半月刊

ISSN 1000-1026

CN 32-1180/TP

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  • 2020年第44卷第17期文章目次
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    • >观点
    • 可调节负荷资源参与电网调控的思考与技术实践

      2020, 44(17):1-8. DOI: 10.7500/AEPS20191226007

      摘要 (166) HTML (98) PDF 1.10 M (579) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着新能源规模的发展和电网特性的变化,传统调节资源的调度空间越来越小,亟须有效拓展电网调节资源,推动“源随荷动”传统模式向“源荷互动”协同模式转变。在未改变现有智能电网调度控制系统结构的前提下,提出了可调节负荷资源参与电网调控的技术架构和若干技术。可调节负荷资源通过聚合商运营平台汇聚后与调度端负荷调控平台对接,构建调控机构-聚合商-负荷资源三级业务体系,实现调控机构与聚合商的监视、控制和市场等数据的实时交互,支撑负荷资源通过功率连续调节参与全网调度优化。中国华北电网对北京地区有序充电桩和分布式储能集群开展了168 h闭环控制,验证了文中所提技术路线的可行性。该路线陆续支撑了多个可调节负荷聚合商参与华北调峰辅助服务市场。最后,对大规模可调节负荷资源参与电网调控须面对和解决的技术问题进行了思考和展望。

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    • >学术研究
    • 能量约束下电力电子并网装备的最优频率控制

      2020, 44(17):9-18. DOI: 10.7500/AEPS20191022007

      摘要 (79) HTML (40) PDF 1.57 M (221) 评论 (0) 收藏

      摘要:大规模新能源并网导致现代电力系统的旋转惯量相对减少,频率动态特性变差。为支撑系统频率,通常要求新能源发电装备具备一定的惯量模拟或一次调频等附加控制功能,但目前在新能源的最优频率支撑方面研究较少。文中以最优控制为切入点,初步探讨了当参与调频的新能源存在能量约束时,作为并网接口的电力电子装备的最优功率支撑轨迹以及近似的最优控制结构。首先,从理论上推导并给出了多机系统的频率共模分量。该共模分量主导了电网的频率跌落特性。然后,基于高斯伪谱法研究了能量约束下电力电子装备在系统频率跌落时的最优支撑轨迹。最后,探索了电力电子并网装备支撑电网频率的最优反馈控制结构,指出虚拟惯量控制加下垂控制近似于最优的控制结构,且在可调用的能量较小时单独使用虚拟惯量控制优于下垂控制。仿真验证了理论分析和所讨论的频率最优控制结构的合理性。

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    • 电网规模的异速生长规律初探

      2020, 44(17):19-25. DOI: 10.7500/AEPS20200320005

      摘要 (57) HTML (18) PDF 929.30 K (195) 评论 (0) 收藏

      摘要:电网作为现代社会的关键基础设施和能源互联网的枢纽,其发展一直得到极大关注。一种从系统论的角度评判电网规模发展本质机理的方法有助于更科学、准确地对电力系统的发展路径进行决策。文中提出一种基于异速生长规律的电网规模发展变化规律研究方法。首先引入适用于复杂网络的异速生长规律,解释电力系统符合用异速生长规律研究的要素,然后对电网的发展演化展开了基于异速生长规律的理论分析。从公开的电网模型数据库中获取大量电网模型数据,对其进行数据分析可以验证电网规模的变化遵循异速生长规律,并呈亚线性增长。这意味着电网的建设应在到达一定阶段后更加注重内生增长,以获得更健康的发展,而不应无止境地扩张其规模。

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    • 基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度

      2020, 44(17):26-33. DOI: 10.7500/AEPS20200319002

      摘要 (54) HTML (22) PDF 1.19 M (192) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着跨区互联结构的日益完善及分布式电源的大规模接入电网,为充分利用区域间现有调度资源的互补效益,研究了基于源荷状态的跨区互联系统协调优化调度。以送、受端电网总运行成本及网损为目标函数,首先根据送、受端源荷状态,判断送端储能设备充放电状态及功率跨区流动状态。其次,考虑实际系统运行的各项约束,利用改进的基于粒子群优化算法的多目标搜索算法寻优,优化送端储能充放电功率、跨区联络计划及受端调峰火电机组出力。最后,以中国新疆地区实际电网为算例进行仿真计算。仿真结果表明,所提跨区优化调度策略可显著提升送、受端电网运行效益,充分发挥互联区域的互济合作。

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    • 基于N-x不确定集的含可中断负荷鲁棒优化调度

