CN110708016A - 一种光伏并网发电系统绝缘性能监测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种光伏并网发电系统绝缘性能监测方法和装置,实现了在光伏并网发电系统直流侧绝缘异常时提前预警。该方法包括:在逆变器并网运行过程中,采集光伏电池板负极对地电压VNG和漏电流Ileak;提取所述光伏电池板负极对地电压VNG的直流分量VNG_DC,以及提取所述漏电流Ileak的直流分量Ileak_DC;计算光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX,计算公式为RNX=VNG_DC*K/Ileak_DC,K为一系数;当光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX低于一定阈值时,发出相应预警提醒。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域,更具体地说,涉及一种光伏并网发电系统绝缘性能监测方法和装置。
背景技术
如图1所示,在光伏并网发电系统中,光伏电池板输出的直流电经逆变器转换为与电网同频同相同幅值的三相电,并入电网。
光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX的阻值大小决定着光伏并网发电系统直流侧绝缘性能的好坏,光伏并网发电系统直流侧绝缘异常时易引发安全隐患,因此有必要通过实时检测RNX的阻值大小来监测光伏并网发电直流侧绝缘性能的好坏,以便在光伏并网发电系统直流侧绝缘异常时能提前预警。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种光伏并网发电系统绝缘性能监测方法和装置,以实现在光伏并网发电系统直流侧绝缘异常时提前预警。
一种光伏并网发电系统绝缘性能监测方法,包括:
在逆变器并网运行过程中,采集光伏电池板负极对地电压VNG和漏电流Ileak;
提取所述光伏电池板负极对地电压VNG的直流分量VNG_DC,以及提取所述漏电流Ileak的直流分量Ileak_DC;
计算光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX,计算公式为RNX=VNG_DC*K/Ileak_DC,K为一系数;
当光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX低于一定阈值时,发出相应预警提醒。
可选的,所述光伏并网发电系统绝缘性能监测方法还包括:
当所述直流分量VNG_DC出现突变超过一定阈值,或者所述直流分量Ileak_DC出现突变超过标准要求时,发出相应预警提醒。
可选的,所述计算光伏电池板负极阻抗RNX后,还包括:
提取光伏电池板负极对地电压VNG的基波分量VNG_1TH,以及提取漏电流Ileak的基波分量Ileak_1TH;
其中,ICN为容性漏电流的基波分量,IRN为阻性漏电流的基波分量,IRN=VNG_1TH/RNX;ω为2*π*f,f为电网电压频率;
当光伏电池板对地电容CN的容值超过一定阈值时,发出相应预警提醒。
可选的,所述光伏并网发电系统绝缘性能监测方法还包括:
当所述基波分量VNG_1TH出现电压突变超过一定阈值,或者所述基波分量Leak_1TH出现电流突变超过一定阈值,或者容性漏电流的基波分量ICN值一定阈值时,发出相应预警提醒。
可选的,所述计算光伏电池板负极阻抗RNX后,还包括:
提取光伏电池板负极对地电压VNG的n倍频谐波分量VNG_nTH,以及提取漏电流Ileak的n倍频谐波分量Ileak_nTH;
计算光伏电池板对地电容CN的容值大小,计算公式为CN=ICN/(VNG_nTH*ω);
当光伏电池板对地电容CN的容值超过一定阈值时,发出相应预警提醒。
可选的,所述光伏并网发电系统绝缘性能监测方法还包括:
当n倍频谐波分量VNG_nTH出现电压突变超过一定阈值,或者n倍频谐波分量Ileak_nTH出现电流突变超过一定阈值,或者容性漏电流的n倍频谐波分量ICN_n值一定阈值时,发出相应预警提醒。
可选的,上述公开的任一种光伏并网发电系统绝缘性能监测方法还包括:
在逆变器并网运行过程中,采集半母线电压VMN;
计算交流侧对地绝缘阻抗Rrst=(VMN+VNG_DC)/Ileak_DC;其中,Rrst为三相电网的R、S、T、N相对地绝缘阻抗Rrx、Rsx、Rtx和Rnx的并联值;
当交流侧对地绝缘阻抗Rrst低于一定阈值时,发出相应预警提醒。
一种光伏并网发电系统绝缘性能监测装置,包括:
采集单元,用于在逆变器并网运行过程中,采集光伏电池板负极对地电压VNG和漏电流Ileak;
提取单元,用于提取所述光伏电池板负极对地电压VNG的直流分量VNG_DC,以及提取所述漏电流Ileak的直流分量Ileak_DC;
