CN109088431B - 一种光伏组件的关断设备、方法及光伏系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏组件的关断设备、方法及光伏系统，包括组件关断器，组串关断器及交流空开，组件关断器包括与光伏组件连接的主开关，低压模块，检测模块和第一控制模块，组串关断器包括电阻模块；本发明通过主路电流的大小判断交流空开是否断开，从而控制组件关断器中的主开关断开，在组件关断器的主开关断开时，组件关断器通过低压模块输出低压电，并通过组串关断器中的电阻模块，将低压电转换为低压电流，根据低压电流的变化，判断组串关断器是否和逆变器正常连接，在正常连接时，控制主开关闭合，本发明不需要控制主开关在短时间内启动，因此不会造成直流电缆上有额外的电压，从而保证直流电缆上的电压满足安规标准的要求，提高了可靠性。

Description

一种光伏组件的关断设备、方法及光伏系统

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，特别是涉及一种光伏组件的关断设备、方法及光伏系统。

背景技术

由于太阳能的可再生性及清洁性，光伏并网发电技术得以迅猛发展。目前，光伏系统是由多个光伏组件串联形成光伏组串，然后将光伏组串接入逆变器实现直流转换为交流而并网。考虑到串联的光伏组件会形成直流高压，这种高压会导致人身危险和火灾事故，因此要求光伏系统的逆变器有防电弧保护，也就是在检测到有电弧时立刻关断逆变器的运行。但是，即使逆变器停止运行了，光伏组件串起来以后的直流电缆还是会输出高压电，有安全风险。现有技术是通过在每个光伏组件后面加入关断器，来实现光伏组件的快速关断，使直流电缆上的电压满足安规标准的要求。

图1为现有的光伏系统，包括多个光伏组件，与光伏组件一一对应连接的组件关断器，组串关断器，逆变器，交流空开等，组串关断器和逆变器通过交流空开连接交流电网，图2是现有技术中的组件关断器的结构示意图，包括主开关、电源模块、控制模块、检测模块和采样电阻，该光伏系统的快速关断流程如下：在交流空开断开后，组串关断器中的组串开关断开，然后控制组件关断器内部的主开关断开，这时候光伏组件和输出断开，该光伏系统从关断状态重启的过程如下：在交流空开闭合后，组串关断器中的组串开关闭合，为了使组件关断器的主开关闭合，需要首先控制主开关在短时间内导通，产生脉冲，其内部的检测模块检测到交流电以后，由控制模块控制主开关导通，使光伏系统正常运行，否则控制主开关断开。这种产生脉冲的方法会造成直流电缆上有电压，总电压最高值就是光伏组件输出电压的总和，这样会导致直流电缆上的电压不满足安规标准的要求，使得现有技术中的关断方案可靠性低。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏组件的关断设备、方法及光伏系统，不需要控制主开关在短时间内启动，因此不会造成直流电缆上有额外的电压，从而保证直流电缆上的电压满足安规标准的要求，提高了可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光伏组件的关断设备，包括组件关断器，组串关断器及交流空开，所述组件关断器包括与光伏组件连接的主开关，低压模块，检测模块和第一控制模块，所述组串关断器包括电阻模块；

所述检测模块，用于检测主路电流，当所述主路电流小于第一预设值时，生成第一控制信号；还用于检测低压电流，当所述低压电流大于第二预设值时，生成第二控制信号；

所述第一控制模块，用于在接收到所述第一控制信号后，控制所述主开关断开，并控制所述低压模块工作，以便所述组件关断器通过所述低压模块输出低压电；还用于在接收到所述第二控制信号后，控制所述主开关闭合，并控制所述低压模块停止工作，以便所述组件关断器通过所述光伏组件输出高压电；

