격하게 변화하지만, 이에 수반하여 출력 전력도 변화한다. 속도가 임계 속도보다도 낮은 영역에서 소정의 늦은 변화율로 증대하고 있는 경우에, 임계 속도 직전에서 속도 명령 신호가 높은 레벨로 절환되면, 속도가 급격히 증대되고 풍력 터이빈의 동작점은 임계점을 신속하게 통과한다. 다만, 출력 전압은 저하한다. 마찬가지로, 속도가 임계 속도보다도 높은 영역에서 소정의 늦은 변화율로 감소하고 있는 경우에, 임계 속도 직전에 속도 명령 신호가 저레벨로 절환되면 속도가 급속히 감소하여 풍력 터어빈의 동작점이 임계점을 신속하게 통과한다. 이 경우, 그에 따라 출력 전력이 증가한다.
본 발명에서는, 발전기의 토오크를 터어빈 회전자 선단의 속도가 풍속에 대해서 이하에서 설명되는 바와같이 되도록 제어한다. 즉, 소정의 토오크 한계를 초과하면, 발전기의 토오크는 터어빈 회전자의 선단이 상기 일정 속도비로 규정되는 값보다는 크지만 상기 소정 한계 속도보다는 낮은 범위의 속도로 동작하도록 제어된다. 그때, 터어빈 회전자의 속도는 일반적으로 속도 명령 신호를 매개로 제어되고, 발전기 출력에 대하여 소정의 변화율로, 예를들면, 직선적으로 증가되지만, 그 경로는 후술하는 바와같이 일부 변화되어 있다.
본 발명은 또한 임계 속도 근처를 제외하고 터어빈의 회전자 속도를 발전기 출력 전력과 함께 소정의 변화율로, 예컨대, 직선적으로 증가되는 풍력 터어빈 발전 장치 및 그 동작 방법을 제공한다. 이 장치 및 방법에서는 예를들면 상기 소정의 변화율이 직선적인 경우, 회전자 속도 및 발전기 출력을 상기 임계 속도를 벗어나게 증감시킬때 임계 속도 바로 위 및 바로 아래에서 상기 변화율을 보다 낮게 설정한다. 그때, 속도 명령 신호가 임계 속도에서의 공진을 회피하기 위하여 불연속으로 되며, 임계 속도를 초과할때 속도 및 출력전력이 급격하게 변화한다.
본 발명에 의한 풍력 터어빈 장치는 또한 터어빈 회전자 속도가 상기 임계 속도의 바로 아래에서 증가하고 있는 상태에서 속도 명령 신호가 높은 레벨로 절환된 경우, 터어빈 회전자 속도가 급격히 저하하고, 출력 전력은 일시적으로 증대하지만 임계 속도점을 신속히 통과하는 특징을 갖는다.
본 발명에 의한 터어빈 발전기 장치에서는 터어빈의 회전자 속도는 임계 속도보다도 낮은 제1의 저속도 한계치에 도달하기까지는 소정의 변화율로 증가된다. 이 제1의 저속도 한계치는 제1의 발전기 출력 경계치에 일치한다. 이 시점에서, 상기 소정의 변화율은 감소되고, 회전자는 제2의 출력 경계치에 도달하기까지 아래측의 저변화율 라인을 따라서 속도가 증가된다. 이 제2의 출력 경계치는 상기 임계 속도 바로 아래의 제2의 저속도 한계치에 대응한다. 이 시점에서, 예를들면 돌풍 등에 의해 회전자 속도가 더윽 증대하면, 속도 명령 신호가 임계 속도보다 높은 속도값에 대응하는 레벨로 즉시 절환된다. 그 결과, 회전자의 속도는 발전기의 에어갭 토오크가 감소함에 의해 급격히 증대하여 임계 속도점을 신속하게 통과한다. 동시에, 발전기 출력도 어느정도 저하하는 바, 이는 급속한 속도 변화를 가능하게 하기 위한 것이다. 이 시점 이후에는 회전자 속도가 이전과 같은 소정의 변화율로 증가된다. 다만, 회전자 속도를 나타내는 동작점은 윗쪽의 저변화율 라인을 따라서 이동한다. 더우기, 회전자 속도가 증대하면, 발전기 출력은 상기 제2의 출력 경계값에 다시 도달하고, 또한, 이후 속도 명령 신호에 의해 선택된 변화율로 출력이 증가하기 시작한다. 그후, 회전자 속도가 저하하여 웃쪽의 저변화율 라인과 상기 소정 변화율 라인과의 교점에 도달하면, 변화율은 다시 변화하여 윗쪽의 저변화율 라인을 따라서 동작점이 이동한다. 회전자 속도가 더욱 저하하면, 동작점은 제1의 출력 경계값에 대응하는 임계 속도점의 바로 위의 제3의 속도 한계값에 도달한다. 더우기, 속도가 저하하여 임계 속도를 통과하면 동작점이 명령 신호 레벨의 변화에 대응하여 아랫쪽의 저변화율 라인상으로 이동하고 전술한 바와 같은 과정이 바뀌게 된다.
