JPH08265971A - 電力用アクティブフィルタ - Google Patents

電力用アクティブフィルタ

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JPH08265971A
JPH08265971A JP7061449A JP6144995A JPH08265971A JP H08265971 A JPH08265971 A JP H08265971A JP 7061449 A JP7061449 A JP 7061449A JP 6144995 A JP6144995 A JP 6144995A JP H08265971 A JPH08265971 A JP H08265971A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アクティブフィルタの高調波成分を打ち消す
補償電流を演算する補償電流指令値演算回路、アクティ
ブフィルタの装置容量を制限するリミット回路を有する
ものにおいて、装置容量100%の出力が出せるように
することを目的とする。 【構成】 基本波無効電流リミット回路22,高調波成
分電流リミット回路23および基本波逆相分電流リミッ
ト回路24を設けるとともに、これらのリミット回路の
電流リミット値を可変制御するリミット値可変制御回路
25を設けて、ある成分がリミット値に達しても、他の
成分がリミット値以下である場合は、リミット値に達し
た電流リミット回路のリミット値を変更し、すべての成
分がリミット値に達するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、配電系統電力等から高
調波成分を除去する電力用アクティブフィルタに関し、
特に、補償電流指令値を演算する補償電流指令値演算手
段に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、配電系統に接続されている電力
変換装置における整流回路は、前記系統から見ると、基
本波有効電流を消費する負荷であると同時に基本波無効
電流の発生源であり、また高調波電流の発生源でもある
から、整流回路を用いた電力変換装置においては、配電
系統に悪影響を及ぼす前記基本波無効電流と前記高調波
電流を何等かの方法で分離し除去する必要がある。アク
ティブフィルタは、前記高調波電流を分離し除去するも
のとして周知のものである。
【0003】図2は、アクティブフィルタの基本原理を
示すものであり、アクティブフィルタ1は、系統電源2
から高調波電流発生源である負荷3へ流れる負荷電流i
r(ir=if+ih)から高調波電流検出器1Aによ
り高調波電流ihを検出してインバータ等の補償電流発
生源(1B)に補償電流指令値ic*(ic*=ki
h)を送り、補償電流発生源1Bにおいて前記高調波電
流ihと等しい大きさと位相を持つ補償電流ic(ic
=ih)を系統2に送出して前記高調波電流ihとキャ
ンセルさせ、系統(負荷)電流is(ir)を基本波電
流ifのみとし、高調波電流(電力)の補償を行うもの
である。
【0004】このようなアクティブフィルタ1として
は、種々の提案がなされているが、その性能は、負荷電
流irから高調波電流ihを検出して補償電流指令値i
c*(ic*=kih)を得る高調波電流検出器1A、
及び補償電流指令値ic*に応じて補償電流ic(ic
=in)を発生させる補償電流発生源1Bの特性に係わ
ってくるものである。
【0005】図3は、図2におけるアクティブフィルタ
1の高調波電流検出器1Aに相当し、前記補償電流指令
値ic*を求める補償電流指令値演算回路の従来例を示
すものである。
【0006】図3に示す従来の補償電流指令値演算回路
において、負荷電流ir(図3参照)を検出した負荷検
出電流irは、3相2相変換回路12により3相信号か
ら2相信号に変換され、更に、座標変換器13において
系統電源2(図3参照)の角速基準でもある基本周波の
電圧位相基準信号ωtにより回転座標変換されて基本周
波の直交座標上の基本波電流if(図3参照)の正相有
効分電流ipを含む有効分電流信号と正相無効分電流i
qを含む無効分電流信号に分離される。その結果、基本
波電流ifの正相有効分電流ipと正相無効分電流iq
は、それぞれ一定の直流成分として取り扱うことがで
