CN113189428A - 一种电能质量监测管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能质量监测处理系统，包括：电能质量处理模块、整合计算模块和电力线路保障模块。本发明的一种电能质量监测处理系统，通过对电能质量进行采集和处理后进行初步评估，并进行数据整合出发安全稳态分析，基于安全稳态分析进行联合计算实现电力保障，实现对电能质量的合理监测和管理。

Description

一种电能质量监测管理系统

技术领域

本发明涉及电能质量保障领域，具体涉及一种电能质量监测处理系统。

背景技术

随着我国电力工业改革的完成和不断完善,电力工业逐渐完成市场经济的转轨,竞争机制的促进下,有效地带动了电力工业的快速发展,以最小成本的付出,实现最大收益的回报是电力工业的生产目标,为了实现这一目标,就需要电力工业做好电能质量的管理与控制,确保电力系统可持续发展。

提高电能质量数据监测和管理的有效性是解决电力系统电能质量问题的前提条件，本发明针对现有的电能质量监测装置和监测数据管理的不足,结合安全稳定分析和线路保障技术,开发了电能质量监测处理系统,满足了对区域电网电能质量的实时同步监测,数据分析及有效管理的要求。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明一种电能质量监测处理系统，包括：电能质量处理模块、整合计算模块和电力线路保障模块，其中。

所述电能质量处理模块，用于。

（1）数据采集和存储，根据电压监测装置的类型采用不同的通信方式进行数据采集，包括网络、专线和无线方式。

（2）数据接口配置。省级主站通过与网级主站的纵向接口，主动或响应召唤命令将本单位台账信息和监测数据上送至网级主站。省级主站与网级主站通过基于WEBService服务的开放式数据接口，与其他电力信息系统进行数据交互和共享。

（3）数据统计和分析。统计的内容包括最大值、最小值、平均值、95%概率值；越限次数和越限率；支持稳态电能质量分析，针对预定区域内所有监测点，进行包括电压偏差、频率偏差、谐波、三相电压不平衡度和电压闪变的合格率统计分析和越限分析。

（4）数据评估，确定规划地理范围以及规划区的电压等级、电站情况信息，作为配电网现状分析、负荷预测以及配电网规划的边界条件。

所述整合计算模块，用于。

1)数据整合，通过整合实时方式、设备参数、电网模型、故障集、遥测遥信、相量量测和二次信息，生成整合潮流（包括运行方式和电网模型参数），并触发安全稳定分析。

2)联合计算，根据在线潮流数据进行安全稳定分析，并根据安全稳定分析结果，触发电力线路保障，具体地，当安全稳定分析结果中存在消极结果时，触发电力线路保障。

所述电力线路保障模块，用于进行。

S1.读取支路及其联络线，组成计算支路集。

S2.初始化邻接支路队列。

S3.计算支路集潮流分布；分别得到各条支路的负荷和转供裕度。

S4.从计算支路集中取一条支路A，其中A的负荷为La，将最大裕度变量值置零，将支路A的全部邻接支路加入到邻接支路队列中。

S5.根据计算支路集的潮流计算结果将邻接支路队列中最大裕度支路B的裕度存入最大裕度变量；并将支路A标记为已处理，如果最大裕度变量能转供本条支路A的负荷，即此时最大裕度变量的值大于La，则对上述两条支路A和B的潮流进行校验，如果不存在越限则校验成功，本条支路A的转供保障通过，转S4；校验失败则转S6；如果最大裕度变量的值不能转供本条支路A的负荷，转S6。

S6.判断所述计算支路集是否处理完毕，如果还有未处理的支路，则转S4；否则，输出处理结果。

优选地，所述数据采集和存储，能够自动定时远程超收或由操作员即时远程超收监测点数据；其中数据源包括电能质量监测终端，支持通过以太网与电能质量监测终端通信，并将所釆集的统计数据、录波数据、故障告警信息等均通过数据库实现永久存储。所述数据库具有安全权限控制，并采用冗余配置定期进行数据备份。

