中国电力

2020, 53(7): 0-0.

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“十四五”中国海上风电发展关键问题

时智勇, 王彩霞, 李琼慧

2020, 53(7): 8-17. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202004096

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自2016年以来，中国海上风电快速发展，提前一年完成“十三五”规划目标。结合“十三五”以及欧洲海上风电开发与运行经验，对“十四五”中国海上风电技术装备能力、经济性以及规模布局等问题进行探讨。研究结果表明，“十四五”末，中国海上风电累计装机容量将达到2500万~3500万kW；装备制造能力可满足每年300万~500万kW海上风电开发需要；除个别省份和海域可实现平价上网外，总体难以达到平价上网水平。开展海上风电勘察与资源再评估，适应中国风资源条件风电机组选型，提升大规模集中连片海上风电安全稳定运行水平，完善海上风电发展相关政策是促进海上风电发展的重要举措。

江苏海上、沿海和内陆风电出力及波动特性分析

张宁宇, 周前, 刘建坤

2020, 53(7): 18-23. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201908005

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江苏风电装机规模大，具有海上、沿海和内陆风电场3种类型的风电场。掌握不同类型风电有功出力及波动性规律对于电网规划、调度、运行意义重大。基于江苏海上、沿海和内陆3类风电场的运行数据，利用多种概率分布模型模拟了风电场有功出力及波动特性，采用最大似然估计法对模型参数进行估计，根据多种评价指标对拟合精度进行衡量，结果表明海上风电有功出力服从Gamma分布，沿海和内陆风电有功出力更接近Weibull分布。3类风电的有功波动最优拟合为含有尺度和位置参数的t分布。

海上升压站选址优化研究

杨源, 汤翔, 辛妍丽

2020, 53(7): 24-28,71. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201912152

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海上升压站选址对风电场投资成本起到关键作用。提出一种海上升压站最佳位置的确定方法。首先，根据海上风电场与陆上集控中心之间的最短距离，确定海上升压站离岸最近点。然后，根据各台风机位置坐标，通过重心法求取海上风电场的重心。随后，连接海上升压站离岸最近点与海上风电场重心，沿着其间直线移动，利用改进Prim算法确定海上风电场集电线路布局，求取增加的中压海缆距离和减少的高压海缆距离，并检验中压海缆电压压降。结合海缆成本和建设条件要求，寻求海上升压站的最佳站址。结果表明，所提出的方法简单可行，经济合理。

66 kV抗水树XLPE绝缘轻型海底电缆研制

陈果, 蔡剑, 谢书鸿, 胡明, 刘利刚, 景洋, 凌志伟

2020, 53(7): 29-35,43. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202003097

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介绍一种额定电压66 kV抗水树XLPE绝缘轻型海底电缆的研制方法。通过对模型电缆进行工频电压和雷电冲击电压击穿性能测试，按照CIGRE TB 722:2018规范对研制样品进行500 Hz/3000 h、50 Hz/8750 h、50 Hz/17500 h 3种湿式绝缘质量鉴定试验，按照CIGRE TB 490:2012和CIGRE TB 623:2015规范对研制产品进行型式试验，试验结果完全满足设计规范要求。在未来的深远海、大功率海上风机互联阵列海缆选型中，66 kV抗水树XLPE绝缘轻型海底电缆可以完美替代35 kV XLPE绝缘海底电缆。

等传输容量铜、铝导体海缆技术经济性比较

李雷, 谢书鸿, 胡明, 赵囿林, 徐拥军, 王海洋

2020, 53(7): 36-43. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202003096

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针对铜资源日益紧张造成电线电缆行业原材料成本压力的问题，分析铜、铝材料性能差异，完成等传输容量下铜、铝导体截面换算，依据现有生产工艺，采用解析法，完成铜、铝导体海缆参数计算，对比分析铜、铝导体海缆的技术经济性，进一步研究铝导体连接性能。结果表明：等传输容量条件下，铜、铝导体海缆单位质量近似相等，两者损耗及短路电流特性相近，铜导体海缆材料成本为铝导体海缆的110%~180%，采用交流氩弧焊可使铝导体接头具备良好电气与机械性能，铝导体海缆经济性更优。

基于二极管不控整流单元的远海风电低频交流送出方案

唐英杰, 张哲任, 徐政

2020, 53(7): 44-54,168. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202005071