き、アクティブフィルタの補償(除去)の対象外である
ため、次段のローパスフィルタ11,11′にて検出さ
れ、それぞれ突合せ回路15,15′にて前記負荷検出
電流ir(有効分、無効分)から減算され該負荷検出電
流irから除去される。
【0007】この場合、基本波正相無効分電流iqは、
アクティブフィルタが高周波補償のみを行う場合は、上
記のごときローパスフィルタで検出され除去されるが、
高調波電流補償のみならず無効電流iqの補償を行う場
合はこの直流成分を除去しない構成とする。
【0008】このようにして、基本波正相分電流if
(有効分ip,無効分iq)が除去された負荷検出電流
irは、アクティブフィルタが補償する高調波電流成分
ih(有効分ihp、無効分ihq)のみとなるから、
この高調波電流成分ihを座標変換器13′にて座標逆
変換し、更に相変換器12′により3相信号に変換すれ
ば、アクティブフィルタの補償電流指令値ic*が得ら
れる。
【0009】なお、一般に、アクティブフィルタ1(図
3参照)においては、回路損失があるため、補償電流発
生源1Bの直流側電圧が変化してしまい補償電流指令値
ic*どおりの補償電流icが得られなくなるので、前
記直流側電圧を一定に保つ制御ループを設け、直流側電
圧設定値Vsと直流側電圧検出値Vdとを比較し、その
比較偏差信号により電圧制御器14を制御し、その出力
である直流側電圧一定制御信号を突合せ回路16におい
て前記高調波有効分電流信号ihpに加算して補償電流
指令値ic*を回路損失分だけ増加させて補償するもの
である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の補
償電流指令値演算回路は、基本波正相分の有効分電流及
び無効分電流は直流成分として扱うことができその分離
が容易であるが、負荷不平衡などに伴い発生する2次調
波成分となる基本波逆相分電流については、その他の高
調波電流との区別、分離が容易にできないため、基本波
逆相分電流をもアクティブフィルタが補償する対象の補
償電流として演算してしまうことになる。
【0011】したがって、アクティブフィルタは、負荷
不平衡などに発生する基本波逆相分電流をも補償するこ
とになるから、本来補償しようとする高調波電流成分が
増加したとき、アクティブフィルタ装置の出力容量の制
限からその高調波電流成分を補償することができないと
いう問題がある。すなわち、、実系統における基本波逆
相分電流(2次調波成分電流)は他の高調波電流に比較
しその割合が大きく、また、該基本波逆相分電流は低調
波の交流成分であるから、これら基本波逆相分電流の補
償分を含めその他の高調波電流成分の全てを補償しよう
とすると、その装置容量が増大し設備容量(設備費用)
に対し弊害を生じさせる。
【0012】この基本波逆相分(2次調波分)電流の分
離方法としては、一般的には、2次調波のバンドパスフ
ィルタの挿入が考えられるが、過渡安定度、周波数変動
に対する位相差の影響などを考慮すると必ずしも良い方
法とはいえない。
【0013】また、アクティブフィルタ装置の容量の関
係で基本波逆相分(2次調波成分)電流をリミット制限
しようとしても、その基本波逆相分電流が交流成分であ
るため、その取り扱いが非常に困難となり実現すること
ができない。
【0014】本発明は、以上の点に鑑みてなされたもの
であり、特に、負荷不平衡時などに伴って発生する基本
波逆相分電流をも系統(負荷)電流から容易に分離し補
償の対象外とすることができるなど、負荷状況に応じた
補償対象電流の選択ができ、且つ、各補償電流のリミッ
ト値を可変制御して負荷の状況によらず常に装置容量1
00%までの出力を出すことを可能とした補償電流指令
値演算回路を有するアクティブフィルタを得ることを目
的とするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段および作用】本発明におい
て、上記の課題を解決するための手段およびその作用
は、電源に対して負荷と並列に接続され、負荷電流から
該負荷電流に含まれる高調波成分を検出して補償電流指
令値を演算する補償電流指令値演算回路と、該補償電流
指令値演算回路により演算された補償電流指令値を制御
信号として入力し、前記高調波成分を打ち消す補償電流
を出力する補償電流発生手段とで構成された電力用アク
