CN106208367B - 模块化储能方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于控制电力传输的控制子系统，其包括：AC/DC电源；不间断电源；处理器；以太网交换机；被构造成从用于监控包括一个或多个电池的存储子系统的电池管理单元发送和/或接收数据的第一通信接口；被构造成向存储子系统传送电力的第一传输接口；被构造成从包括功率转换器的电力子系统发送和/或接收数据的第二通信接口，电力子系统被构造成与电力线相连接；以及被构造成向电力子系统传送电力的第二传输接口，其中，处理器被构造成发送用于控制存储子系统中的一个或多个电池中的至少一个电池的充电和放电的信号。
Description
相关申请的交叉参考
本申请将题为“自动化机器人电池拖车”、专利代理人案号为No.0080451-000064的相关申请以及题为“用于电气设备进行自行注册和自行组装的方法及系统”、专利代理人卷号为No.0080451-000080的相关申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种电池节点系统形式的储能产品，其能通过模块化的方式用于储能设施中。
背景技术
本公开涉及一种电池节点系统形式的储能产品，其能通过模块化的方式用于储能设施中。存储在存储节点的电池中的能量可用于各种不同的方案中，这包括如下应用：例如调峰、应急电力以及对工作周期范围从几秒到几小时的系统稳定性的控制。
发明内容
一种被构造成控制电力传输的控制子系统，其包括：AC/DC电源；不间断电源；处理器；以太网交换机；被构造成从用于监控一个或多个电池的存储子系统发送和/或接收数据的第一通信接口；被构造成向存储子系统传送电力的第一传输接口；被构造成从包括有功率转换器的电力子系统发送和/或接收数据的第二通信接口，并且电力子系统被构造成与电力线相连接；以及被构造成向电力子系统传送电力的第二传输接口，其中，处理器被构造成发送用于控制存储子系统中的一个或多个电池中的至少一个电池的充电和放电的信号。
一种包括有节点的电力存储兼分配系统，所述节点包括存储子系统、控制子系统和电力子系统；所述存储子系统包括一个或多个可拆卸并可充电和/或放电的电池，该存储子系统包括被构造成监控一个或多个电池中的至少一个电池的处理器，并且该存储子系统被构造成与控制子系统进行通信；所述电力子系统被构造成与电力线相连接，并且该电力子系统包括功率转换器，其中当对至少一个电池充电时该功率转换器将AC电转换为DC电，并当至少一个电池放电时该功率转换器将DC电转换为AC电；并且所述控制子系统与存储子系统相连接，并与电力子系统相连接，该控制子系统包括处理器，该处理器被构造成控制电池管理单元与电力子系统之间的电力传输，其中该处理器被构造成发送用于控制至少一个电池的充电和放电的信号，并且该处理器被构造成监控一个或多个电池的工作状态。
一种电力储存兼分配系统，包括：多个节点，以及与多个节点中的每个节点相连接的单元控制子系统，该单元控制子系统被构造成监控多个节点的当前状态，每个节点包括：存储子系统、控制子系统和电力子系统；所述存储子系统包括一个或多个可拆卸并可充电的电池，该存储子系统包括被构造成监控一个或多个电池中的至少一个电池的处理器，并且该存储子系统被构造成与控制子系统进行通信；所述电力子系统被构造成与电力线相连接，该电力子系统包括功率转换器，其中当对至少一个电池充电时该功率转换器将AC电转换为DC电，并且当至少一个电池放电时该功率转换器将DC电转换为AC电；并且所述控制子系统与存储子系统相连接，并与电力子系统相连接，该控制子系统包括处理器，所述处理器被构造成控制存储子系统与电力子系统之间的电力传输，其中该处理器被构造成发送用于控制至少一个电池的充电和放电的信号，并且该处理器被构造成监控一个或多个电池的工作状态。
这些和其它的特征以及基于节点单元储能方法和系统的特定实施例的优点将通过示例性实施例的方式描述，本发明实施例将不限于此。
附图说明
当结合附图阅读下面示例性实施例的详细描述时，将对本公开的范围有最佳地理解。其中，附图包括以下图示：
图1示出了根据示例性实施例的控制子系统的硬件架构；
图2示出了根据示例性实施例的控制子系统的硬件架构；
图3示出了根据示例性实施例的控制子系统的前面板；
图4示出了根据示例性实施例的电力系统架构；
图5示出了根据示例性实施例的节点中的组件互连；
图6示出了根据示例性实施例的电力系统的分级架构；
图7示出了根据示例性实施例的电池管理单元的硬件架构；以及
图8示出了根据示例性实施例的电力子系统的硬件架构。
根据下文提供的详细描述，将显而易见本公开的其它适用性方面。但是，应当理解的是，对示例性实施例的详细描述仅用于说明性目的，因此，并不意在必然限制本公开的范围。
具体实施方式
本说明书仅提供示例性实施例，并不意于对基于节点单元的储能方法及系统的范围、适用性或配置进行限制。相反，接下来的实施例描述将为本领域技术人员提供能实现基于节点单元的储能方法及系统的实施例的有用描述。在不背离所附权利要求书中阐述的系统和方法的精神和范围的情况下，可以对元件功能和布置做出各种变化。因此，各个实施例可以适当地省略、替换或增加各种程序或组件。例如，应当理解的是，在备选实施例中，方法可以与所描述顺序不同的顺序来执行，并且可以加入、省略或结合各种步骤。另外，针对特定实施例所描述的特征可以与多个其它实施例进行结合。可以通过类似方式将实施例的不同方面和不同元件进行结合。
1.节点控制子系统架构
A.位于节点控制子系统内的组件的电连接
控制子系统100是与电力子系统408和包括电池控制单元404和至少一个电池406的存储子系统434进行交互的控制单元。控制子系统100、电力子系统408和存储子系统434均包括被称为节点410的电力单元。后续将更详细地解释节点。控制子系统100可向电力子系统408和电池管理单元404发送信号，该信号通过电力子系统408中的组件实现对电池或电池组406的充电或放电。电池管理单元404可与存储子系统434中的电池406连接或者断开连接。控制子系统100可监控/管理电力存储系统中的电池和/或其它组件的当前状态、健康度(例如，长期和短期)和/或性能(例如，长期和短期)。后续将更详细地讨论当前状态和健康参数。
