CN114336765A - 光伏发电系统、关断装置及控制方法 - Google Patents

光伏发电系统、关断装置及控制方法 Download PDF

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CN114336765A CN202210129563.5A CN202210129563A CN114336765A CN 114336765 A CN114336765 A CN 114336765A CN 202210129563 A CN202210129563 A CN 202210129563A CN 114336765 A CN114336765 A CN 114336765A
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王煊原
王志新
包俊
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Abstract

本发明提供了一种光伏发电系统、关断装置及控制方法,包括供电电路、复位电路、电流采集电路、逻辑控制电路、驱动电路、关断开关以及旁路二极管。关断装置在关断时完全不依赖于通信,消除了通常依赖通信装置关断组件带来的负面影响,例如,受到电磁及环境干扰引起误操作、可靠性低,以及通讯时滞较大,提高了关断装置的抗干扰能力。同时,由于没有额外的通信装置,组件关断装置成本降低了10%。通过在线路中设置电弧检测器,使线路由于火灾或电弧造成损毁时,关断装置仍然能够可靠地工作;通过关断装置连通光伏组件和线路,可以直接用于现有的光伏电站,安装方便,无需在电站设计时就考虑配置通信装置,提高了该关断装置的普适性。

Description

光伏发电系统、关断装置及控制方法
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域,具体地,涉及一种光伏发电系统、关断装置及控制方法。
背景技术
近年来我国的光伏发电产业迅速发展,经济效益显著提升,但是与此同时,由光伏电站安全产生的事故频频发生,据统计,80%以上的光伏电站火灾的原因是由直流侧故障引起的。因此,需要对光伏电站的直流侧采取必要的保护措施。
光伏组件串联后具有很高的电压,光伏电站停止运行后仍然存在直流侧的风险。目前已提出的光伏关断系统除了另外铺设线路外,几乎都使用了电力线通信(PLC)或者无线通信方式来进行关断装置的导通和断开操作。然而,在需要进行紧急关断操作时,这些关断系统均依赖于通信系统的可靠性,这个缺陷对一个要求即时性的安全保护系统来说是致命的。
现有公开号为CN106602504A的中国专利,其公开了一种光伏快速关断装置及光伏系统,装置包括:第一开关、第二开关、旁路二极管、辅助源、控制电路和通讯电路;多个光伏组件中的一个光伏组件作为供电光伏组件,供电光伏组件的输出端连接辅助源的输入端;第一开关串联在供电光伏组件及与供电光伏组件相邻的光伏组件之间;第二开关的两端分别连接多个光伏组件串联之后的输出正极和输出负极;旁路二极管的阴极连接与供电光伏组件相邻的光伏组件的低压端,旁路二极管的阳极连接供电光伏组件的低压端;通讯电路,用于接收外部发送的关断指令,并将关断指令发送给控制电路;控制电路,用于收到关断指令时,控制第一开关断开,第二开关闭合。
现有公开号为CN212367219U的中国专利,其公开了一种光伏关断器PLC驱动电路,包括光伏组件、输入电容C1、开关管Q1、续流二极管D1、第一输出电阻R1、输出电容C2、第二输出电阻R2、PLC信号采集电路、第一输出端子和第二输出端子;所述PLC信号采集电路包括信号采集电感L1,信号采集电阻R2和信号采集电容C3;所述PLC信号采集电路的电压信号经过PLC信号放大处理电路模块和信号驱动开关电路后和开关管Q1的栅极相连;所述续流二极管D1阴极与第一输出端子相连,阳极与开关管Q1漏极相连,输出电容C2与第一输出电阻R1串联之后与续流二极管D1并联。
发明人认为,现有技术中的通信方式在需要进行关断时很可能不可靠。
对于无线通信来说:由于某些障碍物遮挡,如房屋、地形,或由于网络原因,无线信号被屏蔽,无线通信系统无法在第一时间工作。
