CN103762590B - 电力系统低频减载基本轮减载量在线整定方法 - Google Patents

电力系统低频减载基本轮减载量在线整定方法 Download PDF

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Abstract

电力系统低频减载基本轮减载量在线整定方法,涉及一种系统分析方法。目前为止还没有提出基于详细的时域仿真直接整定低频减载量的实用方法。本发明包括下列步骤:分别针对设定时段内的各个计划方式,将频率下降幅度大于频率偏差门槛值的预想故障纳入相应的计划方式待校核故障集;根据计划方式的持续时间,计算其出现的概率;确定低频减载装置减载比例的最大值及每轮减载比例最大值;逐轮确定各低频减载装置的减载量,直至待整定计划方式所对应的待整定故障的暂态频率安全裕度均大于0或者切负荷无法提高暂态频率安全裕度;进行待校核故障的暂态频率安全并行评估。本技术方案计算速度快,提高了整定方案的准确性和适应性。

Description

电力系统低频减载基本轮减载量在线整定方法
技术领域
本发明涉及一种系统分析方法,尤指电力系统低频减载基本轮减载量的在线整定方法。
背景技术
电力系统频率反映有功发电与负荷的平衡情况。当系统出现大的有功缺额时,频率会发生较大偏移,可能引发连锁故障和频率失稳。作为电力系统“三道防线”的重要组成部分,低频减载装置对维持频率稳定具有重要意义。目前广泛使用的低频减载装置采用逐次逼近的控制思想,通过多轮基本轮和特殊轮的组合,能够适应较大范围扰动。传统低频减载方案整定方法在无备用方式下利用单机带集中负荷模型进行整定,方法简便,但存在方案偏保守、适应性差的缺陷。实际电网中需要优化配置低频减载装置,在保证电网安全稳定的前提下优化减载量。
为了解决以上问题,国内外学术界曾开展了相关的研究工作,但就已经发表的成果看,虽然也已强调采用暂态仿真评估低频减载整定方案的重要性,但由于缺乏评估暂态频率安全性的量化方法,无法定量评估减载量的影响,到目前为止还没有提出基于详细的时域仿真直接整定低频减载量的实用方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进,提供电力系统低频减载基本轮减载量在线整定方法,以提高整定方案的准确性和适应性的目的。为此,本发明采取以下技术方案。
电力系统低频减载基本轮减载量在线整定方法,其特征在于包括下列步骤:
1)分别针对设定时段T内的各个计划方式,根据预想故障引起的系统功率缺额,估算预想故障集中各个故障发生后系统稳态频率的下降幅度,将频率下降幅度大于频率偏差门槛值Δfthres的预想故障纳入相应的计划方式待校核故障集;若其中至少有一个计划方式的待校核故障集非空,则进入步骤2);否则,结束本方法;
所述故障是指由解列、机组跳闸、厂站全停或直流闭锁引起系统功率缺额的故障;频率偏差门槛值Δfthres为系统当前频率与各套低频减载装置基本轮中第一轮动作频率差值的最小值;
2)针对待校核故障集非空的计划方式,进行考虑除低频减载措施之外其它紧急控制措施的暂态频率安全量化评估,筛选出暂态频率不安全的计划方式及其对应的不安全故障,形成待整定的计划方式及其待整定的故障集;根据计划方式k的持续时间Tk,计算其出现的概率λk=Tk/T,进入步骤3);
3)分别针对待整定的计划方式及其待整定的故障集,根据功率平衡原则确定低频减载装置减载比例的最大值及每轮减载比例最大值,进入步骤4);
4)针对待整定计划方式下的所有待整定故障,从暂态频率不安全的初始点出发,在各个低频减载装置当前轮最大可减载比例范围内划分档位,所有低频减载装置当前轮档位进行枚举组合,每个组合均作为一个当前轮减载方案,并将每个当前轮减载方案下的所有待整定计划方式对应的待整定故障均作为计算方案,采用按计算方案并行的计算方法进行暂态频率安全校核,根据暂态频率安全裕度指标和切负荷代价,将性价比最大值对应的减载方案中各个低频减载装置减载比例作为当前轮减载比例,逐轮确定各低频减载装置的减载量,直至待整定计划方式所对应的待整定故障的暂态频率安全裕度均大于0或者切负荷无法提高暂态频率安全裕度,进入步骤5);