图1示出了控制子系统100以及位于控制子系统100内的各种组件的电连接。如图1中的图例所示，虚线表示例如120V的交流(AC)线路。AC电压可以是除了120V以外的任何其它电压。另外，在图1中，实线表示直流(DC)线路。AC线路可被DC线路代替，DC线路也可被AC线路代替。图1中的所有线路也可以全部是AC线路或者全部是DC线路，或者是AC线路与DC线路的任意组合。
控制子系统100被构造成控制电力传输。控制子系统100包括：AC/DC电源104(例如，图1中的DC电源)；不间断电源(UPS)106；处理器102；以太网交换机108；电源开关116；以及电力输入模块120(EMI滤波器、保险丝等)。处理器102可以是包括单板计算机等的任何类型的计算机处理器。例如，处理器102可以是单处理器、多处理器或者它们的组合。处理器102可以具有一个或多个处理器“内核”。单板计算机可以是例如Raspberry Pi的单板计算机。单板计算机可以包括例如具有ARM或x86内核架构的32位处理器。在示例性实施例中，单板计算机可以使用MathWorks公司开发的支持嵌入式代码的处理器。在示例性实施例中，单板计算机可包括具有512MB或更大的容量的存储器。备选地，单板计算机的存储器的存储容量可以是任意大小的。存储器可以是RAM、ROM等。在示例性实施例中，控制子系统100的软件可以存储在控制子系统100的外部。
以太网交换机108可以是例如10/100Mbps或更快的以太网控制器。以太网交换机108可具有任何数量的端口(例如，至少五个端口)。第一端口针对单板计算机102，第二端口针对不间断电源106，第三端口针对位于存储子系统434中的电池管理单元404(在图5中示出)，第四端口针对电力子系统408，第五端口针对上游的网络连接。
控制子系统100还包括被构造成从用于监控一个或多个可拆卸且可充电的电池406的存储子系统434发送和/或接收数据的第一通信接口216。
电池可以是任何类型的电池，这包括可再充电电池(例如，液流电池、燃料电池、铅酸式、锂空气式、锂离子式、熔融盐式、镍镉(NiCd)式、镍氢式、镍铁式、镍金属氢化物式、镍锌式、有机基团式、聚合物基式、多硫化钠溴式、钾离子式、碱性蓄电池、硅空气式、钠离子式、钠硫式、超级铁式、锌溴式、锌基质式等电池)和/或不可再充电电池(例如，碱性，铝空气式、原子式、本生电池式、铬酸电池式、Clark电池式、Daniell电池式、干电池式、土壤式、蛙式、原电池、Grove电池、Leclanche电池、柠檬式、锂式、锂空气式、汞式、熔融盐式、氧化镍正极式、有机基团式、纸质、马铃薯式、Pulvermacher链式、储备式、银氧化物式、固态式、伏打式、水活化式、Weston电池、锌空气式、锌碳式、氯化锌式等电池)。存储子系统434可仅包括一种类型的电池或者包括不同类型的电池的组合。
第一通信接口216可以是例如图2所示的RJ-45连接器。第一通信接口还可以是任何其它类型的数据连接器，并可由一个或多个连接器组成。
控制子系统100还包括被构造成向电池管理单元404传送电力的第一传输接口112。例如，被传送的电力可以是控制电力和/或辅助电力。第一传输接口112可以是例如图1所示的AC连接器IEC320 C13。第一传输接口112还可以是任何其它类型的数据连接器，并可包括一个或多个连接器。
控制子系统100还包括被构造成从电力子系统408发送和/或接收数据的第二通信接口218。第二通信接口218可以是例如图2所示的RJ-45连接器。第二通信接口218还可以是任何其它类型的数据连接器，并可包括一个或多个连接器。控制子系统100还包括备用的AC输出连接器110，其可以是例如AC连接器IEC320 C13。如图4所示的电力子系统408包括功率转换器416，并且电力子系统408被构造成与电力线连接。功率转换器416可以是AC或DC逆变器，逆变器具有自行连接或自行断开连接的能力。图8示出了电力子系统408的示例性实施例。除了功率转换器416之外，电力子系统408还可包括例如至少一个传感器802、至少一个处理器804、至少一个断路器806、至少一个电容器808、至少一个存储器810、至少一个保险丝812以及至少一个接触器814。
在示例性实施例中，控制子系统100可包括针对功率计(其用于测量电压、电流和功率质量中的一项或多项)的第三通信接口和/或控制电力接口。
图1的控制子系统100还包括被构造成能向电力子系统408传送电力的第二传输接口114。例如，经传送的电力可以是控制电力和/或辅助电力。第二传输接口114可以是例如图1所示的AC连接器IEC320 C13。第二传输接口114还可以是任何其它类型的数据连接器，并可包括一个或多个连接器。在示例性实施例中，第一传输接口112、第二传输接口114和备用的AC输出连接器110中的一个或多个可不由不间断电源106供电。
处理器102被构造成发送用于控制存储子系统434中的至少一个电池406的充电和放电的信号。控制子系统100用于协调存储子系统434和电力子系统408之间的电力传输。电力子系统408负责从电网中拉来电力，并将电力传输给电池或电池组406。电力系统408还可从电池或电池组中拉来电力，并将电力传输给电网。
在控制子系统100与设施电力线断开连接的情况下，图1所示的不间断电源106提供临时的120V交流电。不间断电源106可在常态下(即，外部可获得120V交流电)或者在电力损失的情况下(即，外部无法获得120V交流电，电池用完)提供例如120V交流电250W。不间断电源106可提供任何其它的电压或电力级别的临时电源。如图5所示，不间断电源106可向电力子系统408模块和电力子系统434的电池管理单元(BMU)404(即计算机处理器)提供电力。电池管理单元404将其何时能控制(例如，充电或放电)电池或电池组406的时间告知给电力子系统408。不间断电源106可以例如具有足够的容量来在电力损失的情况下提供至少五分钟的120V交流、250W的输出。不间断电源106还可包括针对不间断电源106的各个120V交流输出端子的保护设备(保险丝，断路器等)。