对于电力线通信来说:1、电弧产生的焊点融化使得通信线路断开,或者由于火灾等因素使得输电线路损毁,造成通信系统瘫痪。2、由电弧产生的高频信号或光伏电站复杂环境产生的高频信号,对电力线通信产生干扰,使得系统在需要关断时,通信系统失效。
因此,目前急需一种可靠性高的用于光伏发电系统组件的关断装置。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种光伏发电系统、关断装置及控制方法。
根据本发明提供的一种光伏发电系统组件关断装置,包括供电电路、复位电路、电流采集电路、逻辑控制电路、驱动电路、关断开关以及旁路二极管;所述光伏组件的正输出端P+连接供电电路的第一输入端a1、电流采集电路的输入端f1以及关断开关的动触点b1;所述光伏组件的负输出端P-连接供电电路的第二输入端a2和旁路二极管的阳极D+,所述旁路二极管的阴极D-连接关断开关的静触点b2;所述供电电路的输出端连接复位电路的输入端c1、驱动电路的第一输入端d1以及逻辑控制电路的第一输入端e1,所述复位电路的输出端连接逻辑控制电路的第二输入端e2,所述电流采集电路的输出端连接逻辑控制电路的第三输入端e3;所述逻辑控制电路的输出端连接驱动电路的第二输入端d2,所述驱动电路的输出端连接关断开关的控制端b3。
优选地,所述供电电路包括储能结构和稳压电路。
优选地,所述复位电路包括手动复位和远程复位。
根据本发明提供的一种光伏发电系统组件关断装置的控制方法,所述关断开关:用于将光伏组件和线路断开或连接;所述供电电路:包括自供电电路,用于为所述关断装置提供电源;所述复位电路:用于关断装置的复位操作,为逻辑控制电路提供线路信号;所述电流采集电路:用于采集流过关断开关的电流,为所述逻辑控制电路提供线路信号;所述逻辑控制电路:用于将采集到的线路信号和复位信号进行逻辑处理,并发送控制信号至驱动电路;所述驱动电路:用于驱动关断开关;所述旁路二极管:用于在组件输出电压不足时将光伏组件旁路。
根据本发明提供的一种光伏发电系统,还包括多个光伏组件、主开关、电弧检测器以及控制中心;多个所述光伏组件均通过关断装置与线路串联或并联;所述主开关用于关断或连通线路;所述电弧检测器用于检测多个光伏组件中是否有电弧发生,若有电弧发生,所述电弧检测器产生关断信号并输送至主开关控制主开关断开,若无电弧发生,所述电弧检测器不产生用于控制主开关断开的关断信号;所述控制中心发出信号至主开关,用于控制主开关的关断或连通。
优选地,所述主开关安装在线路的多个光伏组件的首端,且所述主开关由电弧检测器和控制中心直接控制。
优选地,所述控制中心由人工发出信号对主开关进行控制。
根据本发明提供的一种光伏发电系统的关断控制方法,事件A为所述关断装置检测到线路正常导通,事件
Figure BDA0003501884070000031
为所述关断装置检测到线路异常断开,事件B为所述关断装置接收到的复位信号为导通信号,事件
Figure BDA0003501884070000032
为所述关断装置接收到的复位信号为关断信号;AB代表所述关断装置检测到线路正常导通,所述复位电路接收到的复位信号为导通信号;
Figure BDA0003501884070000033
代表所述关断装置检测到线路异常断开,所述复位电路接收到的复位信号为导通信号;
Figure BDA0003501884070000034
代表所述关断装置检测到线路正常导通,所述复位电路接收到的复位信号为关断信号;
Figure BDA0003501884070000035
代表所述关断装置检测到线路异常断开,所述复位电路接收到的复位信号为关断信号。
优选地,线路关断生效情况:所述电弧检测器检测到电弧产生,所述主开关关断,线路的电流变为零,所述关断装置检测到线路异常断开,所述关断装置关断,所述关断装置的状态从AB变化到
Figure BDA0003501884070000036
在所述关断装置启动后,复位信号自动变为关断信号,所述关断装置状态从
Figure BDA0003501884070000037
变化到
Figure BDA0003501884070000038
线路损毁,使得线路断开,所述关断装置检测到线路异常断开,所述关断装置关断,所述关断装置的状态从AB变化到
Figure BDA0003501884070000039
在所述关断装置启动后,复位信号自动变为关断信号,所述关断装置状态从
Figure BDA00035018840700000310
