CN112165109B - 多类型储能系统即插即用并网运行协调控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多类型储能系统即插即用并网运行协调控制方法及系统,方法包括以下过程:获取储能系统内所接入的各个储能单元的参数信息;根据各个储能单元的参数信息计算得到各储能单元的最大充放电功率;根据各储能单元的最大充放电功率计算得到储能系统的最大充放电功率;根据充电功率指令与储能系统的最大充放电功率的比较结果,确定各储能单元的功率指令。本发明使得各个储能单元按照分配得到的功率指令进行协调控制,提升系统整体功率响应速度的同时延长储能的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于储能系统应用技术领域,具体涉及一种多类型储能系统即插即用并网运行协调控制方法,还涉及一种多类型储能系统即插即用并网运行协调控制系统。
背景技术
储能系统作为一种重要的分布式电源,目前在电网削峰填谷、新能源接入、电能质量改善和应急电源等方面发挥着积极的作用,是提高配电网末端供电能力和供电可靠性的有效技术手段。在大电网遇到故障停电时,储能系统通过无缝切换使配电网末端形成一个独立运行的微电网,并提供电压和频率支撑,可降低线路跳闸对配网用户的影响。储能系统能够同时提供有功和无功支撑,针对配电网存在的末端线损在负荷高时压降大的问题;储能系统通过控制分时段充放电减少负荷运行时产生的线损,稳定电网末端节点电压水平。采用储能系统能够平滑可再生能源如风电、太阳能等的出力波动,减少可再生能源接入对配电网电能质量的影响,提高配电网对新能源接纳能力。目前,常见的储能系统可分为功率型储能系统和能量型储能系统,单一的功率型或能量型储能系统在功率密度、能量密度和循环寿命等方面难以全部达到良好的技术特性,而这两类储能系统在技术特性上具有较好的互补性。通过功率型和能量型储能系统的优势互补,组成混合储能系统,使其同时具有大容量储能和峰值功率吞吐的能力,可以满足配电网及分布式新能源对储能系统的性能要求,并通过充放电的精确管理,减少储能的运行条件,有效延长储能的循环使用寿命。
但目前所研究的多类型储能系统协调控制策略多针对固有系统拓扑,控制策略可扩展性和兼容性较差,当系统内有储能单元退出或有新的储能单元接入时则需要对控制算法进行修改,无法实现多类型储能系统的即插即用,给多类型储能系统的工程应用带来不便。因此亟需开展即插即用式多类型储能系统并网协调控制算法,提升控制策略的可扩展性,实现对系统接入的各个储能单元在线识别以及系统重构情况下的各储能单元输出功率的在线优化分配。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供了一种多类型储能系统即插即用并网运行协调控制方法,各个储能单元按照分配得到的功率指令进行协调控制。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下。
第一方面,本发明提供了一种多类型储能系统即插即用并网运行协调控制方法,包括以下过程:
获取储能系统内所接入的各个储能单元的参数信息;
根据各个储能单元的参数信息计算得到各储能单元的最大充放电功率;
根据各储能单元的最大充放电功率计算得到储能系统的最大充放电功率;
根据充电功率指令与储能系统的最大充放电功率的比较结果,确定各储能单元的功率指令。
进一步的,所述参数信息包括电池类型,电池容量,充放电倍率,变流器输出功率以及荷电状态。
进一步的,所述根据各个储能单元的参数信息计算得到各储能单元的最大充放电功率,包括:
根据第i个储能单元的参数信息,计算其t时刻的最大充放电功率Pi_C_max(t)和Pi_D_max(t),具体包括以下过程:
当SOCi(t)∈(20%,90%)时,最大充放电功率计算公式如式(1)所示:
当SOCi(t)≤20%时,最大充放电功率计算公式如式(2)所示:
当SOCi(t)≥90%时,最大充放电功率计算公式如式(3)所示:
其中,SOCi(t)为第i个储能单元t时刻荷电状态,Si为电池容量,Ci_C和Ci_D为充放电倍率,Pi_con为变流器输出功率。
进一步的,所述根据各储能单元的最大充放电功率计算得到储能系统的最大充放电功率,包括:
所有储能单元的最大充放电功率之和为储能系统的最大充放电功率。
进一步的,所述根据充电功率指令与储能系统的最大充放电功率的比较结果,确定各储能单元的功率指令,包括:
若充放电功率指令大于储能系统的最大充放电功率,则各储能单元的功率指令为最大充放电功率。
进一步的,所述根据充电功率指令与储能系统的最大充放电功率的比较结果,确定各储能单元的功率指令,包括:
若充放电功率指令大于储能系统的最大充放电功率,则进行功率优化分配得到各储能单元的功率指令分配值。
进一步的,所述功率优化分配包括:
对功率型储能单元进行功率分配,并计算充放电剩余功率;
根据充放电剩余功率对能量型储能单元进行功率分配。
进一步的,所述对功率型储能单元进行功率分配,包括:
计算所有功率型储能单元可充放电功率;
判断充放电功率指令是否大于所有功率型储能单元可充放电功率:
当大于时,则各功率型储能单元按照最大充放电功率输出,
否则各功率型储能单元根据功率比例进行输出,具体如式(6)所示:
其中Pi_C(t+1)、Pi_D(t+1)分别为下一时刻第i组储能单元的充放电功率给定值,Fi表示第i个储能单元类型,若Fi=1表示为功率型储能单元;若Fi=0表示为能量型储能单元;Sumcap_C(t)、Sumcap_D(t)为所有功率型储能系统可充放电功率,Pref_C(t)和Pref_D(t)为充放电功率指令。
进一步的,所述根据充放电剩余功率需求再次对能量型储能单元进行功率分配,包括:
首先判断当前时刻充放电剩余功率PLeave_C(t)、PLeave_D(t)是否为零,若为零,则最终充放电功率给定值Pi_C_ref(t+1)、Pi_D_ref(t+1)与功率型储能单元的给定值保持一致,如式(9)所示:
若PLeave_C(t)、PLeave_D(t)不为0,则根据式(10)进一步计算所有能量型储能单元最大充放电功率Sumener_C(t)、Sumener_D(t):
根据PLeave_C(t)、PLeave_D(t)和Sumener_C(t)、Sumener_D(t)大小,由式(11)、(12)可进一步得到第二轮功率分配各储能单元的功率指令值Pi_C_temp(t+1)、Pi_D_temp(t+1),当PLeave_C(t)大于Sumener_C(t)、PLeave_D(t)大于Sumener_D(t)时,则各能量型储能单元按照最大充放电功率输出,否则根据功率比例进行输出:
其中,n为储能单元个数。
第二方面,本发明还提供了一种多类型储能系统即插即用并网运行协调控制系统,包括:
参数获取模块,被配置用于获取储能系统内所接入的各个储能单元的参数信息;
储能单元功率计算模块,被配置用于根据各个储能单元的参数信息计算得到各储能单元的最大充放电功率;
储能系统功率计算模块,被配置用于根据各储能单元的最大充放电功率计算得到储能系统的最大充放电功率;
功率分配模块,被配置用于根据充电功率指令与储能系统的最大充放电功率的比较结果,确定各储能单元的功率指令。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果是:本发明综合考虑各储能单元类型、可充放功率、荷电状态等因素对电网需求功率进行在线优化分解,充分发挥不同类型储能的特点,在提升系统整体功率响应速度的同时延长储能的使用寿命。
附图说明
图1为本发明方法的整体流程图;
