CN114034914A - 一种电网电压有效值短时波动的检测方法及装置 - Google Patents

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CN114034914A
CN114034914A CN202111382378.9A CN202111382378A CN114034914A CN 114034914 A CN114034914 A CN 114034914A CN 202111382378 A CN202111382378 A CN 202111382378A CN 114034914 A CN114034914 A CN 114034914A
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China
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voltage
instantaneous
power grid
value
grid voltage
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CN202111382378.9A
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王勇
许中
栾乐
周凯
莫文雄
马智远
饶毅
代晓丰
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Guangzhou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co Ltd
Original Assignee
Guangzhou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16547—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies voltage or current in AC supplies

Abstract

本申请涉及一种电网电压有效值短时波动的检测方法及装置。方法包括：根据电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值；将电压瞬时值、瞬时电压参考值以及基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，将瞬时比较法标志位输入至第一布尔滤波器，得到滤波后的瞬时比较法标志位；将电网电压有效值短时波动检测标志位输入至第二布尔滤波器，得到滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位。采用本方法能够保证电网电压的异常能被及时捕捉并置位，能有效且快速的检测出电网电压短时RMS变动，无需相位信息，无需锁相环，具备更高的可靠性。

Description

一种电网电压有效值短时波动的检测方法及装置
技术领域
本申请涉及电气技术领域，特别是涉及一种电网电压有效值短时波动的检测方法、装置、电网电压补偿设备、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。
背景技术
电网电压短时有效值(RMS)的波动，包括暂降、暂升和中断，是一种常见的电能质量问题。三相电网系统中，电压暂降、暂升和中断经常发生，影响电力负载的正常运行，为人们带来经济损失。为了消除电网电压短时RMS变动对电力负载带来的威胁，动态电压恢复器(DVR)等各类电压补偿设备相继投入了使用，这些补偿设备普遍对控制响应速度具有严格的要求，这就意味着这类设备必须具备对电网电压短时RMS波动快速检测的能力。根据算法中采用的比较基准，目前电网电压短时RMS波动检测算法(或方法)可分为两类，一种是瞬时比较法，另一种是幅值比较法。目前最快的检测算法可在1/10个工频周期(约2ms)之内检测出电网电压短时RMS波动。对于畸变的电网电压，大多数情况下两种方法对电网电压的RMS波动的检测都不太准确。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够保证电网电压的异常能被及时捕捉并置位，能有效且快速的检测出电网电压短时RMS变动，无需相位信息，无需锁相环，具备更高的可靠性的一种电网电压有效值短时波动的检测方法、装置、电网电压补偿设备、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。
一种电网电压有效值短时波动的检测方法，所述方法包括：
获取到电网电压及参考电压幅值；
根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值；
将所述电压瞬时值、瞬时电压参考值以及所述基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，得到瞬时比较法标志位、基于幅值比较法的检测标志位；
将所述瞬时比较法标志位输入至第一布尔滤波器，得到滤波后的瞬时比较法标志位；
将所述滤波后的瞬时比较法标志位及基于幅值比较法的检测标志位进行或运算，得到电网电压有效值短时波动检测标志位；
将所述电网电压有效值短时波动检测标志位输入至第二布尔滤波器，得到滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位。
在其中一个实施例中，所述根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值，包括：
根据所述电网电压分别得到直流分量及基波分量。
在其中一个实施例中，所述根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值，包括：
根据直流分量及电网电压，计算得到电压瞬时值；
根据所述电压瞬时值及基波分量得到瞬时电压参考值。
