CN109713669B - 一种抗灾保底电网的规划方法、装置和设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种抗灾保底电网的规划方法、装置和设备，通过构建最小规模的电网基础网架，形成电缆‑户外站‑电缆‑户内站的生命线通道，能够为局部电网提供可靠供电，同时，作为主力电源的抗灾保障电源具备黑启动、孤网运行能力，直接接入关键变电站，以提高局部电网自平衡运行能力为目标，选择关键变电站为电网基础网架分散配置储能电站，对电网基础网架、抗灾保障电源、储能电站和供电负荷进行整合，形成待规划抗灾区域的抗灾保底电网方案，能够统筹考虑电网、电源、负荷、储能，规划建设高可靠性的抗灾型电网，使得沿海城市重要核心区电网在严重自然灾害期间能够局部自平衡运行，核心区电网应急抗灾保障能力较强。

Description

一种抗灾保底电网的规划方法、装置和设备

技术领域

本申请涉及电网运行控制系统技术领域，尤其涉及一种抗灾保底电网的规划方法、装置和设备。

背景技术

随着电力技术的发展，电网作为为人们生活提供电力资源的核心，其稳定运行能力一直以来备受关注。台风等影响电网运行的自然灾害每年都会发生，而历次强台风登陆都对沿海地区的电网造成重大破坏，包括大量架空线路倒塔/断杆、变电站全停、主力电厂跳机等，甚至城市重要区域电网全黑，极大影响社会正常的生产生活秩序。

保底电网是一种电网针对严重自然灾害，例如台风等，以提高城市核心区域和重要电力用户供电安全、提高严重故障下的快速恢复电能力为目标，选取城市重要站点、关键路线和抗灾保障电源进行差异化设计建设，所形成的最小规模网架。对于沿海重要城市电网，面临风灾威胁巨大，核心区电网的供电安全关系到政治经济民生，其对供电可靠性、电网防灾抗灾能力要求较高，迫切需要在防风加固改造、提升新建线路设计风速、优化塔型设计等电网侧防灾抗灾措施基础上，充分发挥电网、电源、负荷和储能在严重灾害期间的协调抗灾能力，规划建设一种基于网源荷储自平衡运行的城市抗灾保底电网。

发明内容

本申请实施例提供了一种抗灾保底电网的规划方法、装置和设备，统筹考虑电网、电源、负荷、储能，规划建设高可靠性的抗灾型电网，使得沿海城市重要核心区电网在严重自然灾害期间能够局部自平衡运行，核心区电网应急抗灾保障能力较强。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种抗灾保底电网的规划方法，包括：

101、获取待规划抗灾区域的电网网架结构，根据所述电网网架结构构建最小规模的电网基础网架，所述电网基础网架包括由电缆-户外站-电缆-户内站形成的生命线通道；

102、将所述电网网架结构中的具备黑启动、孤网运行能力的抗灾保障电源及送出通道整合至所述生命线通道中；

103、以保障局部电网可孤网运行为目标，对所述抗灾保障电源的黑启动能力、孤网运行时电压频率调节能力和应对供电负荷的负荷波动调节性能进行评估，确定所述电网基础网架的可孤网运行范围、运行方式和运行能力；

104、以提高所述局部电网自平衡运行能力为目标，选择关键变电站为所述电网基础网架分散配置储能电站；

105、对所述电网基础网架、所述抗灾保障电源、所述储能电站和所述供电负荷进行整合，形成所述待规划抗灾区域的抗灾保底电网方案。

优选地，步骤101之前，还包括：

100、获取待规划抗灾区域的应急指挥机构和核心基础设施的用户分布、自备电源情况和快速发电车接口情况，确定所述待规划抗灾区域的电网网架结构。

优选地，步骤105之后，还包括：

106、对所述抗灾保底电网方案的运行情况进行实时监测。

优选地，所述具备黑启动能力的抗灾保障电源具体为：抽水蓄能机组和/或9E燃气机组和/或分布式燃气机组。

优选地，所述具备孤网运行能力的抗灾保障电源具体为：9E燃气机组和/或9F燃气机组。

优选地，所述送出通道为电缆或架空线路。

优选地，所述储能电站的蓄电池容量满足所述局部电网自平衡运行时的调节需求。

本申请第二方面提供了一种抗灾保底电网的规划装置，包括：

获取单元，用于获取待规划抗灾区域的电网网架结构，根据所述电网网架结构构建最小规模的电网基础网架，所述电网基础网架包括由电缆-户外站-电缆-户内站形成的生命线通道；