본 발명은 풍력 터어빈의 바람직하지 않은 진동을 회피하는데 유용한 방법 및 수단을 제공한다. 본 발명의 방법은 최대 효율을 부여하는 속도 변화 라인상에 풍력 터어빈 발전기 장치의 동작점을 유지함과 동시에, 속도 명령 신호에 의해 바람직하지 않은 임계 속도에서의 동작을 야기하는 변화율이 나타나는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 도면을 참고로한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
제1도는 본 발명에 의한 가변속 풍력 터어빈(10)을 나타낸다. 터어빈 회전자 축(12)은 일단에 허브(14)를 구비하며, 또한, 허브에 취부된 적어도 하나의 날개깃(16)을 구비한다. 터어빈 회전자 축의 타단을 기어박스(18)의 저속도단(20)에 결합되어 있다. 이 기어 박스(18)의 고속도단(26)에는 교류 발전기(22)의 발전기 회전자 축(24)이 결합된다. 발전기 회전자는 터어빈 회전자 토오크(Qs)에 의해 구동된다. 발전기는 입력 터어빈 회전자 토오크에 대응하는 에어갭 토오크(QE)를 발생한다. 이 교류 발전기는 라인(28)을 거쳐 주파수가 변화하는 교류를 주파수 변화기(30)로 공급하며, 이 변화기(30)에서, 상기 주파수가 변화하는 교류는 일정 주파수의 교류로 변화되어 라인(32)을 거쳐 전력 선로(34)로 공급된다.
가변속 풍력 터어빈 제어 장치(36)는 디지탈 프로세서(37)를 포함하는데, 이 프로세서는 또한 CPU(38)와, 버스(42)를 인터베이스하는 I/O 유닛(40)을 포함한다. 프로세서(37)는 또한 ROM 유닛(44) 및 RAM 유닛(46), 그리고 기타의 하드웨어(도시안됨)를 포함함다. 프로세서(37)의 I/O 유닛은 발전기 축의 속도에 응답하는 속도 감지기(50)에 의해 감지되어 라인(40)에 공급되는 발전기 속도 신호(NG)에 응답한다. 물론, 실제 측정은 적당한 신호 스케일링(signal scaling)을 행하여 다른 영역, 예를들면 축(12)상에서 수행될 수도 있다. 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명한다. 또한, I/O 유닛(40)은 라인(28)을 거쳐서 주파수 변환기에 공급되는 전력 크기에 응답하는 출력 전력 감지기(54)에 의해 감지된 라인(54)상의 출력 전력 신호(PE)에도 응답한다. 다만, 발전기로부터 출력되는, 주파수가 변화되는 교류 출력만이 출력 전력의 크기를 나타내는 유일한 신호원은 아니다. 가변속 풍력 터어빈 제어 장치(36)는 신호 프로세서에 의해 감지한 출력 전력에 대한 발전기의 속도 관계를 규정하는 소정의 함수에 따라서 발전기의 에어갭 토오크가 취할 값을 구하여 효율을 최대화 한다. 이 레벨이 구해지면, 신호 프로세서는 그것의 I/O 유닛(40)으로부터 라인(56)에 발전기 토오크 명령 신호를 출력하여, 이것을 주파수 변환기로 보낸다.
주파수 변환기는 예를들면 사이클로 컨버터(cycloconverter)나 직류 링크에 의해 결합된 정류기 인버터쌍이어도 된다. 이들 또는 다른 주파수 변화기는 당없계에서 공지된 것이며, 따라서, 상세한 설명은 생략한다. 전자 변환기는 주파수 변화기를 통해서 보내지는 전력을 제어함에 있어서 위상 제어된 SCR을 사용한다. 이것은 SCR 게이트의 도통 위상각을 선로의 위상에 대해 제어함에 의해 유효 전력 및 무효 전력을 제어하는 것으로 이루어진다. 주파수 변환기내에는 토오크 명령 신호에 응답하여 주파수 변환기내에 있는 SCR의 트리커 펄스(triggering pulses)를 발생시키는 트리거 회로(도시안됨)가 설치되어 있는 것이 보통이다. 주파수 변환기 및 트리거 회로는 공지된 것으로서 상세한 설명은 생략한다.
또한, 회전자 제어 장치(57)를 설치하여 소정의 한계 토오크 이상에서 공력적인 토오크 제어를 행하여 추력(推力)을 제한하도록 해도 된다. 이는 날개깃의 피치(blade pitch) 또는 터어빈 요오(turbine yaw) 제어에 의하더라도 가능하다.
