JP5300892B2 - 自動運転制御装置、自動運転制御方法、及び自動運転制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、発電所に設置された発電機の運転制御を自動的に行う発電機の自動運転制御方法に関し、特に自動運転に必要なデータの一部が欠落した場合であっても、自動運転を継続可能な自動運転制御装置、自動運転制御方法、及び自動運転制御プログラムに関する。

発電所には電力を発生させる発電機が設置されており、発電の効率化や人件費の削減といった理由から、発電機の動作を自動的に制御する自動運転制御装置が利用されている。自動運転制御装置は、発電機の起動、運転時の出力調整や停止といった発電機の各種動作を制御している。
ここで、発電機の出力は、需要家（負荷）にて使用される電力量と発電量とが一致するように調整されている。発電機の出力を適切に保つために、発電所内には、発電機の出力を計測する電力量計（発電量計測器）と、負荷に対して配電される配電量を計測する電力量計（配電量計測器）が設置されている。そして、これらの計測器から得られたデータに基づいて自動運転制御装置は各発電機の運転状態を管理し、その出力を調整している。
しかしながら、何れかの計測器が故障したり、計測器と制御装置との間を連絡するデータ線が断線する等の理由により、発電機の制御に必要なデータのうちの１つでも欠けた場合、自動運転制御装置は、発電機をどのような状態にて運転させればよいのかを判断できなくなり、制御不能に陥ってしまう。その結果、自動運転制御装置がその動作を停止し、手動復旧が必要になるという問題があった。
上記事態を回避するために、特許文献１には、同一の測定値を計測可能な複数の計測器を備えた自動計測装置が記載されている。この発明によれば、１つの計測器が故障により測定データを出力できなくなっても、故障していない他の計測器から測定データを得ることができるので、測定データが欠落するという事態を回避できる。従って、この自動計測装置を設置することにより、自動運転制御装置による自動運転を継続することができる。

特開平７−１５７７４号公報

しかしながら、特許文献１の発明においては、１つの測定データを得るために複数の計測器が必要となるため、設備費用が増大するという問題がある。
本発明は、上述の事情に鑑みて成されたものであり、発電機の運転制御に必要なデータの一部が欠落しても、制御不能に陥ることなく、且つ安価な自動運転制御装置、自動運転制御方法、及び自動運転制御プログラムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、発電所内にある夫々の発電機の各発電量データ、前記発電所から流れる電力潮流量データ、及び前記発電所から負荷に供給される配電量データ、を夫々取得するデータ取得手段と、該データ取得手段により取得された前記発電量データ、前記電力潮流量データ、及び前記配電量データに基づいて前記各発電機の運転制御を行う運転制御手段と、を備えた発電機の自動運転制御装置であって、前記各発電量データ、前記電力潮流量データ、又は前記配電量データの中に欠落データがある場合に、該各データのうち欠落していないデータを用いて前記欠落データを計算により求める欠落データ算出手段を備え、前記運転制御手段は、前記欠落していないデータと前記欠落データ算出手段により求められた欠落データとに基づいて前記各発電機の運転制御を行う自動運転制御装置を特徴とする。
請求項１の発明では、発電機の運転制御に利用するデータのうち、欠落していないデータを用いて欠落データを計算により求め、それを自動運転制御に利用する。
請求項２に記載の発明は、前記欠落データ算出手段は、電力潮流量と配電量との和と、前記各発電機の夫々の発電量の総計とが同量となることを利用して前記欠落データを求める請求項１記載の自動運転制御装置を特徴とする。
請求項２の発明では、欠落データの算出に、電力の需要と供給との間に成り立つ関係を利用して欠落データを求める。

請求項３に記載の発明は、前記発電所を含む対象送電網内に存在するとともに、前記発電所とは異なる他の発電所の各総発電量データと各配電量データとを含む他発電所データを取得する他発電所データ取得手段をさらに備え、前記欠落データ算出手段は、さらに前記他発電所データを用いて前記欠落データを求める請求項１又は２記載の自動運転制御装置を特徴とする。
請求項３の発明では、ある発電所のデータの一部が欠落した場合に、この発電所と連携関係にある他の発電所のデータを利用して欠落データを求める。
請求項４に記載の発明は、前記欠落データ算出手段は、前記対象送電網内に存在する全ての発電所の発電量の総計と配電量の総計とが同量となることを利用して前記欠落データを求める請求項３記載の自動運転制御装置を特徴とする。
請求項４の発明では、欠落データの算出に、電力の需要と供給との間に成り立つ関係を利用して欠落データを求める。