电源单元，用于将所述电网网架结构中的具备黑启动、孤网运行能力的抗灾保障电源及送出通道整合至所述生命线通道中；

评估单元，用于以保障局部电网可孤网运行为目标，对所述抗灾保障电源的黑启动能力、孤网运行时电压频率调节能力和应对供电负荷的负荷波动调节性能进行评估，确定所述电网基础网架的可孤网运行范围、运行方式和运行能力；

储能单元，用于以提高所述局部电网自平衡运行能力为目标，选择关键变电站为所述电网基础网架分散配置储能电站；

整合单元，用于对所述电网基础网架、所述抗灾保障电源、所述储能电站和所述供电负荷进行整合，形成所述待规划抗灾区域的抗灾保底电网方案。

优选地，还包括：

预处理单元，用于获取待规划抗灾区域的应急指挥机构和核心基础设施的用户分布、自备电源情况和快速发电车接口情况，确定所述待规划抗灾区域的电网网架结构；

监测单元，用于对所述抗灾保底电网方案的运行情况进行实时监测。

本申请第三方面提供了一种抗灾保底电网的规划设备，所述设备包括处理器以及存储器；

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面所述的规划方法。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请中，提供了一种抗灾保底电网的规划方法，包括：101、获取待规划抗灾区域的电网网架结构，根据电网网架结构构建最小规模的电网基础网架，电网基础网架包括由电缆-户外站-电缆-户内站形成的生命线通道；将电网网架结构中的具备黑启动、孤网运行能力的抗灾保障电源及送出通道整合至生命线通道中；以保障局部电网可孤网运行为目标，对抗灾保障电源的黑启动能力、孤网运行时电压频率调节能力和应对供电负荷的负荷波动调节性能进行评估，确定电网基础网架的可孤网运行范围、运行方式和运行能力；以提高局部电网自平衡运行能力为目标，选择关键变电站为电网基础网架分散配置储能电站；对电网基础网架、抗灾保障电源、储能电站和供电负荷进行整合，形成待规划抗灾区域的抗灾保底电网方案。本申请提供的方法，通过构建最小规模的电网基础网架，形成电缆-户外站-电缆-户内站的生命线通道，能够为局部电网提供可靠供电，同时，作为主力电源的抗灾保障电源具备黑启动、孤网运行能力，直接接入关键变电站，以提高局部电网自平衡运行能力为目标，选择关键变电站为电网基础网架分散配置储能电站，对电网基础网架、抗灾保障电源、储能电站和供电负荷进行整合，形成待规划抗灾区域的抗灾保底电网方案，能够统筹考虑电网、电源、负荷、储能，规划建设高可靠性的抗灾型电网，使得沿海城市重要核心区电网在严重自然灾害期间能够局部自平衡运行，核心区电网应急抗灾保障能力较强。

附图说明

图1为本申请实施例中的一种抗灾保底电网的规划方法的流程示意图；

图2为本申请实施例中的一种抗灾保底电网的规划方法的另一流程示意图；

图3为本申请实施例中的一种抗灾保底电网的规划装置的结构示意图；

图4为本申请实施例中提供的一种电网网架结构示意图；

图5为申请实施例中提供的一个城市电网核心区的电网结构示意图；

图6为图5对应的城市抗灾保底电网结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，本申请实施例中提供的一种抗灾保底电网的规划方法，包括：

