CN112953254A - 一种三相电力电子变压器拓扑及其控制方法 - Google Patents

一种三相电力电子变压器拓扑及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种三相电力电子变压器拓扑结构，包括依次连接的前级AC/DC变换器、中间级高频隔离DC/DC变换器和后级DC/AC变换器。所述前级AC/DC变换器采用级联H桥结构，每相由4个H桥模块串联，三相共12个H桥组成；所述中间级高频隔离DC/DC变换器由12个双有源桥（DAB）组成，每个DAB输入直流侧与前级H桥直流侧连接，12个DAB输出侧通过直流母线并联；所述后级DC/AC变换器采用三相桥结构，三相桥式逆变器输入侧并联在中间级输出直流母线上。本发明的一种三相电力电子变压器拓扑结构，输入侧连接三相交流电压，当负载不平衡时，能够快速响应，维持输出侧电压电流波形不变。

Description

一种三相电力电子变压器拓扑及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子领域，具体是一种三相电力电子变压器拓扑及其控制方法。
背景技术
目前可再生能源接入技术在交直流变换环节较多，降低了效率、影响了接入的便捷性，另外配电网互联互济和柔性调控能力不足，也限制了分布式可再生能源的充分消纳和高效利用。电力电子变压器结合了电力电子变换器和高频变压器，不但实现了传统变压器电压变换和电气隔离的功能，还包括交流侧无功功率补偿及谐波治理、可再生能源/储能设备直流接入、端口间的故障隔离功能等。在含大规模可再生能源的交直流混合系统中具有巨大的应用价值，利用双向多端口电力电子变压器构建交直流混合系统，可以实现灵活组网，在多个交直流电压等级集成分布式可再生能源，实现灵活安全接入；并减少变换环节，提高能源利用效率，增强系统控制能力，在更大范围实现不同类型可再生能源的互联互补，充分消纳可再生能源，是未来重要发展方向，应用前景广阔。
但现有的电力电子变压器普遍具有电路拓扑复杂、运行效率低和造价过高的问题，同时，现有的传统AC/DC/AC电力电子变压器应用在大功率场合时会出现过电流、过电压和谐波振荡等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种三相电力电子变压器拓扑及其控制方法，当负载不平衡时，能够快速响应，维持电压电路波形不变。
为了实现上述目的，本发明提供一种三相电力电子变压拓扑，包括依次连接的前级AC/DC变换器、中间级高频隔离DC/DC变换器和后级DC/AC变换器；
每相前级AC/DC变换器包括N个第一H桥电路和N个第一输出电容，N个第一H桥电路依次级联，N为正整数，第一输出电容连接在第一H桥电路的两输出端之间；
每相中间级高频隔离DC/DC变换器包括N个中间级子电路，每个第一H桥电路连接一个中间级子电路，每个中间级子电路均包括第二H桥电路、原边LC谐振电路、励磁电感Lm、原边绕组、副边LC谐振电路、副边绕组、第三H桥电路和第二输出电容，第二H桥电路的输入端连接第一H桥电路的输出端，原边LC谐振电路的输入端连接第二H桥电路的输出端，励磁电感Lm串联于原边LC谐振电路上，原边绕组与励磁电感Lm并联，副边绕组串联于副边LC谐振电路，第三H桥电路的输入端连接副边LC谐振电路的输出端，第二输出电容连接于第三H桥的两输出端之间；
后级DC/AC变换器包括三相桥式逆变电路和LC滤波电路，每相第三H桥电路的输出端并联之后连接至三相桥式逆变电路的输入端，LC滤波电路的输入端连接三相桥式逆变电路的输出端。
进一步的，LC滤波电路包括三个LC滤波子电路，各LC滤波子电路的输入端分别连接三相桥式逆变电路的不同相的输出端，每一LC滤波子电路包括串联相连的滤波电感Lo和滤波电容Co。
进一步的，三个LC滤波子电路的滤波电容Co为三角形连接。
进一步的，原边LC谐振电路包括串联连接的谐振电容Cr1和谐振电感Lr1。
进一步的，副边LC谐振电路包括串联连接的谐振电容Cr2和谐振电感Lr2。
进一步的，第一H桥电路、第二H桥电路、第三H桥电路均由四个IGBT组成，四个IGBT分别为H桥电路的桥臂。