变化到
Figure BDA00035018840700000311
所述控制中心控制主开关断开,线路断开,所述关断装置检测到线路异常断开,所述关断装置关断,所述关断装置的状态从AB变化到
Figure BDA00035018840700000312
在所述关断装置启动后,复位信号自动变为关断信号,所述关断装置状态从
Figure BDA0003501884070000041
变化到
Figure BDA0003501884070000042
优选地,复位生效情况:复位时,复位信号由关断信号变为导通信号,所述关断装置的状态从
Figure BDA0003501884070000043
变化到
Figure BDA0003501884070000044
在所述关断装置启动后,复位信号自动变为关断信号,所述关断装置的状态从
Figure BDA0003501884070000045
变化到
Figure BDA0003501884070000046
所述逻辑控制电路检测复位信号的上升沿,即
Figure BDA0003501884070000047
变化到B,之后所述关断装置将进入复位准备状态;在复位准备状态时,即使所述关断装置检测到线路中的电流为0,即
Figure BDA0003501884070000048
所述关断装置也导通,若在预设的时间内没有复位成功,所述关断装置自动关断,且重新将复位信号变为关断信号,即B变化到
Figure BDA0003501884070000049
此时需要检查线路是否异常,确认无误后再次启动复位。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、本发明通过由供电电路、复位电路、电流采集电路、逻辑控制电路、驱动电路、关断开关以及旁路二极管组成的关断装置检测到线路断开信号,关断装置就会关断,且关断装置在关断时完全不依赖于通信,提高了关断装置的抗干扰性能;
2、本发明无需增设通信装置,一套满足光伏发电系统通信要求的电力线或无线通信装置,其中,发射单元的成本在数千元~数万元,接收单元的成本在数十元~上百元不等。可见,省去了通信装置后,节约的成本占关断系统总成本的10%以上;
3、本发明通过在关断装置内设置自供电电路,无需额外增设电源线路,有助于简化结构,降低了成本;
4、本发明通过在线路中设置电弧检测器,从而使线路由于火灾或电弧造成损毁时,关断装置仍然能够可靠地工作,提高了关断装置的可靠性;
5、本发明通过关断装置连通光伏组件和线路,可以直接用于现有的光伏电站,安装方便,无需在电站设计时就考虑配置通信装置,提高了关断装置的普适性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明主要体现关断装置整体结构的示意图;
图2为本发明主要体现光伏发电系统整体结构的示意图;
图3为本发明主要体现逻辑控制电路状态转换示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示,根据本发明提供的一种光伏发电系统组件关断装置,包括供电电路、复位电路、电流采集电路、逻辑控制电路、驱动电路、关断开关以及旁路二极管。
光伏组件的正输出端P+连接供电电路的第一输入端a1、电流采集电路的输入端f1以及关断开关的动触点b1,光伏组件的负输出端P-连接供电电路的第二输入端a2和旁路二极管的阳极D+,旁路二极管的阴极D-连接关断开关的静触点b2,供电电路的输出端连接复位电路的输入端c1、驱动电路的第一输入端d1以及逻辑控制电路的第一输入端e1,复位电路的输出端连接逻辑控制电路的第二输入端e2,电流采集电路的输出端连接逻辑控制电路的第三输入端e3,逻辑控制电路的输出端连接驱动电路的第二输入端d2,驱动电路的输出端连接关断开关的控制端b3。
如图1所示,进一步地,供电电路为自供电电路,包括储能结构和稳压电路,用于为关断装置提供电源。
关断开关用于断开光伏组件和线路的连接,关断开关为IGBT、MOSFET以及继电器三者中的任一种。
电流采集电路用于采集流过关断开关的电流,为逻辑控制电路提供线路信号。
复位电路用于关断装置的复位操作,为逻辑控制电路提供复位信号。
旁路二极管用于在组件输出电压不足时将光伏组件旁路。
复位电路为手动复位方式或远程复位方式。
