CN110581566B - 分布式光伏电源可接入容量的评估方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式光伏电源可接入容量的评估方法及装置,其中,方法包括:识别光伏所接入位置的电压等级,并获取接入光伏处背侧系统参数;获取光伏接入下游线路的阻抗,并得到当前保护参数配置信息;根据电压等级、背侧系统参数、阻抗与当前保护参数配置信息得到当前继电保护配置下光伏可接入最大容量。根据本发明实施例的评估方法,可以有效避免由于继电保护发生误动作或者无法达到要求的保护范围造成对配电网甚至对输电网造成巨大的危害,提高电力系统的供电可靠性,有效保证电能质量,提升使用体验。
Description
技术领域
本发明涉及供电技术领域,特别涉及一种分布式光伏电源可接入容量的评估方法及装置。
背景技术
目前,分布式能源是指在一定地域范围内,由多个甚至是多种形式的发电设备共同产生电能,以就地满足较大规模用电的要求。光伏作为一种分布式能源,其具有清洁环保、双向供电、就地消耗等特点。但是,由于随着光伏设备在配电网系统的渗透率不断提高,当系统发生故障时,由光伏电源提供的短路电流也在不断增大,导致会对原有保护的可靠性和灵敏度造成影响。
相关技术中,现有10kV配电网的继电保护大多的配置是过流Ⅰ段和过流Ⅲ段,其定值都是按照光伏接入前的电源负荷情况进行整定;在光伏这种分布式能源接入后,会对现有继电保护的正确动作造成影响,例如光伏反向电流造成没有方向元件的保护误动作、保护无法达到所要求的保护范围等,而且随着光伏设备接入容量的提高,这种影响也在不断增大,鉴于存在一个最大可接入光伏容量,当系统中接入的光伏容量超过最大可接入光伏容量时,那么会导致现有继电保护发生误动作或者无法达到要求的保护范围,进而会对配电网甚至对输电网造成巨大的危害,大大降低电力系统的供电可靠性,并且降低电能质量,亟待解决。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此,本发明的一个目的在于提出一种分布式光伏电源可接入容量的评估方法及装置,该方法可以提高电力系统的供电可靠性,有效保证电能质量,提升使用体验。
本发明的另一个目的在于提出一种分布式光伏电源可接入容量的评估装置。
为达到上述目的,本发明一方面实施例提出了一种分布式光伏电源可接入容量的评估方法,包括以下步骤:识别光伏所接入位置的电压等级,并获取接入光伏处背侧系统参数;获取光伏接入下游线路的阻抗,并得到当前保护参数配置信息;根据所述电压等级、所述背侧系统参数、所述阻抗与所述当前保护参数配置信息得到当前继电保护配置下光伏可接入最大容量。
本发明实施例的分布式光伏电源可接入容量的评估方法,可以基于现有电流三段继电保护配置下光伏最大可接入容量进行评估方法,能够根据电力系统的网络拓扑和保护配置情况,从两种极端情况的角度计算出现有继电保护配置下光伏最大可接入容量,以指导配电网光伏设备的接入,有效避免由于继电保护发生误动作或者无法达到要求的保护范围造成对配电网甚至对输电网造成巨大的危害,保护配电网的安全稳定,提高电力系统的供电可靠性,有效保证电能质量,提升使用体验。
另外,根据本发明上述实施例的分布式光伏电源可接入容量的评估方法还可以具有以下附加的技术特征:
可选地,在本发明的一个实施例中,所述背侧系统参数包括系统最大运行方式下的短路容量和背侧系统电源的电动势。
其中,在本发明的一个实施例中,所述当前继电保护配置下光伏可接入最大容量的第一计算公式为:
进一步地,在本发明的一个实施例中,所述根据所述电压等级、所述背侧系统参数、所述阻抗与所述当前保护参数配置信息得到当前继电保护配置下光伏可接入最大容量,包括:检测当前光伏极端情况;若所述当前光伏极端情况为第一极端情况,则获取电流Ⅰ段定值的可靠性系数,以得到所述当前继电保护配置下光伏可接入最大容量;若所述当前光伏极端情况为第二极端情况,则获取保护配置下过流Ⅲ段的定值,以得到所述当前继电保护配置下光伏可接入最大容量。
另外,在本发明的一个实施例中,在所述第一极端情况下,所述当前继电保护配置下光伏可接入最大容量的第二计算公式为:
其中,II set所述电流Ⅰ段定值的可靠性系数;
在所述第二极端情况下,所述当前继电保护配置下光伏可接入最大容量的第三计算公式为:
其中,IIII set为所述保护配置下过流Ⅲ段的定值,Ssmin为所述当前保护参数配置信息的系统最小运行方式下的短路容量。
