CN113219375B - 一种电力电子变压器运行可靠性的测试方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力电子变压器运行可靠性的测试方法和系统。该电力电子变压器包括高压交流端口、高压直流端口、低压直流端口和低压交流端口；该测试方法包括:将高压交流端口、高压直流端口、低压直流端口和低压交流端口中至少一个作为电源侧，输入相应的电源；在低压直流端口接入负载，逐渐加至满载运行设定时长后，测量电力电子变压器的状态参数；在低压交流端口接入负载，逐渐加至满载运行设定时长后，测量电力电子变压器的状态参数；在低压交流端口和低压直流端口均接入负载，逐渐加至设定负载量运行设定时长后，测量电力电子变压器的状态参数。本发明实现了对电力电子变压器可靠性的检测，达到更加全面且准确的效果。

Description

一种电力电子变压器运行可靠性的测试方法和系统

技术领域

本发明实施例涉及电力电子变压器检测技术，尤其涉及一种电力电子变压器运行可靠性的测试方法和系统。

背景技术

电力电子变压器是一种新型的电能转换设备，它不仅具备传统电力变压器所具有的电压变换、电气隔离和能量传递等基本功能，还能够实现电能质量的调节、系统潮流的控制以及无功功率补偿等其它附加功能，电力电子变压器可以实现更为稳定和灵活的输电，可以解决当今电力系统中所存在的许多问题，其应用的前景也将十分广阔。将电力电子变压器应用于分布式微电网还能够实现对其各端口传输功率与电压的独立、快速、准确控制。

电力电子变压器的结构复杂，目前国内外对于电力电子变压器的研究还不够完全，对电力电子变压器应用可靠性还没有明确的检测方法，如何检测电力电子变压器的可靠性成为了亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种电力电子变压器运行可靠性的测试方法和系统，以实现对电力电子变压器可靠性的检测，达到更加全面且准确的效果。

第一方面，本发明实施例提供了一种电力电子变压器运行可靠性的测试方法，所述电力电子变压器包括高压交流端口、高压直流端口、低压直流端口和低压交流端口；

所述测试方法包括:

将高压交流端口、高压直流端口、低压直流端口和低压交流端口中至少一个作为电源侧，输入相应的电源；

在低压直流端口接入负载，逐渐加至满载运行设定时长后，测量所述电力电子变压器的状态参数；

在低压交流端口接入负载，逐渐加至满载运行设定时长后，测量所述电力电子变压器的状态参数；

在低压交流端口和低压直流端口均接入负载，逐渐加至设定负载量运行设定时长后，测量所述电力电子变压器的状态参数。

可选地，所述高压交流端口、高压直流端口、低压直流端口和低压交流端口分别为10kV交流端口、10kV直流端口、±375V直流端口和380V交流端口。

可选地，在低压直流端口接入负载，逐渐加至满载运行设定时长后，测量所述电力电子变压器的状态参数，包括：

在380V交流端口接入负载，断开±375V直流端口负载，并将380V交流端口负载逐渐加至xkW后连续运行m小时，测量所述电力电子变压器的状态参数验证其可靠性；

在低压交流端口接入负载，逐渐加至满载运行设定时长后，测量所述电力电子变压器的状态参数，包括：

在±375V直流端口接入负载，断开380V交流端口负载，并将±375V直流端口负载逐渐加至ykW后连续运行m小时，测量所述电力电子变压器的状态参数验证其可靠性；

在低压交流端口和低压直流端口均接入负载，逐渐加至设定负载量，量运行设定时长后，测量所述电力电子变压器的状态参数，包括：

在±375V直流端口和380V交流端口均接入负载，并将±375V直流端口负载和380V交流端口负载均逐渐加至zkW后连续运行m小时，测量所述电力电子变压器的状态参数验证其可靠性；

