风光柴储等新能源如何进行优化调度进行统一管理呢？

时间：2024-11-13

摘要：为全面落实我国能源革命战略，实现可持续发展，现加大对可再生能源和新能源研发力度，实现其全面发展，以此来达到碳达峰、碳中和的战略目标。所以，在此背景下，光伏发电的重要性日益凸显，但是针对电网内部高效调度缺失以及管理力度不强等问题需要着重关注，并制定高效控制措施，只有这样才能有效解决电力调峰错谷、系统稳定性问题。为了有针对性的缓解大规模光伏发电在接入电网时所造成的各种问题，可以尝试科学使用储能技术，减少新能源并网造成的负面影响以及运行压力，从而强化控制系统经济性，实现质量和效率的全面提高。本文主要针对光伏储能系统控制策略及并网思考展开研究分析。

关键词：光伏储能系统；控制措施；并网思考

引言

近几年，我国对于分布式能源以及微电网发展的重视程度越来越高，而其中占据主要地位的就是光伏系统、储能技术应用，这也逐渐成为**现代电力能源供应可靠性、促进新能源消纳、减少环境污染的有效措施之一。而针对当代社会对光伏储能控制系统重视程度的提高，我国新能源领域专业学者对其发展前景、应用价值、系统性能等多层面都进行了详细的研究分析。同时也着重凸显出了光伏、储能应用价值以及商业模式的实际应用效果，这对于后期实现项目科学规划建设，**其经济性发展以及光伏储能控制系统质量的提高都有着非常大的战略意义。

而对于当前开展的各项研究可以看出，对于联合发电系统出力特性的调研工作，应该结合其不同功率波动进行平抑措施，这样可以更好的实现对新能源储能量的完善与优化；然后就是要根据新能源出力典型场景进行综合考虑，根据其概率分布做好能源系统中储能控制体系的科学合理配置。除此之外，要明确储能系统配置和规划问题有直接关联，同时还与短期运行有着密不可分的关系，因此如果是站在短期运行角度进行分析研究的话，就需要对储能、新能源进行综合建模，掌握其对储能规划都有哪些影响，然后构建出高效解决措施来科学配置储能。

1、光伏储能系统控制策略分析

针对光伏发电系统的能量储存管理工作分析，其中主要工作重点的就是储能设备的充电、放电控制、逆变器处并网功率控制几个节点，而以下措施主要针对上述工作重心展开针对性讨论研究。结合储能系统控制效益可以看出，此体系的存在可以充分且全面的解决电网消纳问题，期间还能借助输出和输入两侧的功率平衡来实现电能系统运行的稳定性；再加上储能系统装备的*特优势，不仅能在恶劣环境下正常供电，同时还可以结合实际情况作出不同改变，**电能供给效益，以此来提高电网运行的可靠性和安全性。

1.1选取高效储能系统设备

在选择储能设备方面，需要针对不同储能需求以及各种储能技术来展开工作，关键点就是光伏技术主体层面，储能技术在细节上主要包括高能量密度储能技术、高功率密度储能技术两种。

高能量密度储能：涵盖磁储能技术、机械能技术、电能技术，而与上面三个对应的分别是**导储能设备、飞轮储能设备、**级电容器储能设备；

高功率密度储能：涵盖电化学技术、化学技术，而其中使用储能设备相对较多的就是化学技术，如：铅酸蓄电池、锂电池、硫化钠电池、流体电池等，且氢电池是关键的储能设备。对此，怎样选择合适度较高且实用性较强额的储能设备，关键节点就在于可以不断的根据设备性质、储能设备能效等方面进行决定，而紧接着还需要不同条件因素，每个储能设备能量特点、功率等详细参数来赋予其权值，后就是要对加权平均值进行计算，这样就可以选择出性能好且储能效益较高的设备。