제2도는 제1도와 매우 유사하지만 본 발명의 중심 사항의 이해를 돕기 위하여 가변속 터어빈 제어 장치가 간략히 도시된 시스템 레벨 포맷으로 도시되어 있다. 제2도에서, 가변속 풍력 터어빈 제어 장치는 감지된 속도 및 출력 전력 신호(48,52)에 응답하여 라인(56)상의 같은 토오크 명령 신호를 주파수 변환기(30)에 공급한다. 또한, 저역 필터(52b)가 라인(52a)상의 필터링된 출력 신호를 스케쥴(함수 발생기)(58)에 공급한다. 라인(162)상의 터어빈 회전자의 속도 신호도 또한 스케쥴(58)에 공급된다. 이 도면에서는 제1도의 프로세서 하드웨어를 기능 블럭으로 나누어서 도시하여 본 발명에 의한 제어 방법을 보다 완전하게 보여주고 있다. 제1도의 스케쥴(58)은 디지탈 장치인 룩업 테이블을 포함하며, 라인(52a)상의 감지되어 필터링된 출력전력 신호, 라인(52)상의 감지된 출력 전력 신호 및, 라인(162)상의 감지된 터어빈 회전자 속도 신호에 응답한다. 이 스케쥴 속에는 감지된 출력 전력 신호와 이 출력 전력 신호에 대응하여 정해지는 발전기 속도 기한다. 이 스케쥴 속에는 감지된 출력 전력 신호와 이 출력 전력 신호에 대응하여 정해지는 발전기 속도 기한다. 이 스케쥴 속에는감지된 출력 전력 신호와 이 출력 전력 신호에 대응하여 정해지는 발전기 속도 기준 신호(명령 신호)값 사이의 함수 관계가 포함되어 있다. 감지된 출력 전력 신호에 대응한 속도 기준 신호(NREF)는 라인(60)으로 출력되어 가산기(62)로 보내지며, 여기에서 라인(60)상의 속도 기준 신호와 라인(48)상의 감지된 발전기 속도 신호와의 비교가 이루어진다. 라인(64)상의 차신호는 적분기(66)에서 적분되어 라인(56)상에 토오크 명령 신호를 출력하고, 이 신호는 주파수 변환기(30)으로 보내진다. 이와같이, 제1도의 신호 프로세서 속의 CPU(38)는 예를들면 룩업 테이블을 포함하는 ROM(44)과 협동하여 발전기가 발생하고 있는 출력 전력 레벨을 감지하고, 이 감지한 출력 전력 레벨을 기초로 효율이 최대로 되는 발전기의 속도를 구하는(사전에 프로그램되어 있는 룩업 테이블 ROM(44) 혹은 스케쥴(58)을 참조하여) 작용을 하는 것을 알 수 있다. 이것을 기초로 하여, 스케쥴로부터 속도 기준 신호가 발생되고, 이 속도 기준 신호가 감지된 발전기 속도 신호와 비교된다. 이 비교에 의해 구해진 차(差)는 적분되어 명령 신호를 형성하고, 이 토오크 명령 신호는 주파수 변환기로 보내져 전력 선로(34)상으로 송전되는 전력을 제어하며, 동시에 교류 발전기의 에어갭 토오크를 제어한다.
제3도는 풍력 터어빈 기계의 성능도로서, 일반적으로 속도비로서 알려져 있는 성능 계수(CP)와 선단 속도비(VR)와의 관계를 나타낸다. 속도 고정형 풍력 터어빈은 풍력이 여러가지 형태로 변화하기 때문에 성능도의 정점에서 운전하기란 불가능하다. 한편, 속도 가변형의 풍력 터어빈에서는 속도비가 선단 속도를 풍속에 추종시킴으로써 초대의 성능 계수에 대응하는 값에 유지할 수 있다. 그리고, 가변속 풍력 터어빈에서, 최대의 효율을 달성하는 데에는 속도비를 성능 계수가 최대화되는 값에 유지할 수 있도록 설계할 필요가 있다. 이 속도비가 제3도의 점 A-B(70)로서 도시한 점에 상당한다.
제4도는 발전기의 속도를 조절하여 속도비를 성능 계수가 최대로 되게 하는 값에 유지하는데 사용되는, 제3도의 점(70)에 대응한 라인(71)에 따른 발전기 출력에 대한 발전기 속도 신호의 관계를 나타내는 그래프이다. 제4도는 또한 토오크가 일정하게 유지되고 있는 상태에 있는 발전기의 속도 증가 과정을 나타내고 있다. 상기 일정 토오크 및 일정 속도비의 동작으로는 토오크 한계점(74)(B)을 초과하는 공력 제어(피치 또는 요오)를 행할 필요가 있다.
점(71)의 점(72)(A)로부터 점(74)(B)에 달하는 궤적은 소정의 토오크 한도 이하의 영역에 있는 다양한 전력 레벨에서 최대의 효율을 부여하는 속도비를 유지하기 위하여 바람직한 발전 속도에 대응한다. 점(72)와 점(74)(A,B)의 사이에서의 운전은 제3도의 점(70)에서의 동작에 대응한다. 이와 같이, 원하는 속도비가 일정하게, 또, 대응하는 성능 계수도 최대값에 고정되어 있는 경우, 출력 전력과 그 전력을 얻는데 필요한 발전기 속도와의 관계가 계산될 수 있다. 즉, 출력은 풍속의 세제곱(3승)에 비례하고, 또, 발전기 속도는 풍속에 비례하므로, 발전기 속도는 출력 전력의 세제곱근에 비례하게 된다. 이와 같이, 제4도에서 점(72)에서 점(74)로 점(71)의 궤적을 따르는 감지 전력에 대한 발전기 속도의 조정을 지시하는 맵(map)이 얻어진다. 이 맵은 또한 간접적으로 풍속도 나타낸다. 이처럼, 발전기의 출력 전력을 감지하여 제4도의 함수 관계를 참조함으로써 속도비를 소정값에 유지하는데 필요한 발전기 속도가 직접 구해지고, 그 결과, 효율이 자동적으로 최대화된다.