可选地，10kV交流端口和10kV直流端口的额定容量均为2zkW，380V交流端口额定输出功率为xkW，±375V直流端口额定输出功率为ykW。

可选地，m等于4。

可选地，测量所述电力电子变压器的状态参数，包括：

功率测量模块监测电力电子变压器输入总功率、输出的总功率和电能质量；

温度测量模块监测所述电力电子变压器的实时温度。

可选地，所述10kV直流端口具有单向功率传输功能；所述±375V直流端口、380V交流端口和所述10kV交流端口均具有双向功率传输功能。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电力电子变压器运行可靠性测试系统，用于执所述的电力电子变压器运行可靠性的测试方法，该系统包括：风力发电机、光热发电设备、光伏板、可调交流负载、可调直流负载和电力电子变压器；所述风力发电机和所述光热发电设备作为电源用于连接至所述电力电子变压器低压交流端口的输入端；所述光伏板作为电源用于连接至所述电力电子变压器低压直流端口的输入端；所述可调交流负载用于分别连接至所述电力电子变压器低压交流端口的输出端和高压交流端口的输出端；所述可调直流负载用于连接至所述电力电子变压器低压直流端口的输出端。

可选地，该电力电子变压器运行可靠性测试系统还包括：功率测量模块，用于监测所述电力电子变压器输入总功率、输出总功率和电能质量。

可选地，该电力电子变压器运行可靠性测试系统还包括：温度测量模块，用于监测所述电力电子变压器的实时温度。

本发明实施例提供的电力电子变压器运行可靠性的测试方法，将电力电子变压器的至少两个端口作为电源端，分别在电力电子变压器的在低压交流端口满载、低压直流端口满载以及低压交流端口和低压直流端口共同连接负载的情况下，电力电子变压器工作设定时间后的各项状态参数达到稳定，此时在电力电子变压器相对运行稳定的情况下，测量变压器的各项状态参数，实现了对电力电子变压器可靠性的全面验证，达到了电力电子变压器可靠性测试更准确、全面的效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电力电子变压器的连接关系示意图；

图2为本发明实施例提供的一种电力电子变压器运行可靠性的测试方法流程图；

图3为本发明实施例提供的另一种电力电子变压器运行可靠性的测试方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种测试时的能量流向示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种测试时的能量流向示意图；

图6为本发明实施例提供的又一种测试时的能量流向示意图；

图7为本发明实施例提供的又一种测试时的能量流向示意图；

图8为本发明实施例提供的又一种测试时的能量流向示意图；

图9为本发明实施例提供的又一种测试时的能量流向示意图；

图10为本发明实施例提供的又一种测试时的能量流向示意图；

图11为本发明实施例提供的又一种测试时的能量流向示意图；

图12为本发明实施例提供的一种电力电子变压器运行可靠性测试系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供了一种电力电子变压器运行可靠性的测试方法。图1为本发明实施例提供的一种电力电子变压器的连接关系示意图，图2为本发明实施例提供的一种电力电子变压器运行可靠性的测试方法流程图，参照图1和图2，该电力电子变压器100包括高压交流端口101、高压直流端口102、低压直流端口103和低压交流端口104；该电力电子变压器运行可靠性的测试方法200包括:

201、将高压交流端口、高压直流端口、低压直流端口和低压交流端口中至少一个作为电源侧，输入相应的电源；

具体的，将电力电子变压器的四个端口中的至少两个端口作为电源侧，接入对应的电源设备，电源设备是用于发电并当作电源使用的设备，如光伏板、光热发电设备和风力发电机。将高压交流端口、高压直流端口、低压直流端口和低压交流端口中至少一个作为电源侧包括：单端口电源模式和多端口电源模式，其中单端口电源模式包括高压交流电源模式、高压直流电源模式、低压交流电源模式和低压直流电源模式。示例性地，高压交流电源模式将高压交流端口作为电源侧。另一方面，多端口电源模式包括高压交流与高压直流电源模式、高压直流与低压直流电源模式、高压直流与低压交流电源模式和高压直流低压直流与低压交流电源模式。示例性地，高压直流低压直流与低压交流电源模式将高压直流端口、低压直流端口与低压交流端口三个端口共同作为电源侧。