在其中一个实施例中，所述将所述电压瞬时值、瞬时电压参考值以及所述基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，得到瞬时比较法标志位、基于幅值比较法的检测标志位，包括：
将所述电压瞬时值及瞬时电压参考值输入至第一滞环比较器，得到瞬时比较法标志位；
将基波分量及参考电压幅值输入至第二滞环比较器，得到基于幅值比较法的检测标志位。
在其中一个实施例中，所述根据所述电网电压分别得到直流分量及基波分量，包括：
将电网电压输入至直流分量计算模块，得到直流分量；
将电网电压输入至基波分量计算模块，得到基波分量。
在其中一个实施例中，所述根据所述电压瞬时值及基波分量得到瞬时电压参考值，包括：
将电压瞬时值除以基波分量再乘以参考电压幅值，得到计算结果；
将计算结果进行变换计算，得到瞬时电压参考值。
一种电网电压有效值短时波动的检测装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取到电网电压及参考电压幅值；
计算模块，用于根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值；
标志位获取模块，用于将所述电压瞬时值、瞬时电压参考值以及所述基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，得到瞬时比较法标志位、基于幅值比较法的检测标志位；
第一滤波模块，用于将所述瞬时比较法标志位输入至第一布尔滤波器，得到滤波后的瞬时比较法标志位；
或运算模块，用于将所述滤波后的瞬时比较法标志位及基于幅值比较法的检测标志位进行或运算，得到电网电压有效值短时波动检测标志位；
第二滤波模块，用于将所述电网电压有效值短时波动检测标志位输入至第二布尔滤波器，得到滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位。
一种电网电压补偿设备，所述设备包括：
直流分量计算模块、基波分量计算模块、减法运算模块、乘除运算模块、乘法运算模块、离散变换模块、第一滞环比较器、第二滞环比较器、第一布尔信号滤波器、或运算模块、第二布尔信号滤波器；
所述直流分量计算模块通过减法运算模块连接所述第一滞环比较器；所述基波分量计算模块依次通过所述乘除运算模块、乘法运算模块、离散变换模块连接至第一滞环比较器；所述基波分量计算模块的另一端连接所述第二滞环比较器；所述第一布尔信号滤波器的输入端连接于所述第一滞环比较器，所述第一布尔信号滤波器的输出端连接于所述或运算模块；所述第二滞环比较器与所述或运算模块连接；所述或运算模块的输出端与所述第二布尔信号滤波器的输入端连接。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取到电网电压及参考电压幅值；
根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值；
将所述电压瞬时值、瞬时电压参考值以及所述基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，得到瞬时比较法标志位、基于幅值比较法的检测标志位；
将所述瞬时比较法标志位输入至第一布尔滤波器，得到滤波后的瞬时比较法标志位；
将所述滤波后的瞬时比较法标志位及基于幅值比较法的检测标志位进行或运算，得到电网电压有效值短时波动检测标志位；
将所述电网电压有效值短时波动检测标志位输入至第二布尔滤波器，得到滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据所述电网电压分别得到直流分量及基波分量。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据直流分量及电网电压，计算得到电压瞬时值；
根据所述电压瞬时值及基波分量得到瞬时电压参考值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
将所述电压瞬时值及瞬时电压参考值输入至第一滞环比较器，得到瞬时比较法标志位；
将基波分量及参考电压幅值输入至第二滞环比较器，得到基于幅值比较法的检测标志位。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
将电网电压输入至直流分量计算模块，得到直流分量；
将电网电压输入至基波分量计算模块，得到基波分量。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
将电压瞬时值除以基波分量再乘以参考电压幅值，得到计算结果；
将计算结果进行变换计算，得到瞬时电压参考值。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取到电网电压及参考电压幅值；
根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值；
将所述电压瞬时值、瞬时电压参考值以及所述基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，得到瞬时比较法标志位、基于幅值比较法的检测标志位；
将所述瞬时比较法标志位输入至第一布尔滤波器，得到滤波后的瞬时比较法标志位；
将所述滤波后的瞬时比较法标志位及基于幅值比较法的检测标志位进行或运算，得到电网电压有效值短时波动检测标志位；
将所述电网电压有效值短时波动检测标志位输入至第二布尔滤波器，得到滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据所述电网电压分别得到直流分量及基波分量。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据直流分量及电网电压，计算得到电压瞬时值；
根据所述电压瞬时值及基波分量得到瞬时电压参考值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