본 출원인 명의로 출원된 발명의 명칭이 가변속 풍력 터어빈인 미합중국 특허 제799,045호에는 이러한 제어 방법에 개시되고, 또, 특허 청구되어 있다. 이 출원에서는 점 B를 초과하면 피치 및 요오를 변화시켜 공력 토오크를 변조(變調)함에 의해 일정 속도비 동작이 일정 토오크 상태로 계속된다.
발명의 명칭이 가변속 풍력 터어빈의 토오크 제어계인 미합중국 특허 제799,046호에서, 발명자인 디발렌타인(Divalentin)등은 한계 토오크 점(74)을 초과한 영역에서 피치 혹은 요오 제어를 행함이 없이 발전기 속도를 궤적(78)에 따라 제어함에 의해 풍력 에너지 포착(capture) 효율을 향상시키는 방법을 개시하고 있다. 이 방법 및 그 방법을 실행하기 위한 장치는 상기 특허 출원 명세서중에 상세히 기재되어 있으므로, 본 명세서에서는 기본적 원리만을 설명한다.
상기 출원 명세서에 개시한 가변속 풍력 터어빈 장치에서, 발명자들은 점(74)(B)와 속도 한계 내지 출력 한계인 점(76)(C)와의 사이의 영역에서 발전기 속도를 점(78)의 궤적에 따라 제어하는 것을 설명하고 있다. 그 결과, 발전기의 에어갭에서의 토오크를 일정하게 유지하여도 회전자 속도를 증가할 수 있으며, 제3도의 성능 맵에서 점(70)에서 점(76)에 도달하는 사이에 점(80)의 궤적에 따라 상태를 변화시킴에 의해 에너지 포착 효율을 최대화 할 수 있다. 제3도로부터 알 수 있는 바와 같이, 토오크 한계를 초과하면, 속도비가 증가할수록 성능 계수가 저하한다. 그때에도, 점(70)으로 나타낸 최대 효율은 유지할 수없더라도 점(80)의 궤적은 이러한 상황하에서 가능한 최대의 효율을 나타낸다. 제4도를 참고하면, 점(78)의 궤적은 제3도의 점(80)의 궤적에 대응하며, 소정의 풍속에 대하여 가능한 가장 양호한 발전기 속도 제어를 나타내고 있다.
제5도는 횡축에 실제의 발전기 출력의 정결 출력값에 대한 비율을 퍼센트로 나타내고, 종축에 바람직한 발전기 속도를 나타낸 그래프이다. 제5도는 제4도의 그래프와 유사하지만 임계 속도 영역 근처의 관계를 본 발명의 방식에 따라서 변화시킨 것이다.
제4도와 관련하여 설명한 바와 같이, 제5도의 발생기 속도는 점(90)(A)에서 점(92)(B)까지의 사이는 궤적(88)을 따라서 변화시키고, 속도비는 성능 계수가 최대로 되는 값에 일정하게 유지시킨다. 그러나, 제5도의 방법에서는 토오크 한계점(92)(B)을 초과하여 발전기 출력을 증대시키는 경우, 발전기 속도는 제4도의 경우와는 다른 경로를 따라서 변화된다. 즉, 본 발명에서는 궤적(94,100,102,104)은 토오크 한계(B)을 초과한 영역에서 제4도에서처럼 일직선으로서 점(110)(P)과 점(112)(T)과의 사이에서 편이(編移)함에 의해, 터어빈이 지시 임계 속도(113)(SR CRIT)에 대응하는 임계 속도(Nr(CRIT))에서 운전되는 것이 회피된다. 본 발명에서는 점(110)(P)에서 점(120)(R)에 달하는 궤적(100)은 풍력 터어빈에 공진을 발생시키는 임계 속도(NT(CRIT))에서의 운전을 회피하도록 선택되어 있다. 궤적(100)은 제5도에 도시한 바와 같이 통과할 필요없이 임계 속도를 피할 수 있는 경로라면 어떤 것이어도 관계없다. 따라서, 무수한 경로가 가능하지만, 이하의 설명에서는 경로중 하나를 예로하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 이 특정한 하나의 경로로 한정되는 것은 아니다.
풍력 터어빈 발전기 장치가, 그 동작점이 궤적(100)에 따르도록 운전되고 있는 경우에, 감지된 출력 전력의 필터링된 값이 소정 한계치(121)(PE3)를 초과하고, 또, 감지기(158)(제1도)로부터 라인(162)에 출력되는 감지된 터어빈 회전자 속도 신호가 소정 한계치(121b)(SRLO)를 초과하면, 속도 기준 신호값은 궤적(100)에서 궤적(104)로 천이하고, 점(124)(S)와 점(112)(T) 사이의 궤적(104)에 따른 속도 기준 신호가 선택된다. 물론, 이 천이를 발생시키는데에 터어빈 회전자 속도 신호 대신에 적당한 저역 필터로 필터링된 발전기 회전자 신호를 이용해도 된다. 궤적(100)상의 점(R) 및 궤적(104)상의 점(R')은 동일한 풍속에서의 2개의 다른 정상 운전 조건을 나타내고 있다.