图2为储能单元最大输出功率计算流程图;
图3为功率型储能单元功率分配流程图;
图4为能量型储能单元功率分配流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提出了一种用于即插即用式多类型储能系统的并网运行协调控制方法,首先通过与所接入的各个储能单元的信息交互,获取当前各储能单元的铭牌信息以及运行状态,对系统可输出的最大功率进行重新标定。在此基础上综合考虑各储能单元类型、可充放功率、荷电状态等因素对电网需求功率进行在线优化分解,充分发挥不同类型储能的特点,在提升系统整体功率响应速度的同时延长储能的使用寿命。
实现在系统拓扑发生变化情况下,能够自动识别所接入的储能单元,根据系统内各储能单元的不同,在线调整各储能单元的功率输出,充分发挥不同类型储能的特点,在提升系统整体功率响应速度的同时延长储能的使用寿命。
实施例1
本发明的一种多类型储能系统即插即用并网运行协调控制方法,参阅图1的系统组成框架图,包括以下过程:
步骤1:获取储能系统内所接入的各个储能单元的参数信息。
多类型储能系统(后续简称储能系统)是由多个储能单元组成的,本实施例中记储能系统中一共有n个储能单元。每个储能单元中包括电池和变流器,电池接入变流器直流端,变流器交流端口接入电网。读取多类型储能系统内所接入的各组储能单元中电池和变流器的参数信息:电池类型,电池容量Si,充放电倍率Ci_C和Ci_D,变流器输出功率Pi_con以及荷电状态SOCi,其中i表示第i个储能单元。
步骤2:根据各个储能单元的参数信息计算储能系统的输出功率。
根据读取第i个储能单元的参数信息,计算其当前时刻的最大充放电功率Pi_C_max(t)和Pi_D_max(t),计算流程如图2所示。具体包括以下过程:
当SOCi(t)∈(20%,90%)时,表明储能单元处于可充可放状态,其最大充放电功率计算公式如式(1)所示:即,如果电池容量与充放电倍率的乘积大于变流器输出功率,则该储能单元的最大充电功率和最大放电功率为变流器输出功率,即Pi_C_max(t)和Pi_D_max(t)为Pi_con,否则,该储能单元的最大充电功率和最大放电功率为电池容量与充放电倍率的乘积,即Pi_C_max(t)和Pi_D_max(t)为Si*Ci_C和Si*Ci_D。
当SOCi(t)≤20%时,表明储能单元只能进行充电,其最大充放电功率计算公式如式(2)所示:即,如果电池容量与充电倍率的乘积大于变流器输出功率,该储能单元的最大充电功率为变流器输出功率,即Pi_C_max(t)为Pi_con,最大放电功率Pi_D_max(t)为0;否则,该储能单元的最大充电功率为电池容量与充电倍率的乘积,即Si*Ci_C,最大放电功率Pi_D_max(t)为0。
当SOCi(t)≥90%时,表明储能单元只能进行放电,其最大充放电功率计算公式如式(3)所示:即,如果电池容量与放电倍率的乘积大于变流器输出功率,该储能单元的最大放电功率Pi_D_max(t)为变流器输出功率Pi_con,最大充电功率为0;否则,该储能单元的最大放电功率Pi_D_max(t)为电池容量与放电倍率的乘积Si*Ci_D,最大充电功率为0。
由式(1)~(3)可知重新标定后储能系统当前整体可输出最大充电功率Pall_C_max(t)和最大放电功率Pall_D_max(t)如式(4)所示。
若充电功率指令Pref_C(t)>Pall_C_max(t),则系统各储能单元均按照最大充电功率运行,否则继续进行下一步功率优化分配。
若放电功率指令Pref_D(t)>Pall_D_max(t),则系统各储能单元均按照最大放电功率运行,否则继续进行下一步功率优化分配。
步骤3:对功率型储能单元进行功率分配。
功率型储能单元输出功率优先分配,其控制流程如图3所示。
