CN209516727U - 一种安全智能的太阳能光伏逆变器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种安全智能的太阳能光伏逆变器，本实用新型涉及逆变器技术领域，安全智能的太阳能光伏逆变器包括：DSP主控制模块、太阳能发电模块、逆变输出模块、电流采样模块、储能模块、驱动控制模块、第一继电器控制组、第二继电器控制组、电网以及负载，太阳能发电模块串接于逆变输出模块的输入端，且储能模块通过第一继电器控制组并联于太阳能发电模块的两端，且逆变输出模块的输出端通过第二继电器控制组与电网和负载相连，DSP主控制模块用于接收检测信号并输出控制信号；本实用新型的有益效果在于：将太阳能发电模块输出的电量进行存储，提高对太阳能的利用率，增强电网安全，具有很强的实用价值和市场推广价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及逆变器技术领域，尤其是涉及一种安全智能的太阳能光伏逆变器。
背景技术
随着地球资源的消耗，人们开始重视可再生能源的开发利用，太阳能光伏系统因其环保无污染、可再生、不受地域限制、开发潜力大等优势得到各个国家的普遍重视；可以预见，在未来的社会中，太阳能将会成为主要的能量来源。由于太阳能发电系统产生的电能是直流电，所以必须要经过逆变器转化成交流电之后才能够使用。
现有的逆变器主要分为独立型电源用和并网用两种，其中，并网用逆变器在实际应用过程中，经常会遇到如下问题，即：当电网断电后，逆变器的保护装置会启动从而切离电网并停机，只有当电网恢复正常供电时，逆变器才能再次并网使用；然而，在电网断电的时段内，太阳能电池所发出的电能并没有被利用，从而严重降低了太阳能的利用率，同时，现有的逆变器还存在系统电路结构过于复杂、制作成本及使用维护成本偏高、智能化程度低、运行稳定性及可靠性差等缺陷。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供了一种安全智能的太阳能光伏逆变器，通过配置的储能模块可实时将太阳能发电模块输出的电量进行存储，一旦遇到光照条件不足的情况，可利用储能模块向负载或电网提供能量。
本实用新型要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种安全智能的太阳能光伏逆变器，所述安全智能的太阳能光伏逆变器包括：DSP主控制模块、太阳能发电模块、逆变输出模块、电流采样模块、储能模块、驱动控制模块、第一继电器控制组、第二继电器控制组、电网以及负载，所述太阳能发电模块串接于逆变输出模块的输入端，且所述储能模块通过第一继电器控制组并联于太阳能发电模块的两端，且所述逆变输出模块的输出端通过第二继电器控制组与电网和负载相连，所述DSP主控制模块用于接收检测信号并输出控制信号，且所述DSP主控制模块的信号检测端通过电流采样模块与电网相连，所述DSP主控制模块的控制信号输出端通过驱动控制模块分别与第一继电器控制组和第二继电器控制组相连。
优选的，所述电流采样模块包括第一运算放大器、第二运算放大器和电流传感器，且所述电流传感器的输入端串接于电网的相线与零线之间，所述电流传感器的输出端两端均串接有相互间呈并联分布的第一电阻和第一电容，所述第二运算放大器的输出端与DSP主控制模块的信号检测端相连。