점(R)에서 점(R')의 파선(101)을 따라서 동작점을 지정하는 명령 신호가 천이하면, 실제의 발전기 회전자 속도는 제2도의 적분기(66)에서 결정하는 속도로 새로운 동작점으로 이동한다. 속도 명령 신호는 터어빈 속도가 소정 속도 한계치(121d)(SRHI2) 이하인 한, 혹은 소정 속도 한계치(121e)(SRHI) 이상인 한, 또, 감지된 출력 전력이 소정 한계치(121a)(PE0) 및 (PE3)의 사이에 있는 터어빈 동작점이 궤적(104)상에 놓이도록 결정된다. 감지되고 필터링된 출력이 점(112)(T)에 대응하는 값(PE3)을 초과하면, 속도 기준 신호는 점(112)(T)에서 점 126(C)에 달하는 궤적(102)에 따른 점(112)보다 위의 동작점을 지정한다. 점(126)(C)은 소정의 속도 내지 출력 한계치를 나타낸다.
궤적(104)상에서 풍력 터어빈 발전기가 운전되고 있을 때, 터어빈 속도가 소정값(121e)(SRHI)보다 낮고, 또, 필터링된 감지 출력 전력이 소정 레벨(PE0)보다도 낮으면, 동작점은 점(128)(S')의 파선(105)을 따라서 즉시 변화한다.
제1도 및 제2도의 가변속 풍력 터어빈 제어 장치(36)는 제1도의 프로세서(37)속에 속도 회피 논리 또는 기능 부분을 가지고 있다. 명령은 ROM(44)속에 기억되고, RAM(46), CPU(38), 버스(42), I/O 유닛(40) 및 제1도에 도시한 다른 요소들의 상호 작용에 의해 실행된다. 프로세서(37)가 제5도의 속도 회피 기술을 실행할 때의 각각의 단계를 제6도 및 제7도에 도시한다. 제6도 및 제7도는 각각 상태 천이도 및 제1도의 프로세서에 사용하는 언어로서 ROM 안에 기억되어 있는 플로우 챠트를 보여준다. 이 언어 자체는 본 발명의 내용과 특별한 관계는 없으므로 특별하게 설명하지 않는다.
제6도는 제5도의 과정을 알기 쉽게 보여주기 위한 상태 맵의 상태 천이도이다.
속도 회피 논리는 4종류의 동작 상태로 나뉜다. 이들 상태를 구별하는데에 2개의 2진 플래그, 즉, 플래그 1 및 플래그 2가 아래와 같이 사용된다.
플래그 1 플래그 2 상태
0 0 1
0 1 2
1 0 3
1 1 4
상태 1(140)은 제5점인 점(11)(P)보다도 낮은 영역, 즉, 라인 A-B-P에 따른 동작에 대응한다. 상태 2(142)는 라인 P-R, 즉, 점(124) 및 점(112) 사이의 궤적(104)을 따른 동작에 대응한다. 더우기, 상태 4(146)는 라인 T-C, 즉, 점(112)과 점(126) 사이의 궤적(102)에 따른 동작에 대응한다.
상태간의 천이는 감지된 터어빈 회전자 속도 및 발전기의 필터링된 출력 전압값의 함수로서 발생하며, 이것을 상태간의 라벨(labe)을 부여한 라인에 표현한다.
제6도의 상태(140,142,144,146)는 제5도의 각각의 궤적 근처에서 환이 둘러진 번호로도 표시되어 있다. 따라서, 상태 1(140)은 궤적(88)의 근처 및 궤적(94)의 근처에서 환으로 둘러진 번호로 도시되어 있으며, 상태 2(142)는 마찬가지로 궤적(100)의 근처에서 환으로 둘러진 번호로 도시되어 있다. 또, 상태 3(144) 및 상태 4(106)도 각각 궤적(104,102)의 근처에서 환으로 둘러진 번호로 도시되어 있다.
제6도를 다시 참조하면, 천이 라인(150)은 상태 1(140)에서 상태 2(142)로의 나타내고 있는 바, 이 천이는 풍력 터어빈의 회전자 속도가 소정치(SRLO2)를 초과한 경우에만 발생한다. 제1도의 속도 감지기(158)가 라인(162)에 터어빈 회전자 속도 신호(N1)을 출력하고, 이 신호는 프로세서(37)의 I/O 유닛(40)에 공급된다. 터어빈 회전자는 발전기 회전자보다도 응답이 늦기 때문에, 회전자의 과도적 속도 변동에 기인하는 바람직하지 않은 상태 천이를 발생시키기 어렵다. 그러나, 이 경우는 터어빈 회전자에 터어빈 회전자에 별도의 속도 감지기가 설치되는 것이 바람직하다.
제5도에서는여러가지 속도 한계값, 예를 들면 SRHI2, SRHI, SRCRIT, SRLO 및 SRLO2를 터어빈 회전자 속도축상에 표시하고 있지만, 같은 속도 한계치를 기어의 이빨수 비의 보정을 하여 발전기 속도축상에 나타내도 된다.
상태 1에서는 제1도의 프로세서(37)가 제5도의 궤적(88,94), 즉, 라인 A-B-P에 따른 발전기 속도 기준 신호를 계산한다. 상태 1에서 상태 2로의 천이가 발생한 후, 플래그 번호는 0에서 1로 변화하지만, 플래그 1은 0 그대로이다.