计算单元,用于计算光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX,计算公式为RNX=VNG_DC*K/Ileak_DC,K为一系数;
预警单元,用于当光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX低于一定阈值时,发出相应预警提醒。
可选的,所述提取单元还用于提取光伏电池板负极对地电压VNG的基波分量VNG_1TH,以及提取漏电流Ileak的基波分量Ileak_1TH;
所述预警单元还用于当光伏电池板对地电容CN的容值超过一定阈值时,发出相应预警提醒。
可选的,所述提取单元还用于提取光伏电池板负极对地电压VNG的n倍频谐波分量VNG_nTH,以及提取漏电流Ileak的n倍频谐波分量Ileak_nTH;
所述计算单元还用于计算光伏电池板对地电容CN的容值大小,计算公式为CN=ICN/(VNG_nTH*ω);
其中,ICN_n为容性漏电流的n倍频谐波分量,IRN_n为阻性漏电流的n倍频谐波分量,IRN_n=VNG_nTH/RNX;ω为2*π*n*f,f为电网电压频率;
所述预警单元还用于当光伏电池板对地电容CN的容值超过一定阈值时,发出相应预警提醒。
可选的,上述公开的任一种光伏并网发电系统绝缘性能监测装置还包括:
所述采集单元还用于在逆变器并网运行过程中,采集半母线电压VMN;
所述计算单元还用于计算交流侧对地绝缘阻抗Rrst=(VMN+VNG_DC)/Ileak_DC;其中,Rrst为三相电网的R、S、T、N相对地绝缘阻抗Rrx、Rsx、Rtx和Rnx的并联值。
从上述的技术方案可以看出,本发明在逆变器并网运行过程中,采集光伏电池板负极对地电压VNG和漏电流Ileak,提取光伏电池板负极对地电压VNG的直流分量VNG_DC以及漏电流Ileak的直流分量Ileak_DC,然后根据公式RNX=VNG_DC*K/Ileak_DC计算得到光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX,K为一系数。一旦发现RNX降低到低于一定阈值,说明光伏并网发电系统直流侧绝缘异常,此时及时发出预警,提示客户检查光伏并网发电系统直流侧绝缘情况,消除安全隐患。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述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为现有技术公开的一种光伏并网发电系统结构示意图;
图2为本发明实施例公开的一种光伏并网发电系统绝缘性能监测方法流程图;
图3为本发明实施例公开的又一种光伏并网发电系统绝缘性能监测方法流程图;
图4为本发明实施例公开的又一种光伏并网发电系统绝缘性能监测方法流程图;
图5为本发明实施例公开的又一种光伏并网发电系统绝缘性能监测方法流程图;
图6为本发明实施例公开的一种光伏并网发电系统绝缘性能监测装置结构示意图。
具体实施方式
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,所描述的实施例仅仅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。
参见图2,本发明实施例公开了一种光伏并网发电系统绝缘性能监测方法,包括:
步骤S01:在逆变器并网运行过程中,采集光伏电池板负极对地电压VNG和漏电流Ileak。
具体的,光伏电池板负极对地电压VNG可通过电压传感器进行采集。漏电流Ileak可通过漏电流传感器进行采集,漏电流传感器安装在逆变器交流侧,例如图1中示出的漏电流传感器100。
步骤S02:提取光伏电池板负极对地电压VNG的直流分量VNG_DC,以及提取漏电流Ileak的直流分量Ileak_DC。
具体的,本发明实施例可通过对光伏电池板负极对地电压VNG进行平均值滤波或者加低通滤波器的方式来提取其直流分量VNG_DC。同理,可通过对漏电流Ileak进行平均值滤波或者加低通滤波器的方式来提取其直流分量Ileak_DC。
步骤S03:计算光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX,计算公式为RNX=VNG_DC*K/Ileak_DC,K为一系数。