ティブフィルタであって、前記補償電流指令値演算回路
は、負荷電流を3相2相変換して電源電圧位相による回
転座標変換し、この回転座標変換により基本波有効成分
と基本波無効成分とに分離して夫々を除去し、次に電源
角周波数の2倍の周波数による回転座標変換して負荷不
平衡などにともなう基本波逆相分の分離、除去を行って
高調波成分を取り出し、且つ、前記分離した逆相成分を
再度加算して逆相成分の補償を可能とするとともに、こ
れら各成分の電流値を所定値に制限する高調波成分電流
リミット回路と基本波逆相分電流リミット回路を設け、
所定値に制限された高調波成分及び逆相成分を電源角周
波数の2倍の周波数による回転座標変換によりもどし
て、先に分離した基本波無効成分を、基本波無効電流リ
ミット回路を介して加算し、電源周期の回転座標変換し
た後2相3相変換して3相の補償電流値指令値を得ると
ともに、前記高調波成分,基本波逆相分及び基本波無効
成分の電流を入力し、高調波成分電流リミット回路,基
本波逆相分電流リミット回路および基本波無効電流リミ
ット回路のリミット値を可変制御するリミット値可変制
御手段を設け、いずれか一方のリミット回路の電流がリ
ミット値に達し、他方のリミット回路の電流がリミット
値に達していないときは、リミット値に達した方のリミ
ット回路のリミット値を変更して、負荷の状態によらず
装置容量に見合った出力を出せるようにしたことを特徴
とする。
【0016】また、リミット値可変制御手段によるリミ
ット値の変更にあらかじめ成分毎の優先順位を設定して
優先制御を可能とするものである。
【0017】
【実施例】本発明の補償電流指令値演算回路の実施例
を、図1に基づいて説明する。
【0018】図1において、ローパスフィルタ11,1
1′、相変換器12,12′、座標変換器13,13′
及び電圧制御器14は、図3に示す従来の補償電流指令
値演算回路に用いられるものと同一機能を有する同一機
器を示すものである。
【0019】本発明の実施例においては、従来の補償電
流指令演算回路に、系統2(図3参照)の基本周波の2
倍周波数の電圧位相基準信号2ωtによる座標変換器1
9、2次調波成分(基本波逆相分)を検出するローパス
フィルタ18,18′及び突合せ回路20,20′から
なる基本波逆相成分(2次調波成分)分離除去回路、並
びに座標を元に戻すための系統の基本周波の2倍周波数
の電圧位相基準信号2ωtによる座標逆変換器19′お
よびアクティブフィルタの装置容量の制限に伴うリミッ
ト回路、即ち、基本波無効分電流リミット回路22、高
調波成分リミット回路23、基本波逆相分電流リミット
回路24を付加し、更に、これらの電流リミット回路の
リミット値を可変制御するリミット値可変制御回路25
を設けたものである。
【0020】よって、図3と同じ部分又は相当部分に
は、これと同一の符号を付して説明を省略し、新たに付
加した本発明の実施例について詳細に説明する。
【0021】しかして、図1の22はローパスフィルタ
11′で検出された基本波正相無効分電流i1qから最
小限の基本波正相無効分電流i1q′をアクティブフィ
ルタの補償対象とするための基本波無効分電流リミット
回路、23は補償対象とする高調波成分(有効分、無効
分)電流ihの上限を定めるための高調波成分電流リミ
ット回路、24はローパスフィルタ18,18′で検出
された基本波逆相分(有効分、無効分)電流i2から最
小限の基本波逆相分電流をアクティブフィルタの補償対
象とするための基本波逆相電流リミット回路、25−
1,25−2,26−1,26−2はそれぞれ所定値以
下の電流はそのまま通過させ所定値以上の電流に対して
のみ前記所定値に制限するリミッタである。
【0022】25はリミット値可変制御回路で、基本波
正相無効成分,基本波逆相分および高調波成分の各補償
電流を取り込み、これら各補償電流からトータルの出力
容量を演算し、各電流リミット回路8,9,12のリミ
ット値を可変制御し、補償電流のトータルが装置容量を
超えない場合は、ある成分がリミット値に達していて
も、そのリミット値の上限を変更して装置容量100%
まで出力できるようにする。
【0023】次に、この補償電流指令値演算回路の動作
を説明する。
【0024】系統(負荷)電流を検出した3相負荷検出
電流irは、相数変換回路12により3相信号から2相