請求項５に記載の発明は、データ取得手段が、発電所内にある夫々の発電機の各発電量データ、前記発電所から流れる電力潮流量データ、及び前記発電所から負荷に供給される配電量データ、を夫々取得するステップと、欠落データ算出手段が、前記各発電量データ、前記電力潮流量データ、又は配電量データの中に欠落データがある場合に、該各データのうち欠落していないデータを用いて前記欠落データを計算により求めるステップと、運転制御手段が、前記欠落していないデータと前記欠落データ算出手段により求められた欠落データとに基づいて前記各発電機の運転制御を行うステップと、を有する発電機の自動運転制御方法を特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１の装置に対応する自動運転制御方法であり、請求項１と同様の作用を有する。
請求項６に記載の発明は、他発電所データ取得手段が、前記発電所を含む対象送電網内に存在するとともに、前記発電所とは異なる他の発電所の各総発電量データと各配電量データとを含む他発電所データを取得するステップをさらに備え、前記欠落データ算出手段が、さらに前記他発電所データを用いて前記欠落データを求める請求項５記載の発電機の自動運転制御方法を特徴とする。
請求項６の発明は、請求項３の装置に対応する自動運転制御方法であり、請求項３と同様の作用を有する。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は６記載の発電機の自動運転制御方法をコンピュータに実行させる自動運転制御プログラムを特徴とする。
請求項７の発明では、請求項５、６の方法に対応する自動運転制御プログラムであり、請求項１、３と同様の作用を有する。

本発明によれば、発電機の制御に必要な発電量データと潮流量データと配電量データの中に欠落したデータが存在しても、欠落データ算出手段により欠落データを算出して、算出された欠落データを用いて発電機の運転制御を行うことができるので、自動運転制御装置が制御不能に陥らない。また、予備的な計測器を設置する必要がないため、安価な自動運転制御装置とすることができる。

本発明に係る自動運転制御装置を備えた発電所を示す模式図である。 本発明に係る自動運転制御装置の機能ブロック図である。 本発明の自動運転制御装置による処理を示したフローチャートである。

〔第一の実施形態〕
以下、本発明の第一の実施形態について図１乃至図３に基づいて説明する。図１は、本発明に係る自動運転制御装置を備えた発電所を示す模式図である。図２は、本発明に係る自動運転制御装置の機能ブロック図である。図３は、本発明の自動運転制御装置による処理を示したフローチャート図である。本実施形態に係る自動運転制御装置は、発電機の運転制御に必要なデータが欠落した場合に、欠落していないデータから欠落データを計算により求める欠落データ算出手段を備え、欠落データ算出手段により求められたデータを代替的に使用する点に特徴がある。なお、本実施形態に係る自動運転制御装置は、欠落データを算出するに際して一の発電所のデータのみを使用し、他の発電所のデータを使用しない。

発電所Ｐ１は、電力を発生させる発電機１１、１２と、発電機１１、１２により発電された電力を負荷に送電する配電線１３と、他の発電所Ｐ２、Ｐ３と接続された連携線としての送電線１４と、本実施形態に係る自動運転制御装置１１０と、を備えている。
この発電所Ｐ１には２台の発電機１１、１２が設置されているが、発電機が１台であってもよく、また３台以上であってもよい。発電機１１、１２の発電形式や発電能力等は特に問わない。自動運転制御装置１１０によって運転制御可能な発電機であればよい。発電機１１、１２の出力（発電量）は、夫々電力量計や電流計等の発電量計測器（不図示）により測定されており、その測定信号が発電量データｇ１１、ｇ１２として自動運転制御装置１１０に送信されている。
配電線１３は、発電所Ｐ１内部の負荷にて使用される電力、及び発電所Ｐ１の外部の需要家に送電され、各需要家の負荷において使用される電力の双方を配電する電線路である。配電線１３から送られる電力は、電力量計や電流計等の配電量計測器（不図示）により測定されており、その測定信号が配電量データＦ１として自動運転制御装置１１０に送信されている。