优选的，所述驱动控制模块包括与第一继电器控制组相连的第一驱动单元和与第二继电器控制组相连的第二驱动单元，且所述第一驱动单元和第二驱动单元均包括IGBT门驱动光电耦合器、第一三极管和第二三极管，所述IGBT门驱动光电耦合器的阴极和阳极分别与DSP主控制模块的控制信号输出端相连，且所述第一三极管集电极连接于IGBT门驱动光电耦合器的电源端，所述第一三极管的发射极连接于第二三极管的集电极，所述第一三极管的基极连接于第二三极管的基极并同时通过第四电阻连接于IGBT门驱动光电耦合器的输出端，所述第二三极管的发射极连接于IGBT门驱动光电耦合器的接地端，且所述第二三极管的基极同时通过第五电阻连接于IGBT门驱动光电耦合器的输出端，所述第一三极管的集电极与第二三极管的发射极之间还串接有第四电容，所述第四电容的两端顺序地串接有第一元器件组和第二元器件组，所述第一元器件组和第二元器件组均由电解电容、肖特基二极管和至少三个第六电阻并联而成，所述第一三极管的发射极和第二三极管的集电极作为第一驱动单元或第二驱动单元的第一驱动信号输出端，所述第一元器件组与第二元器件组的共用连接端作为第一驱动单元或第二驱动单元的第二驱动信号输出端。
优选的，所述储能模块包括蓄电池组、第一开关二极管、第二开关二极管、第三开关二极管以及第一功率开关管，且所述第一继电器控制组包括第一继电器、第二继电器以及第二功率开关管，所述蓄电池组的正极和负极通过第一开关二极管和第二开关二极管连接于太阳能发电模块的两端，且所述蓄电池组的正极通过第一继电器连接于第一功率开关管的集电极、负极同时通过第二继电器连接于第二功率开关管的集电极，所述第二功率开关管的发射极同时与第一功率开关管的发射极和第二开关二极管相连，且所述第一功率开关管的集电极通过第三开关二极管连接逆变输出模块的输入端的一端，所述第一功率开关管的发射极连接逆变输出模块的输入端的另一端，所述驱动控制模块的输出端分别连接于第一功率开关管的基极和第二功率开关管的基极。
优选的，所述逆变输出模块包括输入端分别与第三开关二极管和第二功率开关管的发射极相连的单相全桥逆变电路，且所述逆变输出模块还包括连接于单相全桥逆变电路的输出端的LCL滤波电路，所述第二继电器控制组包括第三继电器、第四继电器、第三功率开关管和第四功率开关管，所述第三继电器的线圈串接于第三功率开关管的基极和集电极之间、常开触点连接于LCL滤波电路的输出端与电网的相线之间、常闭触点连接于LCL滤波电路的输出端与负载的相线之间，所述第四继电器的线圈串接于第四功率开关管的基极和集电极之间、常开触点连接于LCL滤波电路的输出端与电网的零线之间、常闭触点连接于LCL滤波电路的输出端与负载的零线之间，所述驱动控制模块的输出端分别连接第三功率开关管的基极和第四功率开关管的基极。
优选的，所述太阳能发电模块通过采集太阳能并将太阳能转换为直流电，通过所述逆变输出模块将太阳能发电模块输出的直流电逆变为交流电以并入电网或输送至负载，且通过所述电流采样模块对电网的电流信号进行采样并将采样信号输出至DSP主控制模块，通过所述储能模块对太阳能发电模块输出的余量电量进行实时存储，且所述驱动控制模块根据DSP主控制模块输出的控制信号来切换逆变输出模块与电网和负载之间的连接关系，所述驱动控制模块同时根据DSP主控制模块输出的控制信号控制储能模块向逆变输出模块输入直流电。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
该种安全智能的太阳能光伏逆变器，利用电流采样模块可使DSP主控制模块能够实时获取电网的电流，一旦电网断电后，可利用DSP主控制模块向驱动控制模块下发相应的控制信号以使驱动控制模块控制第二继电器控制组将负载与逆变输出模块通，从而使太阳能发电模块输出的直流电能够最终为负载进行供电，反之，在电网正常供电的情况下，则可使太阳能发电模块输出的直流电最终并入电网，基于此，可有效避免在电网出现断电的情况下，由太阳能发电模块所输出的电量无法被有效利用的问题，同时，通过配置的储能模块可实时将太阳能发电模块输出的电量进行存储，一旦遇到光照条件不足的情况，可利用储能模块向负载或电网提供能量，其系统不仅结构简单、成本低廉、运行稳定，并且能够有效提高对太阳能的利用率，增强电网安全，具有很强的实用价值和市场推广价值。
附图说明
图1为本实用新型的系统控制原理图；
图2为本实用新型的电流采样模块的电路结构图；
图3为本实用新型的电流采样模块的电路结构图；
图4为本实用新型的驱动控制模块的电路结构图；
