CN111884347B - 多源电力信息融合的电力数据集中控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出多源电力信息融合的电力数据集中控制系统，包括现场变电主站、分布于所述现场变电主站的N个远程终端单元、与N个远程终端单元动态分组对应的M个边缘计算终端以及多源信息融合模块；N个远程终端单元均包括多种不同类型的数据传感器；N个远程终端单元被分为M组，所述M个边缘计算终端与所述M组远程终端单元动态的通信连接；边缘计算终端配置本地数据类型识别引擎用于识别所述传感数据的类型；所述多源信息数据融合模块包括多种信息数据输入端口，每种所述信息数据输入端口包括数据相似度计算模块，基于所述数据相似度计算模块的相似度输出结果，所述多源信息数据融合模块完成所述多种信息数据输入端口输入的信息数据的融合。

Description

多源电力信息融合的电力数据集中控制系统

技术领域

本发明属于智能电网与大数据处理技术领域，尤其涉及一种多源电力信息融合的电力数据集中控制系统。

背景技术

国家电网公司提出″三型两网″建设，泛在电力物联网是关键其一，″泛在″+″物联″网络智能化最终的体现方式。实现″泛在物联″主要途径依靠传感网，传感器似监控器随身跟踪设备的运行情况，并通过交叉型通信网络将数据汇总分析，实现设备运行信息的离散采集和集中处理。为了更加全面的、精准的预估设备下一步运行状态，应对现有数据融合、关联分析。

智能电网具有自愈、互动、优化、兼容和集成特征，可以实现电网系统设备间的信息化和互动化。在智能电网的框架下应用物联网技术是智能电网由系统智能化向电力物联网设备智能化的延伸。电力物联网设备全景信息具有多源高度异构的特征，在数据聚合过程中必须解决数据的多源异构问题。

随着状态监测技术的发展和电网各种自动化信息应用系统的交互关联，使得电力设备数据呈现出数据规模庞大、更新速度快、多源异构和价值密度低等特点，完全符合大数据的所有特征，是典型的大数据。在电力设备大数据爆炸式增长的新形势下，传统的数据处理技术遇到瓶颈，不能满足从海量数据中快速获取知识与信息的分析需求，电力设备大数据融合是电力行业信息化、智能化发展的必然要求。

申请号为CN202010359267.5的中国发明专利申请提出基于多源信息融合技术的电网运行方式自动识别方法，包括以下步骤，S1、多源信息融合技术分析电网运行方式要素，并结合其中的静态要素生成相应的逻辑表达式；S2、分别利用两种故障的数学模型构造适应度函数，将故障定位问题转化为参数识别问题；S3、通过保信系统校核切换结果，构成完整的定值切换闭环控制系统。本发明的技术方案通过获得各线路应当切换的保护定值区，之后调度端通过保信系统/现场人员完成现场保护定值的切换。完成上述操作后，再通过保信系统读取现场定值并与当前识别的保护定值进行对比，防止出现定值切换出错或者未切的情况。

申请号为CN202010324814.6的中国发明专利申请则提出一种用于企业安全生产全过程的多源信息融合监控方法，包括信息收集、信息分类，信息收集包括加工设备运行模块生成加工设备运行信息、电力设备监控模块生成电力设备运行信息、人员监控模块生成人员监控信息；信息分类包括信息接收模块分隔事件，信息融合处理模块生成评估结果。本发明的有益效果：通过加工设备运行模块、电力设备监控模块、人员监控模块分别对设备、电力系统、生产人员的信息进行收集，实现对生产各个环节的监控，收集的信息通过信息融合处理模块进行分析，将其中的异常事件进行评估，使得管理人员能够对生产环节中异常环节进行监控，利于企业的安全生产。