逻辑控制电路用于将采集到的线路信号和复位信号进行逻辑处理,为驱动电路提供控制信号。
实施例2
图1所示,基于实施例1,根据本发明提供的一种光伏发电系统组件关断装置的控制方法,关断开关用于将光伏组件和线路断开或连接;供电电路包括自供电电路,用于为关断装置提供电源;复位电路:用于关断装置的复位操作,为逻辑控制电路提供线路信号;电流采集电路:用于采集关断开关,为所述逻辑控制电路提供线路信号;逻辑控制电路:用于将采集到的线路信号和复位信号进行逻辑处理,并发送控制信号至驱动电路;驱动电路:用于驱动关断开关;旁路二极管:用于在组件输出电压不足时将光伏组件旁路。
关断装置通过自身对光伏发电系统线路的状态进行检测,继而判断光伏发电系统的工作状态。一旦光伏发电系统线路断开时,关断装置则自动断开。关断装置断开后,对光伏发电系统进行状态检修,并在故障排除后通过复位电路对关断装置进行复位操作。
关断系统在关断时完全不依赖于通信,只要关断装置检测到线路断开信号,关断装置就会关断,抗干扰能力更强;同时,由于没有额外的通信装置,降低了系统组件关断装置成本,超过装置总成本的10%。
实施例3
如图2所示,基于实施例1和实施例2,根据本发明提供的一种光伏发电系统,还包括多个光伏组件、主开关、电弧检测器以及控制中心。
多个光伏组件均通过关断装置与线路串联或并联,且光伏组件与关断装置一一对应。主开关用于关断或连通线路,电弧检测器用于检测多个光伏组件中是否有电弧发生,若有电弧发生,电弧检测器产生关断信号并输送至主开关控制主开关断开,若无电弧发生,电弧检测器不产生用于控制主开关断开的关断信号。控制中心发出信号至主开关,用于控制主开关的关断或连通。
进一步地,主开关为断路器,主开关安装在线路的多个光伏组件的首端,且主开关由电弧检测器和控制中心直接控制。电弧检测器安装在光伏串内,通过检测光伏串中是否有电弧发生,将关断信号反馈给主开关,直接控制主开关。控制中心由人工发出信号对主开关进行控制。
实施例4
基于实施例3,据本发明提供的一种光伏发电系统的关断控制方法,设定事件A为所述关断装置检测到线路正常导通,事件
Figure BDA0003501884070000061
为所述关断装置检测到线路异常断开,事件B为所述关断装置接收到的复位信号为导通信号,事件
Figure BDA0003501884070000062
为所述关断装置接收到的复位信号为关断信号。
AB代表关断装置检测到线路正常导通,复位电路接收到的复位信号为导通信号;
Figure BDA0003501884070000063
代表所述关断装置检测到线路异常断开,所述复位电路接收到的复位信号为导通信号;
Figure BDA0003501884070000064
代表所述关断装置检测到线路正常导通,所述复位电路接收到的复位信号为关断信号;
Figure BDA0003501884070000071
代表所述关断装置检测到线路异常断开,所述复位电路接收到的复位信号为关断信号。
线路关断生效情况:
电弧检测器检测到电弧产生,主开关关断,线路的电流变为零,关断装置检测到线路异常断开,关断装置关断,关断装置的状态从AB变化到
Figure BDA0003501884070000072
在关断装置启动后,复位信号自动变为关断信号,关断装置状态从
Figure BDA0003501884070000073
变化到
Figure BDA0003501884070000074
由于火灾、电弧发生等原因导致线路损毁,使得线路断开,关断装置检测到线路异常断开,关断装置关断,关断装置的状态从AB变化到
Figure BDA0003501884070000075
在关断装置启动后,复位信号自动变为关断信号,关断装置状态从
Figure BDA0003501884070000076
变化到
Figure BDA0003501884070000077
需要手动关断时,控制中心控制主开关断开,线路断开,关断装置检测到线路异常断开,关断装置关断,关断装置的状态从AB变化到
Figure BDA0003501884070000078
在关断装置启动后,复位信号自动变为关断信号,关断装置状态从
Figure BDA0003501884070000079
变化到
Figure BDA00035018840700000710
复位生效情况:复位时,复位信号由关断信号变为导通信号,关断装置的状态从
