CN115078920B - 多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法与系统 - Google Patents

多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法与系统 Download PDF

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Abstract

一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法,包括:连续采集母线零序电压,判断是否超过设定阈值,若零序电压超过设定阈值时,记录该时刻为
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE001
,将[
Figure 674830DEST_PATH_IMAGE002
,
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE003
]记作故障时间区间,
Figure 878278DEST_PATH_IMAGE004
为电网工频周期;获取上述故障时间区间内的各馈线出口处各零序电流采样序列;根据各零序电流采样序列,构造相互独立的多判据故障指标体系,包括:故障瞬态功率测度指标、故障瞬态频率相似度测度指标与故障瞬态空间距离测度指标;根据多判据故障指标体系,得到信度分配函数;将信度分配函数利用D‑S算法规则进行处理,从而得到各出线的融合后的概率计算值。本发明能快速实现对单相接地故障的馈线判定,判定精度高,安全可靠。

Description

多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法与系统
技术领域
本发明属于配电网络技术领域,更具体的,涉及一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法。
背景技术
配电网的安全可靠运行是实现高水平智能电网的关键环节,配网故障主要有单相接地短路、相间短路、两相接地短路、三相短路及断线故障等类型,其中单相接地故障占到80%左右。由于单相故障电流较小、信息不易捕捉、配网架构复杂等原因,其选线定位一直是一个难题。然而,由于故障信号微弱、故障工况复杂,单相接地故障在谐振接地系统中的准确定位一直是一个难题,如何快速准确找到故障发生位置已成为传统电力系统中为数不多未得到彻底解决的问题之一。随着新能源技术的发展,光伏、风电等电源的加入使得配电网结构日益复杂,对故障定位的挑战越来越大,迫切需要研究高可靠的面向有源配电系统的故障诊断方法。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足,本发明的目的在于,解决上述缺陷,进而提出一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法。
本发明采用如下的技术方案。
一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法,包括如下步骤:
步骤1,连续采集母线零序电压,判断是否超过设定阈值,若零序电压超过设定阈值时,记录该时刻为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
,将
Figure 73400DEST_PATH_IMAGE002
记作故障时间区间,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
为电网工频周期;
步骤2,获取上述故障时间区间内的各馈线出口处各零序电流采样序列:
Figure 668330DEST_PATH_IMAGE004
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
,...,
Figure 663968DEST_PATH_IMAGE006
,其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
为传感器采样频率,
Figure 153418DEST_PATH_IMAGE008
表示第
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
条线路在时刻
Figure 209099DEST_PATH_IMAGE010
的零序电流采样值,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
为线路标号,
Figure 25745DEST_PATH_IMAGE012
K为配电网的线路的总数量,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
表示对
Figure 825074DEST_PATH_IMAGE014
进行取整运算;零序电流采样序列简化为:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
Figure 912241DEST_PATH_IMAGE016
,...,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE017
,其中,令
Figure 404402DEST_PATH_IMAGE018
,则故障时间区间内的零序电流一共有
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE019
个离散采样点;
步骤3,根据各零序电流采样序列,构造相互独立的多判据故障指标体系,包括:故障瞬态功率测度指标、故障瞬态频率相似度测度指标与故障瞬态空间距离测度指标;
步骤4,根据多判据故障指标体系,得到信度分配函数;
步骤5,根据D-S算法规则,利用信度分配函数,得到各个线路的融合后的概率计算值;
步骤6,利用各个线路的融合后的概率计算值进行故障判定。
进一步的,故障瞬态功率测度指标为
Figure 708345DEST_PATH_IMAGE020