本发明还公开了一种三相电力电子变压器的控制方法，本方法基于上述变压器拓扑，包括以下步骤：
S01)、前级控制，前级控制包括直流电压控制和交流电流控制，直流电压控制实现直流电压恒定，交流电流控制实现交流侧电流正弦波和功率因数灵活可调；
S02)、中间级控制，中间级控制是将直流转换成高频交流并耦合到二次侧后再还原成直流，采用开环PWM控制，对于一次侧的第二H桥电路，采用占空比为50％的PWM信号进行逆变，对于二次侧的第三H桥电路，同步进行整流；
S03)、后级控制，后级控制是保证提供给低压侧系统的电压恒定，如果低压侧为无源系统，后级控制采用基于瞬时值反馈的定交流电压控制，如果低压侧为有源系统，后级控制选择定功率控制方式。
进一步的，采用公式(1)的微分方程描述前级控制：
Figure BDA0002996967220000021
其中，LH、CH分别为交流侧滤波电感和直流侧滤波电容，udch、iH分别为直流电压和电流，i1d、i1q为交流电流在d-q轴系中的分量，i1d为d轴分量，i1q为q轴分量，u1d、u1q和ed、eq分别为交流侧电压和交流电源在d-q轴系中的分量，u1d、ed为d轴分量，u1q、eq为q轴分量，ω为同步角频率；
根据公式(1)设计前级直流电压控制器，前级直流电压控制器包括两个独立的控制器PI1、PI2，将实际直流电压udch与直流电压参考值
Figure BDA0002996967220000031
比较之后的偏差作为反馈信号，反馈信号经过控制器PI1后形成有功电流参考值
Figure BDA0002996967220000032
单个第一H桥电路的直流电压uCi与平均直流电压udch之间的偏差经控制器PI2形成相移补充信号Δδi；三相交流电流采样后转化为d、q轴分量i1d、i1q，分别与各自的参考值
Figure BDA0002996967220000033
比较，得到的偏差信号分别经控制器PI3、PI4后，与电源前馈信号ed和交叉反馈信号eq综合，形成d、q轴参考电压信号
Figure BDA0002996967220000034
输入到前级PWM发生器，PWM信号发生器既定的载波移相PWM策略，产生开关控制信号。
进一步的，后级控制时，为了满足单相负载的要求，三相输出独立控制，各相电压的有效值与参考值比较后形成偏差信号，偏差信号经过控制器PI5调节后与标准正弦信号相乘，形成瞬时值参考值，瞬时值参考值与反馈的相电压的瞬时值进行比较，比较后的偏差信号经控制器PI6形成参考波，参考波传输至低压级PWM发生器，用于控制脉冲形成，形成的控制脉冲作用于后级DC/AC变换器。
本发明的有益效果：前级AC/DC变换器包括第一H桥电路，H桥采用级联结构，从而使单个整流桥承受电压减小，实现均压均流。中间级高频隔离DC/DC变换器包括原边LC谐振电路、励磁电感和副边LC谐振电路，可实现零电压、零电流关断功能，同时对谐波进行抑制。后级DC/AC变换器包括三相桥式逆变电路和LC滤波电路。三相桥式逆变电路分别由六个IGBT组成，可将直流电逆变成恒压、恒频的交流电，同时在电压和负载不平衡时能够快速响应，保持电压和电流仍为正弦波。
附图说明
图1为实施例1的整体电路结构示意图；
图2为实施例1中前级AC/DC变换器的电路原理图；
图3为实施例1中中间级高频隔离DC/DC变换器的电路原理图；
图4为实施例1中后级DC/AC变换器电路的电路原理图；
图5为实施例2的前级控制方案示意图；
图6为实施例2的中间级控制方案示意图；
图7为实施例3的后级控制方案示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例公开一种三相电力电子变压器拓扑，如图1、2所示，包括依次连接的前级AC/DC变换器、中间级高频隔离DC/DC变换器和后级DC/AC变换器。
如图2所示，前级AC/DC变换器采用级联H桥结构，每相由N个第一H桥串联，三相共3N个第一H桥组成，每相前级AC/DC变换器包括N个第一H桥电路和N个第一输出电容，N个第一H桥电路依次级联，N为正整数，第一输出电容连接在第一H桥电路的两输出端之间，第一H桥电路由四个IGBT组成，四个IGBT分别为第一H桥电路的桥臂。