      2020, 44(17):34-42. DOI: 10.7500/AEPS20190926003

      摘要 (54) HTML (24) PDF 1.02 M (169) 评论 (0) 收藏

      摘要:可中断用户响应的不确定性会使电力公司面临调度成本不确定以及负荷削减量不足等风险,且不同用户违约风险具有差异性。针对用户响应调度指令概率不同的问题,在基本可中断合同的基础上引入保险合同,引导用户选择最贴近其真实可靠性水平的保单信誉度。以用户保单信誉度为基础,定义故障概率参数,构建基于用户响应概率的N-x不确定集,建立计及用户不确定性的机组与可中断负荷联合调度模型,并通过仿真验证所提方法的有效性。算例分析结果表明,所提N-x不确定集充分考虑可中断用户信誉度的影响,仅考虑发生概率高于设定值的故障情况,运行结果更符合实际。

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    • 机会约束随机动态经济调度的凸松弛迭代求解法

      2020, 44(17):43-51. DOI: 10.7500/AEPS20190906001

      摘要 (53) HTML (12) PDF 1.15 M (176) 评论 (0) 收藏

      摘要:大规模风电并网给电力系统运行带来了重大技术挑战,其出力的随机性和波动性增加了线路传输能力和备用调节能力不足的风险,传统的确定性经济调度方法已不完全适用。首先提出了一种基于混合高斯分布的机会约束随机动态经济调度模型,该模型将最小备用约束和线路传输容量约束建模为机会约束,并引入调频机组的仿射控制策略以实时平衡风功率的波动。然后提出了一种机会约束规划的松弛迭代求解方法,将随机调度模型转化为二次规划模型以实现快速有效求解。利用中国西南某省25个风电场的现场数据以及IEEE 118节点系统进行算例分析,验证了混合高斯分布对风电预测误差的拟合精度,以及所提方法的可行性。

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    • 计及电价不确定性和损耗成本的储能竞价策略

      2020, 44(17):52-59. DOI: 10.7500/AEPS20200219005

      摘要 (38) HTML (12) PDF 976.25 K (163) 评论 (0) 收藏

      摘要:储能是促进新能源消纳、提高电力系统稳定性和灵活性的有效措施。然而储能参与电力市场的策略极其复杂,现已成为实现储能商业化应用的关键问题之一。文中提出储能在日前和实时市场价格不确定环境下考虑循环损耗成本的最优竞价策略。为权衡储能多次循环增加的售电利润和损耗成本,在制定储能竞价策略时,将其循环损耗成本的影响计及在内,并充分考虑电池充、放电深度对循环损耗成本和利润的影响;在日前市场中建立电价-电量投标模型,对电价和电量同时进行投标以充分考虑电价不确定性;在实时市场中建立电量投标模型对日前市场投标进行弥补修正,使竞价策略更加合理与优化。算例验证了所提储能竞价策略的有效性,并说明所建模型可以确定最优电池充、放电深度。

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    • 考虑实时气象耦合作用的地区电网短期负荷预测建模

      2020, 44(17):60-68. DOI: 10.7500/AEPS20200216001

      摘要 (59) HTML (10) PDF 1.22 M (171) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统的短期负荷预测中并未考虑实时气象因素的耦合作用,针对此提出了考虑实时气象耦合作用的时域卷积网络短期负荷预测方法。首先,分析了各项实时综合气象指数与负荷曲线的相关性,进而构建了混合日特征量与实时气象因素的相似日选取方法。然后,引入各项实时综合气象指数作为模型输入。最后,采用能够充分考虑并包容实时气象因素与负荷“时差性”特点的时域卷积网络进行日前负荷预测建模。实验仿真以某地区电网实际负荷为例,研究表明该预测模型能够有效提升地区电网日前负荷预测精度。

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    • 超低频振荡中的区间联络线功率振荡现象及机理

      2020, 44(17):69-77. DOI: 10.7500/AEPS20191129005

      摘要 (92) HTML (64) PDF 3.40 M (246) 评论 (0) 收藏

      摘要:超低频振荡是指一次调频中阻尼不足引发的频率整体振荡,一般认为不存在相对振荡情况。然而,在实际区域互联电网的研究中发现,系统频率在超低频振荡的同时,区间交流联络线功率也存在同频振荡现象。文中以两区域互联系统为研究对象,首先,基于分区域等值的统一频率模型,仿真分析了超低频振荡中联络线功率振荡的现象和特征。然后,基于阻尼转矩理论定义了区域电网的综合频率调节效应系数,继而从线性系统稳态频率响应视角提出该现象的发生机理,并讨论了影响因素。研究表明,如果区域之间的综合频率调节效应系数存在差异,即使在超低频振荡达到稳态振荡后,也会导致区间联络线发生与超低频稳态振荡频率相同的功率振荡。最后,以实际电网算例进行了验证,并讨论了该现象可能存在的危害。

