CN113625124A - 一种直流配电网单极故障线路的确定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流配电网单极故障线路的确定方法及装置，方法包括：S1，获取直流配电网中首尾两端换流器直流侧的正、负极电压值；S2，根据正、负极电压值，判断直流配电网是否发生故障；若是，则执行步骤S3；S3，基于正、负极电压值，结合预先设定的故障类型判定方程，确定直流配电网的故障类型是否为单机接地故障；若是，则执行步骤S4；S4，通过预先设定的虚拟能量变化率计算公式，计算得到所有直流线路的虚拟能量变化率；S5，根据虚拟能量变化率的数值关系，确定故障线路并终止动作。从而确定故障点所在位置。提升了故障判断的速度和精准度。

Description

一种直流配电网单极故障线路的确定方法及装置
技术领域
本发明涉及配电网故障检测技术领域，尤其涉及一种直流配电网单极故障线路的确定方法及装置。
背景技术
相比于传统交流配电网，直流配电网更易于实现分布式能源接入，还有损耗更低、环境污染更小，以及电能质量更高的特点，且随着分布式发电技术的快速发展和区域电网互联需求的增加，传统交流配电网已经很难满足实际应用要求，结合现有交流配电网资源，交直流混合配电网必将是未来配电网的重要形式之一。
但现阶段直流配电网发生故障时，难以快速确定故障所在位置，原因包括：(1)直流配电网的保护方法尚不成熟，具体为：直流配电系统还处于研究阶段，对于其系统架构、运行方式尚无规范性的设计原则；(2)换流器过流能力弱，故障电流不存在过零点而难以被切除；(3)直流配电网多为埋于地下的电缆线路，难以人工巡检确定；(4)随着各种分布式可再生能源的接入，在直流线路发生故障后，故障暂态特性更加复杂、过流的情况更严重。
因此，提供一种可以准确而快速确定直流配电网故障点的方法，具有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种直流配电网单极故障线路的确定方法及装置，用于准确而快速确定直流配电网故障点。
第一方面，本发明实施例提供的一种直流配电网单极故障线路的确定方法，包括：
S1，获取直流配电网中首尾两端换流器直流侧的正、负极电压值；
S2，根据所述正、负极电压值，判断所述直流配电网是否发生故障；若是，则执行步骤S3；若否，则执行步骤S6；
S3，基于所述正、负极电压值，结合预先设定的故障类型判定方程，确定所述直流配电网的故障类型是否为单机接地故障；若否，则确定所述故障类型为极间短路故障；
S4，通过预先设定的虚拟能量变化率计算公式，计算得到所有所述直流线路的虚拟能量变化率；
S5，根据所述虚拟能量变化率的数值关系，确定故障线路并终止动作；
S6，确定所述直流配电网正常，并终止动作。
可选地，所述步骤S5包括：
确定所述虚拟能量变化率中的最大虚拟能量变化率；
定义所述最大虚拟能量变化率所在直流线路为故障线路。
可选地，所述步骤S4包括：
按照预设的故障识别公式，计算所述直流线路的故障识别系数；
基于所述故障识别系数及故障后采集时刻，结合所述虚拟能量变化率计算公式，计算得到所述虚拟能量变化率。
可选地，所述步骤S2包括：
S21，分别相乘所述换流器直流侧首端的正、负极电压值，以及所述换流器直流侧尾端的正、负极电压值，得到第一乘积和第二乘积；
S22，判断所述第一乘积或所述第二乘积是否小于0；若否，则执行步骤S6；
S23，判断所述换流器直流侧首端的正、负极电压值对应的变化率是否大于或等于电压变化阈值，或所述换流器直流侧尾端的正、负极电压值对应的变化率是否均大于或等于所述电压变化阈值；若否，则执行步骤S6；若是，则执行步骤S3。
第二方面，本发明实施例提供的一种直流配电网单极故障线路的确定装置，包括：
第一获取模块，用于获取直流配电网中首尾两端换流器直流侧的正、负极电压值；
故障确定模块，用于根据所述正、负极电压值，判断所述直流配电网是否发生故障；若是，则执行故障类型确定模块；若否，则执行第二终止模块；
所述故障类型确定模块，基于所述正、负极电压值，结合预先设定的故障类型判定方程，确定所述直流配电网的故障类型是否为单机接地故障；若否，则确定所述故障类型为极间短路故障；
计算模块，用于通过预先设定的虚拟能量变化率计算公式，计算得到所有所述直流线路的虚拟能量变化率；
第一终止模块，用于根据所述虚拟能量变化率的数值关系，确定故障线路并终止动作；
所述第二终止模块，用于确定所述直流配电网正常，并终止动作。
可选地，所述第一终止模块包括：
变化率确定子模块，用于确定所述虚拟能量变化率中的最大虚拟能量变化率；
故障线路确定子模块，用于定义所述最大虚拟能量变化率所在直流线路为故障线路。