图1的控制子系统100还包括被构造成感测控制子系统100附近的人或物体的接近传感器105，当感测到控制子系统100附近的人或物体时，对控制子系统100的行为进行修改。例如，当人或机器人位于接近传感器前方若干英尺(例如1-10英尺)时，人或机器人可被感测到。此外，当接近传感器105感测到节点410附近的人或物体时，并且当在节点410附近感测到人或物体时，对节点410、控制子系统100、存储子系统434或电力子系统408的行为进行修改。在示例性实施例中，可通过对节点进行断电或者脱机来修改节点410的行为，这样可以进行维护。可对控制子系统100、存储子系统434或电力子系统408中的一个、一些或所有子系统的行为进行修改，以便进行维护操作(例如，向存储子系统434添加电池或电力存储等)。在示例性实施例中，可通过令节点410或控制子系统100在人或机器人经过节点410时发射信号(例如，噪声、光等)来修改节点410或控制子系统100的行为，以帮助人或机器人识别出发射信号的特定节点410。这一特点可使维护人员能容易地从多个其它节点410中识别出需要维护或执行其它一些措施的节点410。
图7示出了电池管理单元404的示例性实施例。电池管理单元404可包括例如至少一个传感器702、至少一个处理器704、至少一个断路器706、至少一个电容器708、至少一个存储器710、至少一个保险丝712和至少一个接触器714。
AC/DC电源104向控制子系统100的组件提供电力，并且其大小使得这些组件能够持续工作。控制子系统100用于协调存储子系统434和电力子系统408之间的交互，并用于控制节点410a,410b,410c等的全部运作功能，这包括充电、放电、DC空闲、安全关机和紧急模式。
在示例性实施例中，处理器102从电池管理单元404接收电池数据，并且处理器102基于所接收到的电池数据中的信息来指示电力子系统408对该至少一个电池406进行控制(例如，充电或放电)。电池数据可指示由电池管理单元404管理的电池的充电水平，指示电池的故障/状态、性能参数、健康参数等。下文将对性能和健康参数进行更详细地讨论。处理器102还可指示存储子系统434来执行充电或放电所需的动作，例如连接或断开连接(在停止/阻止充电或放电的情况下)。处理器102还可指示存储子系统434来执行自行维护。此外，可通过选择并使用最适合特定应用(例如，短持续时间和大功率对长持续时间和高能量、可从节点获得的电量、当前容量、使用储能的成本、与电池降解相关的成本，等等)的电池或节点来对系统的性能进行优化。
在示例性实施例中，处理器102被构造成对存储子系统434中的一个或多个电池406的健康度和性能进行优化。该一个或多个电池的健康和性能可以是长期的健康度和性能或者短期的健康度和性能。用于指示电池的当前状态、性能或短期/长期健康度的参数可包括以下各项中的所有项或一些项：
节点410的当前情况/状态(例如，是否联机/脱机、当前模式、已发生的和/或当前出现的错误等)；
电力子系统408的温度(例如，最低温度、最高温度、平均最低温度、平均最高温度等)；电力子系统408的温度曝光(例如，Y时间内在X程度下的次数等)；电池温度(例如，最低温度，最高温度，平均最低温度，平均最高温度等)；电池的温度曝光(例如，Y时间内在X程度下的次数等)；电池年数(例如，电池的平均年数等)；电池的最有效调度范围，电池的潜在调度范围，电池的当前调度范围等；电池的充电状态(SoC)，例如平均SoC；吞吐量(例如，平均吞吐量)；容量(例如，充电/放电)；距离上次调度的时长；电池电压(例如，架上等级的最小值和/或最大值等)；充电率(C-率)；全循环当量数；电池的保修信息；电池的效率曲线；逆变器的最大效率；以及组件的寿命，等。
可利用以上状态/健康参数中的部分或全部参数来优化电池的性能和/或健康度。在示例性实施例中，处理器102被构造成监控一个或多个电池406的工作状态。工作状态可指示故障、对存储子系统434进行充电、存储子系统434放电、可用的电力百分比等。在非限制性的实施例中，可通过将距离保修日期截止的时间，电池、节点和电力节点之间的使用分配(例如，为平均使用节点而保证不会过度使用特定的节点)考虑进来来优化一个或多个电池、一个节点或多个节点的性能。
图4示出了三个示例性的节点410a,410b,410c。每个节点410a,410b,410c可包括具有至少一个电池406的存储子系统434以及具有处理器432的电池管理单元404；控制子系统100；以及，具有功率转换器416(例如逆变器)的电力子系统408。在示例性实施例中，节点的组件(控制子系统100、电力子系统408和存储子系统434)被构造成安装在机架上。在示例性实施例中，存放机架符合ETSI、EIA、IEC、CEA、DIN或类似机架标准中的至少一个标准。然而，节点的组件可位于容器、器皿等内，而不需要安装在机架上。此外，节点可包括一个机组件机架的或者多个组件机架。图4示出了节点包括一个存储子系统434、一个控制子系统100和一个电力子系统408；然而，节点可包含任何数量的子系统。例如，节点可包含多个存储子系统、多个电力子系统408和多个控制子系统100。另外，在示例性实施例中，节点可包括除了控制子系统100、存储子系统434和电力子系统408之外的另一种子系统(例如，无功功率子系统或发电子系统)。在另一个示例性实施例中，节点将不包括具有电池的电力子系统408，这是因为节点不必包括电力子系统。
在图1中所示的示例性实施例中，控制子系统100包括指示器，例如LED驱动板118，其被构造成能控制用于指示控制子系统100和/或储能节点410的状态的多个LED 222。例如，在图3中，多个LED222可指示充电或放电、AC接触器状态、DC接触器状态以及故障。控制子系统100可包括代替LED驱动板118的LCD驱动板，或者除了LED驱动电路板118还可包括LCD驱动板。例如，图3示出了受控于LCD驱动板的LCD显示屏。另外，指示器可以是能够指示控制子系统和/或储能节点410的状态的任何类型的设备。
B.位于节点控制子系统内的组件的数据连接
图2示出了控制子系统100以及位于控制子系统100内的各个组件的数据连接。在图2中，USB连接器220经由USB连接件与单板计算机102中的USB主机210连接。单板计算机102还包括经由数字I/O连接件与LED驱动板118相连接的数字I/O模块208。LED驱动板118对用于输出关于控制子系统100和/或节点410a的状态信息的LED指示器222进行控制。在示例性实施例中，控制子系统100在正常工作期间和在上电期间所需的总电量小于80W。在另一个示例性实施例中，控制子系统100能够执行不间断电源106输出的电力周期。