Figure BDA00035018840700000711
变化到
Figure BDA00035018840700000712
在关断装置启动后,复位信号自动变为关断信号,关断装置的状态从
Figure BDA00035018840700000713
变化到
Figure BDA00035018840700000714
逻辑控制电路检测复位信号的上升沿,即
Figure BDA00035018840700000715
变化到B,之后关断装置将进入复位准备状态;
在复位准备状态时,即使关断装置检测到线路中的电流为0,即
Figure BDA00035018840700000716
关断装置也导通,若在预设的时间内没有复位成功,关断装置自动关断,且重新将复位信号变为关断信号,即B变化到
Figure BDA00035018840700000717
此时需要检查线路是否异常,确认无误后再次启动复位。
其他情况:当线路中通过电流,而复位信号为无效,此时对应的状态为
Figure BDA00035018840700000718
定义
Figure BDA00035018840700000719
为非法状态,当关断装置检测到此时状态为
Figure BDA00035018840700000720
时,关断装置进行关断。当关断装置检测到复位信号为关断信号时,关断装置一定为关断状态。
复位方式:可选择手动复位和远程无线复位。
1)手动复位:在关断装置外侧安装复位按钮,手动按动后令复位;
2)远程复位:通过远程遥控,对复位电路进行无线通信复位。
由于复位时不需要即时性,即使复位时的通信信号不佳,也不会影响光伏电站的安全性和正常运行。
工作原理
通过关断装置自身对光伏发电系统线路的状态进行检测,继而判断光伏发电系统的工作状态。一旦光伏发电系统线路断开时,关断装置则自动断开。关断装置断开后,对光伏发电系统进行状态检修,并在故障排除后通过复位电路对关断装置进行复位操作,光伏组件在关断时的控制指令完全不依赖于额外的通信装置。光伏发电系统组件关断装置及控制方法很好地消除了通常依赖通信装置关断组件带来的负面影响,例如,受到电磁及环境干扰引起误操作、可靠性低,以及通讯时滞较大;同时,由于没有额外的通信装置,降低了系统组件关断装置成本,超过装置总成本的10%。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种光伏发电系统组件关断装置,其特征在于,包括供电电路、复位电路、电流采集电路、逻辑控制电路、驱动电路、关断开关以及旁路二极管;
所述光伏组件的正输出端P+连接供电电路的第一输入端a1、电流采集电路的输入端f1以及关断开关的动触点b1;
所述光伏组件的负输出端P-连接供电电路的第二输入端a2和旁路二极管的阳极D+,所述旁路二极管的阴极D-连接关断开关的静触点b2;
所述供电电路的输出端连接复位电路的输入端c1、驱动电路的第一输入端d1以及逻辑控制电路的第一输入端e1,所述复位电路的输出端连接逻辑控制电路的第二输入端e2,所述电流采集电路的输出端连接逻辑控制电路的第三输入端e3;
所述逻辑控制电路的输出端连接驱动电路的第二输入端d2,所述驱动电路的输出端连接关断开关的控制端b3。
2.如权利要求1所述的光伏发电系统组件关断装置,其特征在于,所述供电电路包括储能结构和稳压电路。
3.如权利要求1所述的光伏发电系统组件关断装置,其特征在于,所述复位电路包括手动复位和远程复位。
4.一种光伏发电系统组件关断装置的控制方法,其特征在于,采用权利要求1-3任一项所述的光伏发电系统组件关断装置,
所述关断开关:用于将光伏组件和线路断开或连接;
所述供电电路:包括自供电电路,用于为所述关断装置提供电源;
所述复位电路:用于关断装置的复位操作,为逻辑控制电路提供线路信号;
所述电流采集电路:用于采集流过关断开关的电流,为所述逻辑控制电路提供线路信号;
所述逻辑控制电路:用于将采集到的线路信号和复位信号进行逻辑处理,并发送控制信号至驱动电路;
所述驱动电路:用于驱动关断开关;
所述旁路二极管:用于在组件输出电压不足时将光伏组件旁路。
5.一种光伏发电系统,其特征在于,包括权利要求1-3任一项所述的光伏发电系统组件关断装置,还包括多个光伏组件、主开关、电弧检测器以及控制中心;
多个所述光伏组件均通过关断装置与线路串联或并联;