可选地，所述计算模块包括：
故障识别系数确定子模块，用于按照预设的故障识别公式，计算所述直流线路的故障识别系数；
变化率确定子模块，用于基于所述故障识别系数及故障后采集时刻，结合所述虚拟能量变化率计算公式，计算得到所述虚拟能量变化率。
可选地，所述故障确定模块包括：
乘积确定子模块，用于分别相乘所述换流器直流侧首端的正、负极电压值，以及所述换流器直流侧尾端的正、负极电压值，得到第一乘积和第二乘积；
第一判断子模块，用于判断所述第一乘积或所述第二乘积是否小于0；若否，则执行所述第二终止模块；
第二判断子模块，用于判断所述换流器直流侧首端的正、负极电压值对应的变化率是否大于或等于电压变化阈值，或所述换流器直流侧尾端的正、负极电压值对应的变化率是否均大于或等于所述电压变化阈值；若否，则执行所述第二终止模块；若是，则执行所述故障类型确定模块。
第三方面，本发明提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如第一方面所述的方法的步骤。
第四方面，本发明提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第一方面所述的方法的步骤。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明通过S1，获取直流配电网中首尾两端换流器直流侧的正、负极电压值；S2，根据所述正、负极电压值，判断所述直流配电网是否发生故障；若是，则执行步骤S3；若否，则执行步骤S6；S3，基于所述正、负极电压值，结合预先设定的故障类型判定方程，确定所述直流配电网的故障类型是否为单机接地故障；若否，则确定所述故障类型为极间短路故障；S4，通过预先设定的虚拟能量变化率计算公式，计算得到所有所述直流线路的虚拟能量变化率；S5，根据所述虚拟能量变化率的数值关系，确定故障线路并终止动作；S6，确定所述直流配电网正常，并终止动作。根据换流器直流侧的正、负极电压值及所有直流线路的实时电流，确定在直流配电网在故障情况下的故障类型以及虚拟能量变化率，从而确定故障点所在位置。提升了故障判断的速度和精准度。
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，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图；
图1为本发明的一种直流配电网单极故障线路的确定方法实施例一的步骤流程图；
图2为本发明的一种直流配电网单极故障线路的确定方法实施例二的步骤流程图；
图3为本发明的一种直流配电网单极故障线路的确定装置实施例的结构框图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种直流配电网单极故障线路的确定方法及装置，用于准确而快速确定直流配电网故障点。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本发明的一种直流配电网单极故障线路的确定方法实施例一的步骤流程图，所述方法包括：
S1，获取直流配电网中首尾两端换流器直流侧的正、负极电压值；
S2，根据所述正、负极电压值，判断所述直流配电网是否发生故障；若是，则执行步骤S3；若否，则执行步骤S6；
S3，基于所述正、负极电压值，结合预先设定的故障类型判定方程，确定所述直流配电网的故障类型是否为单机接地故障；若否，则确定所述故障类型为极间短路故障；
S4，通过预先设定的虚拟能量变化率计算公式，计算得到所有所述直流线路的虚拟能量变化率；
S5，根据所述虚拟能量变化率的数值关系，确定故障线路并终止动作；
S6，确定所述直流配电网正常，并终止动作。
在本发明实施例中，通过S1，获取直流配电网中首尾两端换流器直流侧的正、负极电压值；S2，根据所述正、负极电压值，判断所述直流配电网是否发生故障；若是，则执行步骤S3；若否，则执行步骤S6；S3，基于所述正、负极电压值，结合预先设定的故障类型判定方程，确定所述直流配电网的故障类型是否为单机接地故障；若否，则确定所述故障类型为极间短路故障；S4，通过预先设定的虚拟能量变化率计算公式，计算得到所有所述直流线路的虚拟能量变化率；S5，根据所述虚拟能量变化率的数值关系，确定故障线路并终止动作；S6，确定所述直流配电网正常，并终止动作。根据换流器直流侧的正、负极电压值及所有直流线路的实时电流，确定在直流配电网在故障情况下的故障类型以及虚拟能量变化率，从而确定故障点所在位置。提升了故障判断的速度和精准度。
请参阅图2，为本发明的一种直流配电网单极故障线路的确定方法实施例二的步骤流程图，具体包括：