步骤101、获取待规划抗灾区域的电网网架结构，根据电网网架结构构建最小规模的电网基础网架，电网基础网架包括由电缆-户外站-电缆-户内站形成的生命线通道。

需要说明的是，本申请实施例中，以电网网架结构为基础，优选户内站及电缆线路，自上而下梳理电网想用户供电的重要站点和关键供电线路，通过整合，形成最小规模的电网基础网架，宜具备一条“电缆-户外站-电缆-户内站″构成的生命线通道，涵盖220kV、110kV、10kV电压等级，其防风抗灾能力较强。

步骤102、将电网网架结构中的具备黑启动、孤网运行能力的抗灾保障电源及送出通道整合至生命线通道中。

需要说明的是，本申请实施例中，梳理供电城市核心区的主力电源，将具备黑启动、孤岛或孤网运行能力的抗灾保障电源及送出通道进一步整合到电网基础网架中，优选具备黑启动能力的分布式电源及送出通道(线路)叠加到电网基础网架。

步骤103、以保障局部电网可孤网运行为目标，对抗灾保障电源的黑启动能力、孤网运行时电压频率调节能力和应对供电负荷的负荷波动调节性能进行评估，确定电网基础网架的可孤网运行范围、运行方式和运行能力。

需要说明的是，本申请实施例中，以保障局部电网可孤网运行为目标，评估现状及规划电源的黑启动能力、孤网运行时电压频率调节能力、应对负荷波动调节等性能，设计基础网架可孤网运行的范围、运行方式及运行能力。

步骤104、以提高局部电网自平衡运行能力为目标，选择关键变电站为电网基础网架分散配置储能电站。

需要说明的是，本申请实施例中，以提高局部电网自平衡运行能力为目标，选择关键的110kV变电站或220kV变电站，分散配置储能电站。

步骤105、对电网基础网架、抗灾保障电源、储能电站和供电负荷进行整合，形成待规划抗灾区域的抗灾保底电网方案。

需要说明的是，本申请实施例中，统筹电网规划建设，远近结合，最终形成覆盖电网、电源、负荷和储能的抗灾保底电网，正常情况下可与大电网联络运行，严重自然灾害导致电网大面积故障时，局部核心区电网可利用抗灾保障电源、储能自平衡运行，具备黑启动或孤网运行能力，通过生命线通道，快速恢复核心区电网供电。

本申请实施例中提供的方法，通过构建最小规模的电网基础网架，形成电缆-户外站-电缆-户内站的生命线通道，能够为局部电网提供可靠供电，同时，作为主力电源的抗灾保障电源具备黑启动、孤网运行能力，直接接入关键变电站，以提高局部电网自平衡运行能力为目标，选择关键变电站为电网基础网架分散配置储能电站，对电网基础网架、抗灾保障电源、储能电站和供电负荷进行整合，形成待规划抗灾区域的抗灾保底电网方案，能够统筹考虑电网、电源、负荷、储能，规划建设高可靠性的抗灾型电网，使得沿海城市重要核心区电网在严重自然灾害期间能够局部自平衡运行，核心区电网应急抗灾保障能力较强。

为了便于理解，请参阅图2，本申请实施例中另一种抗灾保底电网的规划方法，包括：

步骤201、获取待规划抗灾区域的应急指挥机构和核心基础设施的用户分布、自备电源情况和快速发电车接口情况，确定待规划抗灾区域的电网网架结构。

需要说明的是，本申请实施例中，首先收集沿海地市中心城区的现状及规划电网网架结构，获取城市(应急)指挥机构、核心基础设施等用户分布、自备电源情况以及快速发电车接口等情况，明确待规划抗灾区域现状电源及规划电源的抗灾保障能力。城市(应急)指挥机构包括党政军机关、“三防“指挥部、应急管理办公室、气象台、交通指挥中心、电力调度中心和新闻联播中心等。核心基础设施包括通讯枢纽、供水设施(水厂、水泵房)、防洪排涝设施、重要的医疗卫生机构、铁路运输和机场运输枢纽、核电站等。