然而，发明人发现，上述现有技术没有考虑不同数据存在的时间维度和可能包含故障特征的差异；此外，多源数据通常包含不同的数据属性，因而对应不同的实时性要求，但是现有技术并未考虑此问题；更重要的是，电力系统中，多源数据是源源不断产生的，静态的数据处理过程已经不能适应。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出多源电力信息融合的电力数据集中控制系统，包括现场变电主站、分布于所述现场变电主站的N个远程终端单元、与N个远程终端单元动态分组对应的M个边缘计算终端以及多源信息融合模块；N个远程终端单元均包括多种不同类型的数据传感器；N个远程终端单元被分为M组，所述M个边缘计算终端与所述M组远程终端单元动态的通信连接；边缘计算终端配置本地数据类型识别引擎用于识别所述传感数据的类型；所述多源信息数据融合模块包括多种信息数据输入端口，每种所述信息数据输入端口包括数据相似度计算模块，基于所述数据相似度计算模块的相似度输出结果，所述多源信息数据融合模块完成所述多种信息数据输入端口输入的信息数据的融合。

本发明的技术方案针对不同类型的异构源数据，采用动态匹配边缘计算终端的方法，自适应的执行数据处理过程，进而能够实时的实现多源电力信息融合，用于后续的电力系统分析，例如系统故障诊断。

具体来说，本发明提供一种多源电力信息融合的电力数据集中控制系统，所述集中控制系统包括现场变电主站、分布于所述现场变电主站的N个远程终端单元、与N个远程终端单元动态分组对应的M个边缘计算终端以及多源信息融合模块；

所述分布于所述现场变电主站的N个远程终端单元均包括多种不同类型的数据传感器，每个所述远程终端单元用于采集所述现场变电主站的至少一个设备的多种传感数据，所述多种传感数据包括静态开关量数据S_K、动态电气量数据D_E以及暂态电气量数据Z_e；

作为本发明突出性的创造性贡献，所述N个远程终端单元被分为M组，每一组至少包括两个远程终端单元，所述M个边缘计算终端与所述M组远程终端单元动态的通信连接。

更具体的，作为体现上述创造性的具体技术手段，所述电力数据集中控制系统还包括分组控制单元；

每一个所述分组Group_i中的每个所述远程终端单元通过所述多种不同类型的数据传感器，采集所述多种传感数据之后，将其发送至该分组对应的边缘计算终端Mec_i；其中，i＝1，2，...，M；

所述边缘计算终端Mec_i调用所述本地数据类型识别引擎识别所述多种传感数据的类型后，根据识别出的传感数据类型对其进行分类后，存储到本地缓冲存储队列；

所述多源信息数据融合模块的所述信息数据输入端口从所述本地缓冲存储队列中获取传感数据。

所述分组控制单元与所述本地缓冲存储队列以及所述信息数据输入端口通信，基于所述本地缓冲存储队列以及所述信息数据输入端口通信的反馈信号，调节所述N个远程终端单元与所述M个边缘计算终端的分组对应关系。

所述边缘计算终端配置本地数据类型识别引擎，所述数据类型识别引擎用于识别所述传感数据的类型；

所述多源信息数据融合模块包括多种信息数据输入端口，每种所述信息数据输入端口包括数据相似度计算模块，基于所述数据相似度计算模块的相似度输出结果，所述多源信息数据融合模块完成所述多种信息数据输入端口输入的信息数据的融合；

其中，所述M、N均为正整数，并且

其中，

表示向下取整。

作为本发明的再一个创新点，每个所述边缘计算终端Mec_i均具有各自独立的本地缓冲存储队列Sk、本地缓冲存储队列De以及本地缓冲存储队列Ze；

所述多种信息数据输入端口包括静态开关量数据输入端口、动态电气量数据数据输入端口以及暂态电气量数据输入端口。

更具体的，所述静态开关量数据输入端口、动态电气量数据数据输入端口以及暂态电气量数据输入端口分别与所述每个所述边缘计算终端Mec_i的本地缓冲存储队列Sk、本地缓冲存储队列De以及本地缓冲存储队列Ze并行通信连接。

所述分组控制单元与所述本地缓冲存储队列以及所述信息数据输入端口通信，基于所述本地缓冲存储队列以及所述信息数据输入端口通信的反馈信号，调节所述N个远程终端单元与所述M个边缘计算终端的分组对应关系，具体包括：

