CN116517766A - 风力发电机组的控制方法、控制器及风力发电机组 - Google Patents
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Abstract
公开了一种风力发电机组的控制方法、控制器及风力发电机组。所述风力发电机组的控制方法包括:获取风力发电机组运行期间的发电机转速;基于预先确定的反映发电机转速与发电机转矩上限值的发电机转速转矩映射表,确定与获取的发电机转速对应的发电机转矩上限值,其中,所述发电机转速转矩映射表是在多种运行工况下对风力发电机组进行测试获得的;基于确定的发电机转矩上限值,对风力发电机组的预设运行参数进行限幅。所述风力发电机组的控制方法、控制器及风力发电机组,能够根据风力发电机组的实际运行工况实时调整发电机转矩上限,提升风力发电机组的运行安全性。
Description
技术领域
本公开总体说来涉及风力发电技术领域,更具体地讲,涉及一种风力发电机组的控制方法、控制器及风力发电机组。
背景技术
目前,为了实现风力发电机组的安全运行,通常会对发电机转矩的幅值上限设置一个最高转矩上限。通过设置最高转矩上限,可以使风力发电机组避免运行于极限过载工况,提高风力发电机组的运行安全性。
然而,仅设置一个最高转矩上限,对于极限过载工况之外的其他需要对发电机转矩进行限幅的工况,无法实现有效的保护。例如,当风力发电机组运行于低速工况时,如果不对发电机转矩进行一定的限幅,则可能会导致风力发电机组的控制振荡失稳,而当风力发电机组运行于过速工况时,如果不对发电机转矩进行一定的限幅,则可能会导致风力发电机组的上网功率过载。这种振荡失稳以及上网功率过载的工况的出现,对于风力发电机组的安全运行产生极大影响。换言之,现有的为风力发电机组设置最高转矩上限的方法仅可以对极限工况进行保护,无法对风力发电机组的整个运行工况进行保护,会严重影响风力发电机组的安全运行。另一方面,为了设置最高转矩上限,目前常用的设计方法是根据风力发电机组的电气回路的能力边界进行设计,无法有效结合机械部件的能力边界进行设计,因此采用单一的转矩上限/下限,容易出现过设计。
发明内容
为此,本公开的实施例提供一种风力发电机组的控制方法、控制器及风力发电机组,能够根据风力发电机组的实际运行工况实时调整发电机转矩上限,提升风力发电机组的运行安全性。
在一个总的方面,提供一种风力发电机组的控制方法,所述风力发电机组的控制方法包括:获取风力发电机组运行期间的发电机转速;基于预先确定的反映发电机转速与发电机转矩上限值的发电机转速转矩映射表,确定与获取的发电机转速对应的发电机转矩上限值,其中,所述发电机转速转矩映射表是在多种运行工况下对风力发电机组进行测试获得的;基于确定的发电机转矩上限值,对风力发电机组的预设运行参数进行限幅。
在另一总的方面,提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质,当所述计算机程序被处理器执行时,实现如上所述的风力发电机组的控制方法。
在另一总的方面,提供一种控制器,所述控制器包括:处理器;和存储器,存储有计算机程序,当所述计算机程序被处理器执行时,实现如上所述的风力发电机组的控制方法。
在另一总的方面,提供一种风力发电机组,所述风力发电机组包括如上所述的控制器。
根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法、控制器及风力发电机组,通过根据风力发电机组的实际运行工况实时调整发电机转矩上限,能够实现对风力发电机组整个运行工况(包括低速大转矩工况或过速大转矩工况)的有效保护,并且在极限工况下对风力发电机组提前进行保护,从而提升风力发电机组的安全运行可靠性。此外,根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法、控制器及风力发电机组,能够有效避免过设计,降低风力发电机组的控制成本,并且不会增加风力发电机组的硬件成本,便于推广应用。
附图说明
通过下面结合示出实施例的附图进行的描述,本公开的实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚,其中:
图1是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法的流程图;
图2是示出通过在第一运行工况和第二运行工况下对风力发电机组进行测试来获得发电机转速转矩映射表的方法的流程图;
图3是示出根据本公开的实施例的确定在第一运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第一对应关系的方法的流程图;
图4是示出根据本公开的实施例的确定在第二运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第二对应关系的方法的流程图;
图5是示出根据本公开的实施例的控制器的框图。
具体实施方式
提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而,在理解本申请的公开之后,在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如,在此描述的操作的顺序仅是示例,并且不限于在此阐述的那些顺序,而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外,可如在理解本申请的公开之后将是清楚的那样被改变。此外,为了更加清楚和简明,本领域已知的特征的描述可被省略。