所述电阻模块，用于将所述低压电转换为所述低压电流。

优选的，所述组串关断器还包括第二控制模块和组串开关，所述电阻模块包括第一电阻和电阻开关；

所述第二控制模块，用于在所述交流空开断开时，控制所述组串开关断开，控制所述电阻开关闭合，以便所述电阻模块通过所述第一电阻将所述低压电转换为所述低压电流；还用于在所述交流空开闭合时，控制所述组串开关闭合，控制所述电阻开关断开。

优选的，所述检测模块具体包括：

第一检测模块，用于检测主路电流，当所述主路电流小于第一预设值时，生成第一控制信号；

第二检测模块，用于检测所述低压电流，当所述低压电流大于第二预设值时，生成第二控制信号。

优选的，所述第一检测模块包括第一处理单元和第二电阻，所述第二检测模块包括第二处理单元和第三电阻；

所述第一处理单元，用于检测通过所述第二电阻的电流，当通过所述第二电阻的电流小于第一预设值时，生成第一控制信号；

所述第二处理单元，用于检测通过所述第三电阻的电流，当通过所述第三电阻的电流大于第二预设值时，生成第二控制信号。

优选的，所述低压模块包括低压电源和低压开关；

所述第一控制模块，具体用于在接收到所述第一控制信号后，控制所述主开关断开，并控制所述低压开关闭合，以便所述组件关断器通过所述低压电源输出低压电；还用于在接收到所述第二控制信号后，控制所述主开关闭合，并控制所述低压开关断开，以便所述组件关断器通过所述光伏组件输出高压电。

优选的，所述主开关、所述低压开关、所述组串开关、所述电阻开关均为金属氧化物半导体场效应晶体管MOS开关管或均为绝缘栅双极型晶体管IGBT开关管。

优选的，所述主开关、所述低压开关、所述组串开关、所述电阻开关均为继电器。

优选的，所述低压电源为输出为1V的低压电源。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种光伏组件的关断方法，应用于如上文任意一项所述的光伏组件的关断设备，包括：

获取主路电流，当所述主路电流小于第一预设值时，控制组件关断器的主开关断开，并控制低压模块工作，以便所述组件关断器通过所述低压模块输出低压电；

通过电阻模块将所述低压电转换为低压电流；

获取所述低压电流，当所述低压电流大于第二预设值时，控制所述主开关闭合，并控制所述低压模块停止工作，以便所述组件关断器通过光伏组件输出高压电。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种光伏系统，包括如上文任意一项所述的组件关断设备。

本发明提供了一种光伏组件的关断设备，包括组件关断器，组串关断器及交流空开，组件关断器包括与光伏组件连接的主开关，低压模块，检测模块和第一控制模块，组串关断器包括电阻模块；检测模块，用于检测主路电流，当主路电流小于第一预设值时，生成第一控制信号；还用于检测低压电流，当低压电流大于第二预设值时，生成第二控制信号；第一控制模块，用于在接收到第一控制信号后，控制主开关断开，并控制低压模块工作，以便组件关断器通过低压模块输出低压电；还用于在接收到第二控制信号后，控制主开关闭合，并控制低压模块停止工作，以便组件关断器通过光伏组件输出高压电；电阻模块，用于将低压电转换为低压电流。

可见，在实际应用中，采用本发明的方案，通过主路电流的大小判断交流空开是否断开，从而控制组件关断器中的主开关断开，在组件关断器的主开关断开时，组件关断器通过低压模块输出低压电，并通过组串关断器中的电阻模块，将低压电转换为低压电流，根据低压电流的变化，判断组串关断器是否和逆变器正常连接，在正常连接时，控制主开关闭合，本发明不需要控制主开关在短时间内启动，因此不会造成直流电缆上有额外的电压，从而保证直流电缆上的电压满足安规标准的要求，提高了可靠性。

本发明还提供了一种光伏组件的关断方法及光伏系统，具有和上述关断设备相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种光伏系统的结构示意图；