若所述本地缓冲存储队列Sk发生阻塞，则增加所述发生阻塞的本地缓冲存储队列Sk对应的所述边缘计算终端所在的分组的边缘计算终端的数量。

若所述信息数据输入端口反馈当前处于空闲状态，则依次减少与所述信息数据输入端口并行通信连接的本地缓冲存储队列对应的所述边缘计算终端所在的分组的边缘计算终端的数量。

所述多源信息数据融合模块还包括数据融合诊断模块；

所述数据融合诊断模块接收所述多种信息数据输入端口各自的数据相似度计算模块输出的结果后，对数据进行融合诊断。

相对于现有技术，本发明的优点至少体现在：

(1)采用本地边缘计算终端结合本地缓冲存储队列的方式进行数据采集和处理；

(2)本地边缘计算终端与数据采集终端(RTU)之间采用动态的通信分组关系，避免数据阻塞或者数据空闲，有效的利用了数据资源的同时保证数据处理的实时性；

(3)针对静态开关量数据、动态电气量数据以及暂态电气量数据，优先考虑静态开关量数据的实时处理要求，尤其是后续用于故障诊断时的实时要求。

本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。

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是本发明一个实施例的多源电力信息融合的电力数据集中控制系统的主体架构图

图2是图1所述系统中本地缓冲存储队列与多种信息数据输入端口的并行通信连接示意图

图3-图4是图1所述系统实现动态分组调节的不同实施例示意图

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述。

图1是本发明一个实施例的多源电力信息融合的电力数据集中控制系统的主体架构图。

图1中，所述集中控制系统包括现场变电主站、分布于所述现场变电主站的N个远程终端单元、与N个远程终端单元动态分组对应的M个边缘计算终端以及多源信息融合模块。

在本实施例中，远程终端单元(Remote Terminal Unit，RTU)是一种针对通信距离较长和工业现场环境恶劣而设计的具有模块化结构的、特殊的计算机测控单元，它将末端检测仪表和执行机构与远程调控中心的主计算机连接起来，具有远程数据采集、控制和通信功能，能接收主计算机的操作指令，控制末端的执行机构动作。

RTU可以用各种不同的硬件和软件来实现，取决于被控现场的性质、现场环境条件、系统的复杂性、对数据通信的要求、实时报警报告、模拟信号测量精度、状态监控、设备的调节控制和开关控制。由于各制造商采用的数据传输协议、信息结构和检错技术不同，各制造厂家一般都生产SCADA系统中配套的专用RTU。

在本实施例中，边缘计算终端是可以在本地执行边缘计算的终端。边缘计算指的是在网络边缘结点来处理、分析数据。在理想环境中，边缘计算指的就是在数据产生源附近分析、处理数据，没有数据的流转，进而减少网络流量和响应时间。

在本实施例中，所述分布于所述现场变电主站的N个远程终端单元均包括多种不同类型的数据传感器，每个所述远程终端单元用于采集所述现场变电主站的至少一个设备的多种传感数据，所述多种传感数据包括静态开关量数据S_K、动态电气量数据D_E以及暂态电气量数据Z_e；

所述N个远程终端单元被分为M组，每一组至少包括两个远程终端单元，所述M个边缘计算终端与所述M组远程终端单元动态的通信连接；

所述边缘计算终端配置本地数据类型识别引擎，所述数据类型识别引擎用于识别所述传感数据的类型；

所述多源信息数据融合模块包括多种信息数据输入端口，每种所述信息数据输入端口包括数据相似度计算模块，基于所述数据相似度计算模块的相似度输出结果，所述多源信息数据融合模块完成所述多种信息数据输入端口输入的信息数据的融合。

所述M个边缘计算终端分别表示为Mec₁，Mec₂，…Mec_M；

所述N个远程终端单元被分为M组Group₁，Group₂，…Group_M；

每一个所述分组Group_i(i＝1，2，...，M)中包含的远程终端单元表示为RTU₁，RTU₂，…；

在初始状态下，将所述N个远程终端单元平均分为M组。

每个所述边缘计算终端Mec_i均具有各自独立的本地缓冲存储队列Sk、本地缓冲存储队列De以及本地缓冲存储队列Ze；

所述多种信息数据输入端口包括静态开关量数据输入端口、动态电气量数据数据输入端口以及暂态电气量数据输入端口。

图1中，所述集中控制系统还包括分组控制单元；

所述分组控制单元与所述本地缓冲存储队列以及所述信息数据输入端口通信，基于所述本地缓冲存储队列以及所述信息数据输入端口通信的反馈信号，调节所述N个远程终端单元与所述M个边缘计算终端的分组对应关系。