202、在低压直流端口接入负载，逐渐加至满载运行设定时长后，测量电力电子变压器的状态参数；

具体地，在电力电子变压器的低压直流端口接入可调负载，逐渐调节可调负载，直至低压直流端口的输出功率达到低压直流端口的额定输出功率，并运行设定时长后测量电力电子变压器的状态参数，其中，运行设定时长是使电力电子变压器工作在相对稳定的状态的时长，运行设定时长后电力电子变压器的状态参数更加稳定且有代表性，设定时长可以取4小时。电力电子变压器的状态参数包括电力电子变压器的温度、输入总功率、输出的总功率和电能质量。需要特别说明是的，高压交流端口、高压直流端口、低压直流端口和低压交流端口均具有双向流动功能，具有双向流动功能的端口既具有连接负载输出电能的功能，也具有连接电源输入电能的功能。

203、在低压交流端口接入负载，逐渐加至满载运行设定时长后，测量电力电子变压器的状态参数；

具体地，在电力电子变压器的低压交流端口接入可调负载，逐渐调节可调负载，直至低压交流端口的输出功率达到低压交流端口的额定输出功率，并运行设定时长后使电力电子变压器工作在相对稳定的状态，再测量电力电子变压器的温度、输入总功率、输出的总功率和电能质量等状态参数，设定时长可以取4小时。

204、在低压交流端口和低压直流端口均接入负载，逐渐加至设定负载量运行设定时长后，测量电力电子变压器的状态参数。

具体地，在电力电子变压器的低压交流端口和低压直流端口均接入可调负载，逐渐调节两个可调负载，直至低压交流端口和低压直流端口的总输出功率达到设定负载量，并运行设定时长后测量电力电子变压器的状态参数。此时，测量到的电力电子变压器的状态参数若均处于正常范围，则表明电力电子变压器的运行可靠性高，否则电力电子变压器的运行可靠性较差，需要进行进一步检查和维修。

本发明实施例提供的电力电子变压器运行可靠性的测试方法，将电力电子变压器的至少两个端口作为电源端，分别在电力电子变压器的在低压交流端口满载、低压直流端口满载以及低压交流端口和低压直流端口共同连接负载的情况下，电力电子变压器工作设定时间后的各项状态参数达到稳定，此时在电力电子变压器相对运行稳定的情况下，测量变压器的各项状态参数，实现了对电力电子变压器可靠性的全面验证，达到了电力电子变压器可靠性测试更准确、全面的效果。

继续参照图1，可选的，高压交流端口101、高压直流端口102、低压直流端口103和低压交流端口104分别为10kV交流端口、10kV直流端口、±375V直流端口和380V交流端口。

其中，10kV交流端口、±375V直流端口和380V交流端口均具有双向流动功能，不仅可以连接负载输出电能，还可以连接电源输入电能。需要特别说明的是，在其它端口接入电源时，10kV交流端口所连的市电高压母线可以看作一个负载。10kV直流端口仅连接高压直流输电母线，不连接负载，仅做单向功率传输功能。±375V直流端口和380V交流端口均可以同时连接各自的分布式电源和可调负载，可以既作为输入端口又作为输出端口，实现了利用分布式电源、市电和可调负载测试电力电子变压器运行可靠性，达到测试更加节能、可靠的效果。

图3为本发明实施例提供的另一种电力电子变压器运行可靠性的测试方法的流程图，参照图3，可选的，该电力电子变压器运行可靠性的测试方法包括：

301、将10kV交流端口、10kV直流端口、±375V直流端口和380V交流端口中至少一个作为电源侧，输入相应的电源；

302、在380V交流端口接入负载，断开±375V直流端口负载，并将380V交流端口负载逐渐加至xkW后连续运行m小时，测量电力电子变压器的状态参数验证其可靠性；

其中，380V交流端口额定输出功率为xkW，x＝700；负载为可调负载，可以根据实际需要进行调节；m＝4，连续运行m小时可以使得电力电子变压器的工作在相对稳定的状态。测量电力电子变压器的状态参数包括：功率测量模块监测电力电子变压器输入总功率、输出的总功率和电能质量；温度测量模块监测电力电子变压器的实时温度。

303、在±375V直流端口接入负载，断开380V交流端口负载，并将±375V直流端口负载逐渐加至ykW后连续运行m小时，测量电力电子变压器的状态参数验证其可靠性；