具体的,考虑极端情况下漏电流Ileak只从光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX流过,而不从光伏电池板正极对地绝缘阻抗RPX流过(仍参见图1,假设三相电网的R、S、T、N相对地绝缘阻抗分别为Rrx、Rsx、Rtx和Rnx,逆变器在R、S、T相上的输出滤波电感分别为L1、L2和L3,则此极端情况下漏电流Ileak的流通路径为负母线→逆变器中的开关管→电感L3→三相电网的T相对地绝缘阻抗Rtx→大地→光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX),此时光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX=VNG_DC/Ileak_DC。考虑实际情况下光伏电池板正极对地绝缘阻抗RPX对漏电流Ileak_DC的分流影响,对前面计算出的光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX略微做出调整,得到实际情况下光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX=VNG_DC*K/Ileak_DC,K为一系数,考虑工程等效K可以取值为5,但并不局限。
步骤S04:当光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX低于一定阈值时,发出相应预警提醒。
具体的,本发明实施例实时检测光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX的大小,一旦发现RNX降低到低于一定阈值,说明光伏并网发电系统直流侧绝缘异常,此时需及时发出预警,提示客户检查光伏并网发电系统直流侧绝缘情况,消除安全隐患。其中,所示的预警包括但不限于机器停机、指示灯指示、声音告警、故障信息传出等。
可选的,当直流分量VNG_DC出现电压突变超过一定阈值VNG_DCP或者直流分量Ileak_DC出现电流突变超过认证标准要求下规定的阈值Ileak_DCP时,说明此时系统阻抗电流会出现跳变,容易造成安全隐患,需要报出故障,提示客户。
其中,VNG_DCP为依据实际情况确定的阈值,其值大小和Ileak_DC有关,当Ileak_DC较小时,VNG_DCP的值相应增大,当Ileak_DC较大时,VNG_DCP的值相应减小,一般10V到Vbus/2之间不等,Vbus为逆变器直流母线电压。
除了光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX的阻值过低会造成光伏并网发电系统直流侧绝缘异常以外,光伏电池板负极对地电容CN(图1中未示出)的容值过大也会造成光伏并网发电系统绝缘异常,其值过大,则容易导致漏电流Ileak过大,因此还有必要对光伏电池板负极对地电容CN的容值大小进行实时检测,一旦发现CN的容值过大时,及时向客户发出预警,提示客户检查光伏并网发电系统直流侧绝缘情况及漏电流影响因素分析。如图3所示,本发明实施例公开的又一种光伏并网发电系统绝缘性能监测方法包括:
步骤S05:在逆变器并网运行过程中,提取光伏电池板负极对地电压VNG的基波分量VNG_1TH,以及提取漏电流Ileak的基波分量Ileak_1TH。
具体的,本发明实施例可通过对光伏电池板负极对地电压VNG进行FFT(FastFourier Transform,快速傅里叶变换)分析来提取其基波分量Ileak_1TH。同理,可通过对漏电流Ileak进行FFT分析来提取其基波分量Ileak_1TH。
其中,ICN为依据漏电流Ileak的基波分量Ileak_1TH和阻性漏电流的基波分量IRN计算出的容性漏电流的基波分量,也即流过光伏电池板对地电容CN的基波电流,IRN为阻性漏电流的基波分量,也即流过光伏电池板负极阻抗RNX的基波电流,IRN=VNG_1TH/RNX。ω为2*π*f,f为电网电压频率,当电网电压为50Hz时,f=50Hz,当电网电压为60Hz时,f为60Hz。
具体的,光伏电池板对地电容CN电压就是光伏电池板负极对地电压VNG的基波分量VNG_1TH;光伏电池板对地电容CN的容抗等于1/(ω*CN),又由欧姆定律可知光伏电池板对地电容CN的容抗等于VNG_1TH/ICN,故根据1/(ω*CN)=VNG_1TH/ICN求解可得
步骤S07:当光伏电池板对地电容CN的容值超过一定阈值时,发出相应预警提醒。所示的预警包括但不限于机器停机、指示灯指示、声音告警、故障信息传出等。
可选的,当基波分量VNG_1TH出现电压突变超过一定阈值VNG_1THP,表示此时阻抗出现异常,需要保护;或者,当基波分量Ileak_1TH出现电流突变超过一定阈值Ileak_1THP,表示此时阻抗出现异常,需要保护;或者,当容性漏电流的基波分量ICN值一定阈值时也需要报出故障,提示客户。
其中,VNG_1THP为依据实际情况确定的阈值,其值和电网电压值有关,当电网侧为接地系统,如TN系统时,理论上VNG_1TH几乎为0,而当电网侧为不接地系统,比如IT系统时,此时其阻抗过低将会导致VNG_1TH值极大,考虑采样误差,其取值通常为10%电网额定电压以上。
其中,Ileak_1THP为依据实际情况确定的阈值,其值和电网电压值有关,当电网侧为接地系统,如TN系统时,理论上Ileak_1TH几乎为0,而当电网侧为不接地系统,比如IT系统时,此时其阻抗过低将会导致Ileak_1TH值极大,通常其和额定功率Sn有关,其取值通常为Sn*K/1000mA以上,K可以取20%。