将所述电压瞬时值及瞬时电压参考值输入至第一滞环比较器，得到瞬时比较法标志位；
将基波分量及参考电压幅值输入至第二滞环比较器，得到基于幅值比较法的检测标志位。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
将电网电压输入至直流分量计算模块，得到直流分量；
将电网电压输入至基波分量计算模块，得到基波分量。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
将电压瞬时值除以基波分量再乘以参考电压幅值，得到计算结果；
将计算结果进行变换计算，得到瞬时电压参考值。
一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取到电网电压及参考电压幅值；
根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值；
将所述电压瞬时值、瞬时电压参考值以及所述基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，得到瞬时比较法标志位、基于幅值比较法的检测标志位；
将所述瞬时比较法标志位输入至第一布尔滤波器，得到滤波后的瞬时比较法标志位；
将所述滤波后的瞬时比较法标志位及基于幅值比较法的检测标志位进行或运算，得到电网电压有效值短时波动检测标志位；
将所述电网电压有效值短时波动检测标志位输入至第二布尔滤波器，得到滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据所述电网电压分别得到直流分量及基波分量。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据直流分量及电网电压，计算得到电压瞬时值；
根据所述电压瞬时值及基波分量得到瞬时电压参考值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
将所述电压瞬时值及瞬时电压参考值输入至第一滞环比较器，得到瞬时比较法标志位；
将基波分量及参考电压幅值输入至第二滞环比较器，得到基于幅值比较法的检测标志位。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
将电网电压输入至直流分量计算模块，得到直流分量；
将电网电压输入至基波分量计算模块，得到基波分量。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
将电压瞬时值除以基波分量再乘以参考电压幅值，得到计算结果；
将计算结果进行变换计算，得到瞬时电压参考值。
上述电网电压有效值短时波动的检测方法、装置、电网电压补偿设备、计算机设备、存储介质和计算机程序产品，获取到电网电压及参考电压幅值；根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值；将所述电压瞬时值、瞬时电压参考值以及所述基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，得到瞬时比较法标志位、基于幅值比较法的检测标志位；将所述瞬时比较法标志位输入至第一布尔滤波器，得到滤波后的瞬时比较法标志位；将所述滤波后的瞬时比较法标志位及基于幅值比较法的检测标志位进行或运算，得到电网电压有效值短时波动检测标志位；将所述电网电压有效值短时波动检测标志位输入至第二布尔滤波器，得到滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位，保证电网电压的异常能被及时捕捉并置位，能有效且快速的检测出电网电压短时RMS变动，无需相位信息，无需锁相环，具备更高的可靠性。
附图说明
图1为一个实施例中电网电压有效值短时波动的检测方法的流程示意图；
图2为一个实施例中数据计算步骤的流程示意图；
图3为一个实施例中电网电压补偿设备的示意图；
图4为一个实施例中短路故障引起的检测仿真结果的示意图；
图5为一个实施例中变压器投切引起的检测仿真结果的示意图；
图6为一个实施例中电网电压暂降的检测效果的示意图；
图7为一个实施例中电网电压暂升的检测效果的示意图；
图8为一个实施例中检测延时与电网电压RMS的关系示意图；
图9为一个实施例中电网电压有效值短时波动的检测装置的结构框图；
图10为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种电网电压有效值短时波动的检测方法，包括以下步骤：
步骤201，获取到电网电压及参考电压幅值；
本实施例中，所述的方法可以应用于多种的电网电压补偿设备，如动态电压恢复器(DVR)、有源电压质量调节器(AVQR)、有源电压控制器(AVC)和通用电能质量控制器(UPQC)等，本实施例对此不作过多的限制。
该电网电压补偿设备可以首先获取到电网电压及参考电压幅值，具体地，电网电压是指电网电压的瞬时值v，参考电压幅值为Vmref(或Vm *)。
步骤202，根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值；
在得到电网电压及参考电压幅值后，可以根据上述的电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值。
首先，根据电网电压计算得到直流分量及基波分量，再根据直流分量及电网电压，计算得到电压瞬时值；最后，根据电压瞬时值及基波分量可以通过数学运算得到瞬时电压参考值。
具体地，如图2所示，是提供了一种数据计算步骤的流程示意图，所述根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值，包括：
步骤21，根据所述电网电压分别得到直流分量及基波分量；
步骤22，根据直流分量及电网电压，计算得到电压瞬时值；
步骤23，根据所述电压瞬时值及基波分量得到瞬时电压参考值。
本实施例中，可以将电网电压输入至直流分量计算模块，得到直流分量；再进一步地将电网电压输入至基波分量计算模块，得到基波分量。