其中，±375V直流端口额定输出功率为ykW，y＝1000；负载为可调负载，可以根据实际需要进行调节；m＝4，连续运行m小时可以使得电力电子变压器的工作在相对稳定的状态。测量电力电子变压器的状态参数包括：功率测量模块监测电力电子变压器输入总功率、输出的总功率和电能质量；温度测量模块监测电力电子变压器的实时温度。

304、在±375V直流端口和380V交流端口均接入负载，并将±375V直流端口负载和380V交流端口负载均逐渐加至zkW后连续运行m小时，测量电力电子变压器的状态参数验证其可靠性。

其中，zkW是±375V直流端口的额定输出功率的一半，z＝500，10kV交流端口和10kV直流端口的额定容量均为2zkW；负载为可调负载，可以根据实际需要进行调节；m＝4，连续运行m小时可以使得电力电子变压器的工作在相对稳定的状态。测量电力电子变压器的状态参数包括：功率测量模块监测电力电子变压器输入总功率、输出的总功率和电能质量；温度测量模块监测电力电子变压器的实时温度。

本发明实施例提供的电力电子变压器运行可靠性的测试方法，将电力电子变压器的至少两个端口作为电源端，分别在电力电子变压器的在低压交流端口满载、低压直流端口满载以及低压交流端口和低压直流端口共同连接负载的情况下，测量电力电子变压器工作设定时间后的各项状态参数达到稳定，此时在电力电子变压器相对运行稳定的情况下，测量变压器的各项状态参数，实现了对电力电子变压器可靠性的验证，达到了电力电子变压器可靠性测试更准确、全面的效果。

继续参照图1，可选地，10kV直流端口具有单向功率传输功能；±375V直流端口、380V交流端口和10kV交流端口均具有双向功率传输功能。

其中，10kV直流端口具有单向功率传输功能，在测试中仅可以作为电源侧连接电源设备。±375V直流端口、380V交流端口和10kV交流端口均具有双向功率传输功能，即可以作为电源侧连接电源设备，又可以作为输出端连接负载，在各端口做电源端和输出端的情况下分别进行电力电子变压器的状态检测，实现对电力电子变压器的多状态可靠性的测试，实现测试更全面的效果。

示例性地，图4为本发明实施例提供的一种测试时的能量流向示意图，参见图4，当以10kV交流端口作为电源端口进行测试时，电力电子变压器内的能量流向有a1和a2两种，a1是由10kV交流端口流向380V交流端口，a2是由10kV交流端口流向±375V直流端口。

示例性地，图5为本发明实施例提供的另一种测试时的能量流向示意图，参见图5，当以10kV直流端口作为电源端口进行测试时，电力电子变压器内的能量流向有a3、a4和a5三种，a3是由10kV直流端口流向380V交流端口，a4是由10kV直流端口流向±375kV直流端口，a5是由10kV直流端口流向10kV交流端口。需要特别说明的是，当10kV直流端口的输入功率大于可调负载的消耗总功率时，电力电子变压器内的能量流向可能存在a5，此时多余的能量输出至10kV交流端口，给市电母线供电。

示例性地，图6为本发明实施例提供的又一种测试时的能量流向示意图，参见图6，当以380kV交流端口作为电源端口进行测试时，电力电子变压器内的能量流向有a6和a7两种，a6是由380kV交流端口流向10kV交流端口，a7是由380kV交流端口流向±375V直流端口。需要特别说明的是，当380V交流端口的输入功率大于可调负载的消耗总功率时，电力电子变压器内的能量流向可能存在a6，此时多余的能量输出至10kV交流端口，给市电母线供电。

示例性地，图7为本发明实施例提供的又一种测试时的能量流向示意图，参见图7，当以±375V直流端口作为电源端口进行测试时，电力电子变压器内的能量流向有a8和a9两种。a8是由±375V直流端口流向10kV交流端口，a9是由±375V直流端口流向380kV交流端口。需要特别说明的是，当±375kV直流端口的输入功率大于可调负载的消耗总功率时，电力电子变压器内的能量流向可能存在8，此时多余的能量输出至10kV交流端口，给市电母线供电。