图3所示技术方案中是基于光伏电池板负极对地电压VNG的基波分量VNG_1TH以及漏电流Ileak的基波分量Ileak_1TH来计算光伏电池板对地电容CN的容值大小。此外,也可以是基于光伏电池板负极对地电压VNG的n倍频谐波(例如三倍频谐波)分量VNG_nTH以及漏电流Ileak的n倍频谐波分量Ileak_nTH来计算光伏电池板对地电容CN的容值大小,n≥2,对应的技术方案如图4所示,包括:
步骤S15:提取光伏电池板负极对地电压VNG的n倍频谐波分量VNG_nTH,以及提取漏电流Ileak的n倍频谐波分量Ileak_nTH。
步骤S16:计算光伏电池板对地电容CN的容值大小,计算公式为CN=ICN/(VNG_nTH*ω);
其中,ICN_n为容性漏电流的n倍频谐波分量,也即流过光伏电池板对地电容CN的n倍频谐波电流,IRN_n为阻性漏电流的n倍频谐波分量,也即流过光伏电池板负极阻抗RNX的n倍频谐波电流,IRN_n=VNG_nTH/RNX。ω为2*π*f*n,f为电网电压频率,当电网电压为50Hz时f=50Hz,当电网电压为60Hz时,f为60Hz。
步骤S17:当光伏电池板对地电容CN的容值超过一定阈值时,发出相应预警提醒。所示的预警包括但不限于机器停机、指示灯指示、声音告警、故障信息传出等。
可选的,当n倍频谐波分量VNG_nTH出现电压突变超过一定阈值VNG_nTHP,表示此时阻抗出现异常,需要保护;或者n倍频谐波分量Ileak_nTH出现电流突变超过预设要求Ileak_nTHP,表示此时阻抗出现异常,需要保护,报出故障;或者,当容性漏电流的n倍频谐波分量ICN_n值一定阈值也需要报出故障,提示客户。
其中,VNG_nTHP为依据实际情况确定的阈值,当电网其阻抗过低将会导致VNG_nTH值过低,考虑采样误差,其取值通常低于90%逆变器额定注入量Vset_nTH(逆变器额定注入量为电网N点接地,三相交流对地绝缘良好如远远高于1M欧姆以上时测试获得)电压。
其中,Ileak_nTHP为依据实际情况确定的阈值,当电网其阻抗过低将会导致Ileak_nTH值极大,通常其值和逆变器注入的n次谐波电压Vset_nTH相关,其取值通常低于Vset_Nth/Rmin,Rmin为系统最小阻抗,如10K欧姆。
三相电网的R、S、T、N相对地绝缘阻抗Rrx、Rsx、Rtx和Rnx的阻值大小,决定着光伏并网发电系统交流侧绝缘性能的好坏。为同时检测到光伏并网发电系统直流侧、交流侧绝缘性能的好坏,在上述公开的任一实施例的基础上,如图5所示,本发明实施例还包括:
步骤S21:在逆变器并网运行过程中,采集半母线电压VMN;
步骤S22:计算交流侧对地绝缘阻抗Rrst=(VMN+VNG_DC)/Ileak_DC;其中,Rrst为三相电网的R、S、T、N相对地绝缘阻抗Rrx、Rsx、Rtx和Rnx的并联值,也即是说Rrst=Rrx//Rsx//Rtx//Rnx,//表示并联符号。
具体的,在漏电流流通回路上,三相电网等效为内阻为零的电压源,也即三相电网的R、S、T、N相连接到一起构成该电压源的正极,并与母线中点M等电位,所以正极对地电压等于VMN+VNG_DC;该电压源负极接地。而交流侧对地绝缘阻抗Rrst相当于接在该电压源两端的负载,流过交流侧对地绝缘阻抗Rrst的电流为Ileak_DC,则交流侧对地绝缘阻抗Rrst=(VMN+VNG_DC)/Ileak_DC。
步骤S23:当交流侧对地绝缘阻抗Rrst低于一定阈值时,发出相应预警提醒。
具体的,依据Rrst可判断出系统交流侧绝缘情况,首先是判断出系统是IT还是TN系统(TN系统的N点接地,IT系统的N点不接地);如果是IT系统,则在Rrst降低到预设值则报出告警信号,提示客户检查系统绝缘情况;如果是TN系统则无需处理。
与上述方法实施例相对应的,本发明实施例还公开了一种光伏并网发电系统绝缘性能监测装置,如图6所示,包括:
采集单元100,用于在逆变器并网运行过程中,采集光伏电池板负极对地电压VNG和漏电流Ileak;
提取单元200,用于提取所述光伏电池板负极对地电压VNG的直流分量VNG_DC,以及提取所述漏电流Ileak的直流分量Ileak_DC;
计算单元300,用于计算光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX,计算公式为RNX=VNG_DC*K/Ileak_DC,K为一系数;
预警单元400,用于当光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX低于一定阈值时,发出相应预警提醒。所示的预警包括但不限于机器停机、指示灯指示、声音告警、故障信息传出等。
可选的,基于图6所示技术方案,提取单元200还用于提取光伏电池板负极对地电压VNG的基波分量VNG_1TH,以及提取漏电流Ileak的基波分量Ileak_1TH;