图1是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法的流程图。根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法可由风力发电机组的主控制器执行,也可以由设置在风力发电机组中的其他专用控制器执行。
参照图1,在步骤S101中,获取风力发电机组运行期间的发电机转速。例如,可在风力发电机组的变流器的整流侧处于运行状态期间获取发电机转速。换言之,在获取发电机转速时,仅需要保证风力发电机组的变流器的整流侧处于运行状态即可,而无需监测风力发电机组的变流器的逆变侧是否处于运行状态。
接下来,在步骤S102中,基于预先确定的反映发电机转速与发电机转矩上限值的发电机转速转矩映射表,确定与获取的发电机转速对应的发电机转矩上限值。这里,发电机转速转矩映射表可以是在多种运行工况下对风力发电机组进行测试获得的。可选择地,多种运行工况可至少包括第一运行工况和第二运行工况,但不限于此。例如,多种运行工况还可包括例如叶片失速的工况等特殊工况。根据本公开的实施例,在第一运行工况下,发电机转速可大于并网转速且小于额定转速,而在第二运行工况下,发电机转速可大于额定转速且小于最大允许转速。换言之,第一运行工况可对应于低速大转矩工况,第二运行工况可对应于过速大转矩工况。下面以多种运行工况包括第一运行工况和第二运行工况为例描述获得发电机转速转矩映射表的方法。
图2是示出通过在第一运行工况和第二运行工况下对风力发电机组进行测试来获得发电机转速转矩映射表的方法的流程图。
参照图2,在步骤S201中,通过在第一运行工况下对风力发电机组进行至少一种测试,确定在第一运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第一对应关系。在步骤S202中,通过在第二运行工况下对风力发电机组进行至少一种测试,确定在第二运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第二对应关系。这里,在第一运行工况和第二运行工况下对风力发电机组进行的测试可包括软件仿真模拟、对拖平台测试、样机测试中的至少一种。在步骤S203中,基于第一对应关系和第二对应关系构建发电机转速转矩映射表。下面通过参照图3和图4描述在第一运行工况和第二运行工况下对风力发电机组进行至少一种测试的方法以确定发电机转速与发电机转矩上限值之间的对应关系的方法。
图3是示出根据本公开的实施例的确定在第一运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第一对应关系的方法的流程图;图4是示出根据本公开的实施例的确定在第二运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第二对应关系的方法的流程图。
参照图3,在步骤S301中,通过在第一运行工况下以恒转速模式对风力发电机组进行软件仿真模拟,确定在第一运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第一上限值。这里,第一上限值需要满足以下要求:当发电机转矩不大于(即,小于或等于)第一上限值时,风力发电机组的预设运行指标满足设计要求。
根据本公开的实施例,软件仿真模拟可通过例如PSCAD软件仿真进行各转速下转矩上限的仿真测试来实现。另一方面,恒转速模式是指将发电机转速控制在稳定状态,维持发电机转速不变,并且不断增加风力发电机的给定转矩值,直到达到上限。通过这种方式,可以获得各个发电机转速所对应的转矩上限。恒转速模式属于一种现有的风力发电机组的简单控制方式,这里不再赘述。
在步骤S302中,通过在第一运行工况下以恒转速模式对风力发电机组进行对拖平台测试,确定在第一运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第二上限值。这里,第二上限值需要满足以下要求:当发电机转矩不大于第二上限值时,风力发电机组的预设运行指标满足设计要求。根据本公开的实施例,对拖平台测试可通过电机实物对拖平台进行各转速下扭矩上限的测试来实现。
在步骤S303中,通过在第一运行工况下以恒转速模式对风力发电机组进行样机测试,确定在第一运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第三上限值。这里,第三上限值需要满足以下要求:当发电机转矩不大于第三上限值时,风力发电机组的所述预设运行指标满足设计要求。根据本公开的实施例,样机测试可通过在风电场的风力发电机组样机上进行各转速下扭矩上限的测试来实现。在步骤S301至步骤S303中,预设运行指标可包括发电机转速波动幅度、发电机转矩波动幅度、输出功率控制偏差和/或发电机转矩跟踪精度。这些指标可通过现有的传感器和/或各种计算方法获取,这里不再赘述。
在步骤S304中,基于在第一运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第一上限值、第二上限值和第三上限值,确定在第一运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第一对应关系。具体地讲,首先,可针对在第一运行工况下的各个发电机转速中的任意一个发电机转速,将与任意一个发电机转速对应的发电机转矩的第一上限值、第二上限值和第三上限值中的最小值,确定为与任意一个发电机转速对应的发电机转矩的上限值。然而,本公开不限于此,例如,可将第一上限值、第二上限值和第三上限值中的中间值或平均值确定为与任意一个发电机转速对应的发电机转矩的上限值。然后,可基于在第一运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的上限值,确定在第一运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第一对应关系。