示例性地，图8为本发明实施例提供的又一种测试时的能量流向示意图，参见图8，当以10kV直流端口和10kV交流端口作为电源端口进行测试时，因为端口线路在某一时刻的功率流向只能为单方向，电力电子变压器内的能量流向只能有b1、b2、b3和b4四种。b1是由10kV交流端口流向380kV交流端口，b2是由10kV交流端口流向±375V直流端口，b3是由10kV直流端口流向380kV交流端口，b4是由10kV直流端口流向±375V直流端口。此种模式下10kV交流端口的输出功率为b1+b2；10kV直流端口的输出功率为b3+b4；380V交流端口的接收功率为b1+b3；±375V直流端口的接收功率为b2+b4。

示例性地，图9为本发明实施例提供的又一种测试时的能量流向示意图，图10为本发明实施例提供的又一种能量流向示意图，参见图9和图10，当以10kV直流端口和±375V直流端口作为电源端口进行测试时，因为端口线路在某一时刻的功率流向只能为单方向，电力电子变压器内的能量流向为b3和b9的组合，或b3、b5和b8的组合。b3是由10kV直流端口流向380kV交流端口，b5是由10kV直流端口流向10kV交流端口，b8是由±375V直流端口流向10kV交流端口，b9是由±375V直流端口流向380kV交流端口。此种模式下10kV直流端口的输出功率为b3或b3+b5；±375V直流端口的输出功率为b9或b8；380kV交流端口的接受功率为b3或b3+b9；10kV交流端口的接收功率为b5或b5+b8。需要特别说明的是，当±375V直流端口和10kV直流端口的输入总功率大于可调负载的消耗总功率时，电力电子变压器内的能量流向可能存在b5和b8，此时多余的能量输出至10kV交流端口，给市电母线供电。

示例性地，图11为本发明实施例提供的又一种测试时的能量流向示意图，参见图11，当以10kV直流端口、380V交流端口和±375V直流端口的任意两个或三个同时作为电源端口进行测试时，因为端口线路在某一时刻的功率流向只能为单方向，电力电子变压器内的能量流向有b5、b6和b8，电力电子变压器在端口之间的能源流动方向只能为b5、b6和b8之中的两项或三项。b5是由10kV直流端口流向10kV交流端口，b6是由380V交流端口流向10kV交流端口，b8是由±375V直流端口流向10kV交流端口。此种模式下10kV直流端口的输出功率为b5；380V交流端口的输出功率为b6；±375V直流端口的输出功率为b8；10kV交流端口的接收功率为b5+b6、b5+b8、b6+b8或b5+b6+b8。

本发明实施例还提供一种电力电子变压器运行可靠性测试系统。图12为本发明实施例提供的一种电力电子变压器运行可靠性测试系统的结构示意图，参见图12，该系统用于执行前述任一实施例的电力电子变压器100运行可靠性的测试方法，该系统包括：风力发电机401、光热发电设备402、光伏板403、可调交流负载404、可调直流负载405和电力电子变压器100；风力发电机401和光热发电设备402作为电源用于连接至电力电子变压器100低压交流端口的输入端；光伏板403作为电源用于连接至电力电子变压器100低压直流端口的输入端；可调交流负载404用于分别连接至电力电子变压器100低压交流端口的输出端和高压交流端口的输出端；可调直流负载405用于连接至电力电子变压器100低压直流端口的输出端。

其中，电力电子变压器100包括高压交流端口、高压直流端口、低压直流端口和低压交流端口。高压直流端口具有单向功率传输功能，在测试中仅可以作为电源侧连接高压直流母线，高压直流母线为电力电子变压器100供电。高压交流端口、低压直流端口和低压交流端口均具有双向功率传输功能，但在某一时刻端口的功率流向只能为单方向。高压交流端口连接市电母线，在高压交流端口作为电源端时，市电母线为电力电子变压器100供电，在低压直流端口和低压交流端口作为电源端输入电能，高压交流端口作为输出端时，市电母线可以看作一个负载。