图2还示出了经由USB连接件与不间断电源106连接的USB模块204。单板计算机102还包括与位于单板计算机或处理器102外部的以太网网交换机108(例如，经由以太网连接件)相连接的以太网控制器206。以太网交换机108经由单独的以太网线路与各个连接器214,216和218相连接。
在示例性实施例中，控制子系统100包括允许对处理器102进行编程或重新编程的端口。例如，端口可以是如图2所示的USB端口220(USB 2.0、USB 3.0等等)。端口可以是用于接收和/或发送数据的任何其它数据端口(例如RS-232、以太网端口等等)。代替物理端口220或作为物理端口220的附加，可经由Wi-Fi、NFC等对处理器102进行编程或重新编程。
在示例性实施例中，控制子系统100包括被构造成能容置SD卡的SD卡接口212。接口212可以改为容置SDHC或微型SD卡等。SD卡优选地能存储4GB或更大的数据。单板计算机102可包括除了SD卡接口212和SD卡之外的任何其它类型的存储器设备(RAM、ROM、硬盘驱动器、光盘驱动器等)。
图2的示例性控制子系统100还可包括经由USB连接件与USB-A连接器220、UPS106、LED驱动板118和USB模块224相连接的USB集线器224。图2中所示的数字I/O和USB连接件是可互换的。
C.节点控制子系统的前面板
图3示出了用于例如控制节点的控制子系统100的前面板的示例性实施例。前面板包括电源通/断开关302。电源通/断开关302可以是机械开关或薄膜开关。电源通/断开关302能够完全中断不间断电源106的所有120V交流输出电力。因此，电源通/断开关302可允许完全切断120V交流电，从而为了服务/安装而重新设置控制子系统100、电力子系统408和存储子系统434。
图3示出了作为可视状态指示器的多个LED 222，其能指示例如电力状态、充电/放电状态、电池充电状态、AC接触器状态、DC接触器状态、故障/错误状态等。电力状态指示器可指示不间断电源106输出端存在AC电。充电/放电状态指示器可以是双色LED，其中一种颜色指示充电，另一种颜色指示放电。另外，AC接触器状态指示器可以是双色LED，其中一种颜色指示AC接触器是打开的，另一种颜色指示AC接触器是关闭的。类似地，DC接触器状态指示器可以是双色LED，其中一种颜色指示DC接触器是打开的，另一种颜色指示DC接触器是关闭的。
图3还示出了用于显示附加状态信息的LCD显示屏304。例如，在图3中，LCD显示屏304指示出：控制子系统100正作为电力节点控制器来工作，即，控制子系统100正在监控节点的组件(例如容置在一个存放机架内的组件)。LCD显示屏304还显示出：电池正在充电以及当前可用的电池电力百分比是多少。最后，LCD显示屏304指示出：电力接通。图3中还包含多个按键306，可通过按下这些按键来浏览在LCD显示屏304上显示的菜单或信息。图3还示出了位于控制子系统100的前面板上的端口308(例如，USB-A端口)。这个端口308可与图2中所示的端口220相同或不同。图3还示出了位于控制子系统100的前面板上的HDMI端口310。在示例性实施例中，HDMI端口310可用于向诸如LCD显示屏等的显示设备输出包括各种操作参数的视频数据。在另一个示例性实施例中，HDMI端口310可用于对处理器102进行编程或重新编程。
2.电力节点系统架构
图4示出了电力节点系统，其包括三个节点系统410a,410b,410c。多个节点410a,410b,410c形成了下文中被称为电力节点的单元或实体。图4的电力节点系统中可使用任何数量的节点，这是因为该系统可从一个节点扩展到成百上千的并行节点410a,410b,410c等。每个节点410a可包括：被构造成牢固地容置控制子系统100的存放机架或其它容器、电力子系统408，以及包括一个或多个可拆卸且可充电的电池406的存储子系统434。
因此，由于节点中的组件的模块化，因此存在物理分离、逻辑分离以及组件的独立性。由于电力系统的可扩展性，因此电力特性和持续时间特性存在独立扩展性。此外，根据项目要求和业务变化，可以很容易地调整电力系统的大小。由于组件可具有即插即用功能，模块化消除了单个故障点，并且使得现场施工最小化。
存储子系统434中的电池406可包括来自不同厂家的电池，或者它们都可来自同一厂家。此外，电池全部可以是相同类型的(例如，镍镉)或可以是不同类型的。存储子系统434包括电池管理单元404，电池管理单元包括被构造成监控存储子系统434中的一个或多个电池406中的至少一个电池的计算机处理器432，并且电池管理单元404被构造成与控制子系统100进行通信。在示例性实施例中，电池管理单元404包含负责所有电池的安全充电/放电并与控制子系统100进行通信的基于计算机的电子件和固件。
在图4中，电力子系统408可被构造成与电力线相连接。例如，图5示出了电力子系统408与例如400V AC的线间电气系统相连接。线间电气系统可具有任何其它的电压量。电力子系统408包括功率转换器(例如逆变器)416，该功率转换器在至少一个电池406被充电时将AC电转换为DC电，并在至少一个电池406被放电时将DC电转换为AC电。
在图4和5中，控制子系统100与存储子系统434相连接，并与电力子系统408相连接。如图2所示，控制子系统100包括处理器102，并且处理器102被构造成对存储子系统434与电力子系统408之间的电力传输进行控制。图5示出了电池管理单元404电连接在电力子系统408和电池模块406之间。
在示例性实施例中，控制子系统100的处理器102被构造成发送用于控制位于存储子系统434中的至少一个电池406的充电和放电的信号。另外，处理器102被构造成监控位于存储子系统434中的一个或多个电池406的工作状态。
如图1和图2所示，并且如上所述，控制子系统100的示例性实施例包括：AC/DC电源104；不间断电源106；处理器102；以太网交换机108；被构造成能从存储子系统434发送和/或接收数据的第一通信接口216；被构造成能向存储子系统434传送电力的第一传输接口112；被构造成能从电力子系统408发送和/或接收数据的第二通信接口218；以及，被构造成能向电力子系统408传送电力的第二传输接口114。