首先根据第i个储能单元信息判断该储能单元是否为功率型储能单元,如果是,则定义Fi=1,否则Fi=0。此变量Fi是用来记录第i个储能单元类型。
计算所有功率型储能系统可充放电功率Sumcap_C(t)、Sumcap_D(t),计算公式如式(4)、(5)所示。
接着判断充放电功率指令Pref_C(t),Pref_D(t)是否大于所有功率型储能单元的可充放电功率,当大于时,则各功率型储能单元按照最大充放电功率输出,否则各功率型储能单元根据功率比例进行输出,具体如式(6)所示。同时计算充放电剩余功率PLeave_C(t),PLeave_D(t),具体如式(7)、(8)所示。
其中Pi_C(t+1)、Pi_D(t+1)分别为下一时刻第i组储能单元的充放电功率给定值。
步骤4:根据充放电剩余功率需求再次对能量型储能单元进行功率分配。
功率分配流程如图4所示。具体包括以下过程:
首先判断当前时刻充放电剩余功率PLeave_C(t)、PLeave_D(t)是否为零,若为零,则最终充放电功率给定值Pi_C_ref(t+1)、Pi_D_ref(t+1)与功率型储能单元的给定值保持一致,如式(9)所示。
若PLeave_C(t)、PLeave_D(t)不为0,则根据式(10)进一步计算所有能量型储能单元最大充放电功率Sumener_C(t)、Sumener_D(t)。
根据PLeave_C(t)、PLeave_D(t)和Sumener_C(t)、Sumener_D(t)大小,由式(11)、(12)可进一步得到第二轮功率分配各储能单元的功率指令值Pi_C_temp(t+1)、Pi_D_temp(t+1),当PLeave_C(t)大于Sumener_C(t)、PLeave_D(t)大于Sumener_D(t)时,则各能量型储能单元按照最大功率输出,否则根据功率比例进行输出。这样能够较好利用上各个单元,较为均衡的进行控制。
综合步骤3、4两次功率分配得到的功率指令,由式(13)可得最终各储能单元功率指令分配值。
各储能单元按照其对应的功率指令分配值进行输出功率。
本发明所提出的多类型储能系统即插即用并网运行协调控制算法,能够有效提升多类型系统的可扩展性,大大减少工程应用的工作量,通过与所接入的各储能单元保持实时通讯能够在系统拓扑发生变化情况下,自动识别所接入的储能单元,通过读取各储能单元电池类型、电池容量、充放电倍率、输出功率、荷电状态等信息对系统整体可输出功率进行实时修正。同时协调控制算法根据所接入的储能单元类型,综合考虑荷电状态、可用电量等实时信息,对功率型储能单元和能量型储能单元分别进行优化控制,在最大程度上满足用电需求的同时充分发挥不同类型储能的优势,提升系统整体响应速度并延长系统使用寿命。
实施例2
本发明的一种多类型储能系统即插即用并网运行协调控制系统,包括:
参数获取模块,被配置用于获取储能系统内所接入的各个储能单元的参数信息;
储能单元功率计算模块,被配置用于根据各个储能单元的参数信息计算得到各储能单元的最大充放电功率;
储能系统功率计算模块,被配置用于根据各储能单元的最大充放电功率计算得到储能系统的最大充放电功率;
功率分配模块,被配置用于根据充电功率指令与储能系统的最大充放电功率的比较结果,确定各储能单元的功率指令。
本实施例装置中各模块的具体实现,采取实施例1的实施方式。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种多类型储能系统即插即用并网运行协调控制方法,其特征是,包括以下过程:
获取储能系统内所接入的各个储能单元的参数信息;
根据各个储能单元的参数信息计算得到各储能单元的最大充放电功率;
根据各储能单元的最大充放电功率计算得到储能系统的最大充放电功率;
根据充电功率指令与储能系统的最大充放电功率的比较结果,确定各储能单元的功率指令;