1.2储能系统设备充放电控制

SC与蓄电池混合设备，主要是利用DC/DC双向变换器之后，与直流母线进行关联，所以在研究分析方面可以在设备没有过量充电或者是过量放电条件下进行分析研究，还有就是在设计方法角度上，能减少蓄电池充放电的大功率与冲击电流，以此来实现使用寿命的提高，同时还可以维持直流母线处的功率稳定以及电压平衡。

SC与蓄电池混合设备在与直流母线进行连接时，可以采用被动控制、半主动控制、主动控制三种方式。被动控制方式的主要连接方式是直接把混合储能设备连接到直流母线位置上，这样能降低电能储能设备安装难度及成本，但是功率难以有效控制，发展前景并不乐观；主动控制方式是SC与蓄电池混合设备需要分别经过DC/DC双向变换器，然后与直流母线进行连接，实现对设备的实际功率控制，这种控制方式设备安装及运行成本高；半主动控制方式，是将SC与蓄电池混合设备按照两种方式进行连接，安装过程中有效的避免了以上两种方式所衍生出的缺点，尽可能融合其优点，但是还是存在一些问题。所以，针对光伏储能系统控制措施方面，可以选择主动控制的方式来强化储能设备功率，**其优化的控制。

1.3利用规则控制器进行管理

对于怎样利用规则控制器进行管理，主要操作方式就是将直流母线的功率差额输入到规则控制器当中，确保低通滤波器当中可以通过分量，紧接着就是要按照规范要求，在**级电容器与蓄电池中做好低频部分的分配工作。在整个工作流程期间，储能设备的功率平衡会不时的出现高频份量处理，因此要把**级电容器介入其中，从而促使两者实现平衡。此文献也对于处在控制期间的FLC作出了详细的定向分析，同时结合光伏并网中具体高效的功率控制措施进行了更加深入的研究，但是对于像能量控制、储能设备充放电控制、逆变器控制这几个层面，还是要结合实际，落实基本标准，不仅要**电容器的正常运行以外，关键的还是要满足电力需求。

1.4逆变器处并网功率控制措施

首要工作就是结合非隔离性逆变器作出直流变换，是否正常运转进行研究分析，同时分析工作还要涉及到单位功率因数并网的控制方式。因此，单从逆变器角度来说，不仅要满足工作需求，关键的是要满足一点零功率因素和维持母线电压的根本需求，所以，从工作重心方面分析，主要节点并不是针对逆变器功率因素调节方面。而关键在于，利用双环P1的控制方式对逆变器进行控制，但对于内部层面的控制，重点还是在并网点电流电能控制、直流母线电压的稳定控制方面。对此，怎样才能发挥储能装置的放电实际效果，关键在于对储能装置管理控制系统的内**化，防止其寿命受到损伤。

2、光伏储能系统并网思考

2.1光伏储能系统并网技术概述

目前，光伏储能系统并网基本分为分布式发电体系、荒漠电站体系，而这两种系统的主要工作机理就是将太阳能组件在工作运行期间，所产生的直流电，转换成交流电，以此来满足我们日常生活需求，之后在将其介入到公共电网当中，从而实现并网。而在整个并网系统中起到关键性作用的，就是并网逆变器，并网逆变器主要作用就是对电流、检测电网的信号、功率点跟踪、抗孤岛进行控制和输出。同时还具有检测并网、控制并网、保护并网功能。根据目前的社会发展，我国的光伏储能系统并网发展还比较缓慢，在实际运用和技术上还有很多问题等待解决。另外，由于在实际使用中缺少实验数据，光伏储能系统并网对整体电网是否存在影响也无从得知。而且，光伏储能系统并网的稳定性相对较差、能量的密度也比较低、调节能力也一般，周围的天气温差和气候甚至是地理位置都会在不同程度上对发电量产生影响。所以，深入研究光伏储能系统并网的体系模式，对加快能源结构调整步伐，提高新能源利用率等这些都具有重大意义。