将电网电压减去直流分量可得到电压瞬时值，该电压瞬时值即为去除直流分量后的电压瞬时值。
在得到电压瞬时值后，将电压瞬时值除以基波分量再乘以参考电压幅值，得到计算结果；将计算结果进行变换计算，得到瞬时电压参考值；举例而言，上述的变换计算可以是离散变换中的Z变换。
步骤203，将所述电压瞬时值、瞬时电压参考值以及所述基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，得到瞬时比较法标志位、基于幅值比较法的检测标志位；
具体地，该滞环比较器可以分为第一滞环比较器及第二滞环比较器，将电压瞬时值及瞬时电压参考值输入至第一滞环比较器，可以得到瞬时比较法标志位；
进一步地，将基波分量及参考电压幅值输入至第二滞环比较器，得到基于幅值比较法的检测标志位。
步骤204，将所述瞬时比较法标志位输入至第一布尔滤波器，得到滤波后的瞬时比较法标志位；
实际应用到本实施例中，电网电压补偿设备还可以包括多个布尔滤波器，如第一布尔滤波器、第二布尔滤波器等。
可以将所述瞬时比较法标志位输入至第一布尔滤波器，得到滤波后的瞬时比较法标志位。
步骤205，将所述滤波后的瞬时比较法标志位及基于幅值比较法的检测标志位进行或运算，得到电网电压有效值短时波动检测标志位；
在得到滤波后的瞬时比较法标志位及基于幅值比较法的检测标志位之后，可以将两者输入至或运算模块中进行或运算，获得电网电压有效值短时波动检测标志位。
步骤206，将所述电网电压有效值短时波动检测标志位输入至第二布尔滤波器，得到滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位。
再将电网电压有效值短时波动检测标志位进行滤波操作，即输入至第二布尔滤波器，得到输出的滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位。
上述电网电压有效值短时波动的检测方法中，获取到电网电压及参考电压幅值；根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值；将所述电压瞬时值、瞬时电压参考值以及所述基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，得到瞬时比较法标志位、基于幅值比较法的检测标志位；将所述瞬时比较法标志位输入至第一布尔滤波器，得到滤波后的瞬时比较法标志位；将所述滤波后的瞬时比较法标志位及基于幅值比较法的检测标志位进行或运算，得到电网电压有效值短时波动检测标志位；将所述电网电压有效值短时波动检测标志位输入至第二布尔滤波器，得到滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位，保证电网电压的异常能被及时捕捉并置位，能有效且快速的检测出电网电压短时RMS变动，无需相位信息，无需锁相环，具备更高的可靠性。
在一个实施例中，如图3所示，提供了一种电网电压补偿设备的示意图，所述设备包括：
直流分量计算模块、基波分量计算模块、减法运算模块、乘除运算模块、乘法运算模块、离散变换模块、第一滞环比较器、第二滞环比较器、第一布尔信号滤波器、或运算模块、第二布尔信号滤波器；
具体连接关系如下，所述直流分量计算模块通过减法运算模块连接所述第一滞环比较器；所述基波分量计算模块通过所述乘除运算模块、乘法运算模块、离散变换模块连接至第一滞环比较器；所述基波分量计算模块的另一端连接所述第二滞环比较器；所述第一布尔信号滤波器的输入端连接于所述第一滞环比较器，所述第一布尔信号滤波器的输出端连接于所述或运算模块；所述第二滞环比较器与所述或运算模块连接；所述或运算模块的输出端与所述第二布尔信号滤波器的输入端连接。
首先可以将电网电压v分别输入至直流分量计算模块、基波分量计算模块，分别得到直流分量Vm0、基波分量Vm1；直流分量Vm0通过减法运算模块进行计算，得到去除直流分量后的电压瞬时值vinst，并输出至所述第一滞环比较器；
基波分量Vm1可以依次通过所述乘除运算模块、乘法运算模块、离散变换模块，计算得到瞬时电压参考值
Figure BDA0003366048150000101
并将其输出至所述第一滞环比较器，得到瞬时比较法标志位
Figure BDA0003366048150000111
另一方面，基波分量Vm1可以输出至第二滞环比较器，同时参考电压幅值Vmref也可以输出至第二滞环比较器，得到基于幅值比较法的检测标志位Fmag。
瞬时比较法标志位
Figure BDA0003366048150000112
经过第一布尔信号滤波器的输出为滤波后的瞬时比较法标志位Finst
而滤波后的瞬时比较法标志位Finst与基于幅值比较法的检测标志位Fmag同时输入至或运算模块进行或运行，得到电网电压有效值短时波动检测标志位
Figure BDA0003366048150000113
将所述电网电压有效值短时波动检测标志位
Figure BDA0003366048150000114
输入至第二布尔信号滤波器进行滤波，得到输出的滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位Fsdrmsv。
本实施例中，保证电网电压的异常能被及时捕捉并置位，能有效且快速的检测出电网电压短时RMS变动，无需相位信息，无需锁相环，具备更高的可靠性
为了使本领域技术人员更好地理解本申请的核心构思，以下通过一个具体示例进行说明：
1、乘除运算模块主要实现乘法运算或者除法运算；在此处主要是指将去除直流分量后的电压瞬时值vinst除以/乘以基波幅值Vm1的数学运算；
2、乘法运算模块主要实现乘法运算；在此处是指将标幺系数与参考电压幅值Vmref相乘，得到电压标幺幅值；
3、离散变换模块主要实现离散变换；在此是指将时域的电压信号变换成离散的Z域运算符号；
4、减法运算模块主要实现减法运算；在此是指将电网电压瞬时值减去电压直流分量运算。