图2为现有技术中的一种组件关断器的结构示意图；

图3为本发明所提供的一种光伏组件的关断设备的结构示意图；

图4为本发明所提供的一种组件关断器的结构示意图；

图5为本发明所提供的一种组串关断器的结构示意图；

图6为本发明所提供的另一种组件关断器的结构示意图；

图7为本发明所提供的一种光伏组件的关断设备的应用流程图；

图8为本发明所提供的另一种光伏组件的关断设备的应用流程图；

图9为本发明所提供的另一种光伏组件的关断设备的应用流程图；

图10为本发明所提供的一种光伏组件的关断方法的步骤流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种光伏组件的关断设备、方法及光伏系统，不需要控制主开关在短时间内启动，因此不会造成直流电缆上有额外的电压，从而保证直流电缆上的电压满足安规标准的要求，提高了可靠性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图3，图3为本发明所提供的一种光伏组件的关断设备的结构示意图，包括组件关断器1，组串关断器2及交流空开3，组件关断器1包括与光伏组件连接的主开关11，低压模块12，检测模块13和第一控制模块14，组串关断器2包括电阻模块21；

检测模块13，用于检测主路电流，当主路电流小于第一预设值时，生成第一控制信号；还用于检测低压电流，当低压电流大于第二预设值时，生成第二控制信号；

第一控制模块14，用于在接收到第一控制信号后，控制主开关11断开，并控制低压模块12工作，以便组件关断器1通过低压模块12输出低压电；还用于在接收到第二控制信号后，控制主开关11闭合，并控制低压模块12停止工作，以便组件关断器1通过光伏组件输出高压电；

电阻模块21，用于将低压电转换为低压电流。

需要提前说明的是，光伏系统一般是由多个光伏组件组成的，因此组件关断器1也包括多个，本发明所提供的光伏组件的关断设备仅以一个组件关断器1、组串关断器2及交流空开3来对光伏组件的快速关断过程进行说明，本关断设备对其他所有光伏组件的快速关断过程，同理。

具体的，本发明所提供的一种组件关断器1的结构示意图参照图4所示，包括第一端与光伏组件连接、第二端与组件关断器1的输出端连接的主开关11，第一控制模块14，检测模块13，低压模块12，以及从光伏组件取电为第一控制模块14、检测模块13和低压模块12供电的电源模块，低压模块12的输出端分别和主开关11的第二端及组件关断器1的输出端连接，组串关断器2中包括电阻模块21和组串开关，其中，组串开关决定光伏组件和逆变器的连通/断开。采用本发明所提供的关断设备的光伏系统在正常启动时，其流程如下：组件关断器1直流上电，闭合组件关断器1的主开关11，控制低压模块12不工作，此时光伏组串输出高压，闭合交流空开3，组串关断器2的组串开关闭合，控制组串关断器2中的电阻模块21不工作，使光伏组串的输出电压达到逆变器的启动电压，逆变器开启；在检测到有电弧时，逆变器开启防电弧保护，同时通过关断设备控制光伏组件快速关断，其流程如下：首先断开交流空开3，然后断开组串关断器2中的组串开关，此时组件关断器1中的主路电流Idc1会发生变化，组件关断器1中的检测模块13检测主路电流Idc1，当主路电流Idc1小于第一预设值时，断开组件关断器1的主开关11，使光伏组件和组件关断器1的输出端断开，同时控制低压模块12开始工作，输出低压电，此时，光伏组串的输出电压从高压变为低压，通过组串关断器2中的电阻模块21将低压模块12输出的低压电转换为低压电流Idc2，同时，逆变器通过低压电阻放电，变成低压。假设一串为26个光伏组件，每个低压模块12均输出1V电压，那么在低压模块12工作时，总的直流母线输出电压就只有26V的低压；当光伏系统从快速关断状态重启时，其流程如下：闭合交流空开3，闭合组串关断器2中的组串开关，可以理解的是，当组串开关闭合后，低压电流Idc2会发生变化，检测模块13检测低压电流Idc2，当低压电流Idc2大于第二预设值时，说明组串关断器2、逆变器及交流电网已经连接导通了，此时，控制低压模块12不再工作，并控制组件关断器1的主开关11闭合，然后控制电阻模块21不再工作，使光伏组串的输出电压由低压转换为高压，从而使逆变器输出电压升高至启动。