2.2光伏储能系统并网体系研究

站在结构系统方面分析，光伏储能系统并网体系基本分为两种，分别是单级结构、二级结构。

单级结构：关键机理就是借助逆变器，将光伏电站系统的直流电转换成交流电，之后在将其转换成和并网频率相同、电压幅值相同的电能。

二级结构：使用的则是转换器，首先是升高直流电电压，之后在逆变器的作用下将电流转化成与电网相同频率、电压幅值的交流电，后实现并网。

大多数情况下，向这种大型光伏电站的控制系统，容量都非常大。所以，为了实现资源节约，减少不必要的资源浪费，基本上选择的都是单级结构，而在其中起到决定性因素的关键技术则是合理设计出的并网逆变器构造和操作方式。所以，使用效益高且科学的并网逆变器，不仅会降低发电成本，提高发电效率和质量，关键的是可以**终并网效益。而像电压闪变、孤岛效应等新问题，这些都对并网逆变器的控制提出新的挑战。并网逆变器的设计应更加科学，更能有效的控制效率等，以此来减少电网中出现的问题。

2.3光伏储能系统并网的配件设计

光伏电站的整体结构复杂，零部件也非常多，这里面贵的元件就是光伏电池，但是光伏电池的转换效率也是在这个领域一直研究的问题。随着现在社会科技的不断发展，在单晶硅、多晶硅和薄膜电池的广泛应用以后，与此同时也开发出了聚光式的光伏元件，它可以把太阳的光聚焦成很多倍，因此在未来的元器件设计中，一定能实现能量的高效转换。

2.4的电能变换技术

大型的光伏电站内含有的零件非常多，组成也很复杂，而且并网逆变器在光伏电站中一直都有着重要的作用。并网逆变器的元件在实际应用中主要有两大功能，协调控制和集群。同时还包含了两方面的重要内容，在实际应用中可以运用并网逆变器统一控制，同时淡化彼此间的影响；还有一种就是借助系统的整体控制，从而来完成并网逆变器集群的统一工作，这样就可以让电压穿越、孤岛检测等一系列功能能高效运行。

2.5大功率点的跟踪技术

大功率点的跟踪技术主要就是指控制器可以实时自动侦查太阳能阵列的电压，并对高功率值进行追踪，以此来**控制系统能取得太阳能阵列*值的功率，以此来进行充电和放点的管理。大部分的大功率点的跟踪技术基本涵盖：电压电流直接控制、参数选择间接控制、现代控制理论人工智能等。其中，间接控制：主要就是对经验、公式、数据库进行使用，**大功率点，但是存在一个弊端，就是无法实现对大功率点的跟踪，误差也大。但是，借助电流电压检测的方式，再对其进行跟踪，实际效果要更加理想，优势也比较**；但是如果运用检测电压电流的方式，然后对大功率点进行跟踪更具有明显的优势。通过一些实际研究可以看出，对电压电流的检测方式，要非常高，并且能够实时的对大功率点进行跟踪控制，满足了所有场景的要求，在实际运用中得到了广泛的运用。

2.6孤岛效应技术

孤岛效应通俗的讲就是一种自给供电孤岛现象，它的工作模式是当供电系统因为事故、故障或者是维修等因素暂停工作的时候，在按照客户端时，对于是否存在停电问题，光伏并网发电系统并没有做出检测，甚至无法及时切断自身与**电力网络的连接，以至于终会影响到周围电力公共负载供电。而对于实际检测孤岛效应的方式，主要分为被动式和主动式两种。被动式：主要是检测电压频率、电压谐波等。主动式检测法：基本上包括功率扰动法、频率扰动法等。但是随着技术科技创新，现在又衍生出了一种较检测方式，就是电网断电过程中，改变电压和电流的相位，此时整个系统中的输出功率就会一同发生变化，从而实现检测时间缩短的目的，关键的是可以使用不同的参数来实现并网逆变器的并联检测。

3、Acrel-2000MG微电网能量管理系统概述

3.1概述

Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，总结国内外的研究和生产的经验，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电桩的接入，全天候进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电桩运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。