图5为本实用新型的主体部分的电路结构图。
图中标记：a-DSP主控制模块；b-太阳能发电模块；c-逆变输出模块；d-电流采样模块；e-储能模块；f-驱动控制模块；g-第一继电器控制组；h-第二继电器控制组；A-电网；B-负载；A1-第一运算放大器；A2-第二运算放大器；R1-第一电阻；R4-第四电阻；R5-第五电阻；R6-第六电阻；C1-第一电容；C4-第四电容；U1-IGBT门驱动光电耦合器；Q1-第一三极管；Q2-第二三极管；C4-第四电容；Vd-电解电容；VD-肖特基二极管；Bat-蓄电池组；VD1-第一开关二极管；VD2-第二开关二极管；VD3-第三开关二极管；VT1-第一功率开关管；VT2-第二功率开关管；VT3-第三功率开关管；VT4-第四功率开关管；K1-第一继电器；K2-第二继电器；K3-第三继电器；K4-第四继电器。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1-5所示，一种安全智能的太阳能光伏逆变器，安全智能的太阳能光伏逆变器包括：DSP主控制模块a、太阳能发电模块b、逆变输出模块c、电流采样模块d、储能模块e、驱动控制模块f、第一继电器控制组g、第二继电器控制组h、电网A以及负载B，太阳能发电模块b串接于逆变输出模块c的输入端，且储能模块e通过第一继电器控制组g并联于太阳能发电模块b的两端，且逆变输出模块c的输出端通过第二继电器控制组h与电网A和负载B相连，DSP主控制模块a用于接收检测信号并输出控制信号，且DSP主控制模块a的信号检测端通过电流采样模块d与电网A相连，DSP主控制模块a的控制信号输出端通过驱动控制模块f分别与第一继电器控制组g和第二继电器控制组h相连，太阳能发电模块b通过采集太阳能并将太阳能转换为直流电，通过逆变输出模块c将太阳能发电模块b输出的直流电逆变为交流电以并入电网A或输送至负载B，且通过电流采样模块d对电网A的电流信号进行采样并将采样信号输出至DSP主控制模块a，通过储能模块e对太阳能发电模块b输出的余量电量进行实时存储，且驱动控制模块f根据DSP主控制模块a输出的控制信号来切换逆变输出模块c与电网A和负载B之间的连接关系，驱动控制模块f同时根据DSP主控制模块a输出的控制信号控制储能模块e向逆变输出模块c输入直流电，利用电流采样模块d可使DSP主控制模块a能够实时获取电网A的电流，一旦电网A断电后，可利用DSP主控制模块a向驱动控制模块f下发相应的控制信号以使驱动控制模块f控制第二继电器控制组h将负载B与逆变输出模块c导通，从而使太阳能发电模块b输出的直流电能够最终为负载B进行供电，反之，在电网A正常供电的情况下，则可使太阳能发电模块b输出的直流电最终并入电网A，基于此，可有效避免出现在电网A出现断电的情况下，由太阳能发电模块b所输出的电量无法被有效利用的问题，与此同时，通过配置的储能模块e可实时将太阳能发电模块b输出的电量进行存储，一旦遇到光照条件不足的情况，可利用DSP主控制模块a向驱动控制模块f下发相应的控制信号以使驱动控制模块f控制第一继电器控制组g将储能模块e与逆变输出模块c导通，从而由储能模块e向负载B或电网A提供能量，以此，可极大地提高对太阳能的利用率，并通过配置的储能模块可实时将太阳能发电模块输出的电量进行存储，一旦遇到光照条件不足的情况，可利用储能模块向负载或电网提供能量。
而作为一个优选方案，为能够对电网A的电流信号进行有效采集，保证整个逆变器运行的稳定性和可靠性，电流采样模块d可根据具体情况采用不同的电路结构，如下：