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    • 基于SPWVD图像和深度迁移学习的强迫振荡源定位方法

      2020, 44(17):78-87. DOI: 10.7500/AEPS20191225001

      摘要 (57) HTML (65) PDF 1.39 M (262) 评论 (0) 收藏

      摘要:强迫振荡扰动源的准确定位是消除强迫振荡、恢复电力系统正常运行的关键。文中提出一种基于平滑伪Wigner-Ville分布(SPWVD)图像和深度迁移学习的强迫振荡扰动源定位方法。首先对强迫振荡信号采用SPWVD方法以图像形式表征全网强迫振荡特征信息,然后通过深度迁移学习将其他领域的图像识别知识迁移到电力系统领域,挖掘振荡图像与扰动源位置之间的联系,在保证训练准确度的同时,提升了训练效率。在WECC 179节点系统中的算例验证了该方法的有效性,并且相比于传统机器学习方法具有准确率高的优势。此外还考虑振荡数据中的噪声、录波起始时间以及数据长度验证了所提方法的准确性和抗噪性,并在由负荷引发的强迫振荡和系统拓扑发生变化的情况下,验证了方法的有效性。

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    • 基于零序导纳变化的灵活接地系统接地故障方向判别算法

      2020, 44(17):88-94. DOI: 10.7500/AEPS20191208002

      摘要 (54) HTML (10) PDF 1.27 M (162) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前灵活接地系统的接地保护大多直接采用小电阻接地系统的定时限零序过电流保护,存在高阻接地时保护灵敏度不足以及故障信息利用不充分等问题。通过分析灵活接地系统发生单相接地故障时,并联小电阻投入前后故障点上、下游及健全线路的零序测量导纳特征,发现并联小电阻投入前后故障点下游及健全线路的零序测量导纳不变,模值比为1,而故障点上游线路零序测量导纳的模值比远大于1,基于此提出了基于零序导纳变化的灵活接地系统接地故障方向判别算法。数字仿真和现场试验数据表明,该方法准确率高,不易受线路参数和过渡电阻等因素影响,可与定时限零序过电流保护配合使用,能满足现场实用要求。

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    • >研制与开发
    • 变电站二次设备防误风险管控系统实现方案

      2020, 44(17):95-101. DOI: 10.7500/AEPS20191201002

      摘要 (58) HTML (6) PDF 1023.97 K (156) 评论 (0) 收藏

      摘要:在现有变电站微机防误系统的基础上,采用非电量方式采集二次设备状态,扩展二次设备模型,提出二次设备防误规则,建立一次设备与二次设备、二次设备与二次设备之间的防误逻辑。设计基于专家知识库的二次设备防误算法,实现一、二次设备操作防误闭锁功能。建立二次设备检修断面,通过操作票与上锁、挂牌配合的方式,进行安全隔离措施的布防与检修操作过程防控,实现检修作业全过程安全自动管控。现场实践表明,二次设备防误风险管控系统提升了一、二次设备操作防误水平和检修作业安全风险管控能力,保障电网设备操作的安全性。

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    • 基于标准文件的电能质量领域本体构建方法

      2020, 44(17):102-110. DOI: 10.7500/AEPS20200223005

      摘要 (57) HTML (21) PDF 1.16 M (162) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有电能质量领域本体缺乏标准化的构建方法、术语间关系模糊且实用性差、无法随领域发展自动更新等缺点,提出一种基于电能质量标准文件的本体构建方法。首先,剖析电能质量标准文件中的句式结构和语义关系,形成关系函数实现术语之间的语义关联;其次,构建电能质量专业词汇表,结合自然语言处理技术,处理文本并提取领域术语;然后,根据领域术语及其函数关系,将具体术语对应到本体单元框架中的不同实例,建立阶段、现象、对象和技术监督4个维度的电能质量领域本体单元;最后,基于不同阶段的电能质量技术要求,形成多维度知识联络紧密的本体模型。该构建方法能利用标准文件建立各个阶段不同分析对象的本体模型,支撑系统间数据共享及中文人机交互,建模过程简单,易标准化且本体能随标准文件修订而更新,具有较好的实用性。

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    • 低开关频率对并网逆变器控制环节的影响及补偿方法