优选地，所述数据统计和分析，支持暂态电能质量分析，针对预定区域内所有监测点，按行政区域、管理单位、电压等级、监测对象类型、暂态事件类型或特征值的分类统计分析暂态事件，同时支持数据质量管理，按单位和厂家进行数据完整率统计和对比分析，针对缺失数据能够批量自动补召或手动补召。同时能够针对电压进行周期性统计，统计周期包括日、月、季、年及自定义时间段，统计的内容包括综合电压合格率、中心城市、城镇、农村居民端电压合格率和所述电压监测仪实测率。

优选地，所述数据评估，根据预定区域现阶段以及未来阶段的时间标段确定分析和规划的时间基准，其中，在所述时间标段内，电力负荷呈现比例增加状态。从区域地理的空间利用维度和预测年限长短的时间维度确定电力负荷预测深度；根据负荷预测预估结果，确定配电网规划的整体规模，以及针对不同电力敏感用户类型规划差异性配置方案。

优选地，所述安全稳定分析包括。

a.静态安全分析，针对指定的输电断面，扫描电网内110kV和35kV交流线、变压器故障和双回线、站内两台主变压器故障，包括地调范围内交流线电流越限、变压器容量越限和中枢点母线电压越限情况。存在越限则为消极结果，否则为积极结果。

b.暂态稳定分析,根据暂态稳定预想故障集，对电网进行时域仿真计算，计算电力系统受到干扰后各同步发电机保持同步运行并过渡到稳态运行方式的能力，并给出安全分析结果及其排序，所述安全分析结果包括暂态功角稳定性、暂态电压稳定性和暂态频率稳定性。

c.短路电流分析，用于计算电力网络发生单相和三相短路故障后的故障电流。故障电流超过预定的故障阈值为消极结果，否则为积极结果。

d.合环操作校核分析：执行合环操作前，根据实际运行工况校验合环后的稳态电流是否越限，并基于在线数据，确定合环瞬间的冲击电流是否超过冲击阈值。存在越限或冲击电流超过冲击阈值为消极结果，否则为积极结果。

优选地，对于暂态稳态分析，分析对象为地级电网，监视对象为机组功角差情况和中枢点母线电压。安全分析结果中的暂态功角稳定性、暂态电压稳定性和暂态频率稳定性存在一项或多项未达到对应的预定稳定性指标为消极结果，否则为积极结果。

优选地，所述对上述两条支路A和B的潮流进行校验，包括：将支路A首端断路器断开，同时将支路B联络开关合上，计算此时支路A和B合并后的潮流。通过所述支路A和B合并后的潮流，判断是否存在越限。

优选地，所述读取支路及其联络线，组成计算支路集，包括。

S102.对开关表进行循环，读取一个联络开关。

S103.对于读取的联络开关，通过所述联络开关的所属支路，解析所述联络开关联络的两条支路C和D。

S104.判断所述两条支路C和D是否在第一数组中，如果都不在，则进入S105写入联络开关两侧的支路C和D；如果支路C在而支路D不在，则进入S107，如果都在则返回S102。

S105.将所述两条支路C和D的支路ID分别写入第一数组；同时分别将支路C和D所属的支路集ID写入第二数组中与第一数组对应的相同位置。

S106.支路集ID增加1，为写入下一个支路做准备,返回S102。

S107.将未在第一数组中的支路D的支路ID写入第一数组，同时将在第一数组中的支路C所属的支路集ID赋予未在第一数组中的支路D，即此时支路C和支路D具有相同的支路集ID，并将支路D的支路集ID写入第二数组中与第一数组对应的相同位置。

S108.判断是否所有的联络开关都处理完毕，若是则进入S109，否则返回S102。

S109.将没有联络线的单辐射线路的支路集ID设为0。

S110.循环所述第一数组和第二数组，输出每一条支路的支路ID及所属支路集ID，以及每一条支路的邻接支路ID，以形成计算支路集。

优选地，在步骤S102之前，所述读取支路及其联络线，组成计算支路集，还包括。

S101.初始化第一数组和第二数组，其中第一数据用于存储支路ID，第二数组用于存储支路所属的支路集ID；全部支路所属的支路集的支路集ID初始值为1，通过读取支路及其联络线获取配电网的开关表。