送電線１４は、発電所Ｐ２又は発電所Ｐ３において電力不足が生じた場合に発電所Ｐ１から電気を送り、また逆に発電所Ｐ１において電力不足が生じた場合に他の発電所Ｐ２、Ｐ３から電気を送るといった場合に使用される、電力融通のための電線路である。なお、送電線１４は、図示のように発電所Ｐ１と他の発電所とを接続する電線路である場合の他、発電所Ｐ１を含まない他の電力会社の送電網と連携された電線路であってもよい。
送電線１４には電力潮流が存在する。この電力潮流は電力量計や電流計等の潮流量計測器（不図示）により測定されており、その測定信号が潮流量データＣ１として自動運転制御装置１１０に送信されている。なお、電力潮流は、発電所Ｐ１から出ていく方向をプラスとし、発電所Ｐ１に流れ込む方向をマイナスとして計算する。

自動運転制御装置１１０は、発電機１１、１２の運転状態を制御する装置であり、周知のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたコンピュータから構成することができる。自動運転制御装置１１０は、夫々の計測器から発電量データｇ１１、ｇ１２、潮流量データＣ１、及び配電量データＦ１を夫々取得するデータ取得手段１１２と、データ取得手段１１２により取得されたデータに基づいて各発電機１１、１２の運転制御を行う運転制御手段１１３と、データ取得手段１１２により取得されたデータの中に欠落データがある場合に、発電量データｇ１１、ｇ１２、潮流量データＣ１、及び配電量データＦ１のうち欠落していないデータを用いて欠落データを計算により求める欠落データ算出手段１１４と、各計測器及び発電機との間でデータをやり取りするデータ入出力手段１１１と、を備えている。データ取得手段１１２と運転制御手段１１３と欠落データ算出手段１１４とは、演算部１１５を構成している。
自動運転制御装置１１０は発電機の起動、運転時の出力調整や停止といった発電機１１、１２の各種動作を制御する装置であり、発電機１１、１２の運転制御を機械的に行う。

データ入出力手段１１１は、発電量計測器、配電量計測器、及び潮流量計測器から発電機１１、１２の自動運転に必要なデータを受け入れるとともに、各発電機１１、１２に対して、運転制御手段１１３からの起動命令や停止命令等の運転制御信号を出力するインターフェイスである。
データ取得手段１１２は、発電量データｇ１１、ｇ１２、潮流量データＣ１、及び配電量データＦ１を取得するだけではなく、発電機１１、１２の運転制御に必要なデータの中に欠落があるか否かを判断する。なお、データの欠落には、計測器類の故障により電力量が測定できないデータ欠測、及び計測器類と自動運転制御装置１１０とを連絡するデータ線の断線によりデータを取得できない場合の双方を含む。
データ取得手段１１２は、欠落データがない場合には、取得したデータを運転制御手段１１３に送信する。欠落データがある場合には、欠落していないデータを運転制御手段１１３に送信するとともに、欠落データ算出手段１１４に対して欠落データを算出するために必要なデータを送信して欠落データを算出するように命令する。さらに、発電所Ｐ１の制御室（不図示）に、データが欠落している旨の警報を発する。なお、需要家において使用される電力は逐次変化しており、これに対応するため、各計測器からのデータは、所定時間ごとに取得されている。