      2020, 44(17):111-119. DOI: 10.7500/AEPS20191119001

      摘要 (97) HTML (25) PDF 1.47 M (179) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了防止大功率并网逆变器网侧LCL滤波器所导致的谐振问题,通常采用无源阻尼方法进行谐振抑制。但是传统的无源阻尼方法未考虑数字延时对系统稳定性的影响,通过在离散域和连续域建模结合奈奎斯特稳定判据分析,得出采用准比例-谐振(QPR)控制时,低开关频率下的数字延时角会导致无源阻尼方法在谐振频率附近出现负穿越。这个特性会导致电流环不能稳定运行,并进一步得出QPR控制下的无源阻尼系统稳定性不受电网阻抗变化的影响。为了保证低开关频率下电流环的稳定性,提出采用具有低通特性的超前环节补偿QPR控制器谐振频率相位滞后的方法,给出了超前补偿的设计步骤。最后,仿真和实验验证了所提方法的正确性和有效性。

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    • 基于控制与保护协同的直流配电系统单极接地故障保护策略

      2020, 44(17):120-126. DOI: 10.7500/AEPS20200320004

      摘要 (85) HTML (45) PDF 978.25 K (214) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着电力电子技术的发展,柔性直流配电系统逐渐成为研究热点。单极接地故障是直流配电系统中最为常见的故障类型,当交流侧通过高阻接地时,直流侧发生单极接地故障后,故障电流变化不明显,难以准确定位。文中提出了基于控制与保护协同的双端直流配电系统单极接地故障保护策略,通过就地检测交流接地支路电流微分判断故障发生,进而快速投切交流接地支路上并联的小电阻。相比于传统的差动保护方法,所提方法省去了通信时间,有效提高了保护的快速性。同时,根据保护可靠性的要求,优选了并联小电阻的阻值。最后,在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真分析,验证了所提保护策略的可靠性和快速性。

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    • 基于暂态电流的MMC-LVDC双极短路故障定位方法

      2020, 44(17):127-135. DOI: 10.7500/AEPS20200106004

      摘要 (78) HTML (50) PDF 1.11 M (238) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着分布式电源和直流负荷的大量接入,直流配电系统相较于交流系统更具优势。故障定位是直流配电网可靠、优质供电的关键支撑技术之一。分析了模块化多电平换流器(MMC)型柔性直流配电网双极短路故障暂态特性,提出了一种基于子模块闭锁后初始阶段暂态电流的故障精确定位方法,建立了双端MMC型柔性直流配电网的等效电路,推导了直流电流的时域表达式,构建包含故障距离和过渡电阻2个未知参数的时域方程组,并利用最小二乘法进行求解。该方法适用于不同接地方式。在PSCAD/EMTDC中搭建了双端柔性直流配电网模型。仿真结果验证了该方法的有效性、可靠性与准确性,针对两端换流站参数不对称和过渡电阻时变场景,所提方法也具有很高的定位精度。

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    • 计及汇流母线行波特性的三端混合直流系统行波解析方法

      2020, 44(17):136-144. DOI: 10.7500/AEPS20190530001

      摘要 (29) HTML (6) PDF 1.08 M (114) 评论 (0) 收藏

      摘要:三端混合直流输电系统区别于两端直流系统,由于两段参数各异的线路通过汇流母线连接换流站,因此当故障行波经过汇流母线时将产生复杂的折反射而出现畸变,而现有的两端直流系统行波解析方法因未计及该特性而不适用。文中计及汇流母线的行波特性,搭建了三端混合直流输电系统的行波解析等值模型;在此基础上推导出故障初始行波、线路传播衰减与畸变系数以及汇流母线和换流站的行波折射系数的复域表达式,从而构建各换流站测点故障行波的复域模型。提出了三端混合直流输电系统的复域与时域、模量与极线量的行波解析计算方法。然后,基于所提方法对三端混合直流线路的行波保护进行定值整定计算与灵敏度分析。最后,采用PSCAD构建三端混合直流系统的电磁暂态仿真模型,通过大量电磁暂态仿真验证了所提方法的正确性与高计算效率。

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    • 基于模糊逻辑的UPFC线路新型正序故障分量方向元件

      2020, 44(17):145-152. DOI: 10.7500/AEPS20200123003

      摘要 (53) HTML (18) PDF 666.88 K (137) 评论 (0) 收藏

      摘要:统一潮流控制器(UPFC)可以灵活控制线路潮流,提高电力系统运行稳定性,但其接入会对线路保护的动作性能产生影响。针对UPFC线路正序故障分量方向元件在反方向故障时易发生误动的问题,提出了基于模糊逻辑的适用于UPFC线路的新型正序故障分量方向元件。首先,通过增加UPFC线路侧电压互感器,与原有的母线电压和线路电流测点组成新型保护单元。在此基础上,对传统方向元件的动作区域进行划分,进而应用模糊逻辑,通过设置合理的隶属度函数、权重和故障方向判据,利用综合隶属度函数实现故障方向的判别。最后,基于PSCAD/EMTDC的大量仿真结果表明,新型方向元件在UPFC不同运行方式、不同故障类型和过渡电阻等条件下,均可正确判别故障方向,保障了UPFC接入后电网的安全可靠运行。