其中,ICN为容性漏电流的基波分量,IRN为阻性漏电流的基波分量,IRN=VNG_1TH/RNX;ω为2*π*f,f为电网电压频率;
预警单元400还用于当光伏电池板对地电容CN的容值超过一定阈值时,发出相应预警提醒。
或者,基于图6所示技术方案,提取单元200还用于提取光伏电池板负极对地电压VNG的n倍频谐波分量VNG_nTH,以及提取漏电流Ileak的n倍频谐波分量Ileak_nTH;
计算单元300还用于计算光伏电池板对地电容CN的容值大小,计算公式为CN=ICN/(VNG_nTH*ω);
预警单元400还用于当光伏电池板对地电容CN的容值超过一定阈值时,发出相应预警提醒。
可选的,基于上述公开的任一种光伏并网发电系统绝缘性能监测装置,采集单元100还用于在逆变器并网运行过程中,采集半母线电压VMN;
计算单元300还用于计算交流侧对地绝缘阻抗Rrst=(VMN+VNG_DC)/Ileak_DC;其中,Rrst为三相电网的R、S、T、N相对地绝缘阻抗Rrx、Rsx、Rtx和Rnx的并联值。
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实施例的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明实施例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 (11)
1.一种光伏并网发电系统绝缘性能监测方法,其特征在于,包括:
在逆变器并网运行过程中,采集光伏电池板负极对地电压VNG和漏电流Ileak;
提取所述光伏电池板负极对地电压VNG的直流分量VNG_DC,以及提取所述漏电流Ileak的直流分量Ileak_DC;
计算光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX,计算公式为RNX=VNG_DC*K/Ileak_DC,K为一系数;
当光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX低于一定阈值时,发出相应预警提醒。
2.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统绝缘性能监测方法,其特征在于,还包括:
当所述直流分量VNG_DC出现突变超过一定阈值,或者所述直流分量Ileak_DC出现突变超过标准要求时,发出相应预警提醒。
4.根据权利要求3所述的光伏并网发电系统绝缘性能监测方法,其特征在于,还包括:
当所述基波分量VNG_1TH出现电压突变超过一定阈值,或者所述基波分量Leak_1TH出现电流突变超过一定阈值,或者容性漏电流的基波分量ICN值一定阈值时,发出相应预警提醒。
6.根据权利要求5所述的光伏并网发电系统绝缘性能监测方法,其特征在于,还包括:
当n倍频谐波分量VNG_nTH出现电压突变超过一定阈值,或者n倍频谐波分量Ileak_nTH出现电流突变超过一定阈值,或者容性漏电流的n倍频谐波分量ICN_n值一定阈值时,发出相应预警提醒。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的光伏并网发电系统绝缘性能监测方法,其特征在于,还包括:
在逆变器并网运行过程中,采集半母线电压VMN;
计算交流侧对地绝缘阻抗Rrst=(VMN+VNG_DC)/Ileak_DC;其中,Rrst为三相电网的R、S、T、N相对地绝缘阻抗Rrx、Rsx、Rtx和Rnx的并联值;
当交流侧对地绝缘阻抗Rrst低于一定阈值时,发出相应预警提醒。
8.一种光伏并网发电系统绝缘性能监测装置,其特征在于,包括:
采集单元,用于在逆变器并网运行过程中,采集光伏电池板负极对地电压VNG和漏电流Ileak;
提取单元,用于提取所述光伏电池板负极对地电压VNG的直流分量VNG_DC,以及提取所述漏电流Ileak的直流分量Ileak_DC;
计算单元,用于计算光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX,计算公式为RNX=VNG_DC*K/Ileak_DC,K为一系数;
预警单元,用于当光伏电池板负极对地绝缘阻抗RNX低于一定阈值时,发出相应预警提醒。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的光伏并网发电系统绝缘性能监测装置,其特征在于,还包括:
所述采集单元还用于在逆变器并网运行过程中,采集半母线电压VMN;
所述计算单元还用于计算交流侧对地绝缘阻抗Rrst=(VMN+VNG_DC)/Ileak_DC;其中,Rrst为三相电网的R、S、T、N相对地绝缘阻抗Rrx、Rsx、Rtx和Rnx的并联值。
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