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远海风电场凭借其丰富稳定的风能资源成为未来风电发展的主要趋势。目前已投运的远海风电送出工程大多采用柔性直流输电技术，其投资成本较高。为此，提出一种基于二极管不控整流单元（diode rectifier unit, DRU）的远海风电低频交流送出方案。该方案取消了海上换流器平台，采用DRU代替常规交-直-交变频器中的低频侧换流器，能够有效降低工程的投资成本和运行损耗。由于DRU不具备主动控制能力，提出适用于远海风电低频交流送出系统的风电机组控制策略，其中机侧换流器采用定直流电压控制，网侧换流器则在全局统一参考坐标系下同时实现最大功率跟踪控制和交流侧电压控制。最后，通过PSCAD/EMTDC进行算例仿真，对风电功率波动、陆上交流电网三相短路故障和海上交流电网三相短路故障等典型工况下的系统响应特性进行研究，验证所提方案的可行性。

大规模海上风电柔性直流输电技术应用现状和展望

刘卫东, 李奇南, 王轩, 张帆, 李兰芳, 燕翚

2020, 53(7): 55-71. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202002108

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海上风电具有风力资源稳定性强、年利用小时数高等特点，随着海上风电机组大型化、投资规模扩大以及建设成本下降，基于柔性直流输电技术的大规模海上风电送出已成为海上风电发展和研究的热点方向。结合国内外典型海上风电柔性直流输电工程，对换流阀、联接变压器、耗能装置、高压直流断路器、海底直流电缆关键电气设备应用现状等进行分析和总结，介绍控制系统构、硬件组成和控制算法研究现状。考虑到海上平台所处的盐雾腐蚀环境，介绍了联接变压器、换流阀的防腐设计和海水冷却系统设计。分析、总结了大规模海上风电的并网技术方案的研究现状，对海上换流站、海上风电场的发展趋势进行展望。

66 kV交流接入海上换流站方案的技术经济性

吕杰, 杨维稼, 黄玮, 庞辉, 孔明, 杨云霞, 张闻闻

2020, 53(7): 72-79. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202002025

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为探究66 kV接入海上换流站与传统的35 kV升压220 kV接入海上换流站的技术及经济性对比，以中国南海某风电场接入工程为例，分析66 kV交流直接接入海上换流站与传统的35 kV升压220 kV接入海上换流站两种方案在功率损耗、一次电气设备投资等方面的差异，综合对比，得出66 kV交流接入方案具有更好经济性的结论。随着中国海上风电的发展，66 kV交流接入方案在降低海上风电柔性直流系统建造成本和推动技术创新性方面，均表现出了很好的技术优势。

采用中频不控整流直流系统的远海风电送出方案

张哲任, 唐英杰, 徐政

2020, 53(7): 80-91. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202005085

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远海风电场具有更加丰富和稳定的风能资源，是未来风电发展的主要趋势，目前远海风电主要通过柔性直流系统并网。整流侧采用二极管不控整流单元（diode rectifier unit, DRU）具有明显的经济优势和发展前景，是学术界和工业界的研究热点。为了进一步提高远海风电送出系统的经济性，以整流侧采用DRU的高压直流输电系统为基本拓扑，提出采用中频不控整流直流系统的远海风电送出方案，通过把风电场交流电网的运行频率选为100~400 Hz，可以大幅度减小升压变压器和交流滤波器的体积和重量。同时，提出适用于中频不控整流直流系统的风电机组控制策略，其中，机侧换流器采用定直流电压控制，网侧换流器在全局统一参考坐标系下同时实现定功率控制和定交流侧电压控制。最后，通过PSCAD/EMTDC进行算例仿真，对所提方案的可行性进行验证。

海上风机塔筒的非均匀传输线模型

宋远见, 徐政, 余敬秋, 张哲任

2020, 53(7): 92-99,216. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202001065

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风机塔筒的建模是海上风电机组防雷保护研究的重要组成部分，其模型的建立对分析结果有重要影响。首先分析塔筒多波阻抗模型在海上风机防雷研究中的不适用性；其次建立塔筒的非均匀传输线模型；然后，利用多波阻抗模型研究塔筒空间结构变化对自身电磁暂态特性的影响。研究结果表明：塔筒分段越多，其电磁暂态响应越准确。通过对采用非均匀传输线模型和采用多波阻抗模型的塔筒雷电暂态响应进行对比，证明了非均匀传输线模型更符合实际情况，从而给出了塔筒的推荐分段数。