5)在步骤4)确定的减载方案基础上,采用集群计算平台对待校核故障集非空的计划方式进行待校核故障的暂态频率安全并行评估,若各个计划方式下所有待校核故障的暂态频率安全裕度均大于0,则将步骤4)确定的减载方案作为低频减载基本轮减载量在线整定方案,结束本方法;否则,对于除待整定故障外还有暂态频率安全裕度不大于0的情况,接受步骤4)确定的减载方案,并将暂态频率不安全故障及相应的计划方式形成新的待整定计划方式及其待整定故障集,返回步骤3);对于其它情况,结束本方法。
本技术方案一方面考虑了基于电网设定时段内的实时调度计划断面数据进行低频减载量的在线整定,另一方面考虑了基于大规模集群计算平台的低频减载量整定,因此,本发明在提高了整定方案的准确性和适应性同时极大提高了低频减载量整定的计算性能。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充,本发明还包括以下附加技术特征。
在步骤1)中通过公式一估算故障后系统的频率下降幅度,公式一:式中:Δfmax为频率下降幅度,ΔPk为故障k下系统的功率缺额;KL为负荷静态频率特性系数,是频率变化1Hz引起的负荷功率变化量;如果故障造成系统解列,则需要分别计算解列后有功率缺额的各个子系统的频率下降幅度,其中,负荷静态频率特性系数分别取各个子系统的对应值。
在步骤2)中确定待整定方式及其对应故障集的方法如下:采用集群计算平台对计划方式下的所有待校核故障进行暂态频率安全量化分析,得到方式i故障j的暂态频率安全裕度若故障后系统解列为多个子系统,则分别计算各个子系统的暂态频率安全裕度;为避免提高不安全故障的暂态频率安全裕度的低频减载措施恶化临界安全故障的暂态频率安全裕度,设置大于0的暂态频率安全裕度门槛值εf,将暂态频率安全裕度小于εf的故障及其对应计划方式形成待整定计划方式及其待整定的故障集。
在步骤3)中根据功率平衡原则确定低频减载装置减载比例最大值及每轮减载比例最大值的方法如下:
首先,通过公式二来计算计划方式i发生故障j后解列出的子系统k所需要的低频减载量最大值ΔPLijkmax,如果故障未造成解列,则k即为原系统;公式二:ΔPLijKmax=λ(ΔPijk-KLijkΔf),式中:ΔPijk为计划方式i发生故障j后解列出的子系统k的功率缺额;Δf=fN-fr,fN为系统的当前频率,fr为恢复频率的安全门槛值;λ为设定的估算系数,通常取为1;KLijk是子系统k的负荷静态频率特性系数;
然后,通过公式三来计算子系统k中低频减载装置基本轮减载比例的最大值,公式三:式中:PCijk为计划方式i发生故障j后解列出的子系统k中装有低频减载装置的节点的可切除负荷实时计划功率之和;
综合考虑所有待整定计划方式及其待整定的故障集,得到各节点低频减载装置的减载比例最大值:
KCmax=max{KCijkmax},
每轮减载比例最大值按每轮切除负荷最大值相同考虑,减载比例最大值为μ*KCmax/Nε,其中NF为低频减载基本轮轮次数,μ为设定的大于1的系数。
在步骤4)中低频减载量逐轮分档整定的步骤分为以下四步:
第一步,对于所有待整定的低频减载装置,分别以该装置待整定的当前轮的最大可减载比例作为搜索上限,将当前轮减载比例在搜索上限和0之间分成若干档位,档位数的划分满足精度要求;采用公式五计算所有低频减载装置当前轮各档位的枚举组合数XD,每个组合均作为一个当前轮减载方案;
公式五:
式中,a0为所有待整定的低频减载装置的总数,Xm为第m个待整定的低频减载装置的当前轮减载比例的档位数;