其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE021
表示故障时间区间内与第
Figure 45785DEST_PATH_IMAGE022
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE023
所对应的零序电压离散值,
Figure 515687DEST_PATH_IMAGE024
表示第
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE025
条线路对应的故障瞬态功率测度值。
进一步的,故障瞬态频率相似度测度指标为
Figure 913170DEST_PATH_IMAGE026
其中:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE027
Figure 704409DEST_PATH_IMAGE028
表示第
Figure 314382DEST_PATH_IMAGE025
条线路对应的故障瞬态频率相似度测度值,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE029
进一步的,故障瞬态空间距离测度指标为
Figure 376141DEST_PATH_IMAGE030
其中:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE031
Figure 210105DEST_PATH_IMAGE032
表示第
Figure 691902DEST_PATH_IMAGE025
条线路对应的故障瞬态空间距离测度值,K为配电网的线路的总数量。
进一步的,步骤4具体包括:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE033
其中:
Figure 636724DEST_PATH_IMAGE034
为判据
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE035
对第
Figure 51525DEST_PATH_IMAGE036
条线路的信度分配函数,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE037
对应故障瞬态功率测度指标、
Figure 560784DEST_PATH_IMAGE038
对应故障瞬态频率相似度测度指标、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE039
对应故障瞬态空间距离测度指标。
进一步的,设定阈值是0.15倍的线电压。
进一步的,步骤5具体包括:
Figure 61036DEST_PATH_IMAGE040
其中,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE041
其中,K为配电网的线路的总数量,
Figure 543970DEST_PATH_IMAGE042
为配电网的第k条线路的融合后的概率计算值,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE043
为交集符号,
Figure 78856DEST_PATH_IMAGE044
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE045
Figure 756088DEST_PATH_IMAGE046
为步骤S4中的信度分配函数。
进一步的,步骤6具体包括:
Figure DEST_PATH_IMAGE047
,则判定线路
Figure 743635DEST_PATH_IMAGE025
为故障线路,否则,线路
Figure 499102DEST_PATH_IMAGE025
为健康线路。
一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线系统,包括:电压采集模块、故障构造模块与逻辑计算模块;
电压采集模块用于采集母线零序电压;
故障构造模块用于构造故障瞬态功率测度指标、故障瞬态频率相似度测度指标与故障瞬态空间距离测度指标,
逻辑计算模块用于得到信度分配函数,以及得到各出线的融合后的概率计算值。
本发明的有益效果在于,与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明将故障瞬态电流幅值、瞬态电流波形以及瞬态电流空间距离作为故障判据,通过D-S证据理论进行组合运算,得到最大的故障概率值,以能快速实现对单相接地故障的馈线判定,判定精度高,安全可靠;
(2)本发明从对信度函数的优化着手,构造了一种针对D-S证据理论的改进方案,使其能够规避传统概率问题而适用于故障选线;
(3)本发明技术方案对噪声干扰体现出了较强的免疫能力。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法流程图。
图2是使用本发明实施例提供的一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法的10kV辐射状谐振接地系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本申请的保护范围。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法,具体包括如下步骤:
步骤1、连续采集母线零序电压,当零序电压超过设定阈值时,也即母线零序电压监测值超过0.15倍线电压值对应时刻,记录该时刻为
Figure 91757DEST_PATH_IMAGE048
,将
Figure DEST_PATH_IMAGE049
记作故障时间区间,
Figure 438425DEST_PATH_IMAGE050
为电网工频周期;上述设定阈值可以是0.15倍的线电压,T=20ms。
步骤2、获取上述故障时间区间内的各馈线(即线路)出口处各零序电流采样序列:
Figure DEST_PATH_IMAGE051
Figure 677383DEST_PATH_IMAGE052