在示例性实施例中，处理器102从存储子系统434接收电池数据，并且处理器102基于所接收到的电池数据中的信息来指示电力子系统408对该至少一个电池406进行控制(例如，充电或放电)。电池数据可以是例如电力状态、充电/放电状态、电池充电状态(例如充电百分比)、AC接触器状态、DC接触器状态、故障/错误状态等。电池数据还可包括上面所述的状态/性能/健康参数中的任何参数。
在示例性实施例中，控制子系统100的处理器102被构造成通过利用以上所述的状态/健康/性能参数来优化由存储子系统434监控/管理的一个或多个电池406的健康度和性能。
A.节点系统中控制子系统、电力子系统和存储子系统之间的连接
图5示出了构成节点的各种组件(控制子系统100、电力子系统408和存储子系统434)彼此之间的连接关系。在图5中，在图例中所示协议是示例性的。在图5中，控制子系统100经由例如三个连接件与电力子系统408相连接。其中的两个连接件是120V交流连接件，其中的一个连接件是用于将控制子系统100的以太网交换机108连接到电力子系统的408的逆变器控制器416上的以太网连接件。120V交流连接件中的一个连接件是不间断电源106和包含在电力子系统408中的400V/120V变压器之间的连接件。除了变压器之外，电力子系统408还包括AC接触器、IGBT桥和逆变器控制器416。在示例性实施例中，注入至不间断电源106中的电力不必来自电力子系统408。
电力子系统408经由两个DC连接件与存储子系统434相连接。存储子系统434还包括DC接触器、预充电继电器、电池管理单元404(例如计算机处理器)和可外部访问的保险丝/断路器。电力子系统408经由DC连接件与电池406相连接。电力子系统408还可连接于一个或多个用于对存放在机架上的组件进行冷却的机架风扇。
图5还示出了控制子系统100经由以太网连接件于与存储子系统434相连接。具体地，以太网交换机108与存储子系统434的电池管理单元404相连接。图5还示出了与紧急停止按钮开关相连接的紧急停止输入线路。可将紧急停止按钮开关安装到可触摸的位置，按下该按钮时可促使电力断开。例如，电力子系统408可与存储子系统434和储能便利AC母线断开连接。
3.电力存储兼分配系统的层级和架构
A.多个节点
图4示出了包括多个(例如，三个)节点410a,410b和410c的电力存储兼分配系统400。每个节点410a,410b和410c包括如上所述的：被构造成牢固地容置控制子系统100的存放机架、电力子系统408，以及包括一个或多个电池406的存储子系统434。该一个或多个电池406是可拆卸并可充电的。因此，在需要时电池可轻易地发生改变。节点可容置在可包含有使基于机架的节点能轻易移动的轮子或任何其它设备的机架上。节点可以是例如40KW的系统。此外，每个节点可具有可扩展的可整除式电压。换句话说，每个节点都可具有相同的总电平。另外，节点也可具有不同的电平。
B.一个或多个单元控制子系统
如图4所示的电力存储兼分配系统400还包括与三个节点410a,410b,410c中的每个节点相连接的单元控制子系统420。换句话说，每个节点410a,410b,410c的控制子系统100都与单元控制子系统420相连接。单元控制子系统420服务于任意数量的节点。例如，单元控制子系统420被构造成监控图4中所示的电力存储兼分配系统400中的多个节点410a,410b,410c的当前状态。单元控制子系统420对归于它覆盖的一组节点的例如当前状态及充电/放电容量进行监控/维护。图4中所示的电力存储兼分配系统400可使用任何数量的节点。节点的控制子系统100与单元控制子系统420之间的通信例如可经由Modbus或DNP3来进行。Modbus是用于连接工业电气设备的串行通信协议。Modbus使得连接至同一网络的多个设备之间能够进行通信。
在图4的电力存储兼分配系统400中，单元控制子系统420被构造成监控多个节点410a,410b,410c等的充电/放电容量。单元控制子系统420还被构造成利用例如以上所述的状态/健康/性能参数来优化多个节点410a,410b,410c中的存储子系统434、电力子系统408和/或控制子系统100的健康度和性能。另外，每个节点的控制子系统100可向单元控制子系统420发送成本曲线(例如，千瓦比对美元)，单元控制子系统420可确定哪个节点是可供使用的最低廉资源，并使用那个电力资源最低廉的节点中所存储的电力。换句话说，单元控制子系统420可在节点之间进行投标，以确定哪个节点或哪些节点是最低廉的储电资源。在示例性实施例中，单元控制子系统420可基于多个节点的成本曲线来对这多个节点进行排名(例如，从最便宜到最昂贵或者从最昂贵到最便宜)。
如上所述，在每个节点410a,410b,410c中，电池管理单元404包括被构造成监控至少一个电池406的处理器432，并且电池管理单元404被构造成与控制子系统100进行通信。另外，在每个节点中，电力子系统408被构造成与电力线相连接，并且电力子系统408包括功率转换器416(例如逆变器)，该功率转换器在至少一个电池406被充电时将AC电转换为DC电，并在至少一个电池被放电时将DC电转换为AC电。
在每个节点410a,410b,410c中，机架的控制子系统100与节点的存储子系统434相连接，并与节点的电力子系统408相连接。节点的控制子系统100包括处理器102，并且处理器102被构造成控制存储子系统434与电力子系统408之间的电力传输。在示例性实施例中，节点的处理器102被构造成发送用于控制节点中的至少一个电池406的充电和放电的信号，并且处理器102被构造成监控节点中的一个或多个电池406的工作状态。
图4的电力存储及分配系统400例如包括，频率传感器606、RTU422以及与单元控制子系统420相连接的监督控制和数据采集(SCADA)模块424。频率传感器606可以是电压传感器等。SCADA模块424是进行数据采集的控制系统，也是与节点控制子系统410d,410e等、单元控制子系统602a,602b等、现场控制子系统604和市场调度单元交互的主用户接口。如图4所示，SCADA模块424可以从节点410c的电力子系统408、控制子系统100和存储子系统434发送和/或接收数据。SCADA模块424还可以从电力节点410a和410b中的所有子系统100,408,434发送和/或接收数据。即，SCADA模块424可以分别与每个子系统进行通信。市场调度单元包含市场情报(例如电力成本等)，并可基于与能源行业相关的市场信息来做出明智的决策。可经由例如Modbus或DNP3来进行单元控制子系统420与RTU422和SCADA模块424之间的通信。SCADA模块424可获取现场控制子系统604、单元控制子系统420,602a,602b,602c和节点控制子系统410a,410b,410c的所有数据点。