本实施例中，N等于4，在其他实施例中，N也可以取大于或者小于4的正整数。
前级AC/DC变换器包括第一H桥电路，H桥采用级联结构，从而使单个整流桥承受电压减小，实现均压均流，同时第一输出电容实现滤除谐波的功能。
如图3所示，每相中间级高频隔离DC/DC变换器包括四个中间级子电路，每个第一H桥电路连接一个中间级子电路，每个中间级子电路均包括第二H桥电路、原边LC谐振电路、励磁电感Lm、原边绕组、副边LC谐振电路、副边绕组、第三H桥电路和第二输出电容Cout，第二H桥电路的输入端连接第一H桥电路的输出端，原边LC谐振电路的输入端连接第二H桥电路的输出端，励磁电感Lm串联于原边LC谐振电路上，原边绕组与励磁电感Lm并联，副边绕组串联于副边LC谐振电路，第三H桥电路的输入端连接副边LC谐振电路的输出端，第二输出电容Cout连接于第三H桥的两输出端之间。
本实施例中，原边LC谐振电路包括串联连接的谐振电容Cr1和谐振电感Lr1，副边LC谐振电路包括串联连接的谐振电容Cr2和谐振电感Lr2。第二H桥电路、第三H桥电路均由四个IGBT组成，四个IGBT分别为H桥电路的桥臂。
中间级子电路包括原边LC谐振电路、励磁电感Lm和副边LC谐振电路，即采用了LLC谐振型双向DC/DC变换电路，可实现零电压、零电流关断功能，同时对谐波进行抑制。
如图4所示，后级DC/AC变换器包括三相桥式逆变电路和LC滤波电路，每相第三H桥电路的输出端并联之后连接至三相桥式逆变电路的输入端，LC滤波电路的输入端连接三相桥式逆变电路的输出端。
本实施例中，LC滤波电路包括三个LC滤波子电路，各LC滤波子电路的输入端分别连接三相桥式逆变电路的不同相的输出端，每一LC滤波子电路包括串联相连的滤波电感Lo和滤波电容Co。
具体的，三个LC滤波子电路的滤波电容Co为三角形连接。
本实施例中，三相桥式逆变电路分别由六个IGBT组成。输出级电路包括三相桥式逆变电路和LC滤波电路，可以很好地应对电压和负载的不平衡，消除非线性负载对网侧电压的影响，减小电压谐波。三相桥式逆变电路由六个IGBT组成，可将直流电逆变成恒压、恒频的交流电，同时在电压和负载不平衡时能够快速响应，保持电压和电流仍为正弦波。
本发明实施例提供一种三相电力电子变压器拓扑结构，与传统的电力电子变压器相比，可更好地实现均压均流、抑制谐波等等功能；当负载不平衡时，能够快速响应，保持电压和电流仍为正弦波。
实施例2
本实施例公开一种三相电力电子变压器的控制方法，本方法基于实施例所述变压器拓扑，包括以下步骤：
S01)、前级控制，前级控制包括直流电压控制和交流电流控制，直流电压控制实现直流电压恒定，交流电流控制实现交流侧电流正弦和功率因数灵活可调。
S11)、直流电压控制
从系统侧而言，前级控制采用公式(1)的微分方程进行描述：
Figure BDA0002996967220000051
其中，LH、CH分别为交流侧滤波电感和直流侧滤波电容，udch、iH分别为直流电压和电流，i1d、i1q为交流电流在d-q轴系中的分量，i1d为d轴分量，i1q为q轴分量，u1d、u1q和ed、eq分别为交流侧电压和交流电源在d-q轴系中的分量，u1d、ed为d轴分量，u1q、eq为q轴分量，ω为同步角频率。
公式(1)是设计直流电压控制和交流电流控制的基本方程，图5中给出了前级的直流电压控制方案。
从图5可见，前级直流电压控制器包括两个独立的控制器PI1、PI2，其基本思路是，将实际直流电压udch与直流电压参考值
Figure BDA0002996967220000052
比较之后的偏差作为反馈信号，反馈信号经过控制器PI1后形成有功电流(即d轴电流)参考值
Figure BDA0002996967220000053
为了尽可能避免因为第一H桥电路特性或电路参数不完全一致导致级联第一H桥电路间的直流电压不平衡，在直流电压控制环中，单个第一H桥电路的直流电压uCi与平均直流电压udch之间的偏差经控制器PI2形成相移补充信号Δδi，用以修正各个第一H桥电路调制波的相角。因为直流电容电压的高低与交流侧提供的有功功率相关，通过修正各个调制波的相角，就可以调整交流侧提供的有功功率，从而达到调整直流电压的目的。