步骤202、获取待规划抗灾区域的电网网架结构，根据电网网架结构构建最小规模的电网基础网架，电网基础网架包括由电缆-户外站-电缆-户内站形成的生命线通道。

需要说明的是，本申请实施例中的步骤202与上一实施例中的步骤101一致，在此不再进行详细赘述。

步骤203、将电网网架结构中的具备黑启动、孤网运行能力的抗灾保障电源及送出通道整合至生命线通道中。

进一步地，具备黑启动能力的抗灾保障电源具体为：抽水蓄能机组和/或9E燃气机组和/或分布式燃气机组。

进一步地，具备孤网运行能力的抗灾保障电源具体为：9E燃气机组和/或9F燃气机组。

进一步地，送出通道为电缆或架空线路。

需要说明的是，本申请实施例中，梳理供电城市核心区的主力电源，将具备黑启动、孤岛或孤网运行能力的抗灾保障电源及送出通道进一步整合到电网基础网架中，优选具备黑启动能力的分布式电源及送出通道(线路)叠加到电网基础网架。在抗灾保障电源选择方面，机组黑启动需要实测机组启动时厂用电负荷及配置充足容量的柴油发电机；机组孤网运行需要选择适合孤网运行的机组，设计合理孤网运行控制算法，适应孤网中负荷的阶跃波动，满足电压、频率调节需求。本申请实施例中综合技术经济比较，抽水蓄能机组、9E燃气机组及分布式燃气机组适合作为黑启动电源，且启动速度较快；9E燃气机组、9F燃气机组适合作为孤网运行主力电源。

抗灾保障电源根据装机容量，通过110kV或220kV电压等级就近接入核心区电网，送出线路可采用电缆或满足抗灾设防要求等级的架空线路。

步骤204、以保障局部电网可孤网运行为目标，对抗灾保障电源的黑启动能力、孤网运行时电压频率调节能力和应对供电负荷的负荷波动调节性能进行评估，确定电网基础网架的可孤网运行范围、运行方式和运行能力。

需要说明的是，本申请实施例中，以保障局部电网可孤网运行为目标，评估现状及规划电源的黑启动能力、孤网运行时电压频率调节能力、应对负荷波动调节等性能，设计基础网架可孤网运行的范围、运行方式及运行能力。具体可用下式来表示：

其中，S_i为发电厂第i台柴油发电机额定容量，作为机组保安电源，同时可供黑启动，S_load为发电厂机组黑启动时的厂用电负荷；ΔP_i、Δf_i、ΔU_i分别为第i台机组指定出力情况下，机组所能承受的负荷阶跃、频率波动和电压波动幅值；ΔP_load、Δf_load、ΔU_load分别为负荷产生的负荷阶跃、频率波动和电压波动的幅值。

步骤205、以提高局部电网自平衡运行能力为目标，选择关键变电站为电网基础网架分散配置储能电站。

进一步地，储能电站的蓄电池容量满足局部电网自平衡运行时的调节需求。

需要说明的是，本申请实施例中，评估城市核心区电网在严重自然灾害期间的供电负荷，以满足局部电网自平衡运行时的调节性能要求和快速恢复对重要负荷供电。具体可用下式来表示：

式中，p_i为发电厂第i个重要负荷在严重灾害期间的保安负荷值，P_load为考虑负荷同时率k_load后的负荷总值。

考虑储能电池的放电特性和放电时间，估算储能电池的容量配置，储能电站布点以分散配置到重要变电站为宜。具体可用下式来表示：

式中，Q_i为第i个储能电站的蓄电池容量；T为紧急情况下，重要负荷需持续供电时间；k_rel为容量的可靠系数，可取1.2～1.5。

步骤206、对电网基础网架、抗灾保障电源、储能电站和供电负荷进行整合，形成待规划抗灾区域的抗灾保底电网方案。

需要说明的是，本申请实施例中的步骤206与上一实施例中的步骤105一致，在此不再进行详细赘述。

步骤207、对抗灾保底电网方案的运行情况进行实时监测。

需要说明的是，本申请实施例中，对生命线通道运行情况进行监测及防洪排涝设备加强巡检，保障燃气机组供气管网安全、储备燃气充足，确保具备黑启动、孤网运行的机组及柴油发电机可靠使用，调节集中式储能电站的放电深度，灵活调度移动式发电设备等，提升电网应急抗灾保障能力。