表1是示出在第一运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第一对应关系的表。
表1
发电机转速 | 转速值 | 转矩上限值 | 备注 |
NL1 | n1 | TL1 | n1为并网转速 |
NL2 | n1+Δn | TL2 | Δn为测试转速增量 |
…… | …… | …… | |
NLi | nN-Δn | TLi | nN为额定转速 |
参照图4,在步骤S401中,通过在第二运行工况下以恒转速模式对风力发电机组进行软件仿真模拟,确定在第二运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第一上限值。这里,第一上限值需要满足以下要求:当发电机转矩不大于第一上限值时,风力发电机组的输出功率保持额定功率。
如上所述,软件仿真模拟可通过例如PSCAD软件仿真进行各转速下转矩上限的仿真测试来实现。另一方面,恒转速模式是指将发电机转速控制在稳定状态,维持发电机转速不变,并且不断增加风力发电机的给定转矩值,直到达到上限。
在步骤S402中,通过在第二运行工况下以恒转速模式对风力发电机组进行对拖平台测试,确定在第二运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第二上限值。这里,第二上限值需要满足以下要求:当发电机转矩不大于第二上限值时,风力发电机组的输出功率保持额定功率。如上所述,对拖平台测试可通过电机实物对拖平台进行各转速下扭矩上限的测试来实现。
在步骤S403中,通过在第二运行工况下以恒转速模式对风力发电机组进行样机测试,确定在第二运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第三上限值。这里,第三上限值需要满足以下要求:当发电机转矩不大于第三上限值时,风力发电机组的输出功率保持额定功率。如上所述,样机测试可通过在风电场的风力发电机组样机上进行各转速下扭矩上限的测试来实现。
在步骤S404中,基于在第二运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第一上限值、第二上限值和第三上限值,确定在第二运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第二对应关系。具体地讲,首先,可针对在第二运行工况下的各个发电机转速中的任意一个发电机转速,将与任意一个发电机转速对应的发电机转矩的第一上限值、第二上限值和第三上限值中的最小值,确定为与任意一个发电机转速对应的发电机转矩的上限值。然而,本公开不限于此,例如,可将第一上限值、第二上限值和第三上限值中的中间值或平均值确定为与任意一个发电机转速对应的发电机转矩的上限值。然后,可基于在第二运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的上限值,确定在第二运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第二对应关系。
表2是示出在第二运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第二对应关系的表。
表2
发电机转速 | 转速值 | 转矩上限值 | 备注 |
NH1 | nN | TH1 | nN为额定转速 |
NH2 | nN+Δn | TH2 | Δn为测试转速增量 |
…… | …… | …… | |
NHj | nM-Δn | THj | nM为最大允许转速 |
基于表1所示的第一对应关系和表2所示的第二对应关系即可构建发电机转速转矩映射表。
返回参照图1,在步骤S103中,基于确定的发电机转矩上限值,对风力发电机组的预设运行参数进行限幅。
根据本公开的实施例,预设运行参数可包括风力发电机组的发电机转矩和/或输出功率。如果当前发电机转矩大于确定的发电机转矩上限值,则可将发电机转矩限制为确定的发电机转矩上限值。这意味着,如果当前发电机转矩小于或等于确定的发电机转矩上限值,则无需将发电机转矩限制为确定的发电机转矩上限值,而可以继续执行当前风电机转矩。另一方面,可基于确定的发电机转矩上限值,确定风力发电机组的输出功率上限值,如果当前发电机组的输出功率大于确定的输出功率上限值,则可将发电机组的输出功率限制为确定的输出功率上限值。这意味着,如果当前发电机组的输出功率小于或等于确定的输出功率上限值,则无需将发电机组的输出功率限制为确定的输出功率上限值,而可以继续输出当前发电机组的输出功率。
图5是示出根据本公开的实施例的控制器的框图。所述控制器可实现为风力发电机组的主控制器,或者实现为设置在风力发电机组中的其他专用控制器。
参照图5,根据本公开的实施例的控制器500包括处理器510和存储器520。处理器510可包括(但不限于)中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SoC)、微处理器、专用集成电路(ASIC)等。存储器520可存储将由处理器510执行的计算机程序。存储器520可包括高速随机存取存储器和/或非易失性计算机可读存储介质。当处理器510执行存储器520中存储的计算机程序时,可实现如上所述的风力发电机组的控制方法。