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    • 正弦波调制的全光纤电流互感器故障机理分析

      2020, 44(17):153-160. DOI: 10.7500/AEPS20200401004

      摘要 (41) HTML (17) PDF 1.15 M (146) 评论 (0) 收藏

      摘要:正弦波调制的全光纤电流互感器(FOCT)在直流输电工程中得到了广泛应用,但其在实际运行中故障率远高于电磁式电流互感器,严重威胁电网的安全运行。为研究FOCT的故障机理,建立了FOCT输出信号模型,分析了其调制、解调的基本方法,给出了计算被测电流时所用信号处理方法的影响因素,指出FOCT的光回路及调制回路通过改变探测器输出信号中二次谐波分量的大小而影响FOCT的工作状态,当两回路参数的改变造成二次谐波幅度低于FOCT检测要求时将导致其出现测量故障,并据此将FOCT的故障划分为光回路故障和调制回路故障。仿真计算了光回路和调制回路对二次谐波影响的基本规律,并给出了2种故障的特征差别。最后,开展了FOCT的光回路和调制回路故障模拟试验,试验结果验证了理论分析的正确性。

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    • 电力系统保护OTN通信网路由均衡规划方法

      2020, 44(17):161-167. DOI: 10.7500/AEPS20200109001

      摘要 (34) HTML (21) PDF 1.01 M (142) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对电力系统保护光传送网(OTN)通信网路由规划光层链路资源占用不均衡问题,提出一种电力系统保护OTN通信网路由均衡规划方法。首先,阐述了电力系统保护通信网的结构与业务需求;然后,在构建电力系统保护OTN通信网网络分层模型的基础上,量化电层和光层指标作为约束条件,提出了含传输时延、业务可靠性、电层资源占用率和光层资源占用率的路由均衡最优规划模型和模型求解方法;最后,实验验证了该规划方法的有效性。仿真结果表明,该规划方法可以避免高负载光层链路和光层节点的出现,降低了光层链路占用率标准差。

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    • >工程应用
    • 多直流馈入受端电力系统分区及互联优化方法

      2020, 44(17):168-174. DOI: 10.7500/AEPS20190718010

      摘要 (47) HTML (9) PDF 1.02 M (199) 评论 (0) 收藏

      摘要:合理的系统分区是中国广东等多直流馈入受端电力系统应对短路电流超标、复杂故障和交直流交互影响导致大停电等问题的根本措施。已有研究集中在开断交流支路选择方面,而系统分区在开断交流支路时往往需配套加强区内网架以满足电气支撑约束。为此,提出了一种分区及互联优化方法,能够对分区断面、区间及区内互联方案进行同步协调优化,在满足潮流传输、直流运行支撑等需求下确定合理的拓扑结构和电气强度。首先,以最小化指定规模及以上停电事故发生概率为目标函数,考虑系统安全约束,构建了系统分区及互联问题对应的优化模型;然后,基于最小单元定义实现了网架方案的数学化表达,并以最小单元间的联结关系作为优化变量;最后,采用和声搜索算法和蒙特卡洛仿真法求解所发展的模型。通过在广东实际电力系统的应用验证了文中所提方法的可行性和有效性。

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    • 巴西美丽山特高压双回直流工程协调策略设计

      2020, 44(17):175-183. DOI: 10.7500/AEPS20200103003

      摘要 (36) HTML (32) PDF 1.06 M (135) 评论 (0) 收藏

      摘要:巴西美丽山特高压直流工程为双回直流送出工程,两回直流工程隶属于不同的项目公司,没有统一设计,且分期建设、各自管理,不同的设备供货商在设计理念上存在差异。针对以上问题,开展了主控系统设计,提出两回直流工程有功控制协调策略,可实现两回直流功率相互支援,有利于电网稳定运行。针对两回直流工程无功控制都采用定交流电压控制,提出两回交流滤波器的协调控制策略,在两回交流滤波器各自独立控制的情况下,可实现有序投退。针对两回直流工程在欣古换流站共用接地极的运行方式,提出了相应的控制保护策略,满足两回直流工程共用接地极运行的需要。通过联调试验和现场运行,验证了所述设计方案的有效性。

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