海上风电机组浮式基础结构综述

周绪红, 王宇航, 邓然

2020, 53(7): 100-105,112. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202004140

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随着中国对可再生清洁能源需求的逐步增加，近海风电能源的开发将逐渐趋于饱和，海上风电走向远海、深海区域是必然趋势。浮式基础结构的研发和工程应用，是推进海上风电向远海、深海区域发展的关键技术措施。对海上风电机组浮式基础结构的适用水深范围、基本形式、系泊系统、制作与安装进行全面综述，旨在为中国发展远海、深海风电提供技术参考。

风电机组电磁暂态建模及验证

张兴, 孙艳霞, 李丽娜, 高彩云, 马俊华, 高丽萍, 刘可可, 何国庆, 李光辉

2020, 53(7): 106-112. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202001088

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风电机组暂态响应特性对新能源基地及近区电网的安全稳定运行影响很大，建立准确的风电机组模型对新能源并网具有重要意义。现有风电机组模型大多采用典型模型，与风电机组实际响应特性有一定差距，不能满足电力系统仿真需求。提出“现场试验—控制硬件在环（control hardware in the loop, CHIL）—动态链接库（dynamic link library, DLL）建模”的风电机组电磁暂态建模方案。构建基于现场可编程门阵列(FPGA)的CHIL仿真平台，并以风电机组暂态特性现场试验为基准，验证CHIL建模的准确性。提出以DLL为核心的“去控制器”数字建模方法，将风电机组的源控制代码封装后接入数字模型，实现风电机组电磁暂态建模，并以CHIL为基准进行校验。通过上述两级时域一致性验证，证明了所提建模方案的可行性和准确性。

特约主编寄语

2020, 53(7): 113-113.

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最小化用户停电损失的主动配电网黑启动分区优化策略

赵晋泉, 张强, 方嵩, 彭嵩

2020, 53(7): 114-121. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202001032

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电力系统发生大停电事故后，含高比例分布式电源的主动配电网可以通过分区实现快速并行恢复。提出了一种主动配电网黑启动分区优化策略。以最小化用户停电损失为目标，建立了主动配电网黑启动分区的混合整数线性规划模型，通过分布式电源、线路、母线和负荷的恢复约束将各个分区内部的恢复操作顺序集成到分区模型中。利用线性规划求解器ILOG CPLEX对所提出的优化模型进行求解，从而得到配电网黑启动分区恢复方案。以改进的IEEE 69节点配电系统为例验证了所提模型与策略的有效性。

黑启动路径生成及系统恢复辅助决策系统

项胤兴, 唐晓健, 林济铿

2020, 53(7): 122-131. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202001089

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快速生成黑启动方案并恢复系统一直是电网应急处理时亟待解决的难题。现开发了一套基于3D可视化技术的黑启动路径生成及系统恢复辅助决策系统。介绍了系统的总体框架、模块功能及实现方法,包括：数据库，图形平台以及算法库（如初始路径的生成、路径的校核、路径的评估、系统恢复等）；应用于某电力公司的实际网络，验证了所设计系统的有效性和正确性。系统具有完善的图形界面、数据库系统、算法库所形成的图模一体化系统，具有体系结果合理、功能完善、使用方便等优点。

超大规模电网快速状态估计的实现方法

罗玉春, 王毅, 闪鑫, 戴则梅, 张磊

2020, 53(7): 132-140. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202002062

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随着一体化互联大电网全局分析决策中心的建设，对实时状态估计计算速度提出了更高要求。采用多线程并行计算技术实现了快速分解状态估计信息矩阵的快速计算，在稀疏矩阵节点优化编号及其因子分解过程中采用标准模板库关联容器存储稀疏矩阵。基于新一代调控系统验证环境和实际电网拼接模型算例进行了验证。结果表明：在超大规模电网状态估计中，采用多线程并行计算信息矩阵及其因子分解具有较高的加速比，结合基于关联容器的稀疏矩阵存储格式，能够有效提升编程效率和程序品质以及状态估计的计算效率。

基于PMU量测信息的短线路同杆并架双回线参数辨识

黄潇潇, 杨韬, 郑骁麟, 郭凌旭, 林济铿

2020, 53(7): 141-148. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202001047