可选择地,控制器500可以以有线或者无线通信方式与风力发电机组中的其他各种组件进行通信,还可以以有线或者无线通信方式与风电场中的其他装置(例如,风电场的主控制器)进行通信。此外,控制器500可以以有线或者无线通信方式与风电场外部的装置进行通信。
根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法可被编写为计算机程序并被存储在计算机可读存储介质上。当所述计算机程序被处理器执行时,可实现如上所述的风力发电机组的控制方法。计算机可读存储介质的示例包括:只读存储器(ROM)、随机存取可编程只读存储器(PROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、闪存、非易失性存储器、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-RLTH、BD-RE、蓝光或光盘存储器、硬盘驱动器(HDD)、固态硬盘(SSD)、卡式存储器(诸如,多媒体卡、安全数字(SD)卡或极速数字(XD)卡)、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及任何其他装置,所述任何其他装置被配置为以非暂时性方式存储计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构并将所述计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构提供给处理器或计算机使得处理器或计算机能执行所述计算机程序。在一个示例中,计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机系统上,使得计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构通过一个或多个处理器或计算机以分布式方式存储、访问和执行。
根据本公开的实施例,可以提供一种风力发电机组,所述风力发电机组包括如上所述的控制器。
根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法、控制器及风力发电机组,通过根据风力发电机组的实际运行工况实时调整发电机转矩上限,能够实现对风力发电机组整个运行工况(特别是低速大转矩工况或过速大转矩工况)的有效保护,并且在极限工况下对风力发电机组提前进行保护,从而提升风力发电机组的安全运行可靠性。此外,根据本公开的实施例的风力发电机组的控制方法、控制器及风力发电机组,能够有效避免过设计,降低风力发电机组的控制成本,并且不会增加风力发电机组的硬件成本,便于推广应用。
虽然已表示和描述了本公开的一些实施例,但本领域技术人员应该理解,在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下,可以对这些实施例进行修改。
Claims (15)
1.一种风力发电机组的控制方法,其特征在于,所述风力发电机组的控制方法包括:
获取风力发电机组运行期间的发电机转速;
基于预先确定的反映发电机转速与发电机转矩上限值的发电机转速转矩映射表,确定与获取的发电机转速对应的发电机转矩上限值,其中,所述发电机转速转矩映射表是在多种运行工况下对风力发电机组进行测试获得的;
基于确定的发电机转矩上限值,对风力发电机组的预设运行参数进行限幅。
2.如权利要求1所述的风力发电机组的控制方法,其特征在于,获取风力发电机组运行期间的发电机转速,包括:
在风力发电机组的变流器的整流侧处于运行状态期间,获取发电机转速。
3.如权利要求1所述的风力发电机组的控制方法,其特征在于,所述预设运行参数包括风力发电机组的发电机转矩和/或输出功率。
4.如权利要求3所述的风力发电机组的控制方法,其特征在于,基于确定的发电机转矩上限值,对风力发电机组的预设运行参数进行限幅,包括:
响应于当前发电机转矩大于确定的发电机转矩上限值,将发电机转矩限制为确定的发电机转矩上限值。
5.如权利要求3所述的风力发电机组的控制方法,其特征在于,基于确定的发电机转矩上限值,对风力发电机组的预设运行参数进行限幅,包括:
基于确定的发电机转矩上限值,确定风力发电机组的输出功率上限值;
响应于当前发电机组的输出功率大于确定的输出功率上限值,将发电机组的输出功率限制为确定的输出功率上限值。
6.如权利要求1所述的风力发电机组的控制方法,其特征在于,所述多种运行工况至少包括第一运行工况和第二运行工况,其中,在第一运行工况下发电机转速大于并网转速且小于额定转速,在第二运行工况下发电机转速大于额定转速且小于最大允许转速。
7.如权利要求6所述的风力发电机组的控制方法,其特征在于,通过在多种运行工况下对风力发电机组进行测试,获得所述发电机转速转矩映射表,包括:
通过在第一运行工况下对风力发电机组进行至少一种测试,确定在第一运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第一对应关系;
通过在第二运行工况下对风力发电机组进行至少一种测试,确定在第二运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第二对应关系;
基于第一对应关系和第二对应关系构建所述发电机转速转矩映射表。
8.如权利要求7所述的风力发电机组的控制方法,其特征在于,通过在第一运行工况下对风力发电机组进行至少一种测试,确定在第一运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第一对应关系,包括:
通过在第一运行工况下以恒转速模式对风力发电机组进行软件仿真模拟,确定在第一运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第一上限值,其中,当发电机转矩不大于第一上限值时,风力发电机组的预设运行指标满足设计要求;
通过在第一运行工况下以恒转速模式对风力发电机组进行对拖平台测试,确定在第一运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第二上限值,其中,当发电机转矩不大于第二上限值时,风力发电机组的所述预设运行指标满足设计要求;
通过在第一运行工况下以恒转速模式对风力发电机组进行样机测试,确定在第一运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第三上限值,其中,当发电机转矩不大于第三上限值时,风力发电机组的所述预设运行指标满足设计要求;
基于在第一运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第一上限值、第二上限值和第三上限值,确定在第一运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第一对应关系。
9.如权利要求8所述的风力发电机组的控制方法,其特征在于,所述预设运行指标包括发电机转速波动幅度、发电机转矩波动幅度、输出功率控制偏差和/或发电机转矩跟踪精度。
10.如权利要求8所述的风力发电机组的控制方法,其特征在于,基于在第一运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第一上限值、第二上限值和第三上限值,确定在第一运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第一对应关系,包括:
针对在第一运行工况下的各个发电机转速中的任意一个发电机转速,将与所述任意一个发电机转速对应的发电机转矩的第一上限值、第二上限值和第三上限值中的最小值,确定为与所述任意一个发电机转速对应的发电机转矩的上限值;
基于在第一运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的上限值,确定在第一运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第一对应关系。
11.如权利要求7所述的风力发电机组的控制方法,其特征在于,通过在第二运行工况下对风力发电机组进行至少一种测试,确定在第二运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第二对应关系,包括:
通过在第二运行工况下以恒转速模式对风力发电机组进行软件仿真模拟,确定在第二运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第一上限值,其中,当发电机转矩不大于第一上限值时,风力发电机组的输出功率保持额定功率;
通过在第二运行工况下以恒转速模式对风力发电机组进行对拖平台测试,确定在第二运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第二上限值,其中,当发电机转矩不大于第二上限值时,风力发电机组的输出功率保持额定功率;
通过在第二运行工况下以恒转速模式对风力发电机组进行样机测试,确定在第二运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第三上限值,其中,当发电机转矩不大于第三上限值时,风力发电机组的输出功率保持额定功率;
基于在第二运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第一上限值、第二上限值和第三上限值,确定在第二运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第二对应关系。
12.如权利要求11所述的风力发电机组的控制方法,其特征在于,基于在第二运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的第一上限值、第二上限值和第三上限值,确定在第二运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第二对应关系,包括:
针对在第二运行工况下的各个发电机转速中的任意一个发电机转速,将与所述任意一个发电机转速对应的发电机转矩的第一上限值、第二上限值和第三上限值中的最小值,确定为与所述任意一个发电机转速对应的发电机转矩的上限值;
基于在第二运行工况下与各个发电机转速对应的发电机转矩的上限值,确定在第一运行工况下发电机转速与发电机转矩上限值之间的第二对应关系。
13.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质,其特征在于,当所述计算机程序被处理器执行时,实现如权利要求1至12中任意一项所述的风力发电机组的控制方法。
14.一种控制器,其特征在于,所述控制器包括:
处理器;和
存储器,存储有计算机程序,当所述计算机程序被处理器执行时,实现如权利要求1至12中任意一项所述的风力发电机组的控制方法。
15.一种风力发电机组,其特征在于,所述风力发电机组包括如权利要求14所述的控制器。
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