本發明涉及電力系統，具體涉及一種用于新能源電力系統的快速頻率控制方法及系統。

背景技術：

1、由于新能源發電（如風能、光伏等）通常通過電力電子裝置接入電網，這種轉型導致了系統慣性和阻尼的顯著降低。傳統依賴同步發電機慣性特性的頻率控制策略在這種低慣性電網中表現出明顯的局限性，包括響應速度慢、控制精度低和無法適應快速動態擾動等問題。這種局限性使得電網頻率穩定性面臨重大挑戰。在電網頻率穩定的背景下，頻率控制策略主要分為一次調頻、二次調頻和輔助服務控制。然而，傳統的一次調頻和二次調頻方法響應速度慢，難以在新能源滲透率高的電網中有效維持頻率穩定。尤其是在電網遭受擾動時，傳統控制方法的頻率響應往往存在顯著的超調和恢復時間較長的問題。

2、近年來，基于電壓源換流器（voltage?source?converter,?vsc）的頻率控制技術受到了廣泛關注。電壓源換流器能夠通過其快速的動態功率調節能力為低慣性電網提供頻率支撐。然而，如何優化電壓源換流器的控制策略以充分利用電壓源換流器的響應速度，并同時適應復雜動態工況，仍然是一個亟待解決的問題。強化學習（reinforcementlearning,?rl）不依賴于系統的精確模型，可以在未知環境中進行學習，根據環境變化動態調整策略。適應復雜的、高維的狀態空間。強化學習為應對復雜電力系統的控制提供了新的思路和方法。例如現有的深度強化學習算法包括基于深度確定性策略梯度（ddpg算法）的頻率控制方法，其主要步驟如下：策略網絡和價值網絡的設計：ddpg?算法采用兩個獨立的網絡，分別用于生成控制動作（策略網絡）和評估動作價值（價值網絡）。經驗回放機制：通過存儲和重用過去的經驗樣本，提高訓練效率和算法穩定性。連續動作空間優化：利用確定性策略梯度直接優化連續控制動作，從而實現頻率控制。但是，電網頻率控制主要依賴于傳統的基于下垂控制的頻率調節方法和基于模型預測控制（mpc）的頻率控制方法。下垂控制通過頻率與功率之間的線性關系調節發電機或儲能裝置的輸出功率，以響應頻率偏差。傳統下垂控制其本質上為比例控制策略，需要下垂系數的準確設定，難以快速應對大規模擾動以及難以適應運行情況多變的非線性復雜新能源電力系統。基于模型預測控制需要精確的系統模型，且計算復雜度較高，實時性較差，限制了其在快速響應場景中的應用。因此，ddpg算法存在以下不足：動作值函數高估問題：由于單一價值網絡的評估誤差，導致頻率控制策略陷入局部最優。樣本效率不足：隨機經驗回放機制無法有效利用具有高學習價值的樣本，影響了算法的訓練效率。

技術實現思路

1、本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種用于新能源電力系統的快速頻率控制方法及系統，本發明旨在解決當前電力系統中由于慣性和阻尼水平降低導致的頻率穩定性問題，尤其是在新能源滲透率日益提高的背景下，傳統的頻率控制方法存在響應速度慢、控制精度低以及難以適應復雜動態工況的問題，快速響應新能源電力系統的大規模擾動、適應復雜非線性新能源電力系統的運行需求，為電網提供高效、精準的頻率控制解決方案。

2、為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

3、一種用于新能源電力系統的快速頻率控制方法，包括下述步驟：在外層控制中采用基于強化學習的監督控制方法生成設定輸出功率；通過下垂控制和功率策略以獲取有功設定輸出功率和無功設定輸出功率；結合電壓源換流器vsc的設定輸出功率、有功功率、給定的有功功率設定平衡點和頻率設定平衡點進行有功控制以生成控制頻率；結合無功功率、給定的無功功率設定平衡點和電壓設定點進行無功控制以生成控制電壓；根據控制電壓和控制頻率通過內層控制生成調制電壓參考信號；將調制電壓參考信號通過pwm調制生成控制信號調制比以控制電壓源換流器vsc。