상태 2에서 상태 3으로의 전이는 천이 라인(170)으로 나타난다. 이 천이는 터어빈 회전자 속도가 SRLO 이상이고, 또, 감지되어 필터링된 발전기 출력 전력값이 PE3보다도 큰 경우에만 발생한다. 상태 3에서는 발전기 속도 기준 신호가 제5도의 궤적(104)을 이용하여 계산된다. 상태 2로 복귀하는 천이는 터어빈 회전자 속도가 SRHI 이하이고, 또 감지되어 필터링된 발전기 출력 전력값이 PEO 이하인 경우에 발생한다. 이러한 상태 2로 복귀하는 천이는 라인(172)으로 나타난다. 상태 3에서는 플래그 1의 상태는 1이고, 플래그 2의 상태는 0이다.
상태 2에서 상태 3으로의 천이에는 발전기 출력 전력을 희생(犧牲)으로 한 회전자 속도의 가속이 동반된다. 그 결과, 예를 들면 돌풍등의 에너지를 터어빈 속도의 증가 형태로 저장하는 것이 가능해진다. 마찬가지로, 예를 들면 풍력이 갑자기 저하하여도 회전자 속도의 저하에 수반하여 발전기의 출력이 증대된다. 그러나, 이러한 천이가 감지된 전력 및 감지된 발전기 속도 신호를 기초로 하여 엄밀하게 발생되게 되어 있는 경우는 상태 2와 상태 3 사이에서 사이클링을 발생시킨다. 예를 들면, 처음에 천이(105)를 행할때 회전자 속도를 저하시키는 발전기 출력 전력 펄스의 값이 PE3를 초과하면 상태 2에서 상태 3으로 복귀하는 천이가 곧바로 발생한다. 이 종류의 사이클링을 방지하기 위하여 판정 과정에서 감지된 발전기 출력 전력의 필터링 값이, 실제의 감지된 발전기 출력 전력 및 발전기 속도 신호값이 아닌 응답이 보다 늦은 터어빈 회전자 속도와 조합되어 이용된다. 전력 신호 필터의 주파수 특성은 저역 1차 래크 타임 일정 필터(a low pass first order lag time constant filter)와 같은 것이다.
감지 터어빈 회전자 속도가 SRHI2를 초과하면, 상태 3(144)에서 상태 4(146)로의 천이가 라인(174)으로 도시된 바와 같이 행해진다. 상태 4(146)에서 속도 기준 신호는 제5도의 점(112)과 점(126) 사이의 궤적(102)을 사용하여 계산된다. 풍속이 감속하면 상태 4(146)에서 상태 3(144)으로 복귀하는 천이가 라인(176)으로 도시한 바와 같이 실행되지만, 이는 감지 터어빈 회전자 속도(SRHI2)보다 작아진 경우에만 발생한다. 상태 4(146)에서는 플래그 1 및 플래그 2가 1로 설정되어 있다.
제6도의 상태 천이는 제1도에 도시하는 전용 프로세서(37)등의 디지탈 컴퓨터속에 기억된 프로그램에 따라서 실행된다. 프로그램은 프로세서(37)로 사용하는 CPU의 종류에 상응하는 언어가 사용된다. 이와 관련한 세부 사항은 공지되어 있으므로 특별히 설명되지 않는다. 일반적으로 제7도의 플로우 챠트, 혹은 제6도의 상태 천이도를 기초로 프로그램을 기록하기 위하여 필요한 지침서를 프로그래머에게 제공하는 것으로 충분하다.
제7도의 플로우 챠트에서는, 상태 천이 동작이 엔터(enter) 단계(200)에서 시작되고, 이어서 단계(202)에서 가변치(PEFILT)가 제1도의 라인(52)상의 신호(PE)를 필터링하는 전력 필터의 신호 출력값과 같은 값으로 갱신된다. 이 신호(PE)는 상기 상태 2와 상태 3 사이의 전술된 사이클링을 방지하기 위하여 필터링된다.
이어서, 판정 단계(204)가 실행되고, 플래그 1의 현재값이 판별된다. 이것이 0이면, 상태 머신(state machine)은 상태 1 또는 2에 있다. 이중 어느 상태인지를 판정하기 위하여, 다음에 단계(206)가 실행되어 플래그 2의 상태가 판별된다. 이것이 0이면, 싱태는 상태 1로 되어 있고, 발전기 출력 전력의 현재값이 어떤가에 의해 제5도의 궤적(88) 또는 궤적(94)을 따라서 제2도의 가산기(62)에 공급되는 속도 기준 신호가 형성된다. 이 계산을 제7도의 단계(208)에서 실행한다. 단계(208)에서의 계산후, 단계(210)에서 터어빈 회전자 속도가 하한 속도 한계값(SRLO2) 이상인지 여부가 판정된다. 그 결과, 속도가 제5도의 점(110)(P)을 초과하여 증가하고 있는지 여부가 판정된다. 판정 결과가 부정이면, 동작은 라인 A-B-P를 따라 계속되어 단계(212)에서 주프로그램으로의 복귀가 이루어진다. 한편, 속도가 점(110)을 초과하고 있으면, 상태 2로 천이하여, 단계(214)에서 플래그 2가 1로 셋팅되고, 주프로그램으로의 복귀가 이루어진다.