为达到上述目的,本发明另一方面实施例提出了一种分布式光伏电源可接入容量的评估装置,包括:识别模块,用于识别光伏所接入位置的电压等级,并获取接入光伏处背侧系统参数;获取模块,用于获取光伏接入下游线路的阻抗,并得到当前保护参数配置信息;计算模块,用于根据所述电压等级、所述背侧系统参数、所述阻抗与所述当前保护参数配置信息得到当前继电保护配置下光伏可接入最大容量。
本发明实施例的分布式光伏电源可接入容量的评估装置,可以基于现有电流三段继电保护配置下光伏最大可接入容量进行评估方法,能够根据电力系统的网络拓扑和保护配置情况,从两种极端情况的角度计算出现有继电保护配置下光伏最大可接入容量,以指导配电网光伏设备的接入,有效避免由于继电保护发生误动作或者无法达到要求的保护范围造成对配电网甚至对输电网造成巨大的危害,保护配电网的安全稳定,提高电力系统的供电可靠性,有效保证电能质量,提升使用体验。
另外,根据本发明上述实施例的XX还可以具有以下附加的技术特征:
可选地,在本发明的一个实施例中,所述当前继电保护配置下光伏可接入最大容量的第一计算公式为:
其中,在本发明的一个实施例中,所述计算单元包括:检测单元,用于检测当前光伏极端情况;第一计算单元,用于在所述当前光伏极端情况为第一极端情况时,获取电流Ⅰ段定值的可靠性系数,以得到所述当前继电保护配置下光伏可接入最大容量;第二计算单元,用于在所述当前光伏极端情况为第二极端情况时,获取保护配置下过流Ⅲ段的定值,以得到所述当前继电保护配置下光伏可接入最大容量。
另外,在本发明的一个实施例中,在所述第一极端情况下,所述当前继电保护配置下光伏可接入最大容量的第二计算公式为:
其中,II set所述电流Ⅰ段定值的可靠性系数;
在所述第二极端情况下,所述当前继电保护配置下光伏可接入最大容量的第三计算公式为:
其中,IIII set为所述保护配置下过流Ⅲ段的定值,Ssmin为所述当前保护参数配置信息的系统最小运行方式下的短路容量。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为根据本发明实施例的分布式光伏电源可接入容量的评估方法的流程图;
图2为根据本发明一个实施例的10kV系统光伏电源相邻线路故障示意图;
图3为根据本发明一个实施例的第一极端情况下线路长度与最大光伏可接入容量的关系示意图;
图4为根据本发明一个实施例的第一极端情况下系统容量与最大光伏可接入容量的关系示意图;
图5为根据本发明一个实施例的光伏所接入的电压等级与最大可接入光伏容量之间的关系示意图;
图6为根据本发明另一个实施例的10kV系统光伏电源接入线路故障示意图;
图7为根据本发明另一个实施例的第二极端情况下线路长度与最大光伏可接入容量的关系示意图;
图8为根据本发明另一个实施例的第二极端情况下系统容量与最大光伏可接入容量的关系示意图;
图9为根据本发明另一个实施例的光伏所接入的电压等级与最大可接入光伏容量之间的关系示意图;
图10为分布式光伏电源可接入容量的评估装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的分布式光伏电源可接入容量的评估方法及装置,首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的分布式光伏电源可接入容量的评估方法。
图1是本发明实施例的分布式光伏电源可接入容量的评估方法的流程图。
如图1所示,该分布式光伏电源可接入容量的评估方法包括以下步骤:
在步骤S101中,识别光伏所接入位置的电压等级,并获取接入光伏处背侧系统参数。
可选地,在本发明的一个实施例中,背侧系统参数包括系统最大运行方式下的短路容量和背侧系统电源的电动势。
可以理解的是,本发明实施例首先可以确定光伏所接入位置的电压等级,并且获得接入光伏处背侧系统参数,如背侧系统短路容量和背侧系统电源的电动势
在步骤S102中,获取光伏接入下游线路的阻抗,并得到当前保护参数配置信息。
本发明实施例其次计算光伏接入下游线路的阻抗,获取现有的保护参数配置情况,如过流Ⅰ段定值、过流Ⅲ段定值或者可靠性系数情况。
在步骤S103中,根据电压等级、背侧系统参数、阻抗与当前保护参数配置信息得到当前继电保护配置下光伏可接入最大容量。
其中,在本发明的一个实施例中,当前继电保护配置下光伏可接入最大容量的第一计算公式为:
也就是说,最后根据本发明中的公式计算得到现有继电保护配置下光伏可接入最大容量。本发明实施例鉴于目前对于配电网分布式光伏电源可接入容量的评估均基于电能质量的要求,未见基于保护定值的,提出基于电流三段式保护定值的自适应光伏接入容量的计算方法,对现场分布式光伏电源可接入容量的限制具有参考意义。
下面以具体实施例对本发明实施例的评估方法进行详细描述。
进一步地,在本发明的一个实施例中,根据电压等级、背侧系统参数、阻抗与当前保护参数配置信息得到当前继电保护配置下光伏可接入最大容量,包括:检测当前光伏极端情况;若当前光伏极端情况为第一极端情况,则获取电流Ⅰ段定值的可靠性系数,以得到当前继电保护配置下光伏可接入最大容量;若当前光伏极端情况为第二极端情况,则获取保护配置下过流Ⅲ段的定值,以得到当前继电保护配置下光伏可接入最大容量。
另外,在本发明的一个实施例中,在第一极端情况下,当前继电保护配置下光伏可接入最大容量的第二计算公式为:
其中,II set电流Ⅰ段定值的可靠性系数;
在第二极端情况下,当前继电保护配置下光伏可接入最大容量的第三计算公式为:
其中,IIII set为所述保护配置下过流Ⅲ段的定值,Ssmin为所述当前保护参数配置信息的系统最小运行方式下的短路容量。
举例而言,以某10kV变电站为例,在两种极端情况下对光伏可接入容量进行评估,考虑两种极端的情况:
第一极端情况:
相邻线路故障光伏短路电流对本线路电流Ⅰ段的影响,如图2所示,保护2的电流Ⅰ段保护没有配备方向元件,当1号节点发生短路故障后,由于光伏设备PV的接入导致流过保护2有较大的反向电流,当反向短路电流大于保护2电流Ⅰ段的定值时,保护2可能会发生误动作。
在第一极端情况下,可以推导出最大可接入光伏容量与系统拓扑和现有保护参数的关系如式(1)所示。
如果电流Ⅰ段的保护定值不是按照最大运行方式下线路末端发生三相金属性短路的短路电流乘以可靠系数的方法进行整定时,则第一极端情况下,最大可接入光伏容量可以通过式(2)进行计算。
在第一极端情况条件下,对于光伏最大可接入容量的计算需要遵循以下几个步骤:
步骤S1:根据光伏所接入位置的电压等级可以确定UN的取值;在本实施例中,光伏所接入的电压等级可以为10kV。
步骤S2:获得接入光伏处背侧系统参数,得到系统最大运行方式下的短路容量Ssmax以及背侧系统电源的电动势在标幺值计算中可以取背侧系统电源电动势为1.05,若在非标幺值情况下可对其进行相应的折;在本发明实施例中,取系统最大运行方式下的短路容量Ssmax=43.5MVA。
步骤S3:通过测量计算得到光伏接入下游线路的阻抗ZL;在本发明实施例中,取光伏接入下游线路线型可以为LGJ-50,可以得到线路阻抗参数为(0.368+0.63j)Ω/km,因此可以根据线路长度确定线路的阻抗。
步骤S4:取电流Ⅰ段定值的可靠性系数KI rel,通常情况下可靠性系数的取值可以为0.9或0.95。(若电流Ⅰ段的保护定值不是按照通常情况进行整定时可以通过获得电流Ⅰ段的保护定值II set来代替步骤S4);本发明实施例中取电流Ⅰ段保护可靠性系数为KI rel=0.9。
步骤S5:将步骤S1~S4中获得的参数代入公式(1)进行计算可以得到第一极端情况条件下的最大光伏可接入容量。(若获得的参数为电流Ⅰ段的保护定值II set,则需要代入公式(2)进行计算)。
根据光伏接入下游线路长度的不同可以得到如图3所示的第一极端情况条件下线路长度与最大光伏可接入容量的关系图,从图3可以看出,随着光伏接入下游线路长度的增长,在现有的电流Ⅰ段的保护定值,光伏可接入容量将逐渐减小。图3绘制了线路长度从0~18km不断增长时,在第一极端情况条件下光伏的最大可接入容量逐渐下降。
除了可以分析线路长度对于光伏最大可接入容量的影响,从式(1)可以看出背侧系统的短路容量、光伏所接入的电压等级也将影响光伏最大可接入容量,当系统的短路容量增大时,系统可接入的光伏容量也将提高,取线路长度为10km可以得到第一极端情况条件下系统容量与最大光伏可接入容量的关系图如图4所示,可以看出分析结果与图形结果相同;光伏所接入的电压等级与最大可接入光伏容量之间的关系如图5所示,随着光伏所接入的电压等级的不同,光伏可接入容量存在一个极大值点。
第二极端情况:
本线路故障光伏短路电流对本线路电流Ⅲ段的影响,如图6所示,当线路末端4号节点发生短路故障后,由于光伏设备PV的接入导致流过保护1的电流减小,当短路电流小于保护1电流Ⅲ段的定值时,电流Ⅲ段将无法保护线路全长。
在第二极端情况下,可以推导出最大可接入光伏容量与系统拓扑和现有保护参数的关系如式(3)所示:
在第二极端情况条件下,对于光伏最大可接入容量的计算需要遵循以下几个步骤:
步骤S1:根据光伏所接入位置的电压等级可以确定UN的取值;在本实施例中,光伏所接入的电压等级可以为10kV。
步骤S2:获得接入光伏处背侧系统参数,得到系统最小运行方式下的短路容量Ssmin以及背侧系统电源的电动势在标幺值计算中可以取背侧系统电源电动势为1.05,若在非标幺值情况下可对其进行相应的折算;在本发明实施例中,取系统最小运行方式下的短路容量Ssmax=34.5MVA。
步骤S3:通过测量计算得到光伏接入下游线路的阻抗ZL;在本实施例中,取光伏接入下游线路线型为LGJ-50,可以得到线路阻抗参数为(0.368+0.63j)Ω/km,因此可以根据线路长度确定线路的阻抗。
步骤S4:获得现有保护配置下过流Ⅲ段的定值IIII set;本发明实施例中,取现有保护配置下过流Ⅲ段的定值IIII set=180A。
步骤S5:将步骤S1~S4中获得的参数代入公式(3)进行计算可以得到第二极端情况条件下的最大光伏可接入容量。
根据光伏接入下游线路长度的不同可以得到如图7所示的第二极端情况条件下线路长度与最大光伏可接入容量的关系图,从图8可以看出,随着光伏接入下游线路长度的增长,在现有的电流Ⅲ段的保护定值,光伏可接入容量将逐渐减小。图7绘制了线路长度从0~18km不断增长时,在第二极端情况条件下光伏的最大可接入容量逐渐下降;与第一极端情况相比,在线路较短时第二极端情况不是限制光伏接入的主要原因,但随着线路长度的增长,光伏最大可接入容量快速下降,在线路较长时成为了限制光伏接入的主要原因。
除了可以分析线路长度对于光伏最大可接入容量的影响,从式(3)可以看出背侧系统的短路容量、光伏所接入的电压等级也将影响光伏最大可接入容量,当系统的短路容量增大时,系统可接入的光伏容量也将提高,取线路长度为10km可以得到第二极端情况条件下线路长度与最大光伏可接入容量的关系图如图8所示,可以看出分析结果与图形结果相同;光伏所接入的电压等级与最大可接入光伏容量之间的关系如图9所示,随着光伏所接入的电压等级的不同,光伏可接入容量存在一个极大值点。
综上,根据第一极端情况和第二极端情况可以得到两个较为保守的现有继电保护配置下光伏最大可接入参考容量,这两个容量可以在不对现有继电保护配置和定值做出更改的情况下对实际配电网的最大可接入光伏容量做出估计。具体地,基于现有配电网继电保护配置下光伏电源最大可接入容量计算的方法,将现有继电保护配置下光伏可接入最大容量的计算分为两种极端情况,两种极端分别考虑了过流Ⅰ段和过流Ⅲ段对光伏最大可接入容量的影响;两种极端情况对于最大可接入光伏容量的计算步骤类似,其步骤如下:首先,确定光伏所接入位置的电压等级;其次,获得接入光伏处背侧系统参数,如背侧系统短路容量和背侧系统电源的电动势;然后,计算光伏接入下游线路的阻抗;之后,获取现有的保护参数配置情况,如过流Ⅰ段定值、过流Ⅲ段定值或者可靠性系数情况;最后,根据本发明中的公式计算得到现有继电保护配置下光伏可接入最大容量。本发明根据现有继电保护配置可以计算出光伏最大可接入参考容量,这两个容量可以在不对现有继电保护配置和定值做出更改的情况下对实际配电网的最大可接入光伏容量做出估计。
根据本发明实施例的分布式光伏电源可接入容量的评估方法,可以基于现有电流三段继电保护配置下光伏最大可接入容量进行评估方法,能够根据电力系统的网络拓扑和保护配置情况,从两种极端情况的角度计算出现有继电保护配置下光伏最大可接入容量,以指导配电网光伏设备的接入,有效避免由于继电保护发生误动作或者无法达到要求的保护范围造成对配电网甚至对输电网造成巨大的危害,保护配电网的安全稳定,提高电力系统的供电可靠性,有效保证电能质量,提升使用体验。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的分布式光伏电源可接入容量的评估装置。
图10是本发明实施例的分布式光伏电源可接入容量的评估装置的结构示意图。
如图10所示,该分布式光伏电源可接入容量的评估装置10包括:识别模块100、获取模块200和计算模块300。
其中,识别模块100,用于识别光伏所接入位置的电压等级,并获取接入光伏处背侧系统参数。
获取模块200,用于获取光伏接入下游线路的阻抗,并得到当前保护参数配置信息。
计算模块300,用于根据电压等级、背侧系统参数、阻抗与当前保护参数配置信息得到当前继电保护配置下光伏可接入最大容量。