虽然滞环比较器、布尔信号滤波器属于信号的运算和处理单元，且为常规的数学运算，本发明基于以上滞环比较器以及布尔信号滤波器在本系统中的应用，具有快速提取电压短时RMS变动检测方法，数据的处理步骤逻辑如图3所示，具体步骤如下：
1、电网电压v进过直流分量计算模块得到，直流分量Vm0；
2、电网电压v进过基波分量计算模块得到，基波分量Vm1；
3、电网电压v减去Vm0，得到vinst；4、去除直流分量后的电压瞬时值vinst除以Vm1结果乘以参考电压幅值Vmref，得到结果进行Z变换，得到瞬时电压参考值
Figure BDA0003366048150000121
5、vinst与
Figure BDA0003366048150000122
进过滞环比较器1(即第一滞环比较器)，得到瞬时比较法标志位
Figure BDA0003366048150000123
6、Vm1
Figure BDA0003366048150000124
进过滞环比较器2(即第二滞环比较器)，得到基于幅值比较的检测标志位Fmag；
7、
Figure BDA0003366048150000125
进过布尔信号滤波器1(即第一布尔信号滤波器)，得到滤波后的瞬时比较法标志位Finst；
8、Finst与Fmag进过逻辑或运算，得到滤波前的电网电压短时RMS波动检测标志位
Figure BDA0003366048150000126
9、
Figure BDA0003366048150000127
进过布尔滤波器2(即第二布尔信号滤波器)，得到滤波后的电网电压短时RMS波动检测标志位Fsdrmsv。
电压幅值计算
采用傅里叶分析计算电网电压各个分量的电压幅值。一般地，电网电压可表示为：
Figure BDA0003366048150000128
式中：V0表示直流分量幅值，Vmh和φh分别表示h次谐波的幅值与相位，ω为基波角频率，并令T＝2π/ω为基波周期。
对于直流分量：
Figure BDA0003366048150000129
对于基波分量：
Figure BDA00033660481500001210
改进的瞬时参考电压值
传统的纯正弦瞬时参考电压值仅适用于纯正弦电压电网中。考虑到电网电压的周期性，且电网频率基本稳定不变，本文提出了一种改进的瞬时参考电压值，如图3所示，其表达式为：
Figure BDA0003366048150000131
当电网电压发生短时RMS波动(或变动)时，至少在一个周期内
Figure BDA0003366048150000132
将保持稳定和可靠，因此采用该瞬时参考电压可即时捕捉电网电压发生的短时RMS波动；鉴于电网电压的周期性，该参考电压对于存在一定畸变的电网电压仍然是有效的。
滞环比较器
对于幅值比较，采用滞环比较器2可有效减小比较时的振荡[3]，其离散表达式可写为：
Figure BDA0003366048150000133
其中：δ1>0和δ2>0分别为Fmag(
Figure BDA0003366048150000134
也适用)复位和置位的电压变比率阈值。
对于瞬时比较，常规的滞环比较器无法提高电网电压过0附近的信号信噪比，因此在电网电压过0附近容易存在检测的误判。一种解决办法是在过零附近设立复位区间[-Vreset,Vreset]，当电压位于该区间时强制比较器输出为0。此时改进的滞环比较器1的离散表达式为：
Figure BDA0003366048150000135
布尔信号滤波器
对于电压补偿设备，为了确保敏感负载供电的可靠性，其补偿指令需满足两个原则：
(1)补偿指令允许偶尔错发但不允许漏发；
(2)补偿指令可以适当延长但不允许缩短。
尽管采用了滞环比较器1和滞环比较器2，
Figure BDA0003366048150000141
以及
Figure BDA0003366048150000142
也容易在电网电压RMS正常时发生被短时置位；同时，在电网电压RMS异常时，
Figure BDA0003366048150000143
也可能出现置位断续的情况。根据上述两个原则，这都是不允许的，因此提出了采用两个布尔信号滤波器即布尔信号滤波器1和布尔信号滤波器2用于解决布尔信号
Figure BDA0003366048150000144
和
Figure BDA0003366048150000145
存在的问题。布尔信号滤波器主要功能如下：
(1)移除宽度小于filter_width_0+1(或filter_width_1+1)个采样周期的0(或1)脉冲；
(2)将0(或1)信号延长filter_width_1+1(或filter_width_0)个采样周期。
基于上述两个功能，布尔信号
Figure BDA0003366048150000149
和
Figure BDA00033660481500001410
存在的问题将得以解决，而其带来的延时(filter_width_1+1个采样周期)也非常小，通常都小于1ms。
延时分析
该算法的检测延时主要来自于改进的滞环比较器1和布尔信号滤波器。
对于改进的滞环比较器1，设：
Figure BDA0003366048150000146
对于用于
Figure BDA0003366048150000147
的布尔信号滤波器1，设：
T1＝(filter_width_1+1)·Ts (8)
对于用于
Figure BDA0003366048150000148
的布尔信号滤波器2，设：
T2＝(filter_width_1+1).Ts (9)
其中：Ts为采样周期。
设电网电压过0处对应t＝0，则在[-T/4,T/4]内(其他区间同理)，根据图1可得延时如下：
Figure BDA0003366048150000151
式(10)表明，该方法的延时将会在电网电压过0处稍微有所延长。
参数设计
该算法中需要考虑的参数主要包括滞环比较器和布尔信号滤波器的参数。
(1)对于幅值比较采用的滞环比较器2，根据电压暂降、暂升和中断的定义，δ2应略小于0.1，而δ1应略小于δ2，当采样噪声增大时，可进一步减小δ1；
(2)对于瞬时比较采用的改进滞环比较器1，δ1与δ2的设置与幅值比较采用的滞环比较器2相同，而对与Vreset，建议取Vreset<0.2Vmref，当采样噪声较大时，提高Vreset；