实施方案一，如图2所示，电流采样模块d包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2和电流传感器，且电流传感器的输入端串接于电网A的相线与零线之间，电流传感器的输出端两端均串接有相互间呈并联分布的第一电阻R1和第一电容C1，第一运算放大器A1的同相输入端直接与电流传感器的输出端的一端相连、反相输入端连接于第一运算放大器A1的输出端，第一运算放大器A1的输出端与第二运算放大器A2的同相输入端相连，第二运算放大器A2的输出端与DSP主控制模块a的信号检测端相连、反向输入端连接于第二运算放大器A2的输出端，由此，由电流传感器所采集的电流信号在经过两级运算放大器的处理后会被最终送至DSP主控制模块a的A-D转换端口，经过DSP主控制模块a的采用并处理后再向驱动控制模块f输出相应的控制信号。
实施方案二，如图3所示，电流采样模块d包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2和电流传感器，且电流传感器的输入端串接于电网A的相线与零线之间，电流传感器输出端的一端直接与第一运算放大器A1的同相输入端相连、输出端的另一端直接与第一运算放大器A1的反相输入端相连，第一运算放大器A1的反相输入端同时通过并联设置的第二电容C2和第二电阻R2连接于第一运算放大器A1的输出端，第一运算放大器A1的输出端同时连接于第二运算放大器A2的同相输入端，第二运算放大器A2的反相输入端通过并联设置的第三电容C3和第三电阻R3连接于第二运算放大器A2的输出端，第二运算放大器A2的输出端与DSP主控制模块a的信号检测端相连，由此，由电流传感器所采集的电流信号在经过两级运算放大器的处理后会被最终送至DSP主控制模块a的A-D转换端口，经过DSP主控制模块a的采用并处理后再向驱动控制模块f输出相应的控制信号。
本实施例中，驱动控制模块f包括与第一继电器控制组g相连的第一驱动单元和与第二继电器控制组h相连的第二驱动单元，且第一驱动单元和第二驱动单元均包括IGBT门驱动光电耦合器U1、第一三极管Q1和第二三极管Q2，IGBT门驱动光电耦合器U1的阴极和阳极分别与DSP主控制模块a的控制信号输出端相连，且第一三极管Q1集电极连接于IGBT门驱动光电耦合器U1的电源端，第一三极管Q1的发射极连接于第二三极管Q2的集电极，第一三极管Q1的基极连接于第二三极管Q2的基极并同时通过第四电阻R4连接于IGBT门驱动光电耦合器U1的输出端，第二三极管Q2的发射极连接于IGBT门驱动光电耦合器U1的接地端，且第二三极管Q2的基极同时通过第五电阻R5连接于IGBT门驱动光电耦合器U1的输出端，第一三极管Q1的集电极与第二三极管Q2的发射极之间还串接有第四电容C4，第四电容C4的两端顺序地串接有第一元器件组和第二元器件组，第一元器件组和第二元器件组均由电解电容Vd、肖特基二极管VD和至少三个第六电阻R6并联而成，第一三极管Q1的发射极和第二三极管Q2的集电极作为第一驱动单元或第二驱动单元的第一驱动信号输出端，第一元器件组与第二元器件组的共用连接端作为第一驱动单元或第二驱动单元的第二驱动信号输出端，由此，当DSP主控制模块a输出低电平时，驱动控制模块f会输出反向电压，从而使得诸如功率开关管等开关元器件不导通，而输出高电平时则可控制开关元器件导通，从而实现对相应的继电器控制组的控制功能。
本实施例中，储能模块e包括蓄电池组Bat、第一开关二极管VD1、第二开关二极管VD2、第三开关二极管VD3以及第一功率开关管VT1，且第一继电器控制组g包括第一继电器K1、第二继电器K2以及第二功率开关管VT2，蓄电池组Bat的正极和负极通过第一开关二极管VD1和第二开关二极管VD2连接于太阳能发电模块b的两端，且蓄电池组Bat的正极通过第一继电器连接于第一功率开关管VT1的集电极、负极同时通过第二继电器连接于第二功率开关管VT2的集电极，第二功率开关管VT2的发射极同时与第一功率开关管VT1的发射极和第二开关二极管VD2相连，且第一功率开关管VT1的集电极通过第三开关二极管VD3连接逆变输出模块c的输入端的一端，第一功率开关管VT1的发射极连接逆变输出模块c的输入端的另一端，驱动控制模块f的输出端分别连接于第一功率开关管VT1的基极和第二功率开关管VT2的基极，由此，利用驱动控制模块f对第二功率开关管VT2的控制可使蓄电池组Bat处于浮充状态下以便实时存储余量电量，而在光照条件不足或者电网A断电的情况下，可则将蓄电池组Bat与逆变输出模块c导通，在此过程中，可利用第一继电器K1作为整个逆变器的主电路控制开关来使用，而第一功率开关管VT1及其外围部件则可作为升压电路来使用。