为了便于理解，请参与图2、图4至图6，本申请实施例中，提供了一种抗灾保底电网的规划方法的应用例。

本申请实施例中，基于网、源、荷、储可局部自平衡运行的局部电网如图4所示，广东省沿海某地市属于重要城市，涉及对澳供电，城市核心区对电网供电可靠性要求较高，以该地市电网为例，采用本发明的基于网源荷储自平衡运行的城市抗灾保底电网规划方法构建抗灾保底电网。

1)收集电网网架资料，该地市电网2020年规划网架结构示意图如图5所示，该地市部分电网由3座500kV变电站、12座220kV变电站以及13座110kV变电站，具备2座燃气电厂(气电1(9E燃气机组、具备黑启动能力)，气电2(9F燃气机组、具备孤网运行能力))。该城市中心城区处于核心B区，核心A区要求不间断供电。

2)以电网网架结构为基础，优选户内站及电缆线路，构建最小规模的基础网架，且包含“生命线″通道。即形成“50A1站～C3站～C2站～C1站～A1站～A2站～B1站～B3站～B4站″以及“B1站～B2站″的全电缆、户内化站的220kV“生命线″通道，覆盖核心A区和核心B区。

3)整合抗灾保障电源，即将气电1和气电2及其外送通道“气电1～C4站″和“气电2～C2站″2个220kV通道叠加到基础网架。

4)设计电厂1黑启动的路径和评估气电1和气电2孤网运行的范围、运行方式及运行能力，其中气电1通过2台1MW的柴油发电机具备黑启动能力，通过“气电1～C4站～50A1站″220kV通道进行黑启动；气电2的燃气机组可在任何负荷状态下直接甩负荷带厂用电运行，调节性能较优，甩负荷后，可在转速控制模式下孤岛运行，稳定运行负荷范围为0％～95％，应对负荷阶跃范围为10～30MW。最终，将核心A区和核心B区纳入气电2孤网运行范围，将气电1作为黑启动电源。

5)设计储能电站布局，以保障核心B区不间断供电为目标，规划在220kV的B1站和C1站接入集中式的储能电站，储能电池容量按照核心B区的2MW的重要负荷持续供电2小时计算，考虑1.5倍系数，分别布置3MWh的储能电站。

6)整合上述电网网架、抗灾保障电源、重要负荷、储能电站，形成该地市基于网源荷储自平衡运行的抗灾保底电网方案，如图6所示。

7)在抗灾保底电网网架基础上，制定“生命线″通道运维方案、自平衡运行方案、黑启动方案、储能规划建设方案、应急发电车调度方案等。

为了便于理解，请参阅图3，本申请实施例提供了一种抗灾保底电网的规划装置，包括：

获取单元301，用于获取待规划抗灾区域的电网网架结构，根据电网网架结构构建最小规模的电网基础网架，电网基础网架包括由电缆-户外站-电缆-户内站形成的生命线通道。

电源单元302，用于将电网网架结构中的具备黑启动、孤网运行能力的抗灾保障电源及送出通道整合至生命线通道中。

评估单元303，用于以保障局部电网可孤网运行为目标，对抗灾保障电源的黑启动能力、孤网运行时电压频率调节能力和应对供电负荷的负荷波动调节性能进行评估，确定电网基础网架的可孤网运行范围、运行方式和运行能力。