第二步,针对待整定计划方式及其对应的故障集,将每个当前轮减载方案下的所有待整定计划方式对应的待整定故障均作为计算方案,采用按计算方案并行的计算方法,提交给集群计算平台进行暂态频率安全量化分析;
第三步,获取各计算方案的暂态频率安全量化分析结果后,由所有待整定计划方式下的待整定故障的暂态频率安全裕度变化量及各低频减载装置减负荷代价增加量,根据公式六计算出所有当前轮减载方案性价比Zf,公式六:
式中,λk为待整定计划方式出现的概率,Nk为待整定计划方式数目,为计划方式k下第j个故障出现的概率,为计划方式k下的故障总数,为计划方式k下第j个故障的暂态频率安全裕度变化量,ΔCfm为第m个待整定的低频减载装置减负荷代价增加量;
将与性价比最大值max{Zf}对应的减载方案中各个低频减载装置减载比例作为当前轮确定的减载比例;
第四步,若所有待整定计划方式及其对应的故障集的暂态频率安全裕度均大于0或者切负荷无法提高暂态频率安全裕度,则进入步骤5);
否则,若低频减载装置已整定的所有基本轮的减载比例之和大于等于该装置减载比例最大值,则不再整定该装置;若已整定的当前轮的减载比例大于0且当前轮不是基本轮的最后1轮,则将当前轮的下一轮作为待整定的轮次;若已整定的当前轮的减载比例等于0,则仍将当前轮作为待整定的轮次;返回第一步继续整定。
有益效果:本发明提出一种基于大规模集群计算平台的低频减载基本轮减载量在线整定方法,通过详细时域仿真搜索满足设定时段内的实时调度计划方式暂态安全且总体控制代价最小的减载策略;通过估计计划方式故障集中各故障频率下降幅度筛选故障以减少计算时间;将各低频减载装置当前轮档位枚举组合形成减载方案,根据暂态频率安全裕度指标计算各减载方案的性价比,把性价比最大的决策作为下一级的初始条件,通过逐轮优化来实现全局优化,解决了复杂的多级多变量整数规划问题;在筛选不安全的计划方式及其对应故障、评估当前轮档位枚举组合减载方案的暂态频率安全裕度以及校核最终的减载方案时,采用集群计算实现多方式和多故障下的暂态安全稳定量化评估,从而极大提高低频减载量整定的计算速度。本技术方案一方面考虑了基于电网设定时段内的实时调度计划断面数据进行低频减载量的在线整定,相比仅仅采用若干电网典型运行方式整定提高了整定方案的准确性和适应性;另一方面基于集群计算平台进行低频减载量整定,可以满足在线低频减载量整定对计算性能的要求。
附图说明
图1是本发明流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示,
步骤1:分别针对设定时段T内的各个计划方式,根据预想故障引起的系统功率缺额,估算预想故障集中各个故障发生后系统稳态频率的下降幅度,将频率下降幅度大于频率偏差门槛值Δfthres的预想故障纳入相应的计划方式待校核故障集。若其中至少有一个计划方式的待校核故障集非空,则进入步骤2);否则,结束本方法;
所述故障是指解列、机组跳闸、厂站全停、直流闭锁等引起系统功率缺额的故障;频率偏差门槛值Δfthres为系统当前频率与各套低频减载装置基本轮中第一轮动作频率差值的最小值;
通过公式(1)估算故障后系统的频率下降幅度:
式中:Δfmax为频率下降幅度,ΔPk为故障k下系统的功率缺额;KL为负荷静态频率特性系数,是频率变化1Hz引起的负荷功率变化量;如果故障造成系统解列,则需要分别计算解列后有功率缺额的各个子系统的频率下降幅度,其中,负荷静态频率特性系数分别取各个子系统的对应值。
步骤2:是针对待校核故障集非空的计划方式,进行考虑除低频减载措施之外其它紧急控制措施的暂态频率安全量化评估,筛选出暂态频率不安全的计划方式及其对应的不安全故障,形成待整定的计划方式及其待整定的故障集;根据计划方式k的持续时间Tk,计算其出现的概率λk=Tk/T。
采用集群计算平台对计划方式下的所有待校核故障进行暂态频率安全量化分析,得到方式i故障j的暂态频率安全裕度若故障后系统解列为多个子系统,则分别计算各个子系统的暂态频率安全裕度;为避免提高不安全故障的暂态频率安全裕度的低频减载措施恶化临界安全故障的暂态频率裕度,设置大于0的暂态频率安全裕度门槛值εf,将暂态频率安全裕度小于εf的故障及其对应计划方式形成待整定计划方式及其待整定的故障集。