节点410a,410b,410c与例如480V的开关装置436相连接。具体地，开关装置436可与节点410a,410b,410c的电力子系统408相连接。在图4中，开关装置436与隔离变压器426相连接。隔离变压器426与例如13.8kV的开关装置428相连接。开关装置428还可与发电机升压(GSU)变压器430相连接。GSU变压器430可以是例如13.8/138kV的GSU变压器。
C.现场控制子系统
图6示出了包括多个单元控制子系统602a,602b,602c等的电力系统600的层级架构。每个单元控制子系统(例如单元控制子系统602a)与作为位于节点410a,410b,410c中的控制子系统100的多个节点控制子系统410d和410e相连接。也就是说，节点控制子系统是位于节点中的控制子系统100。例如，在图6中，节点控制子系统410d位于还包括电力子系统408和具有一个或多个电池406的存储子系统434的节点中。类似地，节点控制子系统410e位于也包括电力子系统408和具有一个或多个电池406的存储子系统434的另一个节点中。单元控制子系统602a与节点控制子系统410d和410e相连接。类似地，单元控制子系统602b与节点控制子系统410f和410g相连接。另外，单元控制子系统602c还与节点控制子系统410h和410i相连接。
此外，在图6的电力系统600中，现场控制子系统604与多个单元控制子系统602a,602b,602c中的每个子系统相连接。现场控制子系统604可服务于任意数量的单元控制子系统。现场控制子系统604对现场(即，电力存储设施中的全部或部分)内的所有节点的当前状态和充电/放电容量进行维护/监控。
在图6中，现场控制子系统604被构造成监控多个单元控制子系统602a,602b,602c的充电/放电容量。此外，现场控制子系统604被构造成对多个单元控制子系统602a,602b,602c中的组件(电池、逆变器等)的健康度和性能进行优化和/或监控。
图6的电力系统600示出了三个单元控制子系统602a,602b,602c，但是电力系统600可以包含任何数量的单元控制子系统。图6的电力系统600示出了六个节点控制子系统410d,410e,410f,410g,410h,410i，但是电力系统600可以包含任何数量的节点控制子系统。然而，由于电力系统600的分级结构，节点控制子系统通常会比单元控制子系统要多，这是因为每个单元控制子系统通常监控多个节点控制子系统。例如，在图6中，每个单元控制子系统(例如602a)监控两个节点控制子系统(例如410d和410e)。由于图6的电力系统的分级结构，现场控制子系统604或每个现场控制子系统604与多个单元控制子系统(例如602a,602b,602c)相连接，并且每个单元控制子系统与多个节点控制子系统相连接。在示例性实施例中，如图6所示，现场控制子系统可与频率传感器606相连接，并且RTU 422可与调度相连接。RTU 422可向现场控制子系统604、单元控制子系统602a,602b,602c等以及节点控制子系统410d,410e,410f,410g,410h,410i等发送数据。可将来自频率传感器606的数据输入给现场存储调度单元604，并且可利用该数据确定：在如图6所示的调度的基础上或者代替如图6所示的调度，如何对现场进行调度。
在示例性实施例中，电力系统600可进行自行注册。即，每个节点控制子系统410存储用于唯一地标识该节点自身的最小信息集合。换句话说，节点通过在控制子系统100中存储关于其自身的信息来了解自己。然后，节点可通过向单元控制子系统602发送唯一性识别信息、然后将该信息向上传递至现场控制子系统604等来进行自身注册(即，自行注册)。该唯一性识别信息使得现场控制子系统604知晓传送过信息(即，识别信息)的那个节点控制子系统是存在并可用的。然后，现场控制子系统604可对可用的节点控制子系统的数据库进行维护。
类似地，单元控制子系统602还知晓其自身的特点，并可向现场控制子系统604注册自己。现场还知晓自身，并可向队列(fleet)进行自身注册。通常情况下，队列为地理区域。队列也可以是嵌套式的。类似地，队列也知晓它们自身，并可向作为层级中最高级别的企业进行自身注册。
在示例性实施例中，电力系统600可以是自行组装式的。电力系统600在如下方面中进行自行组装：即，各节点能决定它们一起成为单元，并且各单元能决定它们一起成为现场，等等。例如，每个控制子系统100可存储优先性概况，这包括如下与存储了该优先性或配置/特性/参数概况的那个节点有关的参量中的若干项或所有项(单元控制子系统也可存储其所负责监控/管理的多个节点的优先性概况，并且现场控制子系统还可以存储由单元控制子系统所监控/管理的组合式节点分组的优先性概况)：
节点中电池的最优充电/放电速率；
电池的最有效调度范围，电池的潜在调度范围，电池的当前调度范围等；
电池的效率曲线；
节点的当前情况/状态(例如，是否联机/脱机、当前模式、已发生的和/或当前出现的错误等)；
电力子系统的优选工作温度(例如，最低温度、最高温度等)；
优选的电池温度(例如，最低温度、最高温度等)；
逆变器的最大效率；
电池的历史(例如，最近一段时间内电池的行为等)；
吞吐量(例如，平均吞吐量)；
电池的保修信息；以及
组件寿命，等等。
然后，多个节点可基于系统所需的参数来进行自行组装，以创建单元。另外，现场控制子系统604可基于节点的优先性概况来选择由特定的单元控制子系统监控的专门节点组，或者选择由两个或多个单元控制子系统监控的多个节点组，以得到系统要求的所需的电力特性。
在示例性实施例中，可对如上所述的优先性概况参数可具有不同的权重，从而在基于节点的优先性概况来选择节点时某些参数被认为比其它参数更重要。例如，当需要一定量的电力时，现场控制子系统604可通过查看系统中的多个节点的优先性概况来启动招标程序，并基于所需的电力来选择节点或者多个节点的分组。例如，可选择能提供最廉价的电力的节点。还可以是，所选择的节点是那些包含即将过保修期的电池的节点、那些工作在其效率曲线的最高效率处的节点、那些彼此邻近(即，位置)的节点等。