S12)、交流电流控制
从式(1)可以看出，d、q轴之间存在复杂的耦合关系，给控制器的设计带来了很大的困难。为此，在电流控制环中引入状态反馈解耦，如图5所示，三相交流电流采样后转化为d、q轴分量i1d、i1q，分别与各自的参考值
Figure BDA0002996967220000061
比较，得到的偏差信号分别经控制器PI3、PI4后，与电源前馈信号即公式(1)中的ed和交叉反馈信号即公式(1)中的eq综合，形成d、q轴参考电压信号
Figure BDA0002996967220000062
输入到前级PWM发生器，PWM信号发生器既定的载波移相PWM策略，产生开关控制信号。
S02)、中间级控制，中间级控制是将直流转换成高频交流并耦合到二次侧后再还原成直流，本实施例采用开环PWM控制，如图6所示，对于一次侧的第二H桥电路，采用占空比为50％的PWM信号进行逆变，对于二次侧的第三H桥电路，同步进行整流。
S03)、后级控制，后级控制是保证提供给低压侧系统的电压恒定，如图7所示。图7中，Lfe为后级交流侧等效滤波电感，Ca1至Ca3为后级直流侧滤波电容。
为了满足单相负载的要求，三相输出独立控制，各相电压的有效值与参考值比较后形成偏差信号，偏差信号经过控制器PI5调节后与标准正弦信号相乘，形成瞬时值参考值，瞬时值参考值与反馈的相电压的瞬时值进行比较，比较后的偏差信号经控制器PI6形成参考波，参考波传输至低压级PWM发生器，用于控制脉冲形成，形成的控制脉冲作用于后级DC/AC变换器。这种控制方案可以实现输出电压有效值稳态无差，从而保证当负载变化时或系统受到干扰时，输出电压有效值不变。
如果低压侧为有源系统，后级控制选择定功率控制方式，即控制电力电子变压器与低压侧系统的功率交换。
本实施例中，所述控制器PI1、PI2、PI3、PI4、PI5、PI6为比例积分控制器，作用是把偏差信号放大及积分，最终消除误差。
以上所述，仅是本发明的较佳实例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域中技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种三相电力电子变压器拓扑，其特征在于：包括依次连接的前级AC/DC变换器、中间级高频隔离DC/DC变换器和后级DC/AC变换器；
每相前级AC/DC变换器包括N个第一H桥电路和N个第一输出电容，N为正整数，N个第一H桥电路依次级联，第一输出电容连接在第一H桥电路的两输出端之间；
每相中间级高频隔离DC/DC变换器包括N个中间级子电路，每个第一H桥电路连接一个中间级子电路，每个中间级子电路均包括第二H桥电路、原边LC谐振电路、励磁电感Lm、原边绕组、副边LC谐振电路、副边绕组、第三H桥电路和第二输出电容，第二H桥电路的输入端连接第一H桥电路的输出端，原边LC谐振电路的输入端连接第二H桥电路的输出端，励磁电感Lm串联于原边LC谐振电路上，原边绕组与励磁电感Lm并联，副边绕组串联于副边LC谐振电路，第三H桥电路的输入端连接副边LC谐振电路的输出端，第二输出电容连接于第三H桥的两输出端之间；
后级DC/AC变换器包括三相桥式逆变电路和LC滤波电路，每相第三H桥电路的输出端并联之后连接至三相桥式逆变电路的输入端，LC滤波电路的输入端连接三相桥式逆变电路的输出端。
2.根据权利要求1所述的三相电力电子变压器拓扑，其特征在于：LC滤波电路包括三个LC滤波子电路，各LC滤波子电路的输入端分别连接三相桥式逆变电路的不同相的输出端，每一LC滤波子电路包括串联相连的滤波电感Lo和滤波电容Co。
3.根据权利要求2所述的三相电力电子变压器拓扑，其特征在于：三个LC滤波子电路的滤波电容Co为三角形连接。
4.根据权利要求1所述的三相电力电子变压器拓扑，其特征在于：原边LC谐振电路包括串联连接的谐振电容Cr1和谐振电感Lr1。