本实施例中，逆变输出模块c包括输入端分别与第三开关二极管VD3和第二功率开关管VT2的发射极相连的单相全桥逆变电路，且逆变输出模块c还包括连接于单相全桥逆变电路的输出端的LCL滤波电路，第二继电器控制组h包括第三继电器K3、第四继电器K4、第三功率开关管VT3和第四功率开关管VT4，第三继电器K3的线圈串接于第三功率开关管VT3的基极和集电极之间、常开触点连接于LCL滤波电路的输出端与电网A的相线之间、常闭触点连接于LCL滤波电路的输出端与负载B的相线之间，第四继电器K4的线圈串接于第四功率开关管VT4的基极和集电极之间、常开触点连接于LCL滤波电路的输出端与电网A的零线之间、常闭触点连接于LCL滤波电路的输出端与负载B的零线之间，驱动控制模块f的输出端分别连接第三功率开关管VT3的基极和第四功率开关管VT4的基极，当电网A断电时，可通过对第三功率开关管VT3和第四功率开关管VT4的控制可使得第三继电器K3和第四继电器K4的线圈失电，从而将逆变输出模块c与负载B导通，反之，则将逆变输出模块c与电网A导通。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，应当指出的是，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种安全智能的太阳能光伏逆变器，其特征在于，所述安全智能的太阳能光伏逆变器包括：DSP主控制模块(a)、太阳能发电模块(b)、逆变输出模块(c)、电流采样模块(d)、储能模块(e)、驱动控制模块(f)、第一继电器控制组(g)、第二继电器控制组(h)、电网(A)以及负载(B)，所述太阳能发电模块(b)串接于逆变输出模块(c)的输入端，且所述储能模块(e)通过第一继电器控制组(g)并联于太阳能发电模块(b)的两端，且所述逆变输出模块(c)的输出端通过第二继电器控制组(h)与电网(A)和负载(B)相连，所述DSP主控制模块(a)用于接收检测信号并输出控制信号，且所述DSP主控制模块(a)的信号检测端通过电流采样模块(d)与电网(A)相连，所述DSP主控制模块(a)的控制信号输出端通过驱动控制模块(f)分别与第一继电器控制组(g)和第二继电器控制组(h)相连。
2.根据权利要求1所述的一种安全智能的太阳能光伏逆变器，其特征在于：所述电流采样模块(d)包括第一运算放大器(A1)、第二运算放大器(A2)和电流传感器，且所述电流传感器的输入端串接于电网(A)的相线与零线之间，所述电流传感器的输出端两端均串接有相互间呈并联分布的第一电阻(R1)和第一电容(C1)，所述第二运算放大器(A2)的输出端与DSP主控制模块(a)的信号检测端相连。
3.根据权利要求1所述的一种安全智能的太阳能光伏逆变器，其特征在于：所述驱动控制模块(f)包括与第一继电器控制组(g)相连的第一驱动单元和与第二继电器控制组(h)相连的第二驱动单元，且所述第一驱动单元和第二驱动单元均包括IGBT门驱动光电耦合器(U1)、第一三极管(Q1)和第二三极管(Q2)，所述IGBT门驱动光电耦合器(U1)的阴极和阳极分别与DSP主控制模块(a)的控制信号输出端相连，且所述第一三极管(Q1)集电极连接于IGBT门驱动光电耦合器(U1)的电源端，所述第一三极管(Q1)的发射极连接于第二三极管(Q2)的集电极，所述第一三极管(Q1)的基极连接于第二三极管(Q2)的基极并同时通过第四电阻(R4)连接于IGBT门驱动光电耦合器(U1)的输出端，所述第二三极管(Q2)的发射极连接于IGBT门驱动光电耦合器(U1)的接地端，且所