本发明提供了一种光伏组件的关断设备，包括组件关断器，组串关断器及交流空开，组件关断器包括与光伏组件连接的主开关，低压模块，检测模块和第一控制模块，组串关断器包括电阻模块；检测模块，用于检测主路电流，当主路电流小于第一预设值时，生成第一控制信号；还用于检测低压电流，当低压电流大于第二预设值时，生成第二控制信号；第一控制模块，用于在接收到第一控制信号后，控制主开关断开，并控制低压模块工作，以便组件关断器通过低压模块输出低压电；还用于在接收到第二控制信号后，控制主开关闭合，并控制低压模块停止工作，以便组件关断器通过光伏组件输出高压电；电阻模块，用于将低压电转换为低压电流。

可见，在实际应用中，采用本发明的方案，通过主路电流的大小判断交流空开是否断开，从而控制组件关断器中的主开关断开，在组件关断器的主开关断开时，组件关断器通过低压模块输出低压电，并通过组串关断器中的电阻模块，将低压电转换为低压电流，根据低压电流的变化，判断组串关断器是否和逆变器正常连接，在正常连接时，控制主开关闭合，本发明不需要控制主开关在短时间内启动，因此不会造成直流电缆上有额外的电压，从而保证直流电缆上的电压满足安规标准的要求，提高了可靠性。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，组串关断器2还包括第二控制模块23和组串开关22，电阻模块21包括第一电阻R1和电阻开关211；

第二控制模块23，用于在交流空开3断开时，控制组串开关22断开，控制电阻开关211闭合，以便电阻模块21通过第一电阻R1将低压电转换为低压电流；还用于在交流空开3闭合时，控制组串开关22闭合，控制电阻开关211断开。

具体的，参照图5所示，组串关断器2中包括电阻模块21、组串开关22及第二控制模块23，其中，电阻模块21包括第一电阻R1和电阻开关211，电阻开关211，用于连接和断开第一电阻R1，第一电阻R1可以作为负载，用于在低压状态下的电流，也可以进行逆变器的电容放电，以保证在逆变器关断后，其输入端电压快速下降，达到标准要求。在光伏系统正常启动时，交流空开3闭合后，通过第二控制模块23控制组串开关22闭合，电阻开关211的初始状态默认为断开状态；在光伏系统启动快速关断设备，进行快速关断时，首先断开交流空开3，然后由第二控制模块23控制组串开关22断开，当组件关断器1输出低压电后，控制电阻开关211闭合，以使所述低压电通过第一电阻R1转换为低压电流Idc2，同时通过第一电阻R1对逆变器进行放电；当光伏系统重启时，控制交流空开3闭合，第二控制模块23控制组串开关22闭合，由于组串开关22闭合后，低压电流Idc2会存在变化，组件关断器1根据Idc2的变化来作为闭合主开关11的依据，当主开关11闭合后，第二控制模块23控制电阻开关211断开，以使逆变器输入端电压逐渐升高。

具体的，电阻模块21中的电阻和电阻开关可以用两路不同的，其中，一路用于逆变器电容放电，另一路用于低压电流Idc2检测的负载。

请参照图6，图6为本发明所提供的另一种组件关断器的结构示意图，该组件关断器在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，检测模块13具体包括：