微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

3.2技术标准

本方案遵循的标准有：

本技术规范书提供的设备应满足以下规定、法规和行业标准：

GB/T26802.1-2011工业控制计算机系统通用规范1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工业控制计算机系统工业控制计算机基本平台2部分：性能评定方法

GB/T26802.5-2011工业控制计算机系统通用规范5部分：场地安全要求

GB/T26802.6-2011工业控制计算机系统通用规范6部分：验收大纲

GB/T2887-2011计算机场地通用规范

GB/T20270-2006信息安全技术网络基础安全技术要求

GB50174-2018电子信息系统机房设计规范

DL/T634.5101远动设备及系统5-101部分:传输规约基本远动任务配套标准

DL/T634.5104远动设备及系统5-104部分:传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-网络访问101

GB/T33589-2017微电网接入电力系统技术规定

GB/T36274-2018微电网能量管理系统技术规范

GB/T51341-2018微电网工程设计标准

GB/T36270-2018微电网监控系统技术规范

DL/T1864-2018独立型微电网监控系统技术规范

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC150-2018低压微电网并网一体化装置技术规范

T/CEC151-2018并网型交直流混合微电网运行与控制技术规范

T/CEC152-2018并网型微电网需求响应技术要求

T/CEC153-2018并网型微电网负荷管理技术导则

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC5005-2018微电网工程设计规范

NB/T10148-2019微电网1部分：微电网规划设计导则

NB/T10149-2019微电网2部分：微电网运行导则

3.3适用场合

系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。

3.4型号说明

3.5系统配置

3.5.1系统架构

本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：

图1典型微电网能量管理系统组网方式

3.6系统功能

3.6.1实时监测

微电网能量管理系统人机界面友好，应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，各子系统回路电参量主要有：三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。

系统应可以对分布式电源、储能系统进行发电管理，使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。

系统应可以对储能系统进行状态管理，能够根据储能系统的荷电状态进行及时告警，并支持定期的电池维护。

微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷组成情况，包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求，也可将充电，储能及光伏系统信息进行显示。

图2系统主界面

子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、通讯状况及一些统计列表等。

3.6.1.1光伏界面

图3光伏系统界面

本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

3.6.1.2储能界面

图4储能系统界面

本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。

图5储能系统PCS参数设置界面

本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。

图6储能系统BMS参数设置界面

本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。

图7储能系统PCS电网侧数据界面

本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。

图8储能系统PCS交流侧数据界面

本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。

图9储能系统PCS直流侧数据界面

本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。

图10储能系统PCS状态界面

本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。

图11储能电池状态界面

本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。

图12储能电池簇运行数据界面

本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的大、小电压、温度值及所对应的位置。

3.6.1.3风电界面

图13风电系统界面

本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

3.6.1.4充电桩界面

图14充电桩界面

本界面用来展示对充电桩系统信息，主要包括充电桩用电总功率、交直流充电桩的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电桩的运行数据等。

3.6.1.5视频监控界面

图15微电网视频监控界面

本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。

3.6.2发电预测

系统应可以通过历史发电数据、实测数据、未来天气预测数据，对分布式发电进行短期、**短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。根据功率预测可进行人工输入或者自动生成发电计划，便于用户对该系统新能源发电的集中管控。

图16光伏预测界面

3.6.3策略配置

系统应可以根据发电数据、储能系统容量、负荷需求及分时电价信息，进行系统运行模式的设置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期计划、需量控制、有序充电、动态扩容等。

图17策略配置界面

3.6.4运行报表

应能查询各子系统、回路或设备*时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能等。

图18运行报表

3.6.5实时报警

应具有实时报警功能，系统能够对各子系统中的逆变器、双向变流器的启动和关闭等遥信变位，及设备内部的保护动作或事故跳闸时应能发出告警，应能实时显示告警事件或跳闸事件，包括保护事件名称、保护动作时刻；并应能以弹窗、声音、短信和电话等形式通知相关人员。