,...,
Figure DEST_PATH_IMAGE053
,其中
Figure 767699DEST_PATH_IMAGE054
为传感器采样频率,
Figure DEST_PATH_IMAGE055
表示对
Figure 11598DEST_PATH_IMAGE056
进行取整运算,令
Figure DEST_PATH_IMAGE057
,则故障时间区间内的零序电流一共有n+1个离散采样点,
Figure 765053DEST_PATH_IMAGE058
表示配电网的第
Figure DEST_PATH_IMAGE059
条线路在时刻
Figure 727192DEST_PATH_IMAGE060
的零序电流采样值,
Figure DEST_PATH_IMAGE061
为配电网的线路标号,
Figure 621199DEST_PATH_IMAGE062
K为配电网的线路的总数量,因此,上述零序电流采样序列可以记作:
Figure DEST_PATH_IMAGE063
Figure 719605DEST_PATH_IMAGE064
,...,
Figure DEST_PATH_IMAGE065
步骤3、构造相互独立的多判据故障指标体系;
所述步骤3中包括如下步骤:
步骤3.1、构造故障瞬态功率测度指标为
Figure 924189DEST_PATH_IMAGE066
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE067
表示故障时间区间内与第
Figure 373625DEST_PATH_IMAGE068
Figure DEST_PATH_IMAGE069
所对应的零序电压离散值,
Figure 805743DEST_PATH_IMAGE070
表示第
Figure DEST_PATH_IMAGE071
条线路对应的故障瞬态功率测度值;
步骤3.2、构造故障瞬态频率相似度测度指标为
Figure 758655DEST_PATH_IMAGE072
其中:
Figure DEST_PATH_IMAGE073
步骤3.3、构造故障瞬态空间距离测度指标为
Figure 119492DEST_PATH_IMAGE074
其中:
Figure DEST_PATH_IMAGE075
K为配电网的线路的总数量。
步骤4、将上述步骤(3.1)(3.2)(3.3)所得的故障测度代入下式,得到信度分配函数:
Figure 56224DEST_PATH_IMAGE076
其中:
Figure DEST_PATH_IMAGE077
为判据
Figure 557612DEST_PATH_IMAGE078
对第
Figure DEST_PATH_IMAGE079
条线路的信度分配函数,用于作为D-S证据运算输入。
Figure 630611DEST_PATH_IMAGE080
对应故障瞬态功率测度指标、
Figure DEST_PATH_IMAGE081
对应故障瞬态频率相似度测度指标、
Figure 159419DEST_PATH_IMAGE082
对故障瞬态空间距离测度指标。
步骤5,根据D-S算法规则,利用信度分配函数,得到各个线路的融合后的概率计算值。
Figure DEST_PATH_IMAGE083
其中,
Figure 583447DEST_PATH_IMAGE084
其中,K为配电网的线路的总数量,
Figure DEST_PATH_IMAGE085
为配电网的第k条线路的融合后的概率计算值,
Figure 357368DEST_PATH_IMAGE086
为交集符号。
步骤6,利用各个线路的融合后的概率计算值进行故障判定。具体为:
Figure DEST_PATH_IMAGE087
,则判定线路
Figure 786337DEST_PATH_IMAGE088
为故障线路,否则,线路
Figure 456353DEST_PATH_IMAGE088
为健康线路。
进一步的,
步骤5还包括:
Figure DEST_PATH_IMAGE089
Figure 102098DEST_PATH_IMAGE090
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE091
表示各条出线是否发生故障的互斥假设集合。
Figure 148551DEST_PATH_IMAGE092
的作用是计算相应故障判据的不确定性信度值(例如,表1的最后一行“不确定度”),以表达该故障判据视角下“不确定故障发生在哪条线路上的”信度值。这是D-S证据理论的优势。
Figure DEST_PATH_IMAGE093
的具体含义是不确定故障线路发生具体位置所对应的概率值。
相应的,本公开还提出了一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线系统,包括:电压采集模块、故障构造模块与逻辑计算模块;
电压采集模块用于采集母线零序电压;
故障构造模块用于构造故障瞬态功率测度指标、故障瞬态频率相似度测度指标与故障瞬态空间距离测度指标,
逻辑计算模块用于得到信度分配函数,以及得到各出线的融合后的概率计算值。
实施例一:
如图1所示,一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法,包括:搜索故障发生后母线零序电压越限时刻,并标记故障时间区间;召回故障时间区间内各馈线出口零序电流并对其标记序号;在此基础上构造相互独立的多判据故障指标体系,包括:构造故障瞬态功率测度指标、构造故障瞬态频率相似度测度指标、构造故障瞬态空间距离测度指标;设计一种新的D-S证据运算的信度函数输入函数,将信度函数最大计算值所对应线路判定为故障线路。
如图2所示,首先建立一个10kV辐射状谐振接地系统,该有源配电系统为典型的电缆-架空线混连结构,中性点经消弧线圈接地,属小电流接地运行方式。关键建模参数主要有:架空主线型号为JKLYJ-240;架空支线型号为JKLYJ-150;电缆型号主要有YJV22-3*400、YJV22-3*300、YJV22-3*150。在PSCAD/EMTDC仿真平台上输入以上线路型号所对应的参数,采样频率设置为10kHz,仿真计算步长为0.5微秒,对应每工频周波采样200点。