信号に変換され、更に、座標変換器13において系統の
基本周波の電圧位相基準信号ωtにより回転座標変換さ
れ、前記系統の基本周波の直交座標上における基本波正
相分電流i1の正相有効分電流i1pを含む有効分電流
と正相無効電流i1qを含む無効分電流とに分離され
る。この直交座標上における正相有効分電流i1pと正
相無効分電流i1qは、それぞれ一定の直流成分として
取り扱うことができ、アクティブフィルタの補償の対象
外であるから、次段のローパスフィルタ11,11′に
て検出し分離して、それぞれ突合せ回路15,15′に
て2相負荷検出電流irから減算することにより該2相
負荷検出電流irから除去される。
【0025】この場合、基本波正相無効分電流i1q
は、アクティブフィルタが高調波補償のみを行う場合
は、上記のごとくローパスフィルタ11′で除去し補償
対象外にされるが、高調波電流補償のみならず無効電流
補償をも行う場合はこの直流成分を除去しない構成、す
なわち、ローパスフィルタ11のみとするのは当然であ
る。
【0026】更に、突合せ回路15,15′にて基本波
正相分電流i1の正相有効分電流i1p及び正相無効分
電流i1qが除去された2相負荷検出電流irは、系統
の基本周波の2倍周数の電圧位相基準信号2ωtによる
座標変換器19により回転座標変換され、系統の2倍周
波の直交座標上における基本波逆相分電流、i2の逆相
有効分電流i2pを含む有効分電流と逆相無効分電流i
2qを含む無効分電流とに分離され、分離された逆相有
効分電流i2pと逆相無効分電流i2qは、それぞれ一
定の直流成分として取り扱うことができるようになる。
【0027】そこで、この実施例においては、基本波逆
相分電流i2をもアクティブフィルタの補償の対象外と
するものであるから、基本波逆相分電流i2の逆相有効
分電流i2pと逆相無効分電流i2qを次段のローパス
フィルタ18,18′にて検出分離して、それぞれ突合
せ回路20,20′にて前記2相負荷検出電流irから
減算することにより、前段の基本波正相分電流i1と同
様に、基本波逆相分(2次調波成分)電流i2も前記2
相負荷検出電流irから除去される。
【0028】基本波正相分電流i1と基本波逆相分電流
i2が除去された前記2相負荷検出電流irは、アクテ
ィブフィルタの補償対象である高調波成分電流のみとな
り、座標を元に戻すための系統の基本周波の2倍周波の
電圧位相基準信号2ωtによる座標逆変換器19′、基
本周波の電圧位相基準信号ωtによる座標逆変換器1
3′、及び相変換器12′を介することによりアクティ
ブフィルタの3相補償電流指令値ic*が得られる。
【0029】以下、リミット回路の動作について説明を
する。
【0030】アクティブフィルタの補償の対象である高
調波成分電流ihについては、高調波成分電流リミット
回路23において、基本波正相電流i1と基本波逆相分
電流i2が序御された高調波成分(有効分ihp,無効
分ihd)電流ihを取り入れ、その高調波成分電流i
hがある所定値を超えるとリミッタ25−1,25−2
にリミット信号を出力し、そのリミッタ25−1,25
−2を作動させ高調波成分電流ihを前記所定値に制限
することにより前記所定値を下回る高調波成分電流ih
ついてのみアクティブフィルタの補償対象とするもので
ある。また、アクティブフィルタの補償の対象外とした
基本波正相無効分電流i1qに対して、基本波無効分電
流リミット回路22において、ローパスフィルタ11′
により検出分離された基本波正相無効分電流i1qを取
り入れ、所定値を下回る基本波正相無効分電流i1q′
を出力して突合せ回路16′にて既に基本波正相無効分
電流i1qが除去されている2相負荷検出電流irに加
算することによって、前記所定値を下回る基本波正相無
効分電流i1q′に対してはアクティブフィルタの補償
対象とするものである。更に、アクティブフィルタの補
償の対象外とした基本波逆相分電流i2に対しても、基
本波逆相分電流リミット回路24において、ローパスフ
ィルタ18,18′により検出分離された基本波逆相分
(有効分i2p,無効分i2q)電流i2を取り入れ、
該基本波逆相分電流i2が所定値を超えるとリミッタ2
6−1,26−2にリミット信号を出力し、該リミット
回路26−1,26−2を作動させ基本波逆相分電流i
2をある所定値に制限することにより該所定値を下回る
