扰动环境下碳源投加与溶解氧协同优化方法及系统

本发明属于污水处理相关，尤其涉及扰动环境下碳源投加与溶解氧协同优化方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、城镇污水处理厂通常采用生物脱氮工艺去除污水中的有机物和含氮污染物，其中碳源投加量和溶解氧设定值是影响脱氮效果、出水稳定性及运行成本的重要控制参数。

3、实际运行过程中，污水处理系统会受到进水水质变化、季节温度变化、污泥状态变化及运行负荷波动等多种因素影响，从而形成不同类型和不同时间尺度的运行扰动。低c/n、冬季低温和夏季高温均属于具有代表性的特殊扰动工况，在更复杂的运行条件下，还可能存在多类扰动同时作用的情况。同时，污水处理过程具有一定工艺滞后，当前运行状态及控制行为通常需要经过一定时间后才反映在出水cod、tn等指标中，因此还需要保证扰动状态、控制行为与对应出水响应之间具有正确的时间对应关系。上述扰动及其时序作用共同使污水处理系统偏离常规稳定运行状态，并引起实际处理能力、碳源需求、曝气需求以及碳源投加量和溶解氧设定值与出水cod、tn之间响应关系的变化。

4、现有碳源投加和溶解氧优化方法通常依据历史总体运行规律建立统一状态表征或控制关系，对不同扰动来源、扰动程度以及不同时间尺度状态变化之间的差异考虑不足。当系统处于扰动状态时，容易出现当前实际处理能力表征不准确、候选控制响应与实际运行规律不一致，以及预测最优控制点位于安全边界附近、受到进一步扰动后容易失效等问题，进而影响碳源投加量和溶解氧设定值优化结果的可靠性和稳定性。

5、因此，如何识别当前运行扰动，并根据扰动状态重构污水处理系统实际处理能力；如何在当前扰动状态下判断不同碳源投加量和溶解氧设定值对应的控制响应是否可信；以及如何避免选择在扰动作用下容易失效的单点最优方案，是污水处理碳源投加与溶解氧协同优化中需要解决的关键问题。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了扰动环境下碳源投加与溶解氧协同优化方法及系统，提高扰动下污水处理状态识别和控制优化的准确性，实现出水水质稳定达标及运行能耗降低。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供扰动环境下碳源投加与溶解氧协同优化方法，包括：

4、基于污水处理厂当前实际运行数据，并根据各扰动的判定边界判断当前是否处于扰动，以及所处扰动对应的扰动状态，并根据污水由控制位置至出水监测位置之间的实际水力停留时间确定工艺时延，根据所述工艺时延构造污水处理状态序列；

5、对污水处理状态序列提取反映系统长期生化能力的慢变背景特征，根据慢变变量对慢变背景特征进行增强，得到增强的慢变背景特征；基于慢变背景特征提取进水负荷及过程状态快速变化的快速扰动特征，并将增强的慢变背景特征与快速扰动特征进行融合，得到当前工况的基础状态向量；

6、根据识别扰动的扰动状态生成增强状态向量的门控系数，对增强状态向量进行动态调节，以使扰动程度增加，相应状态向量的作用同步增强；

7、在统一扰动状态基准下分别推演候选碳源投加量和溶解氧设定值的各候选控制组合对应的出水响应，根据当前扰动状态从历史运行数据中筛选具有相近扰动背景和相近处理能力的有效样本，对候选响应面的局部变化方向和响应幅度进行一致性校核，对一致性校核通过的候选控制组合，在满足安全性和稳定性的候选区域内，筛选综合运行代价最低的组合候选方案作为目标控制方案。

8、第二方面，本发明提供扰动环境下碳源投加与溶解氧协同优化系统，包括：

9、扰动确定模块，被配置为：基于污水处理厂当前实际运行数据，并根据各扰动的判定边界判断当前是否处于扰动，以及所处扰动对应的扰动状态，并根据污水由控制位置至出水监测位置之间的实际水力停留时间确定工艺时延，根据所述工艺时延构造污水处理状态序列；