(3)对于用于
Figure BDA0003366048150000152
的布尔信号滤波器1，(filter_width_1+1)·Ts应大于电网电压正常时
Figure BDA0003366048150000153
中的1个脉冲的宽度以移除错误置位信号，同时应小于T/4以保证电网电压异常时
Figure BDA0003366048150000154
能正常置位，(filter_width_0+1)·Ts应大于复位区间宽度以保证当电网电压异常时在复位区间中
Figure BDA0003366048150000155
的置位能得到维持，同时应小于T/4以保证电网电压正常时
Figure BDA0003366048150000156
可以被正常复位。
(4)对于用于
Figure BDA0003366048150000157
的布尔信号滤波器2，(filter_width_1+1)·Ts可设置为一个极小的值(甚至为Ts)以减小检测延时而(filter_width_0+1)·Ts应大于T以确保电网电压异常时Fsdrmsv的连续。
现场数据测试
利用某地区110kV电网短路故障和变压器投切引起电网电压RMS短时变动的现场数据对算法进行了验证，算法采用的参数如表1所示。根据表1的参数，该方法的检测延时在大多数情况下为0.93ms。电网短路故障和变压器投切引起的电网电压RMS短时变动实际检测仿真结果如图4和图5所示。
Figure BDA0003366048150000161
表1仿真参数
图3中THD为1.01％，图4中THD为4.00％。依据电网现场实测数据的检测仿真结果可以看出：
(1)无论电网电压是否畸变，无论电网电压RMS变动是突然的还是缓慢的，改进的瞬时参考电压在电网电压发生异常后将持续有效至少一个周期，从而保证异常能被即时捕捉并将Finst置位；
(2)该算法的延时在两种典型的检测仿真条件下都达到了较快的速度，且从定量角度来说与式(10)给出的理论分析结果基本一致。
综上所述，该算法(方法)能有效且快速的检测出电网电压短时RMS变动。
实验验证
实验在
Figure BDA0003366048150000162
的条件下进行，电网电压THD为3.1％，取Vreset＝20V，其余参数与表1相同。电压暂降(至0.71p.u.)和暂升(至1.40p.u.)的实验结果如图6、图7所示，检测信号在两种情况下最大延时仅为1ms，且均能保持稳定和连续，说明以上提出的方法能够快速且可靠地检测出存在畸变的电网电压RMS变动。
此外，在电网电压跌落至0.71p.u.的情况下，上述实验进行了多次重复，根据实验结果可绘制出检测延时与电网电压RMS变动时刻的关系曲线，如图8所示。图8表明，在大多数情况下，算法的检测延迟均在1ms左右，尽管在复位区间有所延长，与式(10)的计算结果基本一致，进一步表明该方法可快速且可靠地检测存在畸变电网电压的RMS变动。
基于改进的瞬时值比较法和幅值比较法，结合布尔信号滤波器，本文提出了一种电网电压短时RMS变动快速检测算法，主要有以下特点：
(1)考虑到电网电压的周期性，上一周期的电网电压被校准到基波幅值为Vmref的额定电压，以该电压为瞬时参考电压，是电网电压短时RMS变动快速检测的基础；
(2)布尔信号滤波器有效地消除了错误的标志位信号，并在电网电压异常时有效地保持了标志位信号的稳定和连续，这是输出标志位信号能够可靠作为补偿指令信号的基础。
上述方法获得了良好的性能，其显著优势如下：
(1)快速性。在大多数情况下，即使电网电压存在畸变，本文所提出的方法依然能够在约1ms的延时下检测出电网电压的短时RMS变动，比目前文献中给出的最短时间(1/10周期)(约2ms)更短。
(2)可行性。大量重复实验表明，本文所提出的方法能维持良好的性能，无论电网电压是否存在畸变，无论电网电压RMS变动是突变还是渐变。
(3)可靠性。本文所提出的方法不需要相位信息，故无需锁相环(PLL)，这意味着该方法具备更高的可靠性。
电网电压短时RMS波动快速检测方法，该方法可用于各类电压补偿装置的启动控制指令。实际电网的检测表明，即使对于畸变的电网电压，大多数情况下该方法也能在1ms对电网电压的RMS波动进行准确检测。
应该理解的是，虽然图1-2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-2中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图9所示，提供了一种电网电压有效值短时波动的检测装置，包括：获取模块301、计算模块302、标志位获取模块303、第一滤波模块304、或运算模块305和第二滤波模块306，其中：
获取模块301，用于获取到电网电压及参考电压幅值；
计算模块302，用于根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值；
标志位获取模块303，用于将所述电压瞬时值、瞬时电压参考值以及所述基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，得到瞬时比较法标志位、基于幅值比较法的检测标志位；
第一滤波模块304，用于将所述瞬时比较法标志位输入至第一布尔滤波器，得到滤波后的瞬时比较法标志位；
或运算模块305，用于将所述滤波后的瞬时比较法标志位及基于幅值比较法的检测标志位进行或运算，得到电网电压有效值短时波动检测标志位；
第二滤波模块306，用于将所述电网电压有效值短时波动检测标志位输入至第二布尔滤波器，得到滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位。
在一种实施例中，所述计算模块包括：
分量获得子模块，用于根据所述电网电压分别得到直流分量及基波分量。
在一种实施例中，所述计算模块包括：
电压瞬时值计算子模块，用于根据直流分量及电网电压，计算得到电压瞬时值；
瞬时电压参考值计算子模块，用于根据所述电压瞬时值及基波分量得到瞬时电压参考值。