상태 2로 천이하면, 제7도의 서브루틴에서 단계(206)의 판정 블럭에서의 판정 결과가 부정으로 되고, 상태는 상태 2도 되어 있는 것이 나타난다. 따라서 속도 기준 신호가 단계(216)에서 제5도의 궤적(100)을 따라서 계산된다.
이어서, 판정 단계(218)가 실행되고, 터어빈 회전자 속도가 SRLO 이상, 그리고 발전기 출력 전력이 레벨(PE3) 이상인지 여부가 판정된다. 부정인 경우, 상태는 아직 상태 2로서, 아직 단계(220)에서 터어빈 회전자 속도가 레벨(SRLO2)보다 아래로 떨어져 있는지 여부가 판정된다. 속도가 이 값보다 내려가 있는 경우는 플래그 2는 0으로 복귀되어 상태 1로 복귀된 것으로 나타난다. 한편, 부정인 경우, 단계(212)를 경유하여 주프로그램으로의 복귀가 이루어진다. 단계(218)에서 터어빈 회전자 속도 및 필터링된 발전기 출력 전력이 소정 한계보다 큰 것으로 판정되면, 상태 3으로의 천이가 발생하고, 플래그 1 및 플래그 2가 단계(224)에서 설정된 후 단계(212)로 복귀된다.
한편, 단계(200)에서 프로그램이 제7도의 서브 루틴에 들어간 후, 단계(202)에서 변수(PEFILT)가 갱신되고, 다시 단계(204)에서 플래그 1이 0이 아닌것으로 나타나고, 또한 판정 단계(226)에서 상태가 상태 3인지, 상태 4인지 판정된다. 플래그 2가 0이면 상태는 상태 3이고, 속도 기준 신호가 단계(228)에서 제5도의 궤적(104)에 따라 계산된다.
이어서, 판단 단계(230)이 실행되고, 터어빈 회전자 속도가 레벨(SRHI) 이하, 그리고 변수(PEFILT)가 레벨(PEO) 이하인지 여부가 판정된다. 부정이면, 판정 단계(232)에서 회전자 속도가 레벨(SRHI2) 이상인지 여부가 판정되어, 그 결과가 부정이면, 동작점은 또 상태 3으로 된다. 한편, 회전자 속도가 SRHI2 이상이면 상태는 상태 4로 되고, 플래그 2가 단계(234)에서 1로 셋팅된다. 부정이면, 단계(212)를 거친 주프로그램으로의 복귀가 실행된다.
단계(230)에서의 판정 결과, 터어빈 회전자 속도와 발전기 출력 전력의 필터링 값이 소정 한도인 것으로 나타난 경우, 상태 2로의 복귀가 지시되고, 단계(236)에서 플래그 1이 0으로 복귀된다. 이후, 단계(212)르 거쳐 주프로그램으로의 복귀가 이루어진다.
단계(236)에서 플래그 2가 0이 아닌 것으로 판정되면, 동작점은 상태 4에 있고, 단계(238)에서 제5도의 궤적을 사용하여 속도 기준 신호가 계산된다. 상태가 아직 상태 4인지 여부를 판별하는 판정이 단계(240)에서 터어빈 회전자 속도가 레벨(SRHI2)보다 작으지 여부를 판정함에 의해 이루어진다. 이 결과가 부정이면, 상태는 아직 상태 2에 있고, 단계(212)를 거쳐 주프로그램의 복귀가 이루어진다. 한편, 터어빈 회전자 속도가 레벨(SRHI2)보다 작으면, 상태는 상태 3으로 복귀하고, 플래그 2는 단계(242)에는 0으로 복귀하며, 다시 단계(212)를 거쳐 주프로그램으로 동작이 복귀한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 태양에 대해서 설명했으나, 본 발명의 요지내에서 여러가지 변형이나 변경이 가능하다.

Claims (3)

  1. 가변속 풍력 터어빈 발전기를 높은 효율로 임계 속도를 회피하면서 작동하도록 제어하는 가변속 풍력 터어빈 제어 방법으로서, 발전기 출력 전력, 발전기 속도 및 터어빈 속도를 감지하여 그들의 크기를 나타내는 감지된 발전기 출력 전력 신호, 발전기 속도 신호, 그리고 터어빈 속도 신호를 출력하는 단계와 ; 감지된 전력의 함수로서 상기 발전기 속도를 조정하기 위한 명령 신호를 출력하고, 그 발전기 속도 명령 신호의 크기대, 상기 감지된 발전기 속도 신호의 크기를 비교하여 그들 사이의 크기의 차를 나타내는 차신호를 출력하고,그 차신호를 적분 및 증폭하여 발전기 토오크 명령 신호를 출력함으로써, 상기 감지된 발전기 출력 전력 신호, 발전기 속도 신호 및 터어빈 속도에 응답하여 상기 발전기 토오크를 제어하는 단계와 ; 발전기 속도를 신속하게 변화시키는데 전력이 이용될 수 있는 선택된 발전기 전력 신호 레벨들 사이의 천이점으로, 상기 함수에 의해 나타난 것보다는 빠르거나 늦은 변화율로서 상기선택된 발전기 출력 신호 레벨들 사이의 상기 발전기 속도 명령 신호의 베벨을 변화시키는 단계와 ; 상기 발전기 속도가 상기 임계 속도를 신속하게 통과하도록, 상기 천이점에서 상기 발전기 속도 명령 신호를 불연속되게 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변속 풍력 터어빈 발전기 제어 방법.