本发明的一种电能质量监测处理系统，通过对电能质量进行采集和处理后进行初步评估，并进行数据整合出发安全稳态分析，基于安全稳态分析进行联合计算实现电力保障，实现对电能质量的合理监测和管理。

附图说明

图1为本发明一种电能质量监测处理系统的结构图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种电能质量监测处理系统，包括：电能质量处理模块、整合计算模块和电力线路保障模块，其中。

所述电能质量处理模块，用于。

（1）数据采集和存储，根据电压监测装置的类型采用不同的通信方式进行数据采集，包括网络、专线和无线方式；能够自动定时远程超收或由操作员即时远程超收监测点数据；其中数据源包括电能质量监测终端，支持通过以太网与电能质量监测终端通信，并将所釆集的统计数据、录波数据、故障告警信息等均通过数据库实现永久存储。所述数据库具有安全权限控制，并采用冗余配置定期进行数据备份。

（2）数据接口配置。省级主站通过与网级主站的纵向接口，主动或响应召唤命令将本单位台账信息和监测数据上送至网级主站。省级主站与网级主站通过基于WEBService服务的开放式数据接口，与其他电力信息系统进行数据交互和共享。

（3）数据统计和分析。统计的内容包括最大值、最小值、平均值、95%概率值；越限次数和越限率；支持稳态电能质量分析，针对预定区域内所有监测点，进行包括电压偏差、频率偏差、谐波、三相电压不平衡度和电压闪变的合格率统计分析和越限分析。支持暂态电能质量分析，针对预定区域内所有监测点，按行政区域、管理单位、电压等级、监测对象类型、暂态事件类型或特征值的分类统计分析暂态事件，同时支持数据质量管理，按单位和厂家进行数据完整率统计和对比分析，针对缺失数据能够批量自动补召或手动补召。同时能够针对电压进行周期性统计，统计周期包括日、月、季、年及自定义时间段，统计的内容包括综合电压合格率、中心城市、城镇、农村居民端电压合格率和所述电压监测仪实测率。

（4）数据评估，确定规划地理范围以及规划区的电压等级、电站情况信息，作为配电网现状分析、负荷预测以及配电网规划的边界条件。根据预定区域现阶段以及未来阶段的时间标段确定分析和规划的时间基准，其中，在所述时间标段内，电力负荷呈现比例增加状态。从区域地理的空间利用维度和预测年限长短的时间维度确定电力负荷预测深度；根据负荷预测预估结果，确定配电网规划的整体规模，以及针对不同电力敏感用户类型规划差异性配置方案。

所述整合计算模块，用于。

1)数据整合，通过整合实时方式、设备参数、电网模型、故障集、遥测遥信、相量量测和二次信息，生成整合潮流（包括运行方式和电网模型参数等信息），并触发安全稳定分析，所述安全稳定分析包括。

a.静态安全分析，针对指定的输电断面，扫描电网内110kV和35kV交流线、变压器故障和双回线、站内两台主变压器故障，包括地调范围内交流线电流越限、变压器容量越限和中枢点母线电压越限情况。存在越限则为消极结果，否则为积极结果。

b.暂态稳定分析,根据暂态稳定预想故障集，对电网进行时域仿真计算，计算电力系统受到干扰后各同步发电机保持同步运行并过渡到稳态运行方式的能力，并给出安全分析结果及其排序，所述安全分析结果包括暂态功角稳定性、暂态电压稳定性和暂态频率稳定性。其中，分析对象为地级电网，监视对象为机组功角差情况和中枢点母线电压。安全分析结果中的暂态功角稳定性、暂态电压稳定性和暂态频率稳定性存在一项或多项未达到对应的预定稳定性指标为消极结果，否则为积极结果。

c.短路电流分析，用于计算电力网络发生单相和三相短路故障后的故障电流。故障电流超过预定的故障阈值为消极结果，否则为积极结果。

d.合环操作校核分析：电网进行合环操作时，因为开关两侧电压差的存在，网络中会产生环流，而且合环瞬间会产生较大的冲击电流，这直接影响到电网的安全稳定运行。执行合环操作前，根据实际运行工况校验合环后的稳态电流是否越限，并基于在线数据，确定合环瞬间的冲击电流是否超过冲击阈值。存在越限或冲击电流超过冲击阈值为消极结果，否则为积极结果。