所述主开关用于关断或连通线路;
所述电弧检测器用于检测多个光伏组件中是否有电弧发生,若有电弧发生,所述电弧检测器产生关断信号并输送至主开关控制主开关断开;若无电弧发生,所述电弧检测器不产生用于控制主开关断开的关断信号;
所述控制中心发出信号至主开关,用于控制主开关的关断或连通。
6.如权利要求5所述的光伏发电系统,其特征在于,所述主开关安装在线路的多个光伏组件的首端,且所述主开关由电弧检测器和控制中心直接控制。
7.如权利要求5所述的光伏发电系统,其特征在于,所述控制中心由人工发出信号对主开关进行控制。
8.一种光伏发电系统的关断控制方法,其特征在于,用于权利要求5所述的一种光伏发电系统,事件A为所述关断装置检测到线路正常导通,事件
Figure FDA0003501884060000021
为所述关断装置检测到线路异常断开,事件B为所述关断装置接收到的复位信号为导通信号,事件
Figure FDA0003501884060000022
为所述关断装置接收到的复位信号为关断信号;
AB代表所述关断装置检测到线路正常导通,所述复位电路接收到的复位信号为导通信号;
Figure FDA0003501884060000023
代表所述关断装置检测到线路异常断开,所述复位电路接收到的复位信号为导通信号;
Figure FDA0003501884060000024
代表所述关断装置检测到线路正常导通,所述复位电路接收到的复位信号为关断信号;
Figure FDA0003501884060000025
代表所述关断装置检测到线路异常断开,所述复位电路接收到的复位信号为关断信号。
9.如权利要求8所述的光伏发电系统的关断控制方法,其特征在于,线路关断生效情况:
所述电弧检测器检测到电弧产生,所述主开关关断,线路的电流变为零,所述关断装置检测到线路异常断开,所述关断装置关断,所述关断装置的状态从AB变化到
Figure FDA0003501884060000026
在所述关断装置启动后,复位信号自动变为关断信号,所述关断装置状态从
Figure FDA0003501884060000027
变化到
Figure FDA0003501884060000028
线路损毁,使得线路断开,所述关断装置检测到线路异常断开,所述关断装置关断,所述关断装置的状态从AB变化到
Figure FDA0003501884060000029
在所述关断装置启动后,复位信号自动变为关断信号,所述关断装置状态从
Figure FDA00035018840600000210
变化到
Figure FDA00035018840600000211
所述控制中心控制主开关断开,线路断开,所述关断装置检测到线路异常断开,所述关断装置关断,所述关断装置的状态从AB变化到
Figure FDA0003501884060000031
在所述关断装置启动后,复位信号自动变为关断信号,所述关断装置状态从
Figure FDA0003501884060000032
变化到
Figure FDA0003501884060000033
10.如权利要求8所述的光伏发电系统的关断控制方法,其特征在于,复位生效情况:复位时,复位信号由关断信号变为导通信号,所述关断装置的状态从
Figure FDA0003501884060000034
变化到
Figure FDA0003501884060000035
在所述关断装置启动后,复位信号自动变为关断信号,所述关断装置的状态从
Figure FDA0003501884060000036
变化到
Figure FDA0003501884060000037
所述逻辑控制电路检测复位信号的上升沿,即
Figure FDA0003501884060000038
变化到B,之后所述关断装置将进入复位准备状态;
在复位准备状态时,即使所述关断装置检测到线路中的电流为0,即
Figure FDA0003501884060000039
所述关断装置也导通,若在预设的时间内没有复位成功,所述关断装置自动关断,且重新将复位信号变为关断信号,即B变化到
Figure FDA00035018840600000310
此时需要检查线路是否异常,确认无误后再次启动复位。
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