基本波逆相分電流i2′を出力して突合せ回路21,2
1′にて既に基本波逆相分電流i2が除去されている2
相負荷検出電流irに敢えて加算することによって、前
記所定値を下回る基本波逆相分電流i2′に対してもア
クティブフィルタの補償の対象とするものである。
【0031】本来、アクティブフィルタは、高調波成分
電流ihを補償の対象とし、基本波正相無効分電流i1
qや基本波逆相分電流i2は補償の対象とするものであ
るが、叙上のように、それら基本波正相無効分電流i1
qや基本波逆相分電流i2は系統2(図2参照)に対し
悪影響を及ぼすものであるから何等かの方法で系統(負
荷)電流から除去する必要があるものである。
【0032】したがって、この実施例回路によれば、系
統に悪影響を及ぼす各成分電流に対して所定のリミット
値を有するリミット回路22,23,24を施すことに
より、アクティブフィルタ装置容量、及び系統(負荷)
電流irに含まれている高調波成分電流ih、基本波正
相無効分電流i1q、基本波逆相分電流i2の大きさに
応じて、それらの成分電流を補償の対象とすれば、アク
ティブフィルタ装置のみを施すだけで系統2(図2参
照)に悪影響を及ぼす成分電流の全てを系統負荷電流i
fから除去することも可能な補償電流指令値ic*が得
られる。
【0033】このように、高調波成分、基本波逆相成分
及び基本波無効成分の夫々に電流リミット回路を設け
て、これらの電流を一定値以下に制御すると、それぞれ
のリミット値のトータルがアクティブフィルタの装置容
量の上限値となり、これら全ての成分がそれぞれのリミ
ット値に達した場合に限って装置容量100%の出力が
出せることになる。そこで、本発明においては、更に、
負荷の状況によって、ある成分はリミット値を超える
が、他の成分はリミット値を下回っているということが
生じて装置容量に余裕がある場合は、リミット値可変制
御回路25はそれを判断してそのリミット値に達した電
流リミット回路のリミット値の上限設定値を上げ、すべ
ての成分の補償電流値がリミット値がリミット値に達す
るように制御する。このことにより、装置容量100%
まで出力を出すことを可能とするものである。
【0034】なお、図1に示す実施例回路における、ア
クティブフィルタの回路損失に伴う電流発生源(図2、
1B)の直流側電圧の変動による補償電流指令値ic*
の補償を行うため、前記直流側電圧を一定に保つ制御ル
ープを設け、直流側電圧設定値Vsと直流側電圧検出値
Vdとを比較し、その比較偏差信号により電圧制御器1
4を制御し、その出力である直流側電圧一定制御信号を
突合せ回路16において前記負荷検出電流irの高調波
有効分電流ihpに加算することにより補償電流指令値
ic*を回路損失分だけ増加させ補償することは、図3
に示す従来の補償電流指令値演算回路と同様である。
【0035】また、リミット値可変制御回路において、
ある保障電流成分を優先的に補償し、装置容量に余裕が
あれば、その他の補償成分に、その部分を割り当てるこ
とで優先制御を可能とすることができる。
【0036】
【発明の効果】以上のとおり、基本波正相分電流や基本
波逆相分電流など各成分電流を直流成分として取り扱う
ことができることを基本とした本発明の補償電流指令値
演算回路によれば、系統の負荷(系統)電流を検出した
負荷検出電流から基本波正相分電流だけではなく基本波
逆相分電流も簡単に分離することができるので、系統に
悪影響を及ぼす高調波電流成分はもちろんのこと、基本
波正相分電流や基本波逆相分電流など負荷状況に応じて
補償対象電流の選択ができ、負荷(系統)電流からそれ
ら補償対象電流を除去することができる。また、負荷検
出電流からの各成分電流の分離は、単に直流分を分離す
ればよい時定数の長い一次遅れ要素の簡単なフィルタの
使用で充分であるにもかかわらず、負荷変動に対する過
渡安定度がよく、かつ、系統電源周波数の変動に対して
も逐次電源周波数による回転座標変換により各成分電流
の直流値に変動を与えない周波数安定度のよいローパス
フィルタによる分離動作が得られる。
【0037】更に、各成分電流を直流成分として取り扱
うことができることは、各成分電流に対するリミット回
路の構成も簡単になり容易に設置することができるか
ら、リミット回路の設置により、アクティブフィルタ装