图2清楚标明了四处故障指示器安装位置,分别对应四条出线口1、2、3、4,故障位置设定在线路L1,故障电阻值为1000欧姆,噪声干扰电流水平为10dB,用于后文说明本发明具体区段定位方案。
基于以上仿真模型和配网拓扑结构,本发明方法的具体实施步骤如下:
连续采集母线零序电压,当所述零序电压超过设定阈值时,记录该时刻为t0,记作[t0,t0+T/4]为故障时间区间,T取值为电网工频周期,跳转至步骤2;
具体地,通过常规的技术手段能获取母线的零序电压,设定的阈值电压根据不同的母线的工作状态进行确定,母线的零序电压的采集过程以及设置阈值电压的大小均为本技术领域人员所熟知,此处不再赘述。当在采集到母线的零序电压后,将母线的零序电压与设定的阈值电压进行比较,当母线的零序电压未大于设定的阈值电压时,则说明母线以及与母线连接的馈线间不存在单相接地故障,否则,即说明存在小电流单相接地故障。当不存在单相接地故障时,则需要持续采集母线的零序电压并将母线的零序电压与设置的阈值电压比较,以能及时发现小电流单相接地故障。而确定存在单相接地故障后,则执行下述步骤,以确定发生单相接地故障的具体线路。
2)召回上述故障时间区间内的各馈线出口处各零序电流采样序列:{
Figure 196142DEST_PATH_IMAGE094
Figure DEST_PATH_IMAGE095
,...,
Figure 72612DEST_PATH_IMAGE096
},其中f为传感器采样频率,[Tf/4]表示对Tf进行取整运算,记n=[Tf/4]表示故障时间区间内的零序电流一共有n+1个离散采样点,
Figure DEST_PATH_IMAGE097
表示第lk条线路在时刻t0的零序电流采样值,k为线路标号,将前述零序电流采样序列记作:
Figure 205653DEST_PATH_IMAGE098
Figure DEST_PATH_IMAGE099
,...,
Figure 321377DEST_PATH_IMAGE100
具体地,通过常规的技术手段来采集馈线的零序电流,以及获取馈线零序电流的过程均为本技术领域人员所熟知,此处不再赘述。
3)构造相互独立的多判据故障指标体系;
所述步骤3中包括如下步骤:
步骤3.1、构造故障瞬态功率测度指标为
Figure DEST_PATH_IMAGE101
其中
Figure 223473DEST_PATH_IMAGE102
表示故障时间区间内与第p个
Figure DEST_PATH_IMAGE103
所对应的零序电压离散值,
Figure 267915DEST_PATH_IMAGE104
表示第k条线路对应瞬态功率测度值;
步骤3.2、构造故障瞬态频率相似度测度指标为
Figure DEST_PATH_IMAGE105
其中:
Figure 622673DEST_PATH_IMAGE106
步骤3.3、构造故障瞬态空间距离测度指标为
Figure DEST_PATH_IMAGE107
其中:
Figure 542088DEST_PATH_IMAGE108
4)将上述步骤(3.1)(3.2)(3.3)所得的故障测度代入以下两式,得到信度函数,并作为D-S证据运算输入:
Figure DEST_PATH_IMAGE109
Figure 298691DEST_PATH_IMAGE110
其中:
Figure DEST_PATH_IMAGE111
为判据j对第i条线路的信度分配函数,j=1对应故障瞬态功率测度指标、j=2对应故障瞬态频率相似度测度指标、j=3对故障瞬态空间距离测度指标;
Figure 511104DEST_PATH_IMAGE112
表示各条出线是否发生故障的互斥假设集合。
具体地,通过常规的技术手段进行D-S证据运算已为本技术领域人员所熟知,此处不再赘述。
5)自此,将上述信度分配函数计算值利用D-S算法规则进行处理,即可算得各个线路的融合后的概率计算值
Figure DEST_PATH_IMAGE113
(对应于表1中的“融合(m)”列),表1示出了各线路信度函数值融合值:
表1
Figure 618738DEST_PATH_IMAGE114
表1数据表明,在对本发明设计的三个独立测度指标进行证据融合之前,故障线路1的各独立测度值存在明显分歧,即
Figure DEST_PATH_IMAGE115
<0.5,
Figure 810684DEST_PATH_IMAGE116
<0.5,
Figure DEST_PATH_IMAGE117
>0.5,存在矛盾判断。而经过本发明信度函数重构运算后,得到融合的m值为0.968,因此有96.8%的把握认为线路1发生接地故障,这样便将任何单判据表达线路发生故障能力极大凸显,从而极大提高了判据的可靠性。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述,但是本领域技术人员应该理解,以上实施示例仅为本发明的优选实施方案,详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神,而并非对本发明保护范围的限制,相反,任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1,连续采集母线零序电压,判断是否超过设定阈值,若零序电压超过设定阈值时,记录该时刻为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
,将
Figure 328680DEST_PATH_IMAGE002
记作故障时间区间,
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为电网工频周期;
步骤2,获取上述故障时间区间内的各馈线出口处各零序电流采样序列:
Figure 310281DEST_PATH_IMAGE004
,...,
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中
Figure 221605DEST_PATH_IMAGE006
为传感器采样频率,
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表示第