在一种实施例中，所述标志位获取模块包括：
瞬时比较法标志位获得子模块，用于将所述电压瞬时值及瞬时电压参考值输入至第一滞环比较器，得到瞬时比较法标志位；
基于幅值比较法的检测标志位获得子模块，用于将基波分量及参考电压幅值输入至第二滞环比较器，得到基于幅值比较法的检测标志位。
在一种实施例中，所述分量获得子模块包括：
直流分量计算单元，用于将电网电压输入至直流分量计算模块，得到直流分量；
基波分量计算单元，用于将电网电压输入至基波分量计算模块，得到基波分量。
在一种实施例中，所述瞬时电压参考值计算子模块包括：
计算结果获得单元，用于将电压瞬时值除以基波分量再乘以参考电压幅值，得到计算结果；
瞬时电压参考值获得单元，用于将计算结果进行变换计算，得到瞬时电压参考值。
关于电网电压有效值短时波动的检测装置的具体限定可以参见上文中对于电网电压有效值短时波动的检测方法的限定，在此不再赘述。上述电网电压有效值短时波动的检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
图10在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是电网电压补偿设备，其内部结构图可以如图10所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种电网电压有效值短时波动的检测方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取到电网电压及参考电压幅值；
根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值；
将所述电压瞬时值、瞬时电压参考值以及所述基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，得到瞬时比较法标志位、基于幅值比较法的检测标志位；
将所述瞬时比较法标志位输入至第一布尔滤波器，得到滤波后的瞬时比较法标志位；
将所述滤波后的瞬时比较法标志位及基于幅值比较法的检测标志位进行或运算，得到电网电压有效值短时波动检测标志位；
将所述电网电压有效值短时波动检测标志位输入至第二布尔滤波器，得到滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据所述电网电压分别得到直流分量及基波分量。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据直流分量及电网电压，计算得到电压瞬时值；
根据所述电压瞬时值及基波分量得到瞬时电压参考值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
将所述电压瞬时值及瞬时电压参考值输入至第一滞环比较器，得到瞬时比较法标志位；
将基波分量及参考电压幅值输入至第二滞环比较器，得到基于幅值比较法的检测标志位。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
将电网电压输入至直流分量计算模块，得到直流分量；
将电网电压输入至基波分量计算模块，得到基波分量。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
将电压瞬时值除以基波分量再乘以参考电压幅值，得到计算结果；
将计算结果进行变换计算，得到瞬时电压参考值。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取到电网电压及参考电压幅值；
根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值；
将所述电压瞬时值、瞬时电压参考值以及所述基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，得到瞬时比较法标志位、基于幅值比较法的检测标志位；
将所述瞬时比较法标志位输入至第一布尔滤波器，得到滤波后的瞬时比较法标志位；
将所述滤波后的瞬时比较法标志位及基于幅值比较法的检测标志位进行或运算，得到电网电压有效值短时波动检测标志位；
将所述电网电压有效值短时波动检测标志位输入至第二布尔滤波器，得到滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据所述电网电压分别得到直流分量及基波分量。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据直流分量及电网电压，计算得到电压瞬时值；
根据所述电压瞬时值及基波分量得到瞬时电压参考值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
将所述电压瞬时值及瞬时电压参考值输入至第一滞环比较器，得到瞬时比较法标志位；
将基波分量及参考电压幅值输入至第二滞环比较器，得到基于幅值比较法的检测标志位。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
将电网电压输入至直流分量计算模块，得到直流分量；
将电网电压输入至基波分量计算模块，得到基波分量。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
将电压瞬时值除以基波分量再乘以参考电压幅值，得到计算结果；
将计算结果进行变换计算，得到瞬时电压参考值。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取到电网电压及参考电压幅值；
根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值；
将所述电压瞬时值、瞬时电压参考值以及所述基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，得到瞬时比较法标志位、基于幅值比较法的检测标志位；
将所述瞬时比较法标志位输入至第一布尔滤波器，得到滤波后的瞬时比较法标志位；