第一检测模块131，用于检测主路电流，当主路电流小于第一预设值时，生成第一控制信号；

第二检测模块132，用于检测低压电流，当低压电流大于第二预设值时，生成第二控制信号。

作为一种优选的实施例，第一检测模块131包括第一处理单元H1和第二电阻R2，第二检测模块132包括第二处理单元H2和第三电阻R3；

第一处理单元H1，用于检测通过第二电阻R2的电流，当通过第二电阻R2的电流小于第一预设值时，生成第一控制信号；

第二处理单元H2，用于检测通过第三电阻R3的电流，当通过第三电阻R3的电流大于第二预设值时，生成第二控制信号。

具体的，检测模块13可以包括两个检测模块，分别检测主路电流Idc1和低压电流Idc2，具体的，第一检测模块131用于检测主路电流Idc1，第二检测模块132用于检测低压电流Idc2，第一检测模块131中可以包括第一处理单元H1和第二电阻R2，其中，第二电阻R2作为主路电流Idc1的检测电阻，第一处理单元H1用于获取通过第二电阻R2的电流，当通过第二电阻R2的电流小于第一预设值时，生成第一控制信号，第二检测模块132包括第二处理单元H2和第三电阻R3，其中，第三电阻R3作为低压电流Idc2的检测电阻，第二处理单元H2用于获取通过第三电阻R3的电流。具体的，第一处理单元H1和第二处理单元H2可以为电流传感器或电流采集芯片，通过电流传感器或电流采集芯片获取通过检测电阻的电流，采用电流传感器或电流采集芯片与电阻的组合，一方面体积小、成本低，便于集成，另一方面，通过上述组合获取电流值的手段已经非常纯熟，获取到的电流值的准确性较高，从而保证了本发明的可靠性。

作为一种优选的实施例，低压模块12包括低压电源121和低压开关122；

第一控制模块14，具体用于在接收到第一控制信号后，控制主开关11断开，并控制低压开关122闭合，以便组件关断器1通过低压电源121输出低压电；还用于在接收到第二控制信号后，控制主开关11闭合，并控制低压开关122断开，以便组件关断器1通过光伏组件输出高压电。

具体的，本发明所提供的低压模块12包括低压开关122和低压电源121，低压开关122用于连接/断开低压电源121，主开关11和低压开关122呈相反状态，主开关11断开，低压开关122就导通，此时光伏组串的输出为低压输出，主开关11导通，低压开关122就断开，此时光伏组串的输出为高压输出。

综上所述，采用本发明所提供的光伏组件的关断设备的光伏系统，其正常启动流程参照图7所示，启动关断设备的流程图参照图8所示，重新启动光伏系统的流程图参照图9所示。

作为一种优选的实施例，主开关11、低压开关122、组串开关22、电阻开关211均为金属氧化物半导体场效应晶体管MOS开关管或均为绝缘栅双极型晶体管IGBT开关管。

作为一种优选的实施例，主开关11、低压开关122、组串开关22、电阻开关211均为继电器。

具体的，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)开关管和MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化层半导体场效晶体管)具有寿命长、安全可靠、没有机械磨损、开关速度快、体积小等特点，选用二者作为本发明中的开关，可以进一步保证开关导通/闭合的快速性和精确性。相应的，本发明中的开关还可以选用成本较低的继电器。

当然，除了可以选用上述的器件作为本发明中的开关，还可以选择其他器件，本发明在此不做限定。

请参照图10，图10为本发明所提供的一种光伏组件的关断方法的步骤流程图，应用于如上文任意一项的光伏组件的关断设备，包括：

步骤1：获取主路电流，当主路电流小于第一预设值时，控制组件关断器的主开关断开，并控制低压模块工作，以便组件关断器通过低压模块输出低压电；

步骤2：通过电阻模块将低压电转换为低压电流；

步骤3：获取低压电流，当低压电流大于第二预设值时，控制主开关闭合，并控制低压模块停止工作，以便组件关断器通过光伏组件输出高压电。

本发明所提供的一种光伏组件的关断方法具有和上述关断设备相同的有益效果。

对于本发明所提供的一种光伏组件的关断方法的介绍，请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。

相应的，本发明还提供了一种光伏系统，包括如上文任意一项的组件关断设备。

本发明所提供的一种光伏系统，具有和上述关断设备相同的有益效果。

对于本发明所提供的一种光伏系统的介绍，请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光伏组件的关断设备，包括组件关断器，组串关断器及交流空开，其特征在于，所述组件关断器包括与光伏组件连接的主开关，低压模块，检测模块和第一控制模块，所述组串关断器包括电阻模块；