在图1中，每一个所述分组Group_i中的每个所述远程终端单元通过所述多种不同类型的数据传感器，采集所述多种传感数据之后，将其发送至该分组对应的边缘计算终端Mec_i；其中，i＝1，2，...，M；

所述边缘计算终端Mec_i调用所述本地数据类型识别引擎识别所述多种传感数据的类型后，根据识别出的传感数据类型对其进行分类后，存储到本地缓冲存储队列；

所述多源信息数据融合模块的所述信息数据输入端口从所述本地缓冲存储队列中获取传感数据。

在图1基础上，参见图2。

所述本地缓冲存储队列包括本地缓冲存储队列Sk、本地缓冲存储队列De以及本地缓冲存储队列Ze；

所述边缘计算终端Mec_i调用所述本地数据类型识别引擎识别所述多种传感数据的类型后，根据识别出的传感数据类型对其进行分类后，存储到本地缓冲存储队列，具体包括：

如果识别出传感数据为静态开关量数据S_K，则将其存储到本地缓冲存储队列Sk；

如果识别出传感数据为动态电气量数据D_E，则将其存储到本地缓冲存储队列De；

如果识别出传感数据为暂态电气量数据Z_e，则将其存储到本地缓冲存储队列Ze。

在本实施例中，静态开关量数据包括保护动作信号和断路器状态等开关量变位数据。此类数据由继电保护信息系统及数据采集与监视控制系统(SCADA)等提供。当电力系统发生故障时，继电保护装置反应电气量变化而动作并记录其动作情况，作用于断路器跳闸隔离故障。

静态开关量数据在时间维度上具有时间极短的特征，当系统发生故障后数据应立即上传，以满足故障诊断实时性的要求。在地理纬度上，静态开关量数据具有覆盖全面的优点。

动态电气量数据定义为：故障发生时系统节点电压和支路电流等带时标及相角的量测量。同步相量测量单元(PMU)能够采集和传输具有时标的电力系统电气量断面数据。

在时间维度上，PMU装置实时采集并上传动态电气量数据，且采样频率高，能够满足故障实时性要求。从布点角度看，PMU目前已开始在电力系统内大范围装设，能基本满足系统故障监视。一方面动态电气量数据能够和静态开关量数据互为补充，实现故障区域的准确划分；另一方面，也可以提供故障时间等信息，分相采集的数据则有利于进行故障相别初步诊断。

暂态电气量数据是指由故障录波器采集到的故障前后1-2个周波内的系统电压、电流波形。故障录波器在系统运行中对电网运行状态的电气量进行波形记录并存储，在需要时刻进行数据提取，进行分析。

故障录波器采样频率高，能够连续记录和存储电网运行数据，但由于数据储存量大，进行分析前需要进行数据预处理，即提取必要设备在故障时刻前后2个周波内的波形进行分析，属于被动上送，可用于故障后分析。目前，故障录波器已基本实现设备全面装设，但由于传输条件的限制，因此在监视范围上存在一定的局限性。由故障录波器提供的暂态电气量信息包含着更加全面的故障信息，如故障时间、故障类型、故障性质及故障测距等，能够实现故障全信息诊断。

图2中，所述静态开关量数据输入端口、动态电气量数据数据输入端口以及暂态电气量数据输入端口分别与所述每个所述边缘计算终端Mec_i的本地缓冲存储队列Sk、本地缓冲存储队列De以及本地缓冲存储队列Ze并行通信连接。

在图1-图2的基础上，图3-图4给出了图1所述系统实现动态分组调节的不同实施例示意图。

图3中，所述分组控制单元与所述本地缓冲存储队列以及所述信息数据输入端口通信，基于所述本地缓冲存储队列以及所述信息数据输入端口通信的反馈信号，调节所述N个远程终端单元与所述M个边缘计算终端的分组对应关系，具体包括：