5.根据权利要求1所述的三相电力电子变压器拓扑，其特征在于：副边LC谐振电路包括串联连接的谐振电容Cr2和谐振电感Lr2。
6.根据权利要求1所述的三相电力电子变压器拓扑，其特征在于：第一H桥电路、第二H桥电路、第三H桥电路均由四个IGBT组成，四个IGBT分别为H桥电路的桥臂。
7.一种三相电力电子变压器的控制方法，其特征在于：本方法基于权利要求1所述变压器拓扑，包括以下步骤：
S01)、前级控制，前级控制包括直流电压控制和交流电流控制，直流电压控制实现直流电压恒定，交流电流控制实现交流侧电流为正弦波和功率因数灵活可调；
S02)、中间级控制，中间级控制是将直流转换成高频交流并耦合到二次侧后再还原成直流，采用开环PWM控制，对于一次侧的第二H桥电路，采用占空比为50％的PWM信号进行逆变，对于二次侧的第三H桥电路，同步进行整流；
S03)、后级控制，后级控制是保证提供给低压侧系统的电压恒定，如果低压侧为无源系统，后级控制采用基于瞬时值反馈的定交流电压控制，如果低压侧为有源系统，后级控制选择定功率控制方式。
8.根据权利要求7所述的三相电力电子变压器的控制方法，其特征在于：采用公式(1)的微分方程描述前级控制：
Figure FDA0002996967210000021
其中，LH、CH分别为交流侧滤波电感和直流侧滤波电容，udch、iH分别为直流电压和电流，i1d、i1q为交流电流在d-q轴系中的分量，i1d为d轴分量，i1q为q轴分量，u1d、u1q和ed、eq分别为交流侧电压和交流电源在d-q轴系中的分量，u1d、ed为d轴分量，u1q、eq为q轴分量，ω为同步角频率；
根据公式(1)设计前级直流电压控制器，前级直流电压控制器包括两个独立的控制器PI1、PI2，将实际直流电压udch与直流电压参考值
Figure FDA0002996967210000022
比较之后的偏差作为反馈信号，反馈信号经过控制器PI1后形成有功电流参考值
Figure FDA0002996967210000023
单个第一H桥电路的直流电压uCi与平均直流电压udch之间的偏差经控制器PI2形成相移补充信号Δδi；三相交流电流采样后转化为d、q轴分量i1d、i1q，分别与各自的参考值
Figure FDA0002996967210000024
比较，得到的偏差信号分别经控制器PI3、PI4后，与电源前馈信号ed和交叉反馈信号eq综合，形成d、q轴参考电压信号
Figure FDA0002996967210000025
输入到前级PWM发生器，PWM信号发生器既定的载波移相PWM策略，产生开关控制信号。
9.根据权利要求7所述的三相电力电子变压器的控制方法，其特征在于：后级控制时，为了满足单相负载的要求，三相输出独立控制，各相电压的有效值与参考值比较后形成偏差信号，偏差信号经过控制器PI5调节后与标准正弦信号相乘，形成瞬时值参考值，瞬时值参考值与反馈的相电压的瞬时值进行比较，比较后的偏差信号经控制器PI6形成参考波，参考波传输至低压级PWM发生器，用于控制脉冲形成，形成的控制脉冲作用于后级DC/AC变换器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113895241A (zh) * 2021-10-18 2022-01-07 成都尚华电气有限公司 一种三相动车组牵引传动供电系统

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103490419A (zh) * 2013-09-27 2014-01-01 国家电网公司 一种配电网柔性交流直流混合供电系统
CN103956911A (zh) * 2014-05-05 2014-07-30 国家电网公司 一种模块化h桥级联型多电平互平衡电力电子变压器
CN104852601A (zh) * 2015-05-27 2015-08-19 广西大学 基于dsp/fpga协同控制的级联型多电平电力电子变压器
CN105490552A (zh) * 2016-01-12 2016-04-13 中国电力科学研究院 一种基于mmc的固态变压器以及控制方法