示例性地，当将高压交流端口作为电源侧，此时市电母线为电力电子变压器100提供电源；首先在低压直流端口接入可调直流负载405，逐渐加至满载1000kW并运行4小时，此时电力电子变压器100的各运行稳定，各项参数变化较小，此时测量电力电子变压器100的温度、监测电力电子变压器100的输入总功率、输出总功率和电能质量。然后，在低压交流端口接入可调交流负载404，逐渐加至满载700kW后运行4小时，此时电力电子变压器100的各运行稳定，各项参数变化较小，此时测量电力电子变压器100的温度、监测电力电子变压器100的输入总功率、输出总功率和电能质量。最后，在低压交流端口和低压直流端口分别接入可调交流负载404和可调直流负载405，可调交流负载404和可调直流负载405均逐渐加至500kW后运行4小时。此时电力电子变压器100的各运行稳定，各项参数变化较小，此时测量电力电子变压器100的温度、监测电力电子变压器100的输入总功率、输出总功率和电能质量。若以上测量的各项参数都在正常范围内，则电力电子变压器100在高压交流端口作为电源侧的情况下具有较高的可靠性。

本实施例提供的电力电子变压器运行可靠性测试系统，采用分布式电源作为测试系统的部分电源设备，充分利用了新型能源，减少了测试过程中对市电的依靠，并实现了对电力电子变压器可靠性的全面测试，达到了节能且测试全面、可靠的效果。

继续参照图12，可选地，该电力电子变压器100运行可靠性测试系统还包括：功率测量模块407，用于监测电力电子变压器100的输入总功率、输出总功率和电能质量。

继续参照图12，可选地，该电力电子变压器100运行可靠性测试系统还包括：温度测量模块408，用于监测电力电子变压器100的实时温度。

本实施例提供的电力电子变压器运行可靠性测试系统，采用分布式电源作为测试系统的部分电源设备，充分利用了新型能源，减少了测试过程中对市电的依靠，并利用功率测量模块和温度测量模块测量电力电子变压器的输入输出功率、电能质量和温度，实现了对电力电子变压器可靠性的全面测试，达到了节能且测试全面、可靠的效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (5)

1.一种电力电子变压器运行可靠性的测试方法，其特征在于，所述电力电子变压器包括高压交流端口、高压直流端口、低压直流端口和低压交流端口；

所述测试方法包括:

将高压交流端口、高压直流端口、低压直流端口和低压交流端口中至少一个作为电源侧，输入相应的电源，其中，所述高压交流端口、高压直流端口、低压直流端口和低压交流端口分别为10kV交流端口、10kV直流端口、±375V直流端口和380V交流端口；

在380V交流端口接入负载，断开±375V直流端口负载，并将380V交流端口负载逐渐加至xkW后连续运行m小时，测量所述电力电子变压器的状态参数验证其可靠性；

在±375V直流端口接入负载，断开380V交流端口负载，并将±375V直流端口负载逐渐加至ykW后连续运行m小时，测量所述电力电子变压器的状态参数验证其可靠性；

在±375V直流端口和380V交流端口均接入负载，并将±375V直流端口负载和380V交流端口负载均逐渐加至zkW后连续运行m小时，测量所述电力电子变压器的状态参数验证其可靠性。

2.根据权利要求1所述的电力电子变压器运行可靠性的测试方法，其特征在于，10kV交流端口和10kV直流端口的额定容量均为2zkW，380V交流端口额定输出功率为xkW，±375V直流端口额定输出功率为ykW。

3.根据权利要求1所述的电力电子变压器运行可靠性的测试方法，其特征在于，m等于4。

4.根据权利要求1所述的电力电子变压器运行可靠性的测试方法，其特征在于，测量所述电力电子变压器的状态参数，包括：

功率测量模块监测电力电子变压器输入总功率、输出的总功率和电能质量；

温度测量模块监测所述电力电子变压器的实时温度。

5.根据权利要求1所述的电力电子变压器运行可靠性的测试方法，其特征在于，所述10kV直流端口具有单向功率传输功能；所述±375V直流端口、380V交流端口和所述10kV交流端口均具有双向功率传输功能。

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