  2. 가변속 풍력 터어빈 발전기를 높은 효율로 임계 속도를 회피하면서 작동하도록 제어하는 가변속 풍력 터어빈 제어 방법으로서, 풍력 터어빈 발전기 출력 전력을 감지하여 그 출력 전력의 크기를 나타내는 필터링된 출력 전력 신호(52a)를 출력하는 단계와 ; 발전기 회전자 속도를 감지하여 발전기 회전자 속도의 크기를 나타내는 속도 신호(48)를 출력하는 단계와 ; 제1 및 제2의 출력 전력 레벨(121a,121) 및 임계 속도보다도 아래의 제1 및 제2의 속도 한계치(121c,121b)로 구획하는 영역에서, 터어빈 회전자 속도와 필터링된 신호와의 관계를 부여하는 속도 명령 신호 계산치대 출력 전력 신호의 곡선(88,94,100,102,104)의 기울기가 그 속도 명령 신호 계산치(121a,121) 사이의 구간과, 상기 제1의 속도 한계치(121c)보다도 낮은 구간에서 다르도록 속도 명령 신호(60)를 계산하여 출력하는 단계와 ; 상기 제1 및 제2의 출력 전력 레벨(121,121a) 및 임계 속도보다도 위에 있는 제3의 속도 한계치(121e) 및 그것보다 큰 제4의 속도 한계치(121d)로 구획하는 영역에서, 터어빈 회전자 속도와 필터링된 출력 전력 신호와의 관계를 부여하는 속도 명령 신호 계산치대 출력 전력 신호의 곡선(88,94,100,102,104)에 따라 상기 명령 신호 계산치대 출력 신호 곡선의 기울기가 상기 제3 및 제4의 속도 한계치 사이의 구간과 상기 제4의 속도 한계치(121d)보다 위의 구간에서 다르게 되도록 속도 명령 신호(60)를 계산하여 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변속 풍력 터어빈 발전기 제어 방법.
  3. 가변속 풍력 터어빈 발전기를 높은 효율로 임계 속도를 회피하면서 작동하도록 제어하는 가변속 풍력 터어빈 발전기 제어 장치로서, 풍력 터어빈 회전자 또는 발전기 회전자 속도에 응답하여 감지된 터어빈 발전기 속도 신호(48.162)를 출력하는 속도 감지기(50,158) ; 발전기 출력 전력에 따라 감지된 출력 전력 신호(52)를 출력하는 전력 감지기(54) ; 상기 감지된 출력 전력 신호에 따라 상기 감지 출력 전력 신호의 일차 래그 타임 일정 필터링 작용을 실행하여 필터링된 출력 전력 신호(52a)를 출력하는 저역 필터 수단(52b); 그리고, 속도 명령 신호(60) 출력 수단(58)과, 상기 속도 명령 신호(60) 및 감지된 터어빈 발전기 속도 신호(48,162)에 응답하여 발전기 토오크를 제어하기 위한 터어빈 발전기 토오크 제어 신호(56)를 제공하는 터어빈 발전기 토오크 제어 신호 제공 수단(62,66)과를 포함하고, 상기 감지된 속도 신호(48,162) 및 감지되어 필터링된 전력 신호(52,52a)에 응답하는 제어기(36)를 구비하는 제어 장치에 있어서, 상기 속도 명령 신호 출력 수단(58)은, 상기 제1 및 제2의 출력 전력 레벨(121a,121)와 임계 속도보다 아래의 1의 속도 한계치(121c) 및 임계 속도보다는 낮지만 제1의 속도 한계치보다 큰 제2의 속도 한계치(121b)로 구획되는 임계 속도 근처의 영역에서, 터어빈 회전자 속도와 필터링된 출력 전력 신호와의 관계를 부여하는 속도 명령 계산치대 출력 전력 신호 곡선에 따라서 상기 출력 전력 계산치대 출력 전력 신호의 곡선(100)의 기울기가 상기 제1 및 제2의 속도 한계치(121a,121) 사이의 구간과, 상기 제1의 속도 한계치(121c)보다 낮은 구간에서 다르도록 속도 명령 신호(60)를 계산하여 출력하며 ; 상기 속도 명령 신호 출력 수단(58)은 또한, 상기 제1 및 제2의 출력 전력 한계치(121,121a) 및 임계 속도보다 위의 제3의 속도 한계치(121e), 그리고 그보다 큰 제4의 속도 한계치(121d)로 구획되는 영역에서, 출력 신호 곡선에 따라서 상기 속도 명령 신호 계산치대 출력 전력 신호의 곡선(104)의 길울기가 상기 제3 및 제4의 속도 한계치 사이의 구간과 상기 제4의 속도 한계치(121d) 위의 구간에서 다르도록 속도 명령 신호(60)를 계산하여 출력하는 것을 특징으로 하는 발전기 제어 장치.
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