CN106026685A (zh) * 2016-05-23 2016-10-12 清华大学 一种直流母线电容低波动的三相电力电子变压器拓扑结构
CN106992546A (zh) * 2017-05-10 2017-07-28 三峡大学 一种柔性直流配电网的自适应功率控制系统
CN107645178A (zh) * 2017-09-08 2018-01-30 许继电气股份有限公司 一种基于电力电子变压器的虚拟同步机控制系统及方法
CN108847775A (zh) * 2018-06-20 2018-11-20 上海电机学院 新型电力电子变压器拓扑结构
CN109067193A (zh) * 2018-08-17 2018-12-21 燕山大学 一种级联型电力电子变压器及其不平衡补偿控制方法
CN109217687A (zh) * 2018-08-24 2019-01-15 南京理工大学 基于mmc的配电网电力电子变压器及其控制方法
CN110829845A (zh) * 2019-09-27 2020-02-21 西安交通大学 具有功率自平衡能力的电力电子变压器拓扑及其控制方法
CN111509985A (zh) * 2020-04-27 2020-08-07 许继电气股份有限公司 一种自阻断型真双极电力电子变压器系统及控制方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103490419A (zh) * 2013-09-27 2014-01-01 国家电网公司 一种配电网柔性交流直流混合供电系统
CN103956911A (zh) * 2014-05-05 2014-07-30 国家电网公司 一种模块化h桥级联型多电平互平衡电力电子变压器
CN104852601A (zh) * 2015-05-27 2015-08-19 广西大学 基于dsp/fpga协同控制的级联型多电平电力电子变压器
CN105490552A (zh) * 2016-01-12 2016-04-13 中国电力科学研究院 一种基于mmc的固态变压器以及控制方法
CN106026685A (zh) * 2016-05-23 2016-10-12 清华大学 一种直流母线电容低波动的三相电力电子变压器拓扑结构
CN106992546A (zh) * 2017-05-10 2017-07-28 三峡大学 一种柔性直流配电网的自适应功率控制系统
CN107645178A (zh) * 2017-09-08 2018-01-30 许继电气股份有限公司 一种基于电力电子变压器的虚拟同步机控制系统及方法
CN108847775A (zh) * 2018-06-20 2018-11-20 上海电机学院 新型电力电子变压器拓扑结构
CN109067193A (zh) * 2018-08-17 2018-12-21 燕山大学 一种级联型电力电子变压器及其不平衡补偿控制方法
CN109217687A (zh) * 2018-08-24 2019-01-15 南京理工大学 基于mmc的配电网电力电子变压器及其控制方法
CN110829845A (zh) * 2019-09-27 2020-02-21 西安交通大学 具有功率自平衡能力的电力电子变压器拓扑及其控制方法
CN111509985A (zh) * 2020-04-27 2020-08-07 许继电气股份有限公司 一种自阻断型真双极电力电子变压器系统及控制方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113895241A (zh) * 2021-10-18 2022-01-07 成都尚华电气有限公司 一种三相动车组牵引传动供电系统
WO2023066068A1 (zh) * 2021-10-18 2023-04-27 成都尚华电气有限公司 一种三相动车组牵引传动供电系统

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