10、特征提取模块，被配置为：对污水处理状态序列提取反映系统长期生化能力的慢变背景特征，根据慢变变量对慢变背景特征进行增强，得到增强的慢变背景特征；基于慢变背景特征提取进水负荷及过程状态快速变化的快速扰动特征，并将增强的慢变背景特征与快速扰动特征进行融合，得到当前工况的基础状态向量；

11、扰动调节模块，被配置为：根据识别扰动的扰动状态生成增强状态向量的门控系数，对增强状态向量进行动态调节，以使扰动程度增加，相应状态向量的作用同步增强；

12、优化模块，被配置为：在统一扰动状态基准下分别推演候选碳源投加量和溶解氧设定值的各候选控制组合对应的出水响应，根据当前扰动状态从历史运行数据中筛选具有相近扰动背景和相近处理能力的有效样本，对候选响应面的局部变化方向和响应幅度进行一致性校核，对一致性校核通过的候选控制组合，在满足安全性和稳定性的候选区域内，筛选综合运行代价最低的组合候选方案作为目标控制方案。

13、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。

14、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。

15、第五方面，本发明提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现完成第一方面所述的方法。

16、在本发明中，将反映系统基础生化处理能力的慢变背景与反映近期运行变化的快速动态进行分离表征，并依据当前扰动来源及扰动程度对相关状态信息进行自适应增强，使状态表达能够随扰动变化进行调整，能够更充分地反映扰动作用下水温、mlss、进水碳氮结构及运行状态变化所引起的实际处理能力偏移，提高扰动及复杂扰动条件下当前处理能力表征的适应性；在统一扰动状态基准下分别推演候选碳源投加量和溶解氧设定值的各候选控制组合对应的出水响应，使不同候选控制组合能够在同一实际处理能力状态下进行比较；同时利用相似扰动状态下的历史实际响应对候选预测结果进行局部一致性校核，从而避免将不同扰动条件下的控制响应规律直接混用，并能够在保留扰动条件下真实局部非线性和响应转折的同时，排除由模型局部拟合误差或历史数据覆盖不足形成的异常候选结果，提高候选控制响应的可信性；在满足安全性和稳定性的候选区域内，筛选综合运行代价最低的组合候选方案作为目标控制方案，使经济性优化建立在安全性和稳定性得到保证的基础上，避免单纯追求预测最优或运行成本最低而牺牲控制可靠性。本发明提高碳源投加量与溶解氧设定值协同优化在扰动环境下的可靠性、稳定性、适应性和运行经济性。

1.扰动环境下碳源投加与溶解氧协同优化方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的扰动环境下碳源投加与溶解氧协同优化方法，其特征在于，对污水处理状态序列提取反映系统长期生化能力的慢变背景特征，根据慢变变量对慢变背景特征进行增强，得到增强的慢变背景特征；基于慢变背景特征提取进水负荷及过程状态快速变化的快速扰动特征，并将增强的慢变背景特征与快速扰动特征进行融合，得到当前工况的基础状态向量，具体为：

3.如权利要求1所述的扰动环境下碳源投加与溶解氧协同优化方法，其特征在于，根据识别扰动的扰动状态生成基础状态向量的门控系数，对基础状态向量进行动态调节，具体为：

4.如权利要求1所述的扰动环境下碳源投加与溶解氧协同优化方法，其特征在于，在统一扰动状态基准下分别推演候选碳源投加量和溶解氧设定值的各候选控制组合对应的出水响应，根据当前扰动状态从历史运行数据中筛选具有相近扰动背景和相近处理能力的有效样本，对候选响应面的局部变化方向和响应幅度进行一致性校核，对一致性校核通过的候选控制组合，在满足安全性和稳定性的候选区域内，筛选综合运行代价最低的组合候选方案作为目标控制方案，具体为：

5.如权利要求1所述的扰动环境下碳源投加与溶解氧协同优化方法，其特征在于，还包括对各组合候选方案进行一致性检查，具体为：

6.如权利要求1所述的扰动环境下碳源投加与溶解氧协同优化方法，其特征在于，还包括闭环验证，具体为：

7.扰动环境下碳源投加与溶解氧协同优化系统，其特征在于，包括：

8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-6任一项所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-6任一项所述的方法。

10.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现完成权利要求1-6任一项所述的方法。