2)联合计算，根据在线潮流数据进行安全稳定分析，并根据安全稳定分析结果，触发电力线路保障，具体地，当安全稳定分析结果中存在消极结果时，触发电力线路保障。

所述电力线路保障模块，用于进行。

S1.读取支路及其联络线，组成计算支路集。

S2.初始化邻接支路队列。

S3.计算支路集潮流分布；分别得到各条支路的负荷和转供裕度。

S4.从计算支路集中取一条支路A，其中A的负荷为La，将最大裕度变量值置零，将支路A的全部邻接支路加入到邻接支路队列中。

S5.根据计算支路集的潮流计算结果将邻接支路队列中最大裕度支路B的裕度存入最大裕度变量；并将支路A标记为已处理，如果最大裕度变量能转供本条支路A的负荷，即此时最大裕度变量的值大于La，则对上述两条支路A和B的潮流进行校验，所述对上述两条支路A和B的潮流进行校验，包括：将支路A首端断路器断开，同时将支路B联络开关合上，计算此时支路A和B合并后的潮流。通过所述支路A和B合并后的潮流，判断是否存在越限。如果不存在越限则校验成功，本条支路A的转供保障通过，转S4；校验失败则转S6；如果最大裕度变量的值不能转供本条支路A的负荷，转S6。

S6.判断所述计算支路集是否处理完毕，如果还有未处理的支路，则转S4；否则，输出处理结果。

其中，所述读取支路及其联络线，组成计算支路集，包括。

S101.初始化第一数组和第二数组，其中第一数据用于存储支路ID，第二数组用于存储支路所属的支路集ID；全部支路所属的支路集的支路集ID初始值为1，通过读取支路及其联络线获取配电网的开关表。

S102.对开关表进行循环，读取一个联络开关，所述读取可以为按照设定方向顺序读取或按照设定规则依次读取。

S103.对于读取的联络开关，通过所述联络开关的所属支路，解析所述联络开关联络的两条支路C和D。

S104.判断所述两条支路C和D是否在第一数组中，如果都不在，则进入S105写入联络开关两侧的支路C和D；如果支路C在而支路D不在，则进入S107，如果都在则返回S102。

S105.将所述两条支路C和D的支路ID分别写入第一数组；同时分别将支路C和D所属的支路集ID写入第二数组中与第一数组对应的相同位置。具体地，若将所述两条支路C和D的支路ID分别写入第一数组的第一和第二位置，则分别将支路C和D所属的支路集ID写入第二数组中的第一和第二位置。

S106.支路集ID增加1，为写入下一个支路做准备,返回S102。

S107.将未在第一数组中的支路D的支路ID写入第一数组，同时将在第一数组中的支路C所属的支路集ID赋予未在第一数组中的支路D，即此时支路C和支路D具有相同的支路集ID，并将支路D的支路集ID写入第二数组中与第一数组对应的相同位置。

S108.判断是否所有的联络开关都处理完毕，若是则进入S109，否则返回S102。

S109.将没有联络线的单辐射线路的支路集ID设为0。

S110.循环所述第一数组和第二数组，输出每一条支路的支路ID及所属支路集ID，以及每一条支路的邻接支路ID，以形成计算支路集。

在输出处理结果后，进一步可采用积分算法对配电网进行全过程动态模拟，包括。

A.读取潮流基础数据和动态模型参数，并进行参数值的合理性检查。在检查结果为参数值在预设的合理范围内时，进行配电网全网潮流计算，确定扰动前的稳态运行情况。

B.建立状态变量、中间变量和参数常量与各元件模型的对应关系，并对状态变量进行初始化计算，得到积分初值。

C.设置模拟时间t=0和模拟结束时间，基于所述对应关系和积分初值启动模拟。

D.选择当前步长类型确定积分算法，如果是固定步长，则使用固定步长的梯形积分算法进行计算；如果是变步长，则进行求解变量的预测计算，使用变步长的吉尔积分算法进行计算，根据模拟时间和积分算法设置迭代次数，如模拟时间长可将迭代次数设置大一点，积分算法运算快可将迭代次数设置大一点。即模式时间的长度或积分算法的运算速度与设置的迭代次数的大小成正比。