在示例性实施例中，每个节点可包含单独的软件，并可通过自行组装来创建单元，通过对每个节点的单独的软件进行组合来创建可控制单元中所有机架的软件程序。备选地，单元中的一个节点可包含用于控制组装好的单元中的所有节点的软件。本申请要求将题为“用于电气设备进行自行注册和自行组装的方法及系统”、专利代理人案号No.0080451-000080的申请的全文通过引用并入本文，该申请进一步描述了可用于本申请的模块化储能方法及系统中的自行注册和自行组装的系统及方法。
D.人机接口
图6的电力系统600还可包括与电力系统600相连接的人机接口(例如，SCADA模块424，图6的现场控制子系统604，或者电力系统中的另一种组件)，以监测和/或控制该系统。人机接口可以是例如运行在平板电脑、计算机或智能手机上的应用程序。人机接口可输出并显示电力系统600的各种参数，例如，功率、电流、电压、心跳、从机架到电力子系统的调度、当前状态等。
在示例性实施例中，系统操作员(例如，经由人机接口)发送调度，该调度由现场控制子系统604接收、然后在单元控制子系统(例如602a,602b,602c等)和节点控制子系统(例如，410d,410e,410f,410g,410h,410i等)之间进行分布。也就是说，调度可以是跨节点和跨单元的(即，处于节点级别或单元级别的调度)。
尽管上面对所公开的系统和方法的各种示例性实施例进行了描述，但是应当理解的是，它们仅出于示例性目而被例举，并非是限制。这些示例性实施例并非是详尽的，并且不意图将本公开限制于所公开的具体形式。在不背离本公开广度或范围的情况下，可以根据上述教导做出修改和变型，或者可以从本公开的实践中获得修改和变型。
Claims (24)
1.一种电力存储兼分配系统，其包括节点和单元控制子系统，所述节点用于存储能量并且包括用于控制电力传输的控制子系统，
其中，所述控制子系统包括：
AC/DC电源；
不间断电源；
处理器；
以太网交换机；
第一通信接口，其被构造成从用于监控一个或多个电池的存储子系统发送和/或接收数据；
第一传输接口，其被构造成向所述存储子系统传送电力；
第二通信接口，其被构造成从包括功率转换器的电力子系统发送和/或接收数据，所述电力子系统被构造成与电力线相连接；以及
第二传输接口，其被构造成向所述电力子系统传送电力，
其中，所述控制子系统的所述处理器被构造成发送用于控制所述存储子系统中的一个或多个电池中的至少一个电池的充电和放电的信号；并且
其中，所述单元控制子系统连接到所述节点，所述单元控制子系统配置为监控所述节点的当前状态，并存储所连接的所述节点的优先性概况，所述优先性概况包括一个或多个用于向外部系统供电的参数，并且
其中，所述单元控制子系统具有处理器，所述单元控制子系统的所述处理器配置为根据所连接的所述节点的所述优先性概况的一个或多个参数来进行加权，并通过基于加权的所述参数选择出要监控或要管理的所述节点来自行组装电力单元。
2.根据权利要求1所述的电力存储兼分配系统，其中，所述控制子系统的所述处理器从所述存储子系统接收电池数据，并且所述控制子系统的所述处理器基于所接收到的电池数据中的信息来指示所述电力子系统对所述至少一个电池进行控制。
3.根据权利要求1所述的电力存储兼分配系统，其中，所述控制子系统的所述处理器被构造成对所述存储子系统中的一个或多个电池的健康度和性能进行优化。
4.根据权利要求1所述的电力存储兼分配系统，其中，所述控制子系统的所述处理器被构造成监控所述一个或多个电池的工作状态。
5.根据权利要求1所述的电力存储兼分配系统，其中，所述控制子系统被构造成安装在机架上。
6.根据权利要求5所述的电力存储兼分配系统，其中，所述电力子系统和所述存储子系统也被构造成安装在所述机架上。
7.根据权利要求1所述的电力存储兼分配系统，还包括：
允许对所述控制子系统的所述处理器进行编程或重新编程的端口。
8.根据权利要求1所述的电力存储兼分配系统，还包括：
用于指示所述控制子系统的状态和/或所述节点的状态的指示器。
9.根据权利要求1所述的电力存储兼分配系统，还包括：
被构造成容置可拆卸的存储卡的存储卡接口。
10.根据权利要求1所述的电力存储兼分配系统，还包括：
被构造成感测所述控制子系统附近的人或物体的接近传感器，并且当感测到所述控制子系统附近的人或物体时，对所述控制子系统的行为进行修改。
11.一种电力存储兼分配系统，包括节点和单元控制子系统：
所述节点，其包括：
存储子系统、控制子系统和电力子系统；
其中：
所述存储子系统包括可拆卸并可充电和/或放电的一个或多个电池，并且所述存储子系统包括被构造成监控所述一个或多个电池中的至少一个电池的处理器，并且所述存储子系统被构造成与所述控制子系统进行通信；
所述电力子系统被构造成与电力线相连接，并且所述电力子系统包括功率转换器，其中当对所述至少一个电池充电时所述功率转换器将AC电转换为DC电，并且当所述至少一个电池放电时所述功率转换器将DC电转换为AC电；并且
所述控制子系统与所述存储子系统相连接，并与所述电力子系统相连接，所述控制子系统包括处理器，所述控制子系统的所述处理器被构造成控制所述存储子系统与所述电力子系统之间的电力传输，
其中，所述控制子系统的所述处理器被构造成发送用于控制所述至少一个电池的充电和放电的信号，
其中，所述控制子系统的所述处理器被构造成监控所述一个或多个电池的工作状态；以及
所述单元控制子系统，其连接到节点，所述单元控制子系统配置为监控所述节点的当前状态，并存储所连接的所述节点的优先性概况，所述优先性概况包括一个或多个用于向外部系统供电的参数，
其中，所述单元控制子系统具有处理器，所述单元控制子系统的所述处理器配置为根据所连接的所述节点的所述优先性概况的一个或多个参数来进行加权，并通过基于加权的所述参数选择出要监控或要管理的所述节点来自行组装电力单元。
12.根据权利要求11所述的电力存储兼分配系统，其中，所述控制子系统包括：
AC/DC电源；
不间断电源；
处理器；
以太网交换机；
第一通信接口，其被构造成从所述存储子系统发送和/或接收数据；
第一传输接口，其被构造成向所述存储子系统传送电力；
第二通信接口，其被构造成从所述电力子系统发送和/或接收数据；以及
第二传输接口，其被构造成向所述电力子系统传送电力。
13.一种电力系统，其包括电力存储兼分配系统，所述电力存储兼分配系统包括节点和单元控制子系统：