图19实时告警

3.6.6历史事件查询

应能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数、电芯温度（锂离子电池）、压力（液流电池）、光照、风速、气压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

图20历史事件查询

3.6.7电能质量监测

应可以对整个微电网系统的电能质量包括稳态状态和暂态状态进行持续监测，使管理人员实时掌握供电系统电能质量情况，以便及时发现和消除供电不稳定因素。

1）在供电系统主界面上应能实时显示各电能质量监测点的监测装置通信状态、各监测点的A/B/C相电压总畸变率、三相电压不平衡度*和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度*和正序/负序/零序电流值；

2）谐波分析功能：系统应能实时显示A/B/C三相电压总谐波畸变率、A/B/C三相电流总谐波畸变率、奇次谐波电压总畸变率、奇次谐波电流总畸变率、偶次谐波电压总畸变率、偶次谐波电流总畸变率；应能以柱状图展示2-63次谐波电压含有率、2-63次谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电流含有率；

3）电压波动与闪变：系统应能显示A/B/C三相电压波动值、A/B/C三相电压短闪变值、A/B/C三相电压长闪变值；应能提供A/B/C三相电压波动曲线、短闪变曲线和长闪变曲线；应能显示电压偏差与频率偏差；

4）功率与电能计量：系统应能显示A/B/C三相有功功率、无功功率和视在功率；应能显示三相总有功功率、总无功功率、总视在功率和总功率因素；应能提供有功负荷曲线，包括日有功负荷曲线（折线型）和年有功负荷曲线（折线型）；

5）电压暂态监测：在电能质量暂态事件如电压暂升、电压暂降、短时中断发生时，系统应能产生告警，事件能以弹窗、闪烁、声音、短信、电话等形式通知相关人员；系统应能查看相应暂态事件发生前后的波形。

6）电能质量数据统计：系统应能显示1min统计整2h存储的统计数据，包括均值、大值、小值、95%概率值、方均根值。

7）事件记录查看功能：事件记录应包含事件名称、状态（动作或返回）、波形号、越限值、故障持续时间、事件发生的时间。

图21微电网系统电能质量界面

3.6.8遥控功能

应可以对整个微电网系统范围内的设备进行远程遥控操作。系统维护人员可以通过管理系统的主界面完成遥控操作，并遵循遥控预置、遥控返校、遥控执行的操作顺序，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

图22遥控功能

3.6.9曲线查询

应可在曲线查询界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH、充放电量变化等曲线。

3.6.10统计报表

具备定时抄表汇计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。对微电网与外部系统间电能量交换进行统计分析；对系统运行的节能、收益等分析；具备对微电网供电可靠性分析，包括年停电时间、年停电次数等分析；具备对并网型微电网的并网点进行电能质量分析。

图24统计报表

3.6.11网络拓扑图

系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

图25微电网系统拓扑界面

本界面主要展示微电网系统拓扑，包括系统的组成内容、电网连接方式、断路器、表计等信息。

3.6.12通信管理

可以对整个微电网系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。系统维护人员可以通过管理系统的主程序右键打开通信管理程序，然后选择通信控制启动所有端口或某个端口，快速查看某设备的通信和数据情况。通信应支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

3.6.13用户权限管理

应具备设置用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控操作，运行参数修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全**。

3.6.14故障录波

应可以在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各相关电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。其中故障录波共可记录16条，每条录波可触发6段录波，每次录波可记录故障前8个周波、故障后4个周波波形，总录波时间共计46s。每个采样点录波至少包含12个模拟量、10个开关量波形。

3.6.15事故追忆

可以自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时扫描数据，包括开关位置、保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。

用户可自定义事故追忆的启动事件，当每个事件发生时，存储事故前10个扫描周期及事故后10个扫描周期的有关点数据。启动事件和监视的数据点可由用户*和随意修改。

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