Figure 815528DEST_PATH_IMAGE008
条线路在时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE009
的零序电流采样值,
Figure 643545DEST_PATH_IMAGE010
为线路标号,
Figure DEST_PATH_IMAGE011
K为配电网的线路的总数量,
Figure 281200DEST_PATH_IMAGE012
表示对
Figure DEST_PATH_IMAGE013
进行取整运算;零序电流采样序列简化为:
Figure 696132DEST_PATH_IMAGE014
,其中,令
Figure DEST_PATH_IMAGE015
,则故障时间区间内的零序电流一共有
Figure 61123DEST_PATH_IMAGE016
个离散采样点;
步骤3,根据各零序电流采样序列,构造相互独立的多判据故障指标体系,包括:故障瞬态功率测度指标、故障瞬态频率相似度测度指标与故障瞬态空间距离测度指标;
步骤4,根据多判据故障指标体系,得到信度分配函数;
步骤5,根据D-S算法规则,利用信度分配函数,得到各个线路的融合后的概率计算值;
步骤6,利用各个线路的融合后的概率计算值进行故障判定。
2.根据权利要求1所述的一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法,其特征在于,故障瞬态功率测度指标为
Figure DEST_PATH_IMAGE017
其中
Figure 228799DEST_PATH_IMAGE018
表示故障时间区间内与第
Figure DEST_PATH_IMAGE019
Figure 522508DEST_PATH_IMAGE020
所对应的零序电压离散值,
Figure DEST_PATH_IMAGE021
表示第
Figure 877266DEST_PATH_IMAGE008
条线路对应的故障瞬态功率测度值。
3.根据权利要求1所述的一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法,其特征在于,故障瞬态频率相似度测度指标为
Figure 520649DEST_PATH_IMAGE022
其中:
Figure DEST_PATH_IMAGE023
Figure 277252DEST_PATH_IMAGE024
表示第
Figure 725551DEST_PATH_IMAGE008
条线路对应的故障瞬态频率相似度测度值,
Figure DEST_PATH_IMAGE025
4.根据权利要求1所述的一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法,其特征在于,故障瞬态空间距离测度指标为
Figure 583917DEST_PATH_IMAGE026
其中:
Figure DEST_PATH_IMAGE027
Figure 41443DEST_PATH_IMAGE028
表示第
Figure 370662DEST_PATH_IMAGE008
条线路对应的故障瞬态空间距离测度值,K为配电网的线路的总数量。
5.根据权利要求1所述的一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法,其特征在于,步骤4具体包括:
Figure DEST_PATH_IMAGE029
其中:
Figure 521021DEST_PATH_IMAGE030
为判据
Figure DEST_PATH_IMAGE031
对第
Figure 601103DEST_PATH_IMAGE032
条线路的信度分配函数,
Figure DEST_PATH_IMAGE033
对应故障瞬态功率测度指标、
Figure 862320DEST_PATH_IMAGE034
对应故障瞬态频率相似度测度指标、
Figure DEST_PATH_IMAGE035
对应故障瞬态空间距离测度指标。
6.根据权利要求1所述的一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法,其特征在于,设定阈值是0.15倍的线电压。
7.根据权利要求1所述的一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法,其特征在于,步骤5具体包括:
Figure 842784DEST_PATH_IMAGE036
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE037
其中,K为配电网的线路的总数量,
Figure 898464DEST_PATH_IMAGE038
为配电网的第
Figure DEST_PATH_IMAGE039
条线路的融合后的概率计算值,
Figure 731422DEST_PATH_IMAGE040
为交集符号,
Figure DEST_PATH_IMAGE041
Figure 530751DEST_PATH_IMAGE042
Figure DEST_PATH_IMAGE043
为步骤S4中的信度分配函数。
8.根据权利要求7所述的一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线方法,其特征在于,步骤6具体包括:
Figure 365721DEST_PATH_IMAGE044
,则判定线路
Figure DEST_PATH_IMAGE045
为故障线路,否则,线路
Figure 857882DEST_PATH_IMAGE045
为健康线路。
9.一种多信息融合的有源配电网单相接地故障选线系统,运用在权利要求1-8任意一项所述的方法上,其特征在于,系统包括:电压采集模块、故障构造模块与逻辑计算模块;
电压采集模块用于采集母线零序电压;
故障构造模块用于构造故障瞬态功率测度指标、故障瞬态频率相似度测度指标与故障瞬态空间距离测度指标,
逻辑计算模块用于得到信度分配函数,以及得到各出线的融合后的概率计算值。
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