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由于短线路同杆并架双回线越来越多，如何获得其准确的参数是亟待解决的问题。提出了基于PMU的短线路同杆并架双回线参数估计新方法。基于导体之间的耦合首先推导了短线路同杆并架双回线的阻抗模型；利用PMU在线实测数据提出了相应的短线路相角矫正方法和基于最小二乘法的短线路同杆并架双回线参数估计算法。该模型完整，算法直观简单，能够准确、快速地算得短线路同杆并架双回线之间的所有自感及互感参数。算例证明了该方法的有效性和正确性。

不确定量测下发电机动态状态估计性能分析

赵静波, 卫志农, 王晗雯, 解兵, 黄梅, 孟侠

2020, 53(7): 149-159. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201909119

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相量测量单元（PMU）中随机误差不可避免，在实际电网系统中PMU量测数据可能出现延时、重新排序甚至丢失等不确定情况。为准确估计电力系统机电暂态过程中的状态信息，首先建立量测丢失下的发电机动态状态估计模型；然后在某实际电网系统算例中分别采用无迹混合滤波（UMF）、粒子滤波（PF）和所提出的改进粒子滤波（IPF）3种算法对发电机动态状态估计模型进行了仿真试验。仿真结果表明：在不确定量测系统下，改进的IPF算法的滤波性能和抗差性能优于UMF与PF算法，更适用于不确定量测下发电机动态状态估计。

电力系统并行恢复分区新模型及算法

项胤兴, 黎琦, 林济铿

2020, 53(7): 160-168. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202001023

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制定合理的电网并行恢复分区方案可以有效缩短系统恢复时间，而如何构建更为有效的分区模型及算法是该问题的关键。提出了电网并行恢复的分区新模型及快速求解算法。首先根据系统恢复的实际过程，构建了完善的系统并行恢复最优分区新模型；进而，为了克服大型混合整数非线性规划问题求解的困难，提出了分步求解策略：先基于电气距离对待启动机组进行划分和调整；再基于电气距离和潮流追踪算法的负荷分区和调整。所构建的模型相对比较完整，所提算法计算性能好且易于实现，而有望用于工程实际。不同规模算例验证了所提模型及算法的有效性和正确性。

状态估计研究模式设计及应用

彭龙, 宁剑, 王毅, 陆娟娟, 张勇, 罗玉春

2020, 53(7): 169-175. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201809119

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由于实际电力系统运行工况复杂，状态估计无法避免出现不收敛的情况，反演时难以再现断面结果，在对量测方式和参数进行调整时会造成合格率指标波动，同时也会影响实时网络分析应用系统的稳定运行。分析现有状态估计运行中存在的问题及应用需求，设计实现了状态估计研究模式分析平台。首先，通过断面管理和读取功能保存状态估计计算所需的全部信息；然后，通过研究模式反演，实现断面读取、分析调试计算；最后，通过分析对比功能，为参数和量测调整提供指标参考。上述工作使得状态估计计算结果完整再现，并且分析过程独立于实时状态估计因而不影响实时合格率，自动化专业人员可以依据分析对比功能提供的指标对量测和参数问题有目标地进行分析。通过华北分中心的实际使用，证明平台功能可满足专业人员对状态估计的分析调试需求。

带有冷凝微结构的间歇式膜蒸馏组件传热传质过程机理研究

马韬, 杜小泽, 吴江波, 刘姝君

2020, 53(7): 176-183. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201909123

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膜蒸馏技术因具有可低温操作和回收水质好等特点，在燃煤电厂脱硫废水的回收处理中极具应用前景。对一种带有冷凝微结构的新型间歇式膜蒸馏组件的传热传质进行了理论分析，在已有的理论基础上，考虑了膜热侧的传热传质以及膜中加入冷凝微结构后的传热情况，着重分析了微孔膜内的跨膜传质机理，以及在不同孔径及温度下的传质模型选择依据，并通过实验说明了温度及孔径对跨膜传质模型选择的影响，实验结果与理论分析基本吻合。

燃煤电厂脱硫废水热法零排放技术热成本分析

赵舒然, 韩小渠, 张丹, 刘继平

2020, 53(7): 184-188,196. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201910135