述第二三极管(Q2)的基极同时通过第五电阻(R5)连接于IGBT门驱动光电耦合器(U1)的输出端，所述第一三极管(Q1)的集电极与第二三极管(Q2)的发射极之间还串接有第四电容(C4)，所述第四电容(C4)的两端顺序地串接有第一元器件组和第二元器件组，所述第一元器件组和第二元器件组均由电解电容(Vd)、肖特基二极管(VD)和至少三个第六电阻(R6)并联而成，所述第一三极管(Q1)的发射极和第二三极管(Q2)的集电极作为第一驱动单元或第二驱动单元的第一驱动信号输出端，所述第一元器件组与第二元器件组的共用连接端作为第一驱动单元或第二驱动单元的第二驱动信号输出端。
4.根据权利要求1所述的一种安全智能的太阳能光伏逆变器，其特征在于：所述储能模块(e)包括蓄电池组(Bat)、第一开关二极管(VD1)、第二开关二极管(VD2)、第三开关二极管(VD3)以及第一功率开关管(VT1)，且所述第一继电器控制组(g)包括第一继电器(K1)、第二继电器(K2)以及第二功率开关管(VT2)，所述蓄电池组(Bat)的正极和负极通过第一开关二极管(VD1)和第二开关二极管(VD2)连接于太阳能发电模块(b)的两端，且所述蓄电池组(Bat)的正极通过第一继电器连接于第一功率开关管(VT1)的集电极、负极同时通过第二继电器连接于第二功率开关管(VT2)的集电极，所述第二功率开关管(VT2)的发射极同时与第一功率开关管(VT1)的发射极和第二开关二极管(VD2)相连，且所述第一功率开关管(VT1)的集电极通过第三开关二极管(VD3)连接逆变输出模块(c)的输入端的一端，所述第一功率开关管(VT1)的发射极连接逆变输出模块(c)的输入端的另一端，所述驱动控制模块(f)的输出端分别连接于第一功率开关管(VT1)的基极和第二功率开关管(VT2)的基极。
5.根据权利要求1所述的一种安全智能的太阳能光伏逆变器，其特征在于：所述逆变输出模块(c)包括输入端分别与第三开关二极管(VD3)和第二功率开关管(VT2)的发射极相连的单相全桥逆变电路，且所述逆变输出模块(c)还包括连接于单相全桥逆变电路的输出端的LCL滤波电路，所述第二继电器控制组(h)包括第三继电器(K3)、第四继电器(K4)、第三功率开关管(VT3)和第四功率开关管(VT4)，所述第三继电器(K3)的线圈串接于第三功率开关管(VT3)的基极和集电极之间、常开触点连接于LCL滤波电路的输出端与电网(A)的相线之间、常闭触点连接于LCL滤波电路的输出端与负载(B)的相线之间，所述第四继电器(K4)的线圈串接于第四功率开关管(VT4)的基极和集电极之间、常开触点连接于LCL滤波电路的输出端与电网(A)的零线之间、常闭触点连接于LCL滤波电路的输出端与负载(B)的零线之间，所述驱动控制模块(f)的输出端分别连接第三功率开关管(VT3)的基极和第四功率开关管(VT4)的基极。
6.根据权利要求1所述的一种安全智能的太阳能光伏逆变器，其特征在于：所述太阳能发电模块(b)通过采集太阳能并将太阳能转换为直流电，通过所述逆变输出模块(c)将太阳能发电模块(b)输出的直流电逆变为交流电以并入电网(A)或输送至负载(B)，且通过所述电流采样模块(d)对电网(A)的电流信号进行采样并将采样信号输出至DSP主控制模块(a)，通过所述储能模块(e)对太阳能发电模块(b)输出的余量电量进行实时存储，且所述驱动控制模块(f)根据DSP主控制模块(a)输出的控制信号来切换逆变输出模块(c)与电网(A)和负载(B)之间的连接关系，所述驱动控制模块(f)同时根据DSP主控制模块(a)输出的控制信号控制储能模块(e)向逆变输出模块(c)输入直流电。
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|---|---|---|---|---|
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