若所述本地缓冲存储队列Sk发生阻塞，则增加所述发生阻塞的本地缓冲存储队列Sk对应的所述边缘计算终端所在的分组的边缘计算终端的数量。

这是本发明人结合电力信息的数据属性来确定的。如前所述，静态开关量数据在时间维度上具有时间极短的特征，当系统发生故障后数据应立即上传，以满足故障诊断实时性的要求。

图4中，所述分组控制单元与所述本地缓冲存储队列以及所述信息数据输入端口通信，基于所述本地缓冲存储队列以及所述信息数据输入端口通信的反馈信号，调节所述N个远程终端单元与所述M个边缘计算终端的分组对应关系，具体包括：

若所述信息数据输入端口反馈当前处于空闲状态，则依次减少与所述信息数据输入端口并行通信连接的本地缓冲存储队列对应的所述边缘计算终端所在的分组的边缘计算终端的数量。

本发明的技术方案针对不同类型的异构源数据，采用动态匹配边缘计算终端的方法，自适应的执行数据处理过程，进而能够实时的实现多源电力信息融合，用于后续的电力系统分析，例如系统故障诊断。

因此，所述多源信息数据融合模块还包括数据融合诊断模块；

所述数据融合诊断模块接收所述多种信息数据输入端口各自的数据相似度计算模块输出的结果后，对数据进行融合诊断。

具体的，融合诊断可以包括快速故障诊断模块和综合故障信息处理模块。

快速故障在线诊断模块以继电保护装置、SCADA系统及PMU装置实时获取的静态开关量数据和动态电气量数据为基础，这两类数据具有实时性好、主动上传的特点，因此可以作为在短时间内实现故障主要信息提取的数据。

首先，以静态开关量为主要依据，结合电力系统拓扑结构，得到本次故障发生后电力系统的停电区域，即形成可疑设备集。若可疑设备集中元件个数有且仅有一个，则判断该元件发生故障。若可疑设备集中元件个数超过1个，结合PMU采集的故障三相电流数据进行故障特征提取，利用数据融合算法将静态开关量数据和动态电气量数据提取的故障特征进行融合，得到故障主要信息。此模块中，输出为故障主要信息，包括故障时间、故障元件、故障相别初判以及保护动作与断路器动作情况评价。故障主要信息为故障快速定位和处理提供重要参考。

在快速故障在线诊断模块得到故障主要信息之后，根据其中的故障元件，确定其周围相关元件的故障录波器装置，提取故障前后2个周期内的电气量波形进行分析。综合信息处理模块为快速在线故障诊断模块补充故障详细信息，形成最终故障全信息诊断系统的结果，包括：故障识别、故障时间、故障元件、故障性质、故障测距以及保护断路器动作情况评价等内容，可用于调度运行进行事故分析。

当然，本发明在进行电力信息融合之后，还可以用于电力信息系统的其他分析，例如数据对齐分析。

以CIM模型与断路器的状态信息模型为例，利用电力设备状态信息模型对齐方法，可构建CIM与断路器状态信息模型的统一模型。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种多源电力信息融合的电力数据集中控制系统，所述集中控制系统包括现场变电主站、多源信息融合模块、分组控制单元、分布于所述现场变电主站的N个远程终端单元、与N个远程终端单元动态分组对应的M个边缘计算终端；

其特征在于：

所述N个远程终端单元均包括多种不同类型的数据传感器，每个所述远程终端单元用于采集所述现场变电主站的至少一个设备的多种传感数据，所述多种传感数据包括静态开关量数据S_K、动态电气量数据D_E以及暂态电气量数据Z_E；

所述N个远程终端单元被分为M组，每一组至少包括两个远程终端单元，所述M个边缘计算终端与所述M组远程终端单元动态的通信连接；

所述边缘计算终端配置本地数据类型识别引擎，所述数据类型识别引擎用于识别所述传感数据的类型,根据识别出的传感数据类型对其进行分类后，存储到本地缓冲存储队列；

所述多源信息融合模块包括多种信息数据输入端口，每种信息数据输入端口包括数据相似度计算模块，基于所述数据相似度计算模块的相似度输出结果，所述多源信息融合模块完成多种信息数据输入端口输入的信息数据的融合；