步骤3:针对待整定的计划方式及其待整定的故障集,根据功率平衡原则确定低频减载装置减载比例的最大值及每轮减载比例最大值。
首先,通过公式(2)来计算计划方式i发生故障j后解列出的子系统k所需要的低频减载量最大值ΔPLijkmax,如果故障未造成解列,则k即为原系统:ΔPLijkmax=λ(ΔPijk-KLijkΔf) (2)
式中:ΔPijk为计划方式i发生故障j后解列出的子系统k的功率缺额;Δf=fN-fr,fN为系统的当前频率,fr为恢复频率的安全门槛值;λ为设定的估算系数,通常取为1;KLijk是子系统k的负荷静态频率特性系数;
然后,通过公式(3)来计算子系统k中低频减载装置基本轮减载比例的最大值:
式中:PCijk为计划方式i发生故障j后解列出的子系统k中装有低频减载装置的节点的可切除负荷实时计划功率之和。
综合考虑所有待整定计划方式及其待整定的故障集,可以得到各节点低频减载装置的减载比例最大值为:
KCmax=max{KCijkmax} (4)
每轮减载比例最大值按每轮切除负荷最大值相同考虑,减载比例最大值为μ*KCmax/NF,其中NF为低频减载基本轮轮次数,μ为设定的大于1的系数,通常取为1.2。
步骤4:针对待整定计划方式下的所有待整定故障,从暂态频率不安全的初始点出发,在各个低频减载装置当前轮最大可减载比例范围内划分档位,所有低频减载装置当前轮档位进行枚举组合,每个组合均作为一个减载方案。将每个减载方案下的所有待整定计划方式对应的待整定故障均作为计算方案,采用按计算方案并行的计算方法进行暂态频率安全校核,根据暂态频率安全裕度指标和切负荷代价,将性价比最大值对应的减载方案中各个低频减载装置减载比例作为当前轮减载比例,逐轮确定各低频减载装置的减载量,直至待整定计划方式所对应的待整定故障的暂态频率安全裕度均大于0或者切负荷无法提高暂态频率安全裕度。
低频减载量逐轮分档整定的步骤分为以下四步:
第一步,对于所有待整定的低频减载装置,分别以该装置待整定的当前轮的最大可减载比例作为搜索上限,将当前轮减载比例在搜索上限和0之间分成若干档位,档位数的划分满足精度要求。采用公式(5)计算所有低频减载装置当前轮各档位的枚举组合数XD,每个组合均作为一个当前轮减载方案;
其中,a0为所有待整定的低频减载装置的总数,Xm为第m个待整定的低频减载装置的当前轮减载比例的档位数;
第二步,针对待整定计划方式及其对应的故障集,将每个当前轮减载方案下的所有待整定计划方式对应的待整定故障均作为计算方案,采用按计算方案并行的计算方法,提交给集群计算平台进行暂态频率安全量化分析。
第三步,获取各计算方案的暂态频率安全量化分析结果后,由所有待整定计划方式下的待整定故障的暂态频率安全裕度变化量及各低频减载装置减负荷代价增加量,根据公式(6)计算出所有当前轮减载方案性价比Zf
式中,λk为待整定计划方式出现的概率,Nk为待整定计划方式数目,为计划方式k下第j个故障出现的概率,为计划方式k下的故障总数,为计划方式k下第j个故障的暂态频率安全裕度变化量,ΔCfm为第m个待整定的低频减载装置减负荷代价增加量。
将与性价比最大值max{Zf}对应的减载方案中各个低频减载装置减载比例作为当前轮确定的减载比例。
第四步,若所有待整定计划方式及其对应的故障集的暂态频率安全裕度均大于0或者切负荷无法提高暂态频率安全裕度,则进入步骤5);
否则,若低频减载装置已整定的所有基本轮的减载比例之和大于等于该装置减载比例最大值,则不再整定该装置;若已整定的当前轮的减载比例大于0且当前轮不是基本轮的最后1轮,则将当前轮的下一轮作为待整定的轮次;若已整定的当前轮的减载比例等于0,则仍将当前轮作为待整定的轮次;返回第一步继续整定。