所述根据各个储能单元的参数信息计算得到各储能单元的最大充放电功率,包括:
根据第i个储能单元的参数信息,计算其t时刻的最大充放电功率Pi_C_max(t)和Pi_D_max(t),具体包括以下过程:
当SOCi(t)∈(20%,90%)时,最大充放电功率计算公式如式(1)所示:
当SOCi(t)≤20%时,最大充放电功率计算公式如式(2)所示:
当SOCi(t)≥90%时,最大充放电功率计算公式如式(3)所示:
其中,SOCi(t)为第i个储能单元t时刻荷电状态,Si为电池容量,Ci_C和Ci_D为充放电倍率,Pi_con为变流器输出功率;
所述根据充电功率指令与储能系统的最大充放电功率的比较结果,确定各储能单元的功率指令,包括:
若充放电功率指令大于储能系统的最大充放电功率,则进行功率优化分配得到各储能单元的功率指令分配值;
所述功率优化分配包括:
对功率型储能单元进行功率分配,并计算充放电剩余功率;
根据充放电剩余功率对能量型储能单元进行功率分配;
所述对功率型储能单元进行功率分配,包括:
计算所有功率型储能单元可充放电功率;
判断充放电功率指令是否大于所有功率型储能单元可充放电功率:
当大于时,则各功率型储能单元按照最大充放电功率输出,
否则各功率型储能单元根据功率比例进行输出,具体如式(6)所示:
其中Pi_C(t+1)、Pi_D(t+1)分别为下一时刻第i组储能单元的充放电功率给定值,Fi表示第i个储能单元类型,若Fi=1表示为功率型储能单元;若Fi=0表示为能量型储能单元;Sumcap_C(t)、Sumcap_D(t)为所有功率型储能系统可充放电功率,Pref_C(t)和Pref_D(t)为充放电功率指令;
所述根据充放电剩余功率需求再次对能量型储能单元进行功率分配,包括:
首先判断当前时刻充放电剩余功率PLeave_C(t)、PLeave_D(t)是否为零,若为零,则最终充放电功率给定值Pi_C_ref(t+1)、Pi_D_ref(t+1)与功率型储能单元的给定值保持一致,如式(9)所示:
若PLeave_C(t)、PLeave_D(t)不为0,则根据式(10)进一步计算所有能量型储能单元最大充放电功率Sumener_C(t)、Sumener_D(t):
根据PLeave_C(t)、PLeave_D(t)和Sumener_C(t)、Sumener_D(t)大小,由式(11)、(12)可进一步得到第二轮功率分配各储能单元的功率指令值Pi_C_temp(t+1)、Pi_D_temp(t+1),当PLeave_C(t)大于Sumener_C(t)、PLeave_D(t)大于Sumener_D(t)时,则各能量型储能单元按照最大充放电功率输出,否则根据功率比例进行输出:
其中,n为储能单元个数。
2.根据权利要求1所述的一种多类型储能系统即插即用并网运行协调控制方法,其特征是,所述参数信息包括电池类型,电池容量,充放电倍率,变流器输出功率以及荷电状态。
3.根据权利要求1所述的一种多类型储能系统即插即用并网运行协调控制方法,其特征是,所述根据各储能单元的最大充放电功率计算得到储能系统的最大充放电功率,包括:
所有储能单元的最大充放电功率之和为储能系统的最大充放电功率。
4.根据权利要求1所述的一种多类型储能系统即插即用并网运行协调控制方法,其特征是,所述根据充电功率指令与储能系统的最大充放电功率的比较结果,确定各储能单元的功率指令,包括:
若充放电功率指令大于储能系统的最大充放电功率,则各储能单元的功率指令为最大充放电功率。
5.一种多类型储能系统即插即用并网运行协调控制系统,其特征是,包括:
参数获取模块,被配置用于获取储能系统内所接入的各个储能单元的参数信息;
储能单元功率计算模块,被配置用于根据各个储能单元的参数信息计算得到各储能单元的最大充放电功率;