E.根据确定的积分算法进行积分过程的迭代计算，直到满足算法的收敛条件（如达到迭代次数），对于变步长算法，还需要进行截断误差和变阶变步长的处理。

F.判断本次积分是否成功，如果积分成功，则进行下一步骤G的计算，否则，结束模拟。

G.判断有无故障操作发生。如果有故障操作发生，则计算故障时刻的积分初值进入步骤H；否则进入步骤I。

H.利用所述对应关系和故障时刻的积分初值再次启动模拟，进入步骤D。

I.判断模拟结束时间是否达到，如果模拟结束时间未到，则模拟时间t增加一个步长，并重复上述步骤D-H，否则输出全部积分计算结果。

其中，上述电能质量处理模块、整合计算模块和电力线路保障模块通过对应的进程和线程实现模块功能，各模块之间通过逻辑连接或电连接，各模块具体功能可由物理处理器执行存储器中存储的程序代码实现。

本发明的一种电能质量监测处理系统，通过对电能质量进行采集和处理后进行初步评估，并进行数据整合出发安全稳态分析，基于安全稳态分析进行联合计算实现电力保障，实现对电能质量的合理监测和管理。

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形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电能质量监测处理系统，其特征在于，包括：电能质量处理模块、整合计算模块和电力线路保障模块，其中，

所述电能质量处理模块，用于：

（1）数据采集和存储，根据电压监测装置的类型采用不同的通信方式进行数据采集，包括网络、专线和无线方式；

（2）数据接口配置；省级主站通过与网级主站的纵向接口，主动或响应召唤命令将本单位台账信息和监测数据上送至网级主站；省级主站与网级主站通过基于WEBService服务的开放式数据接口，与其他电力信息系统进行数据交互和共享；

（3）数据统计和分析；统计的内容包括最大值、最小值、平均值、95%概率值；越限次数和越限率；支持稳态电能质量分析，针对预定区域内所有监测点，进行包括电压偏差、频率偏差、谐波、三相电压不平衡度和电压闪变的合格率统计分析和越限分析；

（4）数据评估，确定规划地理范围以及规划区的电压等级、电站情况信息，作为配电网现状分析、负荷预测以及配电网规划的边界条件；

所述整合计算模块，用于：

1)数据整合，通过整合实时方式、设备参数、电网模型、故障集、遥测遥信、相量量测和二次信息，生成整合潮流（包括运行方式和电网模型参数），并触发安全稳定分析；

2)联合计算，根据在线潮流数据进行安全稳定分析，并根据安全稳定分析结果，触发电力线路保障，具体地，当安全稳定分析结果中存在消极结果时，触发电力线路保障；

所述电力线路保障模块，用于进行：

S1.读取支路及其联络线，组成计算支路集；

S2.初始化邻接支路队列；

S3.计算支路集潮流分布；分别得到各条支路的负荷和转供裕度；

S4.从计算支路集中取一条支路A，其中A的负荷为La，将最大裕度变量值置零，将支路A的全部邻接支路加入到邻接支路队列中；

S5.根据计算支路集的潮流计算结果将邻接支路队列中最大裕度支路B的裕度存入最大裕度变量；并将支路A标记为已处理，如果最大裕度变量能转供本条支路A的负荷，即此时最大裕度变量的值大于La，则对上述两条支路A和B的潮流进行校验，如果不存在越限则校验成功，本条支路A的转供保障通过，转S4；校验失败则转S6；如果最大裕度变量的值不能转供本条支路A的负荷，转S6；