步骤5:在步骤4)确定的减载方案基础上,采用集群计算平台对待校核故障集非空的计划方式进行待校核故障的暂态频率安全并行评估,若各个计划方式下所有待校核故障的暂态频率安全裕度均大于0,则将步骤4)确定的减载方案作为低频减载基本轮减载量在线整定方案,结束本方法;否则,对于除待整定故障外还有暂态频率安全裕度不大于0的情况,接受步骤4)确定的减载方案,并将暂态频率不安全故障及相应的计划方式形成新的待整定计划方式及其待整定故障集,返回步骤3);对于其它情况,结束本方法。
以上图1所示的电力系统低频减载基本轮减载量在线整定方法是本发明的具体实施例,已经体现出本发明实质性特点和进步,可根据实际的使用需要,在本发明的启示下,对其进行形状、结构等方面的等同修改,均在本方案的保护范围之列。

Claims (5)

1.电力系统低频减载基本轮减载量在线整定方法,其特征在于包括下列步骤:
1)分别针对设定时段T内的各个计划方式,根据预想故障引起的系统功率缺额,估算预想故障集中各个故障发生后系统稳态频率的下降幅度,将频率下降幅度大于频率偏差门槛值Δfthres的预想故障纳入相应的计划方式待校核故障集;若其中至少有一个计划方式的待校核故障集非空,则进入步骤2);否则,结束本方法;
所述故障是指由解列、机组跳闸、厂站全停或直流闭锁引起系统功率缺额的故障;频率偏差门槛值Δfthres为系统当前频率与各套低频减载装置基本轮中第一轮动作频率差值的最小值;
2)针对待校核故障集非空的计划方式,进行考虑除低频减载措施之外紧急控制措施的暂态频率安全量化评估,筛选出暂态频率不安全的计划方式及其对应的不安全故障,形成待整定的计划方式及其待整定的故障集;根据计划方式k的持续时间Tk,计算其出现的概率λk=Tk/T,进入步骤3);
3)分别针对待整定的计划方式及其待整定的故障集,根据功率平衡原则确定低频减载装置减载比例的最大值及每轮减载比例最大值,进入步骤4);
4)针对待整定计划方式下的所有待整定故障,从暂态频率不安全的初始点出发,在各个低频减载装置当前轮最大可减载比例范围内划分档位,所有低频减载装置当前轮档位进行枚举组合,每个组合均作为一个当前轮减载方案,并将每个当前轮减载方案下的所有待整定计划方式对应的待整定故障均作为计算方案,采用按计算方案并行的计算方法进行暂态频率安全校核,根据暂态频率安全裕度指标和切负荷代价,将性价比最大值对应的减载方案中各个低频减载装置减载比例作为当前轮减载比例,逐轮确定各低频减载装置的减载量,直至待整定计划方式所对应的待整定故障的暂态频率安全裕度均大于0或者切负荷无法提高暂态频率安全裕度,进入步骤5);
5)在步骤4)确定的减载方案基础上,采用集群计算平台对待校核故障集非空的计划方式进行待校核故障的暂态频率安全并行评估,若各个计划方式下所有待校核故障的暂态频率安全裕度均大于0,则将步骤4)确定的减载方案作为低频减载基本轮减载量在线整定方案,结束本方法;否则,对于除待整定故障外还有暂态频率安全裕度不大于0的情况,接受步骤4)确定的减载方案,并将暂态频率不安全故障及相应的计划方式形成新的待整定计划方式及其待整定故障集,返回步骤3);除上述情况外,结束本方法。
2.根据权利要求1所述的电力系统低频减载基本轮减载量在线整定方法,其特征在于:在步骤1)中,通过公式一估算故障后系统的频率下降幅度,公式一:式中:Δfmax为频率下降幅度,ΔPk为故障k下系统的功率缺额;KL为负荷静态频率特性系数,是频率变化1Hz引起的负荷功率变化量;如果故障造成系统解列,则需要分别计算解列后有功率缺额的各个子系统的频率下降幅度,其中,负荷静态频率特性系数分别取各个子系统的对应值。