4、可選地，所述外層控制中采用基于強化學習的監督控制方法生成設定輸出功率時，所采用的基于強化學習的監督控制方法為改進td3算法，所述改進td3算法針對td3算法改進了從經驗回放池中獲取經驗的方式為優先經驗回放機制，且采用新能源電力系統當前的發電機頻率和頻率變化率rocof作為狀態、設定輸出功率作為對應的動作，利用預設的獎勵函數來迭代獲得最優的設定輸出功率，所述優先經驗回放機制是指提取td3算法中的時序差分誤差作為經驗回放池中經驗的優先級、并選擇優先級大小來從經驗回放池中采樣經驗來取代td3算法從經驗回放池中的隨機采樣經驗。

5、可選地，所述獎勵函數的函數表達式為：

6、，

7、，

8、，

9、其中，為獎勵，為控制動作的成本系數；為動作，動作為設定輸出功率；為偏差成本項，為偏差懲罰項，和均為權重因子，為狀態，狀態為當前的發電機頻率和頻率變化率rocof，為理想的狀態。

10、可選地，所述通過下垂控制和功率策略以獲取有功設定輸出功率和無功設定輸出功率的函數表達式為：

11、，

12、，

13、其中，表示濾波器電壓，表示變壓器電流，為90°旋轉矩陣，為轉置操作。

14、可選地，所述結合電壓源換流器vsc的設定輸出功率、有功功率、給定的有功功率設定平衡點和頻率設定平衡點進行有功控制以生成控制頻率的函數表達式為：

15、，

16、，

17、其中，為給定的頻率設定平衡點，為有功功率下垂系數，為給定的有功功率設定平衡點，為低通濾波后的有功功率，為時間，為關于時間的微分，為低通濾波器的截止頻率，為有功功率。

18、可選地，所述結合無功功率、給定的無功功率設定平衡點和電壓設定點進行無功控制以生成控制電壓的函數表達式為：

19、，

20、，

21、其中，為給定的電壓設定點，為無功功率下垂系數，為給定的無功功率設定平衡點，為低通濾波后的無功功率，為時間，為關于時間的微分，為低通濾波器的截止頻率，為無功功率。

22、可選地，所述根據控制電壓和控制頻率通過內層控制生成調制電壓參考信號的函數表達式為：

23、，

24、其中，和為比例增益，為控制電壓，為參考電壓，為控制頻率，為參考頻率。

25、此外，本發明還提供一種用于新能源電力系統的快速頻率控制系統，包括相互連接的微處理器和存儲器，所述微處理器被編程或配置以執行所述用于新能源電力系統的快速頻率控制方法。

26、此外，本發明還提供一種計算機可讀存儲介質，該計算機可讀存儲介質中存儲有計算機程序或指令，該計算機程序或指令被編程或配置以通過處理器執行所述用于新能源電力系統的快速頻率控制方法。

27、此外，本發明還提供一種計算機程序產品，包括計算機程序或指令，該計算機程序或指令被編程或配置以通過處理器執行所述用于新能源電力系統的快速頻率控制方法。

28、和現有技術相比，本發明主要具有下述優點：本發明包括在外層控制中采用基于強化學習的監督控制方法生成設定輸出功率；通過下垂控制和功率策略以獲取有功設定輸出功率和無功設定輸出功率；結合電壓源換流器vsc的設定輸出功率、有功功率、給定的有功功率設定平衡點和頻率設定平衡點進行有功控制以生成控制頻率；結合無功功率、給定的無功功率設定平衡點和電壓設定點進行無功控制以生成控制電壓；根據控制電壓和控制頻率通過內層控制生成調制電壓參考信號；將調制電壓參考信號通過pwm調制生成控制信號調制比以控制電壓源換流器vsc，通過外層控制和內層控制的雙層控制策略，結合外層控制中采用基于強化學習的監督控制方法生成設定輸出功率，能夠解決當前電力系統中由于慣性和阻尼水平降低導致的頻率穩定性問題，尤其是在新能源滲透率日益提高的背景下，傳統的頻率控制方法存在響應速度慢、控制精度低以及難以適應復雜動態工況的問題，充分發揮電壓源換流器的快速響應特性，在受到擾動時快速調整功率輸出，降低頻率偏差并加速系統恢復，提升頻率控制的穩定性和可靠性。