所述分组控制单元基于所述本地缓冲存储队列以及所述信息数据输入端口通信的反馈信号，调节所述N个远程终端单元与所述M个边缘计算终端的分组对应关系；

其中，所述M、N均为正整数，并且

其中，

表示向下取整。

2.如权利要求1所述的一种多源电力信息融合的电力数据集中控制系统，其特征在于：

所述M个边缘计算终端分别表示为Mec₁，Mec₂，…Mec_M；

所述N个远程终端单元被分为M组Group₁，Group₂，…Group_M；

在初始状态下，将所述N个远程终端单元平均分为M组。

3.如权利要求2所述的一种多源电力信息融合的电力数据集中控制系统，其特征在于：

每一个分组Group_i中的每个远程终端单元通过多种不同类型的数据传感器，采集多种传感数据之后，将其发送至该分组对应的边缘计算终端Mec_i；

边缘计算终端Mec_i调用所述本地数据类型识别引擎识别所述多种传感数据的类型后，根据识别出的传感数据类型对其进行分类后，存储到本地缓冲存储队列；

所述多源信息融合模块的所述信息数据输入端口从所述本地缓冲存储队列中获取传感数据。

4.如权利要求3所述的一种多源电力信息融合的电力数据集中控制系统，其特征在于：

所述本地缓冲存储队列包括本地缓冲存储队列S_k、本地缓冲存储队列De以及本地缓冲存储队列Ze；

所述边缘计算终端Mec_i调用所述本地数据类型识别引擎识别所述多种传感数据的类型后，根据识别出的传感数据类型对其进行分类后，存储到本地缓冲存储队列，具体包括：

如果识别出传感数据为静态开关量数据S_K，则将其存储到本地缓冲存储队列S_k；

如果识别出传感数据为动态电气量数据D_E，则将其存储到本地缓冲存储队列De；

如果识别出传感数据为暂态电气量数据Z_E，则将其存储到本地缓冲存储队列Ze。

5.如权利要求2-4任一项所述的一种多源电力信息融合的电力数据集中控制系统，其特征在于：

每个所述边缘计算终端Mec_i均具有各自独立的本地缓冲存储队列S_k、本地缓冲存储队列De以及本地缓冲存储队列Ze；

所述多种信息数据输入端口包括静态开关量数据输入端口、动态电气量数据数据输入端口以及暂态电气量数据输入端口。

6.如权利要求5所述的一种多源电力信息融合的电力数据集中控制系统，其特征在于：

所述静态开关量数据输入端口、动态电气量数据数据输入端口以及暂态电气量数据输入端口分别与所述每个所述边缘计算终端Mec_i的本地缓冲存储队列S_k、本地缓冲存储队列De以及本地缓冲存储队列Ze并行通信连接。

7.如权利要求1所述的一种多源电力信息融合的电力数据集中控制系统，其特征在于：

所述分组控制单元基于所述本地缓冲存储队列以及所述信息数据输入端口通信的反馈信号，调节所述N个远程终端单元与所述M个边缘计算终端的分组对应关系，具体包括：

若所述本地缓冲存储队列S_k发生阻塞，则增加发生阻塞的本地缓冲存储队列S_k对应的边缘计算终端所在分组的边缘计算终端的数量。

8.如权利要求1或7任一项所述的一种多源电力信息融合的电力数据集中控制系统，其特征在于：

所述分组控制单元基于所述本地缓冲存储队列以及所述信息数据输入端口通信的反馈信号，调节所述N个远程终端单元与所述M个边缘计算终端的分组对应关系，具体包括：

若所述信息数据输入端口反馈当前处于空闲状态，则依次减少与所述信息数据输入端口并行通信连接的本地缓冲存储队列对应的所述边缘计算终端所在的分组的边缘计算终端的数量。

9.如权利要求1所述的一种多源电力信息融合的电力数据集中控制系统，其特征在于：

所述多源信息融合模块还包括数据融合诊断模块；

所述数据融合诊断模块接收所述多种信息数据输入端口各自的数据相似度计算模块输出的结果后，对数据进行融合诊断。

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