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采用不同热源驱动多效蒸馏（MED）或多级闪蒸（MSF）系统，对燃煤电厂湿法脱硫工艺废水进行处理，有望实现废水的低成本零排放。针对“预处理—浓缩—蒸发脱盐”工艺中已经过预处理的脱硫废水，提出5种不同的集成方案以实现“浓缩—深度脱盐”。分别建立了各方案的热经济性分析模型，定量研究了造水比和热成本的变化规律。结果表明：从热源角度分析，厂用汽热源成本较高，烟气成本低廉而泵功成为主要成本；从提浓与脱盐工艺角度，采用MED-TVC（multi-effect distillation-thermal vapor compressor）方案可提高造水比10%~100%，降低热成本10%~50%，但是降膜蒸发结构的MED对废水盐浓度的波动比较敏感，且不适合处理高浓度废水，强制循环蒸发结构可改善该问题；MSF工艺对盐浓度具有更强的适应性，采用烟气供热的成本为0.3~1.2元/t。

电站锅炉尾部烟气余热回收与梯级利用系统特性分析

滕达, 李铁林, 李昂, 安连锁, 陈海平, 沈国清

2020, 53(7): 189-196. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201909089

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燃煤电站锅炉实际运行排烟温度一般在130~150 ℃，进一步回收烟气余热有利于降低发电煤耗，减少污染物排放。针对电站锅炉尾部不同位置烟气参数不同的情况，设计了安装在空气预热器后及湿法脱硫装置后的两级热交换器余热回收系统，并结合330 MW燃煤电站锅炉，分析了不同负荷下，两级热交换器的换热量、冷凝水量、两侧介质静压差及发电标准煤耗降低值的变化情况，同时监测了二级热交换器前后烟气中固体颗粒物含量。结果表明：一级热交换器的换热量明显高于二级热交换器，烟气中水分主要在二级热交换器冷凝；标准煤耗降低值高达3.09 g/（kW·h）；同时烟气经过二级热交换器后固体颗粒物含量明显降低。为燃煤电站锅炉尾部烟气余热回收利用提供了参考。

脱硫废水处理前后喷射Cl析出特性

张千, 倪黎, 豆朝宗, 肖海平

2020, 53(7): 197-202. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201910029

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脱硫废水中含有高浓度的氯盐，影响脱硫系统的安全运行。采用Factsage热力学计算软件来模拟单一氯盐溶液和处理前后脱硫废水经过尾部烟道喷射后Cl析出特性。结果表明：CaCl₂，MgCl₂和NH₄Cl溶液喷射过程析出Cl主要以含Cl气体形式析出；喷射NaCl溶液时，Cl全部以NaCl（s）形式析出，而无气体析出。未处理的脱硫废水烟道喷射蒸发过程，75%以上的Cl以NaCl（s）的形式析出。除去Ca²⁺，Mg²⁺、NH₄⁺等离子后，脱硫废水烟道喷射蒸发过程不会析出HCl气体，产物NaCl（s）会被电除尘除去。因此脱硫废水的预处理减少了含Cl气体的析出，减轻了对尾部烟道的腐蚀。

亚临界汽包炉深度调峰安全性评估及控制优化技术

张顺, 闫培飞, 姚洪宇, 李生鹏, 曹士保, 高亚洲

2020, 53(7): 203-210. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201907042

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为应对新能源消纳能力提升过程中电力系统调频、调峰的困难，作为常规电源的燃煤机组必须进行深度、快速、频繁的负荷调整，以消除风、光电间歇性和随机性对电网安全运行的影响。以某330 MW亚临界汽包炉机组为例，探索深度变负荷过程中稳定运行的边界条件，评估合理的调峰下限，并通过先进的控制策略优化设计，提升各系统调节品质和可靠性。研究结果表明，该机组在未进行系统及设备改造的基础上能实现27%额定负荷的深度调峰能力。

轴承振动对油膜涡动的影响分析与试验

何国安, 胡相余, 杨铖, 安仕江, 张学延

2020, 53(7): 211-216. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201912079

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为了研究轴承振动对油膜涡动的耦合影响，分析了轴承振动的运动机理，建立了轴承振动对油膜涡动影响的动力学方程，指出轴承振动将改变润滑油膜的边界条件，对润滑流场产生扰动，这一方面可能加剧油膜涡动，产生明显的半频振动波动；另一方面还可能改变油膜厚度，使油膜刚度发生变化，引起基频振动波动。随后在现场实际机组上进行了验证试验，结果表明：小型、轻载轴承振动对油膜涡动影响明显，会激发剧烈的基频和半频振动波动；但大型、重载轴承振动对油膜涡动的影响不大，只会引发一定程度的基频振动波动。

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