3.根据权利要求1所述的电力系统低频减载基本轮减载量在线整定方法,其特征在于:在步骤2)中确定待整定方式及其对应故障集的方法如下:采用集群计算平台对计划方式下的所有待校核故障进行暂态频率安全量化分析,得到方式i故障j的暂态频率安全裕度若故障后系统解列为多个子系统,则分别计算各个子系统的暂态频率安全裕度;为避免提高不安全故障的暂态频率安全裕度的低频减载措施恶化临界安全故障的暂态频率安全裕度,设置大于0的暂态频率安全裕度门槛值εf,将暂态频率安全裕度小于εf的故障及其对应计划方式形成待整定计划方式及其待整定的故障集。
4.根据权利要求1所述的电力系统低频减载基本轮减载量在线整定方法,其特征在于;在步骤3)中根据功率平衡原则确定低频减载装置减载比例最大值及每轮减载比例最大值的方法如下:
首先,通过公式二来计算计划方式i发生故障j后解列出的子系统k所需要的低频减载量最大值ΔPLijk.max,如果故障未造成解列,则k即为原系统;公式二:ΔPLijk.max=λ(ΔPijk-KLijkΔf),式中:ΔPijk为计划方式i发生故障j后解列出的子系统k的功率缺额;Δf=fN-fr,fN为系统的当前频率,fr为恢复频率的安全门槛值;λ为设定的估算系数,通常取为1;KLijk是子系统k的负荷静态频率特性系数;
然后,通过公式三来计算子系统k中低频减载装置基本轮减载比例的最大值,公式三:式中:PCijk为计划方式i发生故障j后解列出的子系统k中装有低频减载装置的节点的可切除负荷实时计划功率之和;
综合考虑所有待整定计划方式及其待整定的故障集,得到各节点低频减载装置的减载比例最大值:
KC.max=max{KCijk.max},
每轮减载比例最大值按每轮切除负荷最大值相同考虑,减载比例最大值为μ*KC.max/NF,其中NF为低频减载基本轮轮次数,μ为设定的大于1的系数。
5.根据权利要求1所述的电力系统低频减载基本轮减载量在线整定方法,其特征在于:在步骤4)中低频减载量逐轮分档整定的步骤分为以下四步:
第一步,对于所有待整定的低频减载装置,分别以该装置待整定的当前轮的最大可减载比例作为搜索上限,将当前轮减载比例在搜索上限和0之间分成若干档位,档位数的划分满足精度要求;采用公式五计算所有低频减载装置当前轮各档位的枚举组合数XD,每个组合均作为一个当前轮减载方案;公式五:
X D = Π m = 1 a 0 ( 1 + X m ) ,
式中,a0为所有待整定的低频减载装置的总数,Xm为第m个待整定的低频减载装置的当前轮减载比例的档位数;
第二步,针对待整定计划方式及其对应的故障集,将每个当前轮减载方案下的所有待整定计划方式对应的待整定故障均作为计算方案,采用按计算方案并行的计算方法,提交给集群计算平台进行暂态频率安全量化分析;
第三步,获取各计算方案的暂态频率安全量化分析结果后,由所有待整定计划方式下的待整定故障的暂态频率安全裕度变化量及各低频减载装置减负荷代价增加量,根据公式六计算出所有当前轮减载方案性价比Zf,公式六:
Z f = Σ k = 1 N k λ k Σ j = 1 N j ( k ) μ j ( k ) ( Δη f j ( j ) ) Σ m = 1 a 0 ΔC f m ,
式中,λk为待整定计划方式出现的概率,Nk为待整定计划方式数目,为计划方式k下第j个故障出现的概率,为计划方式k下的故障总数,为计划方式k下第j个故障的暂态频率安全裕度变化量,ΔCfm为第m个待整定的低频减载装置减负荷代价增加量;
将与性价比最大值max{Zf}对应的减载方案中各个低频减载装置减载比例作为当前轮确定的减载比例;
第四步,若所有待整定计划方式及其对应的故障集的暂态频率安全裕度均大于0或者切负荷无法提高暂态频率安全裕度,则进入步骤5);
否则,若低频减载装置已整定的所有基本轮的减载比例之和大于等于该装置减载比例最大值,则不再整定该装置;若已整定的当前轮的减载比例大于0且当前轮不是基本轮的最后1轮,则将当前轮的下一轮作为待整定的轮次;若已整定的当前轮的减载比例等于0,则仍将当前轮作为待整定的轮次;返回第一步继续整定。
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