欠落データ算出手段１１４は、本発明の特徴的構成であり、データ取得手段１１２から受け取った欠落していないデータから欠落データを算出し、運転制御手段１１３に送信する。
ここで、発電をする場合には、周波数の維持、その他の理由から電力の需給関係を保持するように発電機の出力を制御する必要がある。具体的には、発電所Ｐ１の総発電量Ｇ１と潮流量Ｃ１と配電量Ｆ１との間には、常に、
Ｇ１＝Ｃ１＋Ｆ１ ・・・・・式（１）
の関係が成立している。なお、Ｇ１＝ｇ１１＋ｇ１２である。つまり、電力潮流量と配電量との和と、各発電機の夫々の発電量の総計とが同量となる。従って、発電量データｇ１１、ｇ１２、潮流量データＣ１、及び配電量データＦ１のうちの１つが欠落している場合、欠落していない残り３つのデータを用いて欠落したデータを求めることができる。
具体的に例を挙げて説明すると、発電量データｇ１１が欠落している場合であって、
発電量データｇ１２＝３０００ｋｗ
潮流量データＣ１＝１０００ｋｗ
配電量データＦ１＝６０００ｋｗ
である場合、ｇ１１＝Ｃ１＋Ｆ１−ｇ１２＝４０００ｋｗ、と求めることができる。

運転制御手段１１３は、発電量データｇ１１、ｇ１２、潮流量データＣ１、及び配電量データＦ１のうち欠落していないデータと、欠落データ算出手段１１４の算出した欠落データを利用して、発電機１１、１２の適切な運転状態を算出し、発電機１１、１２の夫々に対して発電機制御信号を送信する。例えば、複数の発電機がある場合には、発電効率の高い発電機を優先的に運転する等の制御を行う。
発電機制御信号は、データ入出力手段１１１を介して発電機１１、１２に送信される。
以上、自動運転制御装置１１０の全体が発電所Ｐ１内にあることを前提として説明したが、図１の発電所Ｐ２、Ｐ３のように、発電所内にデータ入出力手段１１１のみを配置し、演算部１１５を発電所の遠隔地にある集中制御室に配置して実施してもよい。
また、本明細書において発電所とは、自家発電装置（発電機）を有する工場や一般需要家をも含む概念であり、本発明はこれら発電機の運転制御をする自動運転制御装置に適用可能である。

以上説明した自動運転制御装置１１０の制御フローについて図３に基づいて説明する。
まず、データ取得手段１１２が、発電量計測器が計測した発電量データｇ１１、ｇ１２、潮流利用計測器が計測した潮流量データＣ１、及び配電量計測器が計測した配電量データＦ１を取得する（ステップＳ１）。
次に、データ取得手段１１２が、発電量データｇ１１、ｇ１２、潮流量データＣ１、及び配電量データＦ１の中に、欠落データがあるか否かを判断する（ステップＳ２）。欠落データがある場合（ステップＳ２にてＹｅｓ）には、欠落していないデータを運転制御手段１１３及び欠落データ算出手段１１４に送信し、欠落データ算出手段１１４に対して欠落データを算出するように命令する（ステップＳ３）。欠落データがない場合（ステップＳ２にてＮｏ）には、夫々のデータを運転制御手段１１３に送信して（ステップＳ４）、ステップＳ６に進む。
欠落データ算出手段１１４は、データ取得手段１１２から受け取った欠落していないデータから欠落データを算出する（ステップＳ５）。

運転制御手段１１３は、欠落データがない場合には、データ取得手段１１２から受け取った発電量データｇ１１、ｇ１２、潮流量データＣ１、及び配電量データＦ１に基づいて、欠落データがあった場合には、これらのデータのうち欠落していないデータと欠落データ算出手段１１４が算出した欠落データに基づいて、適切な発電機の運転状態を求め、データ入出力手段１１１を介して発電機制御信号を送信し、発電機の運転を制御する（ステップＳ６）。
以上、自動運転制御装置により実施する自動運転制御方法について説明したが、上記自動運転制御方法をコンピュータ実行可能な形式のプログラムとして実施することも可能である。
以上のように、本実施形態によれば、発電機の制御に必要な発電量データと潮流量データと配電量データとの中に欠落したデータが存在しても、欠落データ算出手段により算出して、算出されたデータを用いて発電機の運転制御を行うことができるので、自動運転制御装置が制御不能に陥らない。また、予備的な計測器を設置する必要がないため、安価な自動運転制御装置とすることができる。

〔第二の実施形態〕
本発明の第二の実施形態について図１に基づいて説明する。本実施形態に係る自動運転制御装置は、欠落データを算出するに際して、他の発電所のデータを利用する点に特徴がある。
発電所Ｐ２、Ｐ３は、発電所Ｐ１を含む送電網（対象送電網）内にある発電所であり、夫々送電線１４、２４、３４により連携されている。発電所Ｐ２、Ｐ３は、発電所Ｐ１と略同一の構成であるため、詳細な説明を省略するが、発電所Ｐ２は、発電機２１、２２と配電線２３と送電線２４とを備えており、発電所Ｐ３は、発電機３１、３２と配電線３３と送電線３４とを備えている。各発電量、配電量、及び潮流量は、発電所Ｐ１同様に測定器（不図示）により測定されている。
発電所Ｐ２、Ｐ３には、夫々自動運転制御装置のデータ入出力部１２１、１３１のみが配置されており、各発電量、配電量、及び潮流量のデータをデータ入出力部１２１、１３１から、発電所Ｐ１に設置された自動運転制御装置１１０のデータ入出力手段１１１（他発電所データ取得手段）に対して送信する。自動運転制御装置１１０は、送信されてきた各データに基づいて発電機２１、２２、３１、３２の適切な運転状態を求めてデータ入出力手段１１１から運転制御信号として送信し、発電機２１、２２、３１、３２の運転を制御している。

ところで、第一の実施形態においては、一発電所のデータのみを利用して欠落データを算出していたため、２以上のデータが欠落した場合に、自動運転制御装置が制御不能になる虞があるという問題があった。本実施形態においては、データ取得手段１１２が取得した発電所Ｐ２の発電量データｇ２１、ｇ２２、潮流量データＣ２、及び配電量データＦ２と、発電所Ｐ１の発電量データｇ３１、ｇ３２、潮流量データＣ３、及び配電量データＦ３とを利用して、欠落データを算出する。
ここで、複数の発電所が存在する場合であっても、常に電力の需要と供給が一致するように発電されている。具体的には、各発電所の総発電量Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３と、各発電所の配電量Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３との間には、
Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３ ・・・・・式（２）
の関係がある。つまり、対象送電網内にある全ての発電所の発電量の総計と配電量の総計とが同量である。もちろん、各発電所Ｐｎ（ｎ＝１、２、３）の総発電量Ｇｎと潮流量Ｃｎと配電量Ｆｎとの間には、式（１）として示したＧｎ＝Ｃｎ＋Ｆｎの関係がある。従って、発電所Ｐ１の発電量データｇ１１、ｇ１２、及び配電量データＦ１のうちの１つと、潮流量データＣ１の２つのデータが欠落している場合、欠落していない残りのデータと、他の発電所Ｐ２、Ｐ３のデータを用いて欠落したデータを求めることができる。

具体的に例を挙げて説明する。潮流量データＣ１と配電量データＦ１が欠落している場合であって、
発電所Ｐ１の総発電量Ｇ１＝７０００ｋｗ
発電所Ｐ２の総発電量Ｇ２＝６０００ｋｗ
発電所Ｐ３の総発電量Ｇ３＝５０００ｋｗ
発電所Ｐ２の配電量Ｆ２＝５０００ｋｗ
発電所Ｐ３の配電量Ｆ３＝７０００ｋｗ
とすると、
配電量Ｆ１＝Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３−Ｆ２−Ｆ３＝６０００ｋｗ
潮流量Ｃ１＝Ｇ１−Ｆ１＝１０００ｋｗ
と求めることができる。
なお、発電所Ｐ２の潮流量Ｃ２、発電所Ｐ３の潮流量Ｃ３を利用して求めてもよい。

上述の通り、各発電所においてＣｎ＝Ｇｎ−Ｆｎの関係があるので、Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３から、
（Ｇ１−Ｆ１）＋（Ｇ２−Ｆ２）＋（Ｇ３−Ｆ３）＝０
故に、Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３＝０である。従って、
発電所Ｐ２の潮流量Ｃ２＝１０００ｋｗ
発電所Ｐ３の潮流量Ｃ３＝−２０００ｋｗ
である場合、潮流量Ｃ１＝−Ｃ２−Ｃ３＝１０００ｋｗと求めることができる。
さらに、算出された潮流量データＣ１を用いて、Ｆ１＝Ｇ１−Ｃ１の関係から、配電量データＦ１を求めてもよい。
本実施形態と第一の実施形態とは、欠落データ算出手段１１４が欠落データを算出する際に用いるデータ及び計算式が異なるだけで、基本的な動作フローが第一の実施形態と同一であるため、その説明を省略する。

以上のように、本実施形態によれば、欠落データを算出する際に、送電線にて連携された他の発電所のデータを用いるので、各発電機の発電量データ、配電量データのうちの１つと、潮流量データＣ１の合計２つのデータが欠落している場合であっても、このデータを欠落データ算出手段により算出することができるので、自動運転制御装置が制御不能に陥らない。また、予備的な計測器を設置する必要がないため、安価な自動運転制御装置とすることができる。

Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３…発電所、１１、１２、２１、２２、３１、３２…発電機、１３、２３、３３…配電線、１４、２４、３４…送電線、１１０、１２０、１３０…自動運転制御装置、１１１、１２１、１３１…データ入出力手段、１１２…データ取得手段、１１３…運転制御手段、１１４…欠落データ算出手段、１１５…演算部、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３…総発電量、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…潮流量（潮流量データ）、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３…配電量（配電量データ）、ｇ１１、ｇ１２、ｇ２１、ｇ２２、ｇ３１、ｇ３２…発電量（発電量データ）

Claims (7)

1. 発電所内にある夫々の発電機の各発電量データ、前記発電所から流れる電力潮流量データ、及び前記発電所から負荷に供給される配電量データ、を夫々取得するデータ取得手段と、
   該データ取得手段により取得された前記発電量データ、前記電力潮流量データ、及び前記配電量データに基づいて前記各発電機の運転制御を行う運転制御手段と、を備えた発電機の自動運転制御装置であって、
   前記各発電量データ、前記電力潮流量データ、又は前記配電量データの中に欠落データがある場合に、該各データのうち欠落していないデータを用いて前記欠落データを計算により求める欠落データ算出手段を備え、
   前記運転制御手段は、前記欠落していないデータと前記欠落データ算出手段により求められた欠落データとに基づいて前記各発電機の運転制御を行うことを特徴とする自動運転制御装置。
2. 前記欠落データ算出手段は、電力潮流量と配電量との和と、前記各発電機の夫々の発電量の総計とが同量となることを利用して前記欠落データを求めることを特徴とする請求項１記載の自動運転制御装置。
3. 前記発電所を含む対象送電網内に存在するとともに、前記発電所とは異なる他の発電所の各総発電量データと各配電量データとを含む他発電所データを取得する他発電所データ取得手段をさらに備え、
   前記欠落データ算出手段は、さらに前記他発電所データを用いて前記欠落データを求めることを特徴とする請求項１又は２記載の自動運転制御装置。
4. 前記欠落データ算出手段は、前記対象送電網内に存在する全ての発電所の発電量の総計と配電量の総計とが同量となることを利用して前記欠落データを求めることを特徴とする請求項３記載の自動運転制御装置。
5. データ取得手段が、発電所内にある夫々の発電機の各発電量データ、前記発電所から流れる電力潮流量データ、及び前記発電所から負荷に供給される配電量データ、を夫々取得するステップと、
   欠落データ算出手段が、前記各発電量データ、前記電力潮流量データ、又は配電量データの中に欠落データがある場合に、該各データのうち欠落していないデータを用いて前記欠落データを計算により求めるステップと、
   運転制御手段が、前記欠落していないデータと前記欠落データ算出手段により求められた欠落データとに基づいて前記各発電機の運転制御を行うステップと、を有することを特徴とする発電機の自動運転制御方法。
6. 他発電所データ取得手段が、前記発電所を含む対象送電網内に存在するとともに、前記発電所とは異なる他の発電所の各総発電量データと各配電量データとを含む他発電所データを取得するステップをさらに備え、
   前記欠落データ算出手段が、さらに前記他発電所データを用いて前記欠落データを求めることを特徴とする請求項５記載の発電機の自動運転制御方法。
7. 請求項５又は６記載の発電機の自動運転制御方法をコンピュータに実行させるための自動運転制御プログラム。

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