S6.判断所述计算支路集是否处理完毕，如果还有未处理的支路，则转S4；否则，输出处理结果。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集和存储，能够自动定时远程超收或由操作员即时远程超收监测点数据；其中数据源包括电能质量监测终端，支持通过以太网与电能质量监测终端通信，并将所釆集的统计数据、录波数据、故障告警信息等均通过数据库实现永久存储；所述数据库具有安全权限控制，并采用冗余配置定期进行数据备份。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据统计和分析，支持暂态电能质量分析，针对预定区域内所有监测点，按行政区域、管理单位、电压等级、监测对象类型、暂态事件类型或特征值的分类统计分析暂态事件，同时支持数据质量管理，按单位和厂家进行数据完整率统计和对比分析，针对缺失数据能够批量自动补召或手动补召；同时能够针对电压进行周期性统计，统计周期包括日、月、季、年及自定义时间段，统计的内容包括综合电压合格率、中心城市、城镇、农村居民端电压合格率和所述电压监测仪实测率。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据评估，根据预定区域现阶段以及未来阶段的时间标段确定分析和规划的时间基准，其中，在所述时间标段内，电力负荷呈现比例增加状态；从区域地理的空间利用维度和预测年限长短的时间维度确定电力负荷预测深度；根据负荷预测预估结果，确定配电网规划的整体规模，以及针对不同电力敏感用户类型规划差异性配置方案。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述安全稳定分析包括：

a.静态安全分析，针对指定的输电断面，扫描电网内110kV和35kV交流线、变压器故障和双回线、站内两台主变压器故障，包括地调范围内交流线电流越限、变压器容量越限和中枢点母线电压越限情况；存在越限则为消极结果，否则为积极结果；

b.暂态稳定分析,根据暂态稳定预想故障集，对电网进行时域仿真计算，计算电力系统受到干扰后各同步发电机保持同步运行并过渡到稳态运行方式的能力，并给出安全分析结果及其排序，所述安全分析结果包括暂态功角稳定性、暂态电压稳定性和暂态频率稳定性；

c.短路电流分析，用于计算电力网络发生单相和三相短路故障后的故障电流；故障电流超过预定的故障阈值为消极结果，否则为积极结果；

d.合环操作校核分析：执行合环操作前，根据实际运行工况校验合环后的稳态电流是否越限，并基于在线数据，确定合环瞬间的冲击电流是否超过冲击阈值；存在越限或冲击电流超过冲击阈值为消极结果，否则为积极结果。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，对于暂态稳态分析，分析对象为地级电网，监视对象为机组功角差情况和中枢点母线电压；安全分析结果中的暂态功角稳定性、暂态电压稳定性和暂态频率稳定性存在一项或多项未达到对应的预定稳定性指标为消极结果，否则为积极结果。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述对上述两条支路A和B的潮流进行校验，包括：将支路A首端断路器断开，同时将支路B联络开关合上，计算此时支路A和B合并后的潮流；通过所述支路A和B合并后的潮流，判断是否存在越限。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述读取支路及其联络线，组成计算支路集，包括：

S102.对开关表进行循环，读取一个联络开关；

S103.对于读取的联络开关，通过所述联络开关的所属支路，解析所述联络开关联络的两条支路C和D；

S104.判断所述两条支路C和D是否在第一数组中，如果都不在，则进入S105写入联络开关两侧的支路C和D；如果支路C在而支路D不在，则进入S107，如果都在则返回S102；

S105.将所述两条支路C和D的支路ID分别写入第一数组；同时分别将支路C和D所属的支路集ID写入第二数组中与第一数组对应的相同位置；

S106.支路集ID增加1，为写入下一个支路做准备,返回S102；

S107.将未在第一数组中的支路D的支路ID写入第一数组，同时将在第一数组中的支路C所属的支路集ID赋予未在第一数组中的支路D，即此时支路C和支路D具有相同的支路集ID，并将支路D的支路集ID写入第二数组中与第一数组对应的相同位置；

S108.判断是否所有的联络开关都处理完毕，若是则进入S109，否则返回S102；

S109.将没有联络线的单辐射线路的支路集ID设为0；

S110.循环所述第一数组和第二数组，输出每一条支路的支路ID及所属支路集ID，以及每一条支路的邻接支路ID，以形成计算支路集。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，在步骤S102之前，所述读取支路及其联络线，组成计算支路集，还包括：

S101.初始化第一数组和第二数组，其中第一数据用于存储支路ID，第二数组用于存储支路所属的支路集ID；全部支路所属的支路集的支路集ID初始值为1，通过读取支路及其联络线获取配电网的开关表。

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