储能单元304，用于以提高局部电网自平衡运行能力为目标，选择关键变电站为电网基础网架分散配置储能电站。

整合单元305，用于对电网基础网架、抗灾保障电源、储能电站和供电负荷进行整合，形成待规划抗灾区域的抗灾保底电网方案。

进一步地，还包括：

预处理单元300，用于获取待规划抗灾区域的应急指挥机构和核心基础设施的用户分布、自备电源情况和快速发电车接口情况，确定待规划抗灾区域的电网网架结构。

监测单元306，用于对抗灾保底电网方案的运行情况进行实时监测。

进一步地，具备黑启动能力的抗灾保障电源具体为：抽水蓄能机组和/或9E燃气机组和/或分布式燃气机组。

进一步地，具备孤网运行能力的抗灾保障电源具体为：9E燃气机组和/或9F燃气机组。

进一步地，送出通道为电缆或架空线路。

进一步地，储能电站的蓄电池容量满足局部电网自平衡运行时的调节需求。

本申请实施例中提供了一种抗灾保底电网的规划设备，设备包括处理器以及存储器：

存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；

处理器用于根据程序代码中的指令执行前述的实施例中的抗灾保底电网的规划方法。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种抗灾保底电网的规划方法，其特征在于，包括：

101、获取待规划抗灾区域的电网网架结构，根据所述电网网架结构构建最小规模的电网基础网架，所述电网基础网架包括由电缆-户外站-电缆-户内站形成的生命线通道；

102、将所述电网网架结构中的具备黑启动、孤网运行能力的抗灾保障电源及送出通道整合至所述生命线通道中；

103、以保障局部电网可孤网运行为目标，对所述抗灾保障电源的黑启动能力、孤网运行时电压频率调节能力和应对供电负荷的负荷波动调节性能进行评估，确定所述电网基础网架的可孤网运行范围、运行方式和运行能力；

104、以提高所述局部电网自平衡运行能力为目标，选择关键变电站为所述电网基础网架分散配置储能电站；

105、对所述电网基础网架、所述抗灾保障电源、所述储能电站和所述供电负荷进行整合，形成所述待规划抗灾区域的抗灾保底电网方案。

2.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，步骤101之前，还包括：

100、获取待规划抗灾区域的应急指挥机构和核心基础设施的用户分布、自备电源情况和快速发电车接口情况，确定所述待规划抗灾区域的电网网架结构。

3.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，步骤105之后，还包括：

106、对所述抗灾保底电网方案的运行情况进行实时监测。

4.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述具备黑启动能力的抗灾保障电源具体为：抽水蓄能机组和/或9E燃气机组和/或分布式燃气机组。

5.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述具备孤网运行能力的抗灾保障电源具体为：9E燃气机组和/或9F燃气机组。

6.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述送出通道为电缆或架空线路。

7.根据权利要求1所述的规划方法，其特征在于，所述储能电站的蓄电池容量满足所述局部电网自平衡运行时的调节需求。

8.一种抗灾保底电网的规划装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取待规划抗灾区域的电网网架结构，根据所述电网网架结构构建最小规模的电网基础网架，所述电网基础网架包括由电缆-户外站-电缆-户内站形成的生命线通道；

电源单元，用于将所述电网网架结构中的具备黑启动、孤网运行能力的抗灾保障电源及送出通道整合至所述生命线通道中；

评估单元，用于以保障局部电网可孤网运行为目标，对所述抗灾保障电源的黑启动能力、孤网运行时电压频率调节能力和应对供电负荷的负荷波动调节性能进行评估，确定所述电网基础网架的可孤网运行范围、运行方式和运行能力；

储能单元，用于以提高所述局部电网自平衡运行能力为目标，选择关键变电站为所述电网基础网架分散配置储能电站；

整合单元，用于对所述电网基础网架、所述抗灾保障电源、所述储能电站和所述供电负荷进行整合，形成所述待规划抗灾区域的抗灾保底电网方案。

9.根据权利要求8所述的规划装置，其特征在于，还包括：

预处理单元，用于获取待规划抗灾区域的应急指挥机构和核心基础设施的用户分布、自备电源情况和快速发电车接口情况，确定所述待规划抗灾区域的电网网架结构；

监测单元，用于对所述抗灾保底电网方案的运行情况进行实时监测。

10.一种抗灾保底电网的规划设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-7任一项所述的规划方法。

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