所述检测模块，用于检测主路电流，当所述主路电流小于第一预设值时，生成第一控制信号；还用于检测低压电流，当所述低压电流大于第二预设值时，生成第二控制信号；

所述第一控制模块，用于在接收到所述第一控制信号后，控制所述主开关断开，并控制所述低压模块工作，以便所述组件关断器通过所述低压模块输出低压电；还用于在接收到所述第二控制信号后，控制所述主开关闭合，并控制所述低压模块停止工作，以便所述光伏组件通过所述组件关断器输出高压电；

所述电阻模块，用于将所述低压电转换为所述低压电流。

2.根据权利要求1所述的光伏组件的关断设备，其特征在于，所述组串关断器还包括第二控制模块和组串开关，所述电阻模块包括第一电阻和电阻开关；

所述第二控制模块，用于在所述交流空开断开时，控制所述组串开关断开，控制所述电阻开关闭合，以便所述电阻模块通过所述第一电阻将所述低压电转换为所述低压电流；还用于在所述交流空开闭合时，控制所述组串开关闭合，控制所述电阻开关断开。

3.根据权利要求2所述的光伏组件的关断设备，其特征在于，所述检测模块具体包括：

第一检测模块，用于检测主路电流，当所述主路电流小于第一预设值时，生成第一控制信号；

第二检测模块，用于检测所述低压电流，当所述低压电流大于第二预设值时，生成第二控制信号。

4.根据权利要求3所述的光伏组件的关断设备，其特征在于，所述第一检测模块包括第一处理单元和第二电阻，所述第二检测模块包括第二处理单元和第三电阻；

所述第一处理单元，用于检测通过所述第二电阻的电流，当通过所述第二电阻的电流小于第一预设值时，生成第一控制信号；

所述第二处理单元，用于检测通过所述第三电阻的电流，当通过所述第三电阻的电流大于第二预设值时，生成第二控制信号。

5.根据权利要求4所述的光伏组件的关断设备，其特征在于，所述低压模块包括低压电源和低压开关；

所述第一控制模块，具体用于在接收到所述第一控制信号后，控制所述主开关断开，并控制所述低压开关闭合，以便所述组件关断器通过所述低压电源输出低压电；还用于在接收到所述第二控制信号后，控制所述主开关闭合，并控制所述低压开关断开，以便所述光伏组件通过所述组件关断器输出高压电。

6.根据权利要求5所述的光伏组件的关断设备，其特征在于，所述主开关、所述低压开关、所述组串开关、所述电阻开关均为金属氧化物半导体场效应晶体管MOS开关管或均为绝缘栅双极型晶体管IGBT开关管。

7.根据权利要求5所述的光伏组件的关断设备，其特征在于，所述主开关、所述低压开关、所述组串开关、所述电阻开关均为继电器。

8.根据权利要求5所述的光伏组件的关断设备，其特征在于，所述低压电源为输出为1V的低压电源。

9.一种光伏组件的关断方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8任意一项所述的光伏组件的关断设备，包括：

获取主路电流，当所述主路电流小于第一预设值时，控制组件关断器的主开关断开，并控制低压模块工作，以便所述组件关断器通过所述低压模块输出低压电；

通过电阻模块将所述低压电转换为低压电流；

获取所述低压电流，当所述低压电流大于第二预设值时，控制所述主开关闭合，并控制所述低压模块停止工作，以便所述光伏组件通过所述组件关断器输出高压电。

10.一种光伏系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的光伏组件的关断设备。

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