S201，获取直流配电网中首尾两端换流器直流侧的正、负极电压值；
S202，分别相乘所述换流器直流侧首端的正、负极电压值，以及所述换流器直流侧尾端的正、负极电压值，得到第一乘积和第二乘积；
S203，判断所述第一乘积或所述第二乘积是否小于0；若否，则执行步骤S209；
S204，判断所述换流器直流侧首端的正、负极电压值对应的变化率是否大于或等于电压变化阈值，或所述换流器直流侧尾端的正、负极电压值对应的变化率是否均大于或等于所述电压变化阈值；若否，则执行步骤S209；
在本发明实施例中，在测量直流配电网中直流线路首尾两端换流器直流侧的正、负极电压值，以及计算首尾两端电压变化值，通过将相应的正、负极电压值相乘后的数量关系，以及正、负极电压值变化率的数量关系，确定直流配电网是否发生故障。
在具体实现中，若换流器直流侧的正、负极电压值满足预设的故障判断方程，则认定直流配电网存在故障情况。预设的故障判断方程具体为：
Figure BDA0003270687740000061
或
Figure BDA0003270687740000062
Figure BDA0003270687740000063
或
Figure BDA0003270687740000064
其中，
Figure BDA0003270687740000065
为首端换流器直流侧的正极电压值，
Figure BDA0003270687740000066
为首端换流器直流侧的负极电压值，
Figure BDA0003270687740000067
为尾端端换流器直流侧的正极电压值，
Figure BDA0003270687740000068
为尾端换流器直流侧的负极电压值，
Figure BDA0003270687740000069
为尾端换流器直流侧的负极电压变化率，t为时间，
Figure BDA00032706877400000610
为首端换流器直流侧的正极电压变化率，
Figure BDA00032706877400000611
为首端端换流器直流侧的负极电压变化率，
Figure BDA00032706877400000612
为尾端换流器直流侧的正极电压变化率，
Figure BDA00032706877400000613
为尾端换流器直流侧的正极电压变化率，η1为预设的电压变化阈值。
需要说明的是，预设的电压变化阈值，用以判断电压变化率是否达到了控保动作的标记值。
在本发明实施例中，当满足以上(1)(2)两式时，则自动判定发生故障，此时会有控制系统向接入直流配电网的用户和发电设备，并发出指令以减少分布式电源的出力，及调整用户供电接入电源。
S205，基于所述正、负极电压值，结合预先设定的故障类型判定方程，确定所述直流配电网的故障类型是否为单机接地故障；若否，则确定所述故障类型为极间短路故障；
预先设定的故障类型判定方程为：
Figure BDA0003270687740000071
或
Figure BDA0003270687740000072
Figure BDA0003270687740000073
或
Figure BDA0003270687740000074
其中，η2为第二预设电压变化阈值。第二预设电压变化阈值用于判断电压变化率是否达到了空包动作的标记值。
在本发明实施例中，结合线路两端换流器的直流侧出口正、负极电压变化率，判断直流配电网的故障类型是否为单机接地故障，若否，则确定直流配电网的故障类型为极间短路故障，此时会根据故障的特定保护“直流低电压过电流保护”动作，判断是否发生直流双极故障。
在具体实现中，若满足式(3)，则判断直流配电网的故障类型为极间短路故障，若满足式(4)，则判断直流配电网的故障类型为单极接地故障。
S206，按照预设的故障识别公式，计算所述直流线路的故障识别系数；
S207，基于所述故障识别系数及故障后采集时刻，结合所述虚拟能量变化率计算公式，计算得到所述虚拟能量变化率；
S208，根据所述虚拟能量变化率的数值关系，确定故障线路并终止动作；
为了确定故障线路，本发明提出了故障识别系数，并基于故障识别系数建立虚拟能量变化率计算公式。
在具体实现中，首先依据所提出的故障识别系数确定平均故障识别系数，然后基于平均故障识别系数确定虚拟能量变化率。其中，故障识别系数根据如下计算公式计算得到：
Figure BDA0003270687740000075
而平均故障识别系数根据如下计算公式计算得到：
Figure BDA0003270687740000081
最后，虚拟能量变化率计算公式具体为：
Figure BDA0003270687740000082