将所述滤波后的瞬时比较法标志位及基于幅值比较法的检测标志位进行或运算，得到电网电压有效值短时波动检测标志位；
将所述电网电压有效值短时波动检测标志位输入至第二布尔滤波器，得到滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据所述电网电压分别得到直流分量及基波分量。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据直流分量及电网电压，计算得到电压瞬时值；
根据所述电压瞬时值及基波分量得到瞬时电压参考值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
将所述电压瞬时值及瞬时电压参考值输入至第一滞环比较器，得到瞬时比较法标志位；
将基波分量及参考电压幅值输入至第二滞环比较器，得到基于幅值比较法的检测标志位。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
将电网电压输入至直流分量计算模块，得到直流分量；
将电网电压输入至基波分量计算模块，得到基波分量。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
将电压瞬时值除以基波分量再乘以参考电压幅值，得到计算结果；
将计算结果进行变换计算，得到瞬时电压参考值。
需要说明的是，本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种电网电压有效值短时波动的检测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取到电网电压及参考电压幅值；
根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值；
将所述电压瞬时值、瞬时电压参考值以及所述基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，得到瞬时比较法标志位、基于幅值比较法的检测标志位；
将所述瞬时比较法标志位输入至第一布尔滤波器，得到滤波后的瞬时比较法标志位；
将所述滤波后的瞬时比较法标志位及基于幅值比较法的检测标志位进行或运算，得到电网电压有效值短时波动检测标志位；
将所述电网电压有效值短时波动检测标志位输入至第二布尔滤波器，得到滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值，包括：
根据所述电网电压分别得到直流分量及基波分量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值，包括：
根据直流分量及电网电压，计算得到电压瞬时值；
根据所述电压瞬时值及基波分量得到瞬时电压参考值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述电压瞬时值、瞬时电压参考值以及所述基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，得到瞬时比较法标志位、基于幅值比较法的检测标志位，包括：
将所述电压瞬时值及瞬时电压参考值输入至第一滞环比较器，得到瞬时比较法标志位；
将基波分量及参考电压幅值输入至第二滞环比较器，得到基于幅值比较法的检测标志位。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述电网电压分别得到直流分量及基波分量，包括：
将电网电压输入至直流分量计算模块，得到直流分量；
将电网电压输入至基波分量计算模块，得到基波分量。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述电压瞬时值及基波分量得到瞬时电压参考值，包括：
将电压瞬时值除以基波分量再乘以参考电压幅值，得到计算结果；
将计算结果进行变换计算，得到瞬时电压参考值。
7.一种电网电压有效值短时波动的检测装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取到电网电压及参考电压幅值；
计算模块，用于根据所述电网电压及参考电压幅值，计算得到基波分量、电压瞬时值及瞬时电压参考值；
标志位获取模块，用于将所述电压瞬时值、瞬时电压参考值以及所述基波分量、参考电压幅值分别输入至对应的滞环比较器，得到瞬时比较法标志位、基于幅值比较法的检测标志位；
第一滤波模块，用于将所述瞬时比较法标志位输入至第一布尔滤波器，得到滤波后的瞬时比较法标志位；
或运算模块，用于将所述滤波后的瞬时比较法标志位及基于幅值比较法的检测标志位进行或运算，得到电网电压有效值短时波动检测标志位；
第二滤波模块，用于将所述电网电压有效值短时波动检测标志位输入至第二布尔滤波器，得到滤波后电网电压有效值短时波动检测标志位。
8.一种电网电压补偿设备，其特征在于，所述设备包括：
直流分量计算模块、基波分量计算模块、减法运算模块、乘除运算模块、乘法运算模块、离散变换模块、第一滞环比较器、第二滞环比较器、第一布尔信号滤波器、或运算模块、第二布尔信号滤波器；
所述直流分量计算模块通过减法运算模块连接所述第一滞环比较器；所述基波分量计算模块依次通过所述乘除运算模块、乘法运算模块、离散变换模块连接至第一滞环比较器；所述基波分量计算模块的另一端连接所述第二滞环比较器；所述第一布尔信号滤波器的输入端连接于所述第一滞环比较器，所述第一布尔信号滤波器的输出端连接于所述或运算模块；所述第二滞环比较器与所述或运算模块连接；所述或运算模块的输出端与所述第二布尔信号滤波器的输入端连接。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
11.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
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