储能系统功率计算模块,被配置用于根据各储能单元的最大充放电功率计算得到储能系统的最大充放电功率;
功率分配模块,被配置用于根据充电功率指令与储能系统的最大充放电功率的比较结果,确定各储能单元的功率指令;
所述根据各个储能单元的参数信息计算得到各储能单元的最大充放电功率,包括:
根据第i个储能单元的参数信息,计算其t时刻的最大充放电功率Pi_C_max(t)和Pi_D_max(t),具体包括以下过程:
当SOCi(t)∈(20%,90%)时,最大充放电功率计算公式如式(1)所示:
当SOCi(t)≤20%时,最大充放电功率计算公式如式(2)所示:
当SDCi(t)≥90%时,最大充放电功率计算公式如式(3)所示:
其中,SOCi(t)为第i个储能单元t时刻荷电状态,Si为电池容量,Ci_C和Ci_D为充放电倍率,Pi_con为变流器输出功率;
所述根据充电功率指令与储能系统的最大充放电功率的比较结果,确定各储能单元的功率指令,包括:
若充放电功率指令大于储能系统的最大充放电功率,则进行功率优化分配得到各储能单元的功率指令分配值;
所述功率优化分配包括:
对功率型储能单元进行功率分配,并计算充放电剩余功率;
根据充放电剩余功率对能量型储能单元进行功率分配;
所述对功率型储能单元进行功率分配,包括:
计算所有功率型储能单元可充放电功率;
判断充放电功率指令是否大于所有功率型储能单元可充放电功率:
当大于时,则各功率型储能单元按照最大充放电功率输出,
否则各功率型储能单元根据功率比例进行输出,具体如式(6)所示:
其中Pi_C(t+1)、Pi_D(t+1)分别为下一时刻第i组储能单元的充放电功率给定值,Fi表示第i个储能单元类型,若Fi=1表示为功率型储能单元;若Fi=0表示为能量型储能单元;Sumcap_C(t)、Sumcap_D(t)为所有功率型储能系统可充放电功率,Pref_C(t)和Pref_D(t)为充放电功率指令;
所述根据充放电剩余功率需求再次对能量型储能单元进行功率分配,包括:
首先判断当前时刻充放电剩余功率PLeave_C(t)、PLeave_D(t)是否为零,若为零,则最终充放电功率给定值Pi_C_ref(t+1)、Pi_D_ref(t+1)与功率型储能单元的给定值保持一致,如式(9)所示:
若PLeave_C(t)、PLeave_D(t)不为0,则根据式(10)进一步计算所有能量型储能单元最大充放电功率Sumener_C(t)、Sumenee_D(t):
根据PLeave_C(t)、PLeave_D(t)和Sumener_C(t)、Sumener_D(t)大小,由式(11)、(12)可进一步得到第二轮功率分配各储能单元的功率指令值Pi_C_temp(t+1)、Pi_D_temp(t+1),当PLeave_C(t)大于Sumener_C(t)、PLeave_D(t)大于Sumener_D(t)时,则各能量型储能单元按照最大充放电功率输出,否则根据功率比例进行输出:
其中,n为储能单元个数。
6.根据权利要求5所述的一种多类型储能系统即插即用并网运行协调控制系统,其特征是,所述参数信息包括电池类型,电池容量,充放电倍率,变流器输出功率以及荷电状态。
7.根据权利要求5所述的一种多类型储能系统即插即用并网运行协调控制系统,其特征是,所述根据各储能单元的最大充放电功率计算得到储能系统的最大充放电功率,包括:
所有储能单元的最大充放电功率之和为储能系统的最大充放电功率。
8.根据权利要求5所述的一种多类型储能系统即插即用并网运行协调控制系统,其特征是,所述根据充电功率指令与储能系统的最大充放电功率的比较结果,确定各储能单元的功率指令,包括:
若充放电功率指令大于储能系统的最大充放电功率,则各储能单元的功率指令为最大充放电功率。
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