其中，σ(t)为故障识别系数，i1(t)为直流配电网中的第一检测线路，i2(t)直流配电网中的第二检测线路，
Figure BDA0003270687740000083
为平均故障识别系数，t1为第一采集时间，t2为第二采集时间，ξi为虚拟能量变化率。
S209，确定所述直流配电网正常，并终止动作。
在本发明实施例中，通过S1，获取直流配电网中首尾两端换流器直流侧的正、负极电压值；S2，根据所述正、负极电压值，判断所述直流配电网是否发生故障；若是，则执行步骤S3；若否，则执行步骤S6；S3，基于所述正、负极电压值，结合预先设定的故障类型判定方程，确定所述直流配电网的故障类型是否为单机接地故障；若否，则确定所述故障类型为极间短路故障；S4，通过预先设定的虚拟能量变化率计算公式，计算得到所有所述直流线路的虚拟能量变化率；S5，根据所述虚拟能量变化率的数值关系，确定故障线路并终止动作；S6，确定所述直流配电网正常，并终止动作。根据换流器直流侧的正、负极电压值及所有直流线路的实时电流，确定在直流配电网在故障情况下的故障类型以及虚拟能量变化率，从而确定故障点所在位置。提升了故障判断的速度和精准度。
请参阅图3，示出了本发明的一种直流配电网单极故障线路的确定装置实施例的结构框图，所述装置包括：
第一获取模块401，用于获取直流配电网中首尾两端换流器直流侧的正、负极电压值；
故障确定模块402，用于根据所述正、负极电压值，判断所述直流配电网是否发生故障；若是，则执行故障类型确定模块；若否，则执行第二终止模块；
所述故障类型确定模块403，基于所述正、负极电压值，结合预先设定的故障类型判定方程，确定所述直流配电网的故障类型是否为单机接地故障；若否，则确定所述故障类型为极间短路故障；
计算模块404，用于通过预先设定的虚拟能量变化率计算公式，计算得到所有所述直流线路的虚拟能量变化率；
第一终止模块405，用于根据所述虚拟能量变化率的数值关系，确定故障线路并终止动作；
所述第二终止模块406，用于确定所述直流配电网正常，并终止动作。
在一个可选实施例中，所述第一终止模块405包括：
变化率确定子模块，用于确定所述虚拟能量变化率中的最大虚拟能量变化率；
故障线路确定子模块，用于定义所述最大虚拟能量变化率所在直流线路为故障线路。
在一个可选实施例中，所述计算模块404包括：
故障识别系数确定子模块，用于按照预设的故障识别公式，计算所述直流线路的故障识别系数；
变化率确定子模块，用于基于所述故障识别系数及故障后采集时刻，结合所述虚拟能量变化率计算公式，计算得到所述虚拟能量变化率。
在一个可选实施例中，所述故障确定模块403包括：
乘积确定子模块，用于分别相乘所述换流器直流侧首端的正、负极电压值，以及所述换流器直流侧尾端的正、负极电压值，得到第一乘积和第二乘积；
第一判断子模块，用于判断所述第一乘积或所述第二乘积是否小于0；若否，则执行所述第二终止模块；
第二判断子模块，用于判断所述换流器直流侧首端的正、负极电压值对应的变化率是否大于或等于电压变化阈值，或所述换流器直流侧尾端的正、负极电压值对应的变化率是否均大于或等于所述电压变化阈值；若否，则执行所述第二终止模块；若是，则执行所述故障类型确定模块。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有分析机程序，所述分析机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述任一实施例所述的直流配电网单极故障线路的确定的步骤。
本发明实施例还提供了一种分析机可读存储介质，其上存储有分析机程序，所述分析机程序被所述处理器执行时实现如上述任一实施例所述的直流配电网单极故障线路的确定方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，本发明所揭露的方法、装置、电子设备及存储介质，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个分析机可读取可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该分析机软件产品存储在一个可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台分析机设备(可以是个人分析机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的可读存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种直流配电网单极故障线路的确定方法，其特征在于，包括：