所述节点，其包括：
存储子系统、控制子系统和电力子系统；
其中：
所述存储子系统包括可拆卸并可充电和/或放电的一个或多个电池，并且所述存储子系统包括被构造成监控所述一个或多个电池中的至少一个电池的处理器，并且所述存储子系统被构造成与所述控制子系统进行通信；
所述电力子系统被构造成与电力线相连接，并且所述电力子系统包括功率转换器，其中当对所述至少一个电池充电时所述功率转换器将AC电转换为DC电，并且当所述至少一个电池放电时所述功率转换器将DC电转换为AC电；并且
所述控制子系统与所述存储子系统相连接，并与所述电力子系统相连接，所述控制子系统包括处理器，所述控制子系统的所述处理器被构造成控制所述存储子系统与所述电力子系统之间的电力传输，
其中，所述控制子系统的所述处理器被构造成发送用于控制所述至少一个电池的充电和放电的信号，
其中，所述控制子系统的所述处理器被构造成监控所述一个或多个电池的工作状态；以及
所述单元控制子系统，其连接到节点，所述单元控制子系统配置为监控所述节点的当前状态，并存储所连接的所述节点的优先性概况，所述优先性概况包括一个或多个用于向外部系统供电的参数，
其中，所述单元控制子系统具有处理器，所述单元控制子系统的所述处理器配置为根据所连接的所述节点的所述优先性概况的一个或多个参数来进行加权，并通过基于加权的所述参数选择出要监控或要管理的所述节点来自行组装电力单元。
14.根据权利要求11所述的电力存储兼分配系统，其中，所述控制子系统的所述处理器从所述存储子系统接收电池数据，并且所述控制子系统的所述处理器基于所接收到的电池数据中的信息以及来自中央控制系统或分布式控制系统的请求，来指示所述电力子系统对所述至少一个电池进行控制。
15.根据权利要求11所述的电力存储兼分配系统，其中，所述控制子系统的所述处理器被构造成对所述存储子系统中的一个或多个电池的健康度和性能进行优化。
16.根据权利要求11所述的电力存储兼分配系统，还包括被构造成能牢固地容置所述存储子系统、所述控制子系统和所述电力子系统的存放机架，并且所述存放机架符合ETSI、EIA、IEC、CEA或DIN机架标准。
17.根据权利要求11所述的电力存储兼分配系统，还包括：
被构造成感测所述节点附近的人或物体的接近传感器，并且当感测到所述节点附近的人或物体时，对所述节点、控制子系统、存储子系统或电力子系统的行为进行修改。
18.一种电力存储兼分配系统，包括多个节点和单元控制子系统：
每个节点包括：
存储子系统、控制子系统和电力子系统；
其中：
所述存储子系统包括可拆卸并可充电的一个或多个电池，并且所述存储子系统包括被构造成监控所述一个或多个电池中的至少一个电池的处理器，并且所述存储子系统被构造成与所述控制子系统进行通信；
所述电力子系统被构造成与电力线相连接，并且所述电力子系统包括功率转换器，其中在对所述至少一个电池充电时所述功率转换器将AC电转换为DC电，并且当所述至少一个电池放电时所述功率转换器将DC电转换为AC电；并且
所述控制子系统与所述存储子系统相连接，并与所述电力子系统相连接，所述控制子系统包括处理器，所述控制子系统的所述处理器被构造成控制所述存储子系统与所述电力子系统之间的电力传输，
其中，所述控制子系统的所述处理器被构造成发送用于控制所述至少一个电池的充电和放电的信号，并且
其中，所述控制子系统的所述处理器被构造成监控所述一个或多个电池的工作状态；以及
所述单元控制子系统，其与所述多个节点中的每个节点相连接，并且所述单元控制子系统被构造成监控所述多个节点的当前状态，并存储所连接的每个节点的优先性概况，所述优先性概况包括一个或多个用于向外部系统供电的参数，
其中，所述单元控制子系统具有处理器，所述单元控制子系统的所述处理器配置为根据所连接的所述节点的所述优先性概况的一个或多个参数来进行加权，并通过基于加权的所述参数选择出要监控或要管理的所述节点来自行组装电力单元。
19.根据权利要求18所述的电力存储兼分配系统，其中，所述单元控制子系统被构造成监控所述多个节点的充电/放电容量。
20.根据权利要求18所述的电力存储兼分配系统，其中，所述控制子系统被构造成对所述多个节点中的所述存储子系统、所述电力子系统和所述控制子系统的健康度和性能进行优化。
21.一种电力系统，其包括电力存储兼分配系统，所述电力存储兼分配系统包括多个节点和单元控制子系统，其中：
每个节点包括：
存储子系统、控制子系统和电力子系统；
其中：
所述存储子系统包括可拆卸并可充电的一个或多个电池，并且所述存储子系统包括被构造成监控所述一个或多个电池中的至少一个电池的处理器，并且所述存储子系统被构造成与所述控制子系统进行通信；
所述电力子系统被构造成与电力线相连接，并且所述电力子系统包括功率转换器，其中在对所述至少一个电池充电时所述功率转换器将AC电转换为DC电，并且当所述至少一个电池放电时所述功率转换器将DC电转换为AC电；并且
所述控制子系统与所述存储子系统相连接，并与所述电力子系统相连接，所述控制子系统包括处理器，所述控制子系统的所述处理器被构造成控制所述存储子系统与所述电力子系统之间的电力传输，
其中，所述控制子系统的所述处理器被构造成发送用于控制所述至少一个电池的充电和放电的信号，并且
其中，所述控制子系统的所述处理器被构造成监控所述一个或多个电池的工作状态；以及
每个单元控制子系统，其与所述多个节点中的每个节点相连接，并且所述每个单元控制子系统被构造成监控所述多个节点的当前状态，并存储所连接的每个节点的优先性概况，所述优先性概况包括一个或多个用于向外部系统供电的参数，
其中，所述每个单元控制子系统具有处理器，所述每个单元控制子系统的所述处理器配置为根据参数重要性对所连接的所述节点的所述优先性概况的一个或多个参数进行加权，并通过基于加权的所述参数选择出要监控或要管理的所述节点来自行组装电力单元。
22.根据权利要求21所述的电力系统，还包括与所述多个单元控制子系统中的每个单元控制子系统相连接的现场控制子系统。
23.根据权利要求22所述的电力系统，其中，所述现场控制子系统被构造成监控所述多个单元控制子系统的充电/放电容量。
24.根据权利要求22所述的电力系统，其中，所述现场控制子系统被构造成对所述多个单元控制子系统中的组件的健康度和性能进行优化。
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