可选地,在本发明的一个实施例中,当前继电保护配置下光伏可接入最大容量的第一计算公式为:
其中,在本发明的一个实施例中,计算单元包括:检测单元,用于检测当前光伏极端情况;第一计算单元,用于在当前光伏极端情况为第一极端情况时,获取电流Ⅰ段定值的可靠性系数,以得到当前继电保护配置下光伏可接入最大容量;第二计算单元,用于在当前光伏极端情况为第二极端情况时,获取保护配置下过流Ⅲ段的定值,以得到当前继电保护配置下光伏可接入最大容量。
另外,在本发明的一个实施例中,在第一极端情况下,当前继电保护配置下光伏可接入最大容量的第二计算公式为:
其中,II set电流Ⅰ段定值的可靠性系数;
在第二极端情况下,当前继电保护配置下光伏可接入最大容量的第三计算公式为:
其中,IIII set为所述保护配置下过流Ⅲ段的定值,Ssmin为所述当前保护参数配置信息的系统最小运行方式下的短路容量。
需要说明的是,前述对分布式光伏电源可接入容量的评估方法实施例的解释说明也适用于该实施例的分布式光伏电源可接入容量的评估装置,此处不再赘述。
根据本发明实施例的分布式光伏电源可接入容量的评估装置,可以基于现有电流三段继电保护配置下光伏最大可接入容量进行评估方法,能够根据电力系统的网络拓扑和保护配置情况,从两种极端情况的角度计算出现有继电保护配置下光伏最大可接入容量,以指导配电网光伏设备的接入,有效避免由于继电保护发生误动作或者无法达到要求的保护范围造成对配电网甚至对输电网造成巨大的危害,保护配电网的安全稳定,提高电力系统的供电可靠性,有效保证电能质量,提升使用体验。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述电压等级、所述背侧系统参数、所述阻抗与所述当前保护参数配置信息得到当前继电保护配置下光伏可接入最大容量,包括:
检测当前光伏极端情况;
若所述当前光伏极端情况为第一极端情况,则获取电流Ⅰ段定值的可靠性系数,以得到所述当前继电保护配置下光伏可接入最大容量,所述第一极端情况为:相邻线路故障,反向短路电流大于保护电流Ⅰ段的定值;
若所述当前光伏极端情况为第二极端情况,则获取保护配置下过流Ⅲ段的定值,以得到所述当前继电保护配置下光伏可接入最大容量,所述第二极端情况为:本线路故障,短路电流小于保护电流Ⅲ段的定值。
4.一种分布式光伏电源可接入容量的评估装置,其特征在于,包括:
识别模块,用于识别光伏所接入位置的电压等级,并获取接入光伏处背侧系统参数,其中,所述背侧系统参数包括系统最大运行方式下的短路容量和背侧系统电源的电动势;
获取模块,用于获取光伏接入下游线路的阻抗,并得到当前保护参数配置信息;以及
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述计算模块包括:
检测单元,用于检测当前光伏极端情况;
第一计算模块,用于在所述当前光伏极端情况为第一极端情况时,获取电流Ⅰ段定值的可靠性系数,以得到所述当前继电保护配置下光伏可接入最大容量,所述第一极端情况为:相邻线路故障,反向短路电流大于保护电流Ⅰ段的定值;
第二计算模块,用于在所述当前光伏极端情况为第二极端情况时,获取保护配置下过流Ⅲ段的定值,以得到所述当前继电保护配置下光伏可接入最大容量,所述第二极端情况为:本线路故障,短路电流小于保护电流Ⅲ段的定值。
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2019
- 2019-08-02 CN CN201910712909.2A patent/CN110581566B/zh active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105305484A (zh) * | 2015-10-14 | 2016-02-03 | 国家电网公司 | 一种适用于配电网的分布式电源优化配置方法 |
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Publication number | Publication date |
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CN110581566A (zh) | 2019-12-17 |
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