S1，获取直流配电网中首尾两端换流器直流侧的正、负极电压值；
S2，根据所述正、负极电压值，判断所述直流配电网是否发生故障；若是，则执行步骤S3；若否，则执行步骤S6；
S3，基于所述正、负极电压值，结合预先设定的故障类型判定方程，确定所述直流配电网的故障类型是否为单机接地故障；若否，则确定所述故障类型为极间短路故障；
S4，通过预先设定的虚拟能量变化率计算公式，计算得到所有所述直流线路的虚拟能量变化率；
S5，根据所述虚拟能量变化率的数值关系，确定故障线路并终止动作；
S6，确定所述直流配电网正常，并终止动作。
2.根据权利要求1所述的直流配电网单极故障线路的确定方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
确定所述虚拟能量变化率中的最大虚拟能量变化率；
定义所述最大虚拟能量变化率所在直流线路为故障线路。
3.根据权利要求1所述的直流配电网单极故障线路的确定方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
按照预设的故障识别公式，计算所述直流线路的故障识别系数；
基于所述故障识别系数及故障后采集时刻，结合所述虚拟能量变化率计算公式，计算得到所述虚拟能量变化率。
4.根据权利要求1所述的直流配电网单极故障线路的确定方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
S21，分别相乘所述换流器直流侧首端的正、负极电压值，以及所述换流器直流侧尾端的正、负极电压值，得到第一乘积和第二乘积；
S22，判断所述第一乘积或所述第二乘积是否小于0；若否，则执行步骤S6；
S23，判断所述换流器直流侧首端的正、负极电压值对应的变化率是否大于或等于电压变化阈值，或所述换流器直流侧尾端的正、负极电压值对应的变化率是否均大于或等于所述电压变化阈值；若否，则执行步骤S6；若是，则执行步骤S3。
5.一种直流配电网单极故障线路的确定装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取直流配电网中首尾两端换流器直流侧的正、负极电压值；
故障确定模块，用于根据所述正、负极电压值，判断所述直流配电网是否发生故障；若是，则执行故障类型确定模块；若否，则执行第二终止模块；
所述故障类型确定模块，基于所述正、负极电压值，结合预先设定的故障类型判定方程，确定所述直流配电网的故障类型是否为单机接地故障；若否，则确定所述故障类型为极间短路故障；
计算模块，用于通过预先设定的虚拟能量变化率计算公式，计算得到所有所述直流线路的虚拟能量变化率；
第一终止模块，用于根据所述虚拟能量变化率的数值关系，确定故障线路并终止动作；
所述第二终止模块，用于确定所述直流配电网正常，并终止动作。
6.根据权利要求5所述的直流配电网单极故障线路的确定装置，其特征在于，所述第一终止模块包括：
变化率确定子模块，用于确定所述虚拟能量变化率中的最大虚拟能量变化率；
故障线路确定子模块，用于定义所述最大虚拟能量变化率所在直流线路为故障线路。
7.根据权利要求5所述的直流配电网单极故障线路的确定装置，其特征在于，所述计算模块包括：
故障识别系数确定子模块，用于按照预设的故障识别公式，计算所述直流线路的故障识别系数；
变化率确定子模块，用于基于所述故障识别系数及故障后采集时刻，结合所述虚拟能量变化率计算公式，计算得到所述虚拟能量变化率。
8.根据权利要求5所述的直流配电网单极故障线路的确定装置，其特征在于，所述故障确定模块包括：
乘积确定子模块，用于分别相乘所述换流器直流侧首端的正、负极电压值，以及所述换流器直流侧尾端的正、负极电压值，得到第一乘积和第二乘积；
第一判断子模块，用于判断所述第一乘积或所述第二乘积是否小于0；若否，则执行所述第二终止模块；
第二判断子模块，用于判断所述换流器直流侧首端的正、负极电压值对应的变化率是否大于或等于电压变化阈值，或所述换流器直流侧尾端的正、负极电压值对应的变化率是否均大于或等于所述电压变化阈值；若否，则执行所述第二终止模块；若是，则执行所述故障类型确定模块。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有分析机可读取指令，当所述分析机可读取指令由所述处理器执行时，运行如权利要求1-4任一项所述的方法。
10.一种存储介质，其上存储有分析机程序，其特征在于，所述分析机程序被处理器执行时运行如权利要求1-4任一项所述的方法。
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