置容量の算定が容易になるばかりではなく、実際の運転
においてフィルタ装置が過負荷状態になることが防止さ
れると共に、フィルタの許容容量内において所定量の基
本波正相分無効電流、基本波逆相分電流の除去を行うこ
ともできる。
【0038】また、高調波成分,基本波逆相成分および
基本波無効成分にそれぞれ電流リミット回路を設けて、
一定値以内に制御する場合、それぞれのリミット値のト
ータルが装置容量の上限値となり、これらすべての成分
がそれぞれのリミット値に達した場合に限って装置容量
100%の出力となる。
【0039】本発明は上記のように、高調波成分,基本
波逆相分および基本波無効分の各補償電流のリミット値
を個々に可変制御ができるようにし、各成分がリミット
値に達する制御をするようにしたので、負荷の状態によ
らず、常にアクティブフィルタの装置容量100%まで
の出力を出すことができる。
【0040】また、各成分リミット値の変更課程に、優
先順位をつけて補償電流の優先制御が可能となる等の優
れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアクティブフィルタの補償電流指令値
演算回路の実施例。
【図2】アクティブフィルタの基本原理図。
【図3】従来のアクティブフィルタの補償電流指令値演
算回路。
【符号の説明】
1…アクティブフィルタ 2…配電系統 3…系統負荷 11,11′,18,18′…ローパスフィルタ 12,12′…相変換器 13,13′,19,19′…座標変換器 22…基本波無効分電流リミット回路 23…高調波成分電流リミット回路 24…基本波逆相分電流リミット回路 25…リミット値可変制御回路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源に対して負荷と並列に接続され、負
    荷電流から該負荷電流に含まれる高調波成分を検出して
    補償電流指令値を演算する補償電流指令値演算回路と、
    該補償電流指令値演算回路により演算された補償電流指
    令値を制御信号として入力し、前記高調波成分を打ち消
    す補償電流を出力する補償電流発生手段とで構成された
    電力用アクティブフィルタであって、前記補償電流指令
    値演算回路は、負荷電流を3相2相変換して電源電圧位
    相により回転座標変換し、この回転座標変換により基本
    波有効成分と基本波無効成分とに分離して夫々を除去
    し、次に電源角周波数の2倍の周波数による回転座標変
    換して負荷不平衡などにともなう基本波逆相分の分離、
    除去を行って高調波成分を取り出し、且つ、前記分離し
    た逆相成分を再度加算して逆相成分の補償を可能とする
    とともに、これら各成分の電流値を所定値に制限する高
    調波成分電流リミット回路と基本波逆相分電流リミット
    回路を設け、所定値に制限された高調波分及び逆相成分
    を電源角周波数の2倍の周波数による回転座標変換によ
    りもどして、先に分離した基本波無効成分を、基本波無
    効電流リミット回路を介して加算し、電源周期の回転座
    標変換した後2相3相変換して3相の補償電流指令値を
    得るとともに、前記高周波成分,基本波逆相分及び基本
    波無効成分の電流を入力し、高調波成分電流リミット回
    路,基本波逆相分電流リミット回路および基本波無効電
    流リミット回路のリミット値を可変制御するリミット値
    可変制御手段を設け、いずれか一方のリミット回路の電
    流がリミット値に達し、他方のリミット回路の電流がリ
    ミット値に達していないときは、リミット値に達した方
    のリミット回路のリミット値を変更して、負荷の状態に
    よらず装置容量に見合った出力を出せるようにしたこと
    を特徴とする電力用アクティブフィルタ。
  2. 【請求項2】 前記リミット値可変制御手段によるリミ
    ット値の変更にあらかじめ成分毎の優先順位を設定した
    ことを特徴とする請